Файл: История развития средств вычислительной техники (Развитие компьютерной техники).pdf

Решающий вклад в развитие вычислительной техники внес английский математик И. Бэббидж (1792-1871 гг.). Он разработал проект вычислительной машины, состоявшей из тех же узлов, что и современные компьютеры. В 1822 г. он построил небольшую рабочую модель аналитической машины, состоявшую из следующих основных трех блоков: устройство управления, «склад» для хранения цифровой информации и «фабрика» для обработки информации. Однако тогда попытка создания вычислительных устройств такого типа была неудачна [6].

Технически машина была довольно сложна, а практической потребности в ней еще не было. Ч. Бэббидж опередил свое время. Заслуги его, конечно же, бесспорны. Он первый разработал принципы создания и организации вычислительных машин с программным управлением, в том числе принцип изменения программы вычислений в зависимости от их результатов. Помимо этого, большой интерес вызвал и язык машины Бэббиджа, а именно разделение команд на команды функциональные и пересылочные, возможность считывания информации, не допуская ее разрушения, и считывания запоминающих данных регистра с очисткой, что и по сей день представляет интерес для разработчиков современной компьютерной техники и т.д. Основные идеи, заключенные в конструкции аналитической машины Ч. Бэббиджа, были реализованы гораздо позже [12].

С аналитической машиной Ч. Бэббиджа связано и зарождение программирования. Именно для нее создавались первые в мире программы. А первой программисткой была леди А. Лавлейс – дочь известного английского поэта Байрона. Она не только производила вычисления на машине Ч. Бэббиджа, но и заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету [1].

Важное теоретическое значение для последующего развития вычислительной техники имела в это время работа Дж. К. Максвелла «Динамическая теория поля» (1864-1865 гг.). В ней давалось точное определение электромагнитного поля. Вскоре Максвелл завершил создание электродинамической картины мира. Началась эра мировой электродинамики, породившая новый период в развитии вычислительной техники.

Электромеханический период был связан с применением в конструкциях счетных механизмов электроэнергии [7].

Для машин электромеханического принципа действия было характерно наличие электроаппаратуры, при помощи которой работали все их механизмы. Разновидностью таких машин явились электромагнитные машины, в том числе релейные. В электромеханических машинах, как и в механических, в качестве основных физических элементов выступали колеса, рычаги, шестерни, валики, а в релейных – реле, контактные устройства, электромагниты и т.д. [8].

Электрический ток стал применяться также для расшифровки информации, нанесенной на перфокарты, в машине, построенной в 1890 г. американским инженером, сыном немецкого эмигранта Г. Холлеритом (1860-1929 гг.). Им же была предложена и форма перфокарты. Она соответствовала размеру однодолларовой банкноты, находившейся в обращении в 1890 г., и равнялась 187 мм * 83 мм. Работая в бюро по переписи населения, Холлерит использовал свою машину для обработки материалов массовых переписей. В 1896 г. он основал фирму по выпуску перфокарт и вычислительных (перфорационных) машин, которая позднее была преобразована в фирму IBM [9].

Начало XX века было отмечено бурным развитием электротехники. Немалый вклад в нее внесли ученые США (Д. Пауэрсом был сконструирован карточный автоматический перфоратор; В. Бушем – дифференциальный анализатор, т.е. первая аналоговая вычислительная машина, способная моделировать системы дифференциальных уровней; Д. Штибицем – машина, основанная на двоичной системе счисления, и др.), Германии (К. Зюс, создал такую же машину независимо от Д. Штибица; К. Цуге была создана универсальная цифровая вычислительная машина с программным управлением, и др.), России (А.Н. Крылов построил первый в мире дифференциальный анализатор непрерывного действия). В это же время появились выполненные Г. Эдисоном описание явления электронной эмиссии и А Тьюрингом – схемы абстрактной машины, а также разработанные К. Шенноном основные положения алгебры высказываний [8]. Начинался новый период в истории вычислительной техники – электронный.

1.2. Ранние приспособления для вычислений

Наиболее ранним инструментом для осуществления подсчетов, который известен в истории развития средств вычислительной техники, – это десять пальцев на человеческих руках. Первоначально результаты вычислений фиксировались с помощью пальцев, зарубок на камне и дереве, специальных узелков, палочек. С возникновением письменности начали появляться и развиваться разные способы записи чисел, изобретались позиционные системы счисления (в Индии – десятичная, в Вавилоне – шестидесятиричная) [10].

