Історія комп'ютерів. Як це було? Аналітичні машини

В першій частині статті ми говорили про аналогових комп'ютерах давнину, а також про механічні рахунках, арифмометрах. Тепер поговоримо про більш складних машинах.

МВМ (механічно-обчислювальна машина)

У 1822 році англієць Чарльз Беббідж побудував обчислювальний пристрій, назване їм різницевих Машиною (Difference Engine). Робота машини грунтувалася на відомому у математиці методі кінцевих різниць. Цей метод дозволяє обчислювати значення многочленів, вживаючи тільки операцію складання і не виконуючи при цьому множення і ділення, які значно важче піддаються автоматизації. Однак Difference Engine мала обмежені можливості і розвитку не отримала. Але все ж для того часу це був суттєвий прорив у даній галузі техніки.

Беббідж не зупинився на зробленому і пішов далі. З тридцятих років він став думати над створенням програмованої машини - він назвав її Аналітичної машиною (Analytical Engine). Він не зміг довести роботи до кінця з тієї причини, що Analytical Engine виявилася занадто складна для техніки того часу. Але ідеї, які він озвучив, - це були дійсно революційні ідеї! Він придумав практично сучасний комп'ютер, але не в електронному, а в механічному виконанні.

З чого складалася його машина? За задумом Беббіджа, Analytical Engine мала наступні функціональні вузли:

1. «Склад» для зберігання чисел (пам'ять) ;

2. «Млин», арифметичний пристрій (процесор) ;

3. Пристрій, що управляє послідовністю операцій в машині (Беббідж ніяк його не назвав, зараз використовується термін «пристрій управління») ;

4. Пристрої введення і виведення даних.

На вхід машини повинні були надходити два потоки перфокарт, які Беббідж назвав operation card (операційними картами) і variable card (картами змінних): перші управляли процесом обробки даних, які були записані на друге. Інформація заносилася на перфокарти шляхом пробивки отворів. З операційних карт можна було скласти бібліотеку функцій. Крім цього, Analytical Engine, за задумом автора, повинна була містити пристрій друку і пристрій виводу результатів на перфокарти для подальшого використання. Можна сміливо сказати, що Беббідж першим використовував перфокарти для введення-виведення інформації в машину. Правда, до нього на початку століття перфокарти запропонував використовувати Жозеф Марі Жаккар для швидкого переходу з візерунка на візерунок у ткацьких верстатах.

Беббідж не закінчив своєї машини. По-перше, у нього не вистачило грошей, адже всі вузли він виготовляв за свій рахунок. По-друге, а це більш важливо, у той час техніка не дозволяла робити деталі з потрібною точністю, а для Analytical Engine було необхідна величезна кількість зубчастих коліс.

У 1991 році, до двохсотріччя з дня народження вченого, співробітники лондонського Музею науки відтворили за його кресленнями 2,6-тонну «різницеву машину №2», а в 2000 році - ще і 3,5-тонний принтер Беббіджа. Обидва пристрої, виготовлені за технологіями середини XIX століття, чудово працюють - в розрахунках Беббіджа було знайдено всього дві помилки.

Перші комп'ютери 20 століття

Першим комп'ютером, який вже не був суто механічним, можна назвати Mark1. Ідея його створення народилася в 1937 році. Говард Айкен запропонував проект обчислювальної машини на електромеханічних реле. За роботу взялася компанія IBM (International Business Machines, Inc), що займалася виробництвом механічних друкарських машинок і арифмометрів, президент якої вмів заглядати в майбутнє. У проект було вкладено 500 тисяч доларів, на ті часи це були дуже великі гроші, наші олігархи в нові технології таку суму вкладати ні за що не стали б. Проектування машини почалося в 1939 році, а будівництво закінчилося в 1944. Mark1 при досить великих розмірах (набагато більше мого ноутбука - 17 метрів в довжину і 2.5 у висоту) і величезною мірою напічканності деталями (750 тисяч різних деталей, 800 метрів проводів, понад 3 тисячі реле) була всього лише в десять разів ефективніше аналітичної машини Чарльза Беббіджа.

