Недостойно одаренному человеку тратить, подобно рабу, часы на вычисления, которые безусловно можно было бы доверить любому лицу, если бы при этом применить машину.
Г.В.Лейбниц (1646 – 1717)
Готфрид Вильгельм Лейбниц родился 1 июля 1646 года в городе Лейпциге. Готфрид с детства много занимался. В восемь лет он изучил греческий язык и латынь, в пятнадцать окончил гимназию и поступил в Лейпцигский университет на факультет права. Кроме этого он изучал философию и математику. По окончании университета в 1676 году он знакомится с голландским изобретателем и физиком Христианом Гюйгенсом и решает облегчить его труд с помощью механического устройства для расчетов.
Сначала он хотел только улучшить машину Паскаля. По словам самого ученого, он придумал арифмометр, который надежно и быстро выполняет все арифметические операции, особенно умножение.
В конструкцию машины были включены движущаяся часть (подвижная каретка) и ручка, с помощью которой крутились специальное колесо или барабаны, расположенные внутри аппарата. В арифмометре каждый разряд имел собственный механизм, связанный с механизмами соседних разрядов. Данный механизм лег в основу всех механических калькуляторов последующих веков.
Лейбниц несколько лет трудился над своим изобретением, и машина появилась лишь в 1694 году в Ганновере. О ней сам изобретатель писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность совершать и умножение, и деление над огромными числами мгновенно. Не прибегая к последовательному сложению и вычитанию» Но счетная машина не получила широкого распространения, потому что в конце XVII - начале XVIII века отсутствовал спор на такую дорогую и сложную технику.
Однако деятельность Лейбница выходила за пределы официальных обязанностей. Этот ученый внес огромный вклад в геологию, психологию, лингвистику, философию, физику, математику и механику. Лейбниц обладал фантастической эрудицией, почти сверхъестественной памятью и удивительной работоспособностью.
Именно впервые Лейбниц перевел словесные высказывания в математическую логику и впервые высказал мысли о возможности применения двоичной системы счисления в логике, что позднее стало использоваться в вычислительных машинах.
Природа научных знаний такова, что малоприятные и совершенно бесполезные приобретения сегодняшнего дня становятся популярной пищей для будущих поколений.
Ч. Бэббидж
В) Чарльз Беббидж и его аналитическая машина.
Чарльз Беббидж родился 26 декабря 1791года на юго-западе Англии в маленьком городе Тотнес графства Девоншир. С детства Чарльз увлекался всевозможными механизмами и проявлял серьезные математические способности. В 1810 году он поступает на учебу в кембриджский университет и здесь обнаруживается, что математику Беббидж знает лучше своих сверстников. Очень быстро он перегоняет по знаниям своих преподавателей и приходит к неутешительному выводу о том, что Англия отстала от континентальных стран по уровню математической подготовки. И в 1812 году Чарльз и его ближайшие друзья-математики основали Аналитическое общество, деятельность которого оказалась плодотворной и которое по праву встало у истоков формирования новой математической школы в Англии.
После окончания университета в 1814 году Чарльз Беббидж ведет образ жизни свободного джентльмена-философа и продолжает заниматься математикой. Впоследствии он несколько удаляется от математики и его работы принимают прикладной характер. В течение нескольких лет Беббидж знакомится и общается с известными людьми: астрономом и физиком Пьером Лапласом, физиком и математиком Жаном Батистом Фурье, а также именитым французским математиком Г. Прони. В результате такого общения он приходит к мысли о возможности упрощения процедуры сложных вычислений путем механического выполнения однообразных, рутинных действий. Идеи Г. Прони вдохновили Беббиджа на создание первой дифференцированной машины.
В 1822 году Беббидж закончил описание машины, которая могла бы производить вычисления с точностью до 18-го знака. Он назвал ее «разностная машина» и приступил к ее постройке. Но строительство продолжалось десять лет, но машина так и не была построена. Сейчас трудно указать причину, по которой машина не была построена. Возможно, это связано с тем, что заслуженные ученые выступили против этой машины, так как в ту пору не существовало подходящей технологической базы и они считали труд изобретателя бесплодным. Возможно, что причиной неудач была излишняя разнообразность и разбросанность Беббиджа. Так или иначе, но машина послужила основой для новых изобретений.