Абак, известный как счеты, появился на свет приблизительно в 500 году до нашей эры. За право считаться его родиной могут поспорить Древняя Греция, Индия, Китай и государство Инков. Археологи подозревают, что в античных городах существовали даже вычислительные механизмы, правда, существование таковых пока не доказано. Однако антикерский механизм вполне может считаться вычислительным механизмом [4].

Древние греки начали вести счёт с помощью абака примерно с IV в. до н.э.. Сначала они выглядели как глиняная плоская дощечка, на которую при помощи острого предмета были нанесены полоски. Вычисления осуществлялись посредством размещения в определённом порядке на этих полосках небольших камней или иных мелких предметов. В IV веке нашей эры в Китае появились семикосточковые счеты – суаньпань (суанпан). На деревянную прямоугольную раму натягивались верёвки или проволочки – от девяти и больше. При помощи ещё одной веревки (проволочки), натянутой перпендикулярно остальным, суаньпань разделялся на два неравные отделениях. В том отделении, которое было больше, нащывающемся «землёй», на веревки нанизывалось по пять косточек, в меньшей части – «небе» – по две. Каждая проволочка соответствовала десятичному разряду. В Японии с XVI века стали популярными традиционные счёты соробан, попавшие туда из Китая. В это же время счёты появились и в России [3].

С наступлением Средних Веков навыки создания подобных устройств были утрачены. Те темные времена вообще были периодом резкого упадка науки. Но в XVII столетии человечество вновь задумалось о вычислительных машинах. И те не замедлили появиться [9].

В XVII веке англичанин Эдмонд Гантер на основании открытых шотландским математиком Джоном Непером логарифмов, изобрел логарифмическую линейку. Данное устройство постоянно усовершенствовалось и используется и в наши дни. Оно позволяет делить и умножать числа, возводить их в степень, вычислять тригонометрические функции и логарифмы. Логарифмическая линейка стала прибором, который завершил развитие средств вычислительной техники на домеханическом (ручном) этапе [2].

В 1623-м году немецкий ученый Вильгельм Шиккард создал первый механический «калькулятор», который был назван им считающими часами. Этот прибор имел механизм, напоминавший обычный часовой, который состоял из звездочек и шестеренок. Однако об этом изобретении стало известно только в середине прошлого века. «Считающие часы» имели значительные размеры и большую массу, применять их на практике было трудно. Друг Шиккарда, знаменитый астроном Иоганн Кеплер в шутку заметил, что гораздо проще произвести вычисления в голове, чем использовать часы. Тем не менее, именно Кеплер стал первым пользователем часов Шиккарда. Известно, что с их помощью он выполнил многие из своих расчетов [1].

Это устройство получило свое название потому, что в его основу был положен тот же механизм, что работал в настенных часах. А самого Шиккарда вполне можно считать «отцом» калькулятора. Прошло двадцать лет, и семейство вычислительных машин пополнилось изобретением французского математика, физика и философа Блеза Паскаля. «Паскалину» ученый представил в 1643 году. Паскалю тогда было 20 лет, и прибор он сделал для своего отца — сборщика налогов, которому приходилось заниматься очень сложными вычислениями. Суммирующая машина приводилось в действие с помощью шестеренок. Чтобы ввести в нее нужное число, нужно было повернуть колесики некоторое количество раз [7].

Качественным скачком в развитии средств вычислительной техники стало изобретение в 1642 году суммирующей машины «Паскалины». Создатель данной машины, французский математик Блез Паскаль, стал работать над данным устройством еще тогда, когда ему не исполнилось и 20 лет. Эта машина представляла собой механический прибор в виде ящичка с большим количеством взаимосвязанных шестерёнок. Числа, которые требовалось сложить, вводились в машину поворотами специальных колёсиков [5].