Незважаючи на те, що Mark1 називають одним з перших немеханических комп'ютерів, він був влаштований практично так само, як арифмометри та аналітична машина Беббіджа - все ті ж зубчасті колеса, хіба що ця машина вважала швидше і, на відміну від деяких пристроїв, вміла множити, ділити, зводити числа в ступені, вважати значення синуса і обчислювати логарифми. Є у цієї машини одна велика заслуга - в ній був вперше реалізований принцип незалежно збереженої програми. Якщо зараз інформація зберігається на CD і DVD, то в той час під носій пристосували стрічку з інформацією, записаною у вигляді пробитих отворів (перфоленту). Перфострічку можна було використовувати не один раз і зберігати окремо від машини.

Напівмеханічні комп'ютери, такі як Mark1, починали йти на спокій, їм на зміну приходили більш нові і більш потужні машини. Одна з них - Electronical Numerical Integrator and Calculator, скорочено - ENIAC. Це перший комп'ютер, зібраний із застосуванням електронних вакуумних ламп. ENIAC була представлена своїми творцями в 1946 році. У її конструкцію входило 18 тисяч вакуумних ламп і близько 1500 реле, машина займала окреме приміщення площею в 85 квадратних метрів, важила 30 тонн і споживала 150 кіловат енергії. На відміну від своїх попередників, ENIAC мала замість зубчастих коліс для зберігання числових значень замкнуті ланцюги з 10 спеціальних електронних перемикачів - тригерів (тригер - це комутаційне пристрій, який досить довго зберігає одне з двох станів рівноваги і стрибкоподібно переключається з одного стану в інший за сигналом ззовні).

У ENIAC # 8242-ті вперше перфолента була замінена на перфокарту. Як працюють перфострічки і перфокарти і чим вони відрізняються? Специфіка роботи проста - кожен отвір (перфорація) замикала певну електричний ланцюг при попаданні в нього контактної щітки зчитувального пристрою, і комп'ютер виконував необхідну команду. Примітивно, але дієво. А чим же відрізняються перфокарти від перфострічок, і чим карти краще своїх попередниць? Справа в тому, що перфострічки часто рвалися під час роботи, і доводилося або склеювати їх, або міняти цілком, а часто запасних не було і потрібно було виготовляти нові. А перфокарти? Зіпсувалася одна платівка - викидаєш її і встановлюєш нову.

Один із найбільших недоліків цього комп'ютера - пристрій введення. Воно було набагато більше клавіатури мого Acer # 8242-а. Зараз це навіть уявити важко - введення інформації в машину здійснювався за допомогою перемикання контактних комутаторів на 40 набраних дошках, кожна з яких була оснащена декількома тисячами проводів, а загальне їх число становило 6 000. Щоб переключити комп'ютер на іншу задачу, у «операторів» йшло порою до декількох днів.

Другий недолік ENIAC # 8242-а - 18 тисяч вакуумних ламп. Якщо перегорала одна з них, то комп'ютер оголошував перерву - техніки зі шкіри геть вилазили, вручну перебирали всі лампи, поки не знаходили винуватицю сього торжества. На це також йшло досить багато часу, що не дуже радувало тодішніх користувачів (хоча, порівняно з Mark1, це була дуже швидкодіюча машина - їздила вона швидко, хоча, на жаль, запрягали повільно).

Приблизно так виглядає історія комп'ютерів від стародавніх часів до перших машин, які вже можна було називати ЕОМ. Нещодавно я в якомусь журналі прочитав, що в наш час цифрова техніка стрімко розвивається. Але якщо подивитися уважніше, то зразу стане ясно, що нікуди вона не розвивається, а всього лише вдосконалюється. Всі комп'ютери працюють за тією ж схемою, що і ENIAC, просто зараз працюють вони швидше і якісніше, але принципи роботи залишилися практично ті ж самі.