За свою долгую жизнь он сделал немало открытий и изобретений, значительно опередивших его время. И все же «главным делом его жизни», по словам самого ученого, были вычислительные машины, над созданием которых он работал около 50 лет.
Бэббидж не только попытался усовершенствовать механические вычисления, создав разностную машину, но и дерзнул автоматизировать вычислительный процесс, предложив аналитическую машину – прообраз современных компьютеров.
В «Эдинбургском обозрении» опубликована большая статья доктора Дионисия Ларднера «Вычислительная машина Бэббиджа», в которой довольно подробно описан принцип действия и конструкция разностной машины.
Георг и Эдвард Шютц. Эта статья побудила двух шведов – состоятельного печатника Георга Шютца и его сына Эдварда начать разработку воего варианта машины для той же цели. В 1854 году отец и сын закончили работу над шведским вариантом разностной машины, котороя табулирована с точностью до 15 десятичных знаков функции с постоянными четвертными разностями.
Разностная машина Шютцев
В 1834 году Бэббидж разрабатывает основные принципы построения новой машины, названной аналитической и являющейся прообразом универсальных цифровых вычислительных машин, появившихся более чем через столетие.
Аналитическая машина имела следующие составные части:
1. «склад» для хранения чисел (по современной технологии «накопитель», или «запоминающее устройство», «память»);
2. «мельницу» - для производства арифметических действий над числами («арифметическое устройство»);
3. устройство, управляющее в определенной последовательности операциями машины (сейчас – «устройство управления»);
4. устройство ввода и вывода данных.
Для хранения чисел Бэббидж предложил использовать регистры из десятичных счетных колес.
Для переноса чисел из памяти в другие устройства машины предполагалось использовать зубчатые рейки, которые должны были зацепляться с зубцами на колесах.
Запоминающее устройство должно было иметь емкость в 1000 чисел по 50 десятичных знаков.
В арифметическом устройстве удалось изобрести систему предварительного переноса.
Бэббидж довольно подробно рассматривал вопросы, связанные, как мы сейчас говорим, с программированием. В частности, им была разработана весьма важная в программировании идея «условной передачи управления».
В аналитической машине предусматривались три различных способа вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах.
Аналитическая машина не была построена. Но Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. При этом было использовано более 4 тысяч «механических обозначений»!
Первую программу для аналитической машины написала Ада Лавлейс[1] – дочь лорда Байрона.
Перепись населения в Америке проводилась каждые 10 лет. Численность США составляло в то время около 50 миллионов человек. Заполнить на каждого человека карточку вручную, а затем подсчитать и обработать результаты, было практически невозможно. Герману Холлериту[2] удалось механизировать этот процесс, используя для записи информации перфокарты.
В течение 1884 – 1889 годов Холлерит получил свои четыре основных патента на перфокартные машины. Холлерит создал табулятор, где число обнаруживаемых отверстий подсчитывалось счетчиком. Табулятор был опробован в 1887 году при составлении статистики смертности в Балтиморе, затем во время очередной переписи населения. В 1896 году Холлерит организует компанию табуляторов, которая начинает серийный выпуск машин.
В 1902 году Холлерит создает автоматический табулятор, в котором карты подавались не вручную, а автоматически.
В 1910 – 1920 г. появляется ряд других компаний по производству счетно – аналитических машин.
В 1911 г Холлерит продает свою компанию, которая, слившись с другими, образовала впоследствии международную корпорацию по производству вычислительных машин IBM.
В 1913 г появляется «печатающий табулятор» и «накапливающий табулятор» - разновидность специализированной суммирующей электромеханической машины.
В 1921 г к табулятору была присоединена коммутационная доска, позволявшая «направлять» в определенный регистр результат считывания с соответствующего столбца перфокарты.
В 1931 г был изобретен вычислительный (или множительный) перфоратор.
В 1936 г – алфавитно – цифровые перфокартные машины.
2 Поколение ЭВМ[3].
Компьютеры.
В 1944 г. Говард Айкен передал Гарвардскому университету «Вычислительную машину с автоматическим управлением последовательностью операций»(АССК), известную под названием «Марк I». В «Марк I» было 72 регистра и, кроме того, дополнительная память из 60 регистров, образованных механическими переключателями. Работой «Марк I» управляли команды, вводимые с помощью перфорированной ленты.