В 1673-м году свой проект создал немецкий математик Готфрид Лейбниц. Его устройство, первым в истории стало называться калькулятором. Принцип работы был тот же, что и у машины Паскаля. С калькулятором Лейбница связана одна очень любопытная история. В начале XVIII века машину увидел Петр I, посещавший Европы в составе Великого посольства. Будущий император очень заинтересовался устройством и даже купил его. Легенда гласит, что позже Петр отправил калькулятор китайскому Императору Канси в качестве подарка [10].

Дело Паскаля и Лейбница получило развитие. В XVIII веке многие ученые делали попытки усовершенствовать вычислительные машины. Основная идея состояла в том, чтобы создать коммерчески успешное устройство. Успех, в конечном итоге, сопутствовал французу Шарлю Ксавье Тома де Кольмару. В 1820 году он запустил серийное производство вычислительных приборов. Строго говоря, Кольмар был, скорее, умелым промышленником, нежели изобретателем. Его «машина Тома» мало чем отличалась от калькулятора Лейбница. Кольмара даже обвиняли в краже чужого изобретения и попытке нажить состояние за счет чужого труда [12].

В России серийный выпуск калькуляторов начался в 1890 году. Свой нынешний вид калькулятор приобрел уже в ХХ веке. В 1960-1970 годах эта отрасль переживала настоящий бум. Приборы совершенствовались с каждым годом. В 1965-м, например, появился калькулятор, который мог вычислять логорифмы, а в 1970-м был впервые выпущен калькулятор, помещавшийся у человека в руке. Но в это время уже начинался компьютерный век, хотя человечество еще не успело ощутить этого [7].

2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В КОМПЬЮТЕРНУЮ ЭРУ

2.1. Развитие компьютерной техники

Человеком, который заложил основы развития компьютерных технологий, многие считают французского ткача Жозефа Мари Жаккара. Сложно сказать, так это или нет. Тем не менее, именно Жаккар придумал перфокарт. Тогда люди еще не знали, что такое карта памяти. Изобретение Жаккара вполне может претендовать на этот титул. Ткач придумал ее для управления ткацким станком. Идея состояла в том, что с помощью перфокарта задавался узор для ткани. То есть, с момента запуска перфокарта, узор наносился уже без участия человека — автоматически [3].

Перфокарт Жаккара, естественно, не был электронным устройством. До появления подобных предметов было еще очень далеко, ведь Жаккар жил на рубеже XVIII-XIX веков. Однако перфокарты позднее стали широко применяться и в других сферах, уйдя далеко за переделы знаменитого ткацкого станка [6].

В 1835 году Чарльз Бэббидж описал аналитическую машину, в основе которой могли бы лежать перфокарты. Ключевым принципом работы такого устройства было программирование. Таким образом, английский математик предсказал появление компьютера. Увы, но сам Бэббидж так и не смог построить придуманную им машину. Первый в мире аналоговый компьютер появился на свет в 1927 году. Создал его профессор Массачусетского университета Вэнивар Буш [9].

Машина могла решать дифференциальные уравнения. Следующий шаг сделал немецкий инженер Конрад Цузе, которому удалось смоделировать и построить первую программируемую вычислительную машину.

В историю она вошла как Z1, и именно ее многие называют первым компьютером. Впрочем, Z1 имела мало общего с современными компьютерами и, если уж на то пошло, то первым подобным устройством нужно считать Z3. Эта машина действительно обладала многими свойствами нынешних компьютеров. На основе своего первого изобретения Цузе стал конструировать новые модели. Что же касается самой Z1, то ее постигла печальная судьба. Машина была уничтожена во время одной из бомбардировок Берлина в 1945 году. Вместе с ней сгорели и чертежи Цузе [10].

Век серийного производства компьютеров и аналогичных им вычислительных устройств начался уже после войны. В 1968-м была основана компания Intel, которой предстояло произвести революцию в этом направлении.

Электронный период был ознаменован, прежде всего, созданием в 1946 г. первой в мире ЭВМ «Эниак» (Electronics Numerical Integrator and Computer)'. Ее построили ученые Пенсильванского университета (США). Она весила 30 т., занимала площадь, равную гаражу на два автомобиля, состояла из 18 тыс. вакуумных трубок, 1,5 тысячи реле и стоила по ценам того времени почти 2,8 млн долларов. За одну секунду машина выполняла более 300 умножений многозначных чисел или 5,000 сложений [5].