Первый механический компьютер

Отцом этого компьютера можно по праву назвать Чарльза Бэббиджа, профессора матема­тики Кембриджского университета. Эта машина, созданная в 1812 году, могла решать поли­номиальные уравнения различными методами. Создав в 1822 году небольшую рабочую мо­дель своего компьютера и продемонстрировав ее Британскому правительству, Бэббидж полу­чил средства на дальнейшее развитие системы. Новая машина была создана в 1823 году. Она была паровой, полностью автоматической и даже распечатывала результаты в виде таблицы.

Работа над этим проектом продолжалась еще 10 лет, и в 1833 году был создан первый "многоцелевой" компьютер, названный аналитической машиной. Она могла оперировать чис­лами с 50 десятичными знаками и сохраняла до тысячи значений. В ней впервые было реали­зовано условное выполнение операций — прообраз современного оператора IF.

Аналитическая машина Бэббиджа вполне заслуженно считается предшественницей современ­ного компьютера, так как содержит все ключевые элементы, из которых состоит компьютер.

■ Устройство ввода данных. В машине Бэббиджа применен принцип ввода данных с помощью перфокарт, когда-то используемый в ткацких станках на текстильных фаб­риках.

■ Блок управления. Для управления или программирования вычислительного устрой­ства использовался барабан, содержащий множество пластин и штифтов.

■ Процессор (или вычислительное устройство). Вычислительный механизм высотой около трех метров, содержащий сотни осей и несколько тысяч шестеренок.

■ Запоминающее устройство. Блок, содержащий еще больше осей и шестеренок, позво­ляющий хранить в памяти до тысячи 50-разрядных чисел.

■ Устройство вывода. Пластины, связанные с соответствующей печатной машиной, ис­пользовались для печати полученных результатов.

К сожалению, из-за недостаточной точности механической обработки шестеренок и меха­низмов первый потенциальный компьютер так и не был полностью построен. Технологиче­ский уровень производства того времени был слишком низок.

Интересно, что идея использования перфорационных карт, впервые предложенная Бэббид-жем, воплотилась только в 1890 году. Тогда проводился конкурс на лучший метод табулиро­вания материалов переписи США, победителем которого стал служащий бюро переписи Герман Холлерит, предложивший идею перфокарт. Для обработки данных переписи вручную служащим бюро потребовались бы годы, а благодаря перфорационным картам время табули­рования сократилось примерно до шести недель. Впоследствии Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company, которая много лет спустя стала известна как IBM.

Одновременно с другими компаниями, IBM разработала целую серию улучшенных счет­но-перфорационных систем, содержавших огромное количество электромеханических реле и микродвигателей. Системы позволяли автоматически устанавливать определенное количе­ство перфокарт в положение "считывание", выполнять операции сложения, умножения и сор­тировки данных, а также выводить результаты вычислений на перфорационных картах. Та­кие счетно-аналитические машины позволяли обрабатывать от 50 до 250 перфокарт в минуту, каждая из которых могла содержать 80-разрядные числа. Перфорационные карты служили не только средством ввода и вывода, но и хранилищем данных. На протяжении более чем 50 лет счетно-перфорационные машины использовались для самых разнообразных математических вычислений; именно с них начался путь многих компьютерных компаний.

Процесс разработки счетно-аналитических машин достиг своей кульминации, когда в 1936-1941 годах Конрад Цузе создал электромеханические системы, то, что мы называем Z3. Эти машины можно рассматривать как первые двоичные компьютеры, использующие электромеханические переключатели и реле.

Электронные компьютеры

Физик Джон Атанасов вместе с Клиффордом Берри с 1937 по 1942 год работали в Универ­ситете штата Айова над созданием первой цифровой электронно-вычислительной машины. Компьютер Атанасова-Берри (названный впоследствии ABC — Atanasoff-Berry Computer) стал первой системой, в которой были использованы современные цифровые коммутационные тех­нологии и вакуумные лампы, а также концепции двоичной арифметики и логических схем. По­сле долгого судебного разбирательства 19 октября 1973 года федеральный судья США Эрл Лар-сон аннулировал патент, ранее выданный Эккерту и Мошли, официально признав Атанасова изобретателем первого электронного цифрового компьютера.

Использование вычислительной техники во время второй мировой войны послужило серьезным толчком для развития компьютеров. В 1943 году англичанин Алан Тьюринг за­вершил работу над созданием военного компьютера "Колосс", используемого для расшиф­ровки перехваченных немецких сообщений. К сожалению, работа Тьюринга не была оценена по достоинству, так как конструкция "Колосса" в течение еще многих лет после окончания войны была засекречена.

Помимо расшифровки неприятельских кодов, постепенно возникла потребность в выпол­нении баллистических расчетов и решении других военных задач. В 1946 году Джон Эккерт и Джон Мошли вместе с сотрудниками Школы электротехники Мура Университета штата Пенсильвания создали первую большую электронно-вычислительную машину для военных целей. Эта система получила название ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator). Она работала с десятизначными числами и выполняла около 300 умножений в секунду, нахо­дя значения каждого произведения в таблице, хранящейся в оперативной памяти. Эта систе­ма работала примерно в тысячу раз быстрее, чем электромеханические релейные вычисли­тельные машины предыдущего поколения.

В компьютере ENIAC было около 18 тыс. электронно-вакуумных ламп; он занимал по­лезную площадь, равную примерно 167 м², и потреблял приблизительно 180 тыс. ватт элек­троэнергии. Для ввода и вывода данных использовались перфорационные карты, регистры выполняли роль сумматоров, а также предоставляли доступ вида "чтение/запись" к храни­лищу данных.

Выполняемые команды, составляющие ту или иную программу, создавались с помощью определенной монтажной схемы и переключателей, которые управляли ходом вычислений. По существу, для каждой выполняемой программы приходилось изменять монтажную схему и расположение переключателей.

Патент на электронно-вычислительную машину был первоначально выдан Эккерту и Мошли, но впоследствии, как вы уже знаете, он был аннулирован и предоставлен Джону Ата-насову, создавшему компьютер Атанасова-Берри (АВС).

Немногим ранее, в 1945 году, математик Джон фон Нейман продемонстрировал, что ком­пьютер может представлять собой целостную физическую структуру и эффективно выпол­нять любые вычисления с помощью соответствующего программного управления без изме­нения аппаратной части. Другими словами, он доказал, что программы можно изменять, не меняя аппаратного обеспечения. Этот принцип стал основополагающим правилом для буду­щих поколений быстродействующих цифровых компьютеров.

Первое поколение современных программируемых электронно-вычислительных машин, использующих описанные нововведения, появилось в 1947 году. В их число вошли коммерче­ские компьютеры EDVAC и UNIVAC, в которых впервые использовалось оперативное запо­минающее устройство (ОЗУ), предназначенное для хранения данных и модулей программы. Как правило, программирование выполнялось непосредственно на машинном языке, несмот­ря на то что к середине 1950-х годов наука программирования сделала большой шаг вперед. Символом новой компьютерной эры стал UNIVAC (Universal Automatic Computer), первый по-настоящему универсальный буквенно-цифровой компьютер общего назначения. Он при­менялся не только в научных или военных, но и в коммерческих целях.

Современные компьютеры

После появления UNIVAC темпы эволюции компьютеров заметно ускорились. В первом поколении компьютеров использовались вакуумные лампы, на смену которым пришли меньшие по размерам и более эффективные транзисторы