Етапи розитку комп'ютерної техніки

Размещено на http://www.allbest.ru/

25

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Застосування для лічби підручних засобів

Останні роки характеризуються зростанням інтересу до історії розвитку інформатики, у першу чергу до історії появи перших цифрових обчислювальних машин і їхніх творців. У більшості розвинених країн створені музеї, що зберігають зразки перших машин, проводяться конференції й симпозіуми, випускаються книги про пріоритетні досягнення в цій області.

Первісні люди не знали чисел і використовували для запам'ятовування певної кількості предметів наочне уявлення - різні підручні засоби: мушлі, камінці тощо. Розвиток рахунку пішов значно швидше, коли людина здогадалась звернутися до самого природного рахункового апарата - своїм пальцям. Від пальцевого рахунку бере початок п'ятіркова система числення (одна рука), десяткова (дві руки), двадцяткові (пальці рук і ніг). Деякі народи для запам'ятовування кількості предметів використовували зарубки. Наприклад, на дощечці зарубками відмічався борг, потім дощечка розламувалася навпіл упоперек всіх зарубок. Одна половина віддавалася боржнику, друга - господареві. Такі дощечки називалися «бірки». В Англії такий спосіб запису податків існував до кінця XVII ст. На Русі зарубки робилися на палиці, яка називалась носом («зарубити на носу»). Також існували рахункові мотузки. Перуанські рахункові мотузки називалися кіпу. Рахували на них за допомогою вузликів. А щоб не забути, що де рахувалось, кіпу фарбували в різні кольори. Подібний спосіб рахунку застосовували також стародавні індійці та китайці [4, 9 - 13]

2. Пристосування для рахунку

Самим поширеним пристосуванням для рахунку був абак (або рахівниця). Найстародавніша рахівниця була знайдена при археологічних розкопках на одному з островів Егейського моря (знахідка відноситься до IV тис. до н.е.).

Абак (від грецького abax-дошка) - рахункова дошка, що широко застосовувалася в Древній Греції. Грецький абак являв собою дошку, на якій паралельні лінії позначали розряди одиниць, десятків, сотень і т.д. На лініях вміщували відповідне число жетонів (камінців, кісточок). У Древньому Римі на дошці для зручності робили для камінчиків жолобки. Це пристосування називалося «калькулі» («калкулюс» - галька). У Китаї камінчики замінили на намистини, нанизані на прутики, які закріплювались на дерев'яній рамі. Кожний прутик був розділений на дві нерівні частини. У одній частині було 5 намистин, по кількості пальців на руці, а в другій - тільки 2, по кількості рук. Це пристосування називалося «суан-пан». Їм користувалися в Китаї вже в VI столітті. У Японії подібна конструкція набула назву «соробан».

У Західній Європі знайомство з абаком відбулося в Х столітті, коли після знайомства з індо-арабською системою числення Герберт (940-1003) (з 999 р. - Римський папа Сильвестр II) побудував рахункову дошку, на якій замінив певне число жетонів одним жетоном з апісом. У XVI віці абак розповсюдився і в Росії. У російському абаці на один прутик вміщували відразу 10 кісточок, по числу пальців на двох руках. Цей вид абака називався «русские счеты», або як говорили тоді «руські щоты» і користувалися їми аж до XVIII ст [5]

Логарифмічна лінійка. Іншим пристроєм для рахунку, що набув широке визнання, була логарифмічна лінійка, яка з'явилася в XVII в. Винахід логарифмів, що, за словами Лапласа, «скоротив праці астронома, подвоїло його життя», послужило основою для винаходу чудового обчислювального інструмента, який понад 355 років був службовцем інженерів усього світу.

Поняття логарифму ввів шотландський математик Непер (Napier) Джон (1550-1617) в трактаті «Канонічний опис чудових логарифмів», що вийшов у 1614 році. Сам термін логарифм народився з поєднання грецьких слів logos (відношення) та arithos (число). Логарифми дуже спрощували ділення та множення. Значення логарифмів Непер записував на окремих паличках, маніпулюючи якими можна було набувати нових і нових значень. Ці палички увійшли в історію як «палички Непера».

У XVI і XVII ст. у Європі з'явилася безліч модифікацій паличок Непера. У 1668 р. вюртембергский єзуїт Каспар Шотт запропонував замінити палички Непера циліндрами, на поверхні яких уздовж утворюючих нанесені ті ж, що і на паличках, числа. Циліндри містилися паралельно один одному в шухлядці, де могли обертатися на минаючих через них осях.

У 1678 р. П'єр Пти, французький математик і фізик, друг Паскаля, наклеїв смужки папера з накресленими «паличками» на картонні стрічки і змусив їх рухатися уздовж осі циліндра. Пристрій одержав назву барабана Пти. У 1727 р. німецький механік Якоб Леопольд видозмінив барабан Пти, додавши йому прямокутну форму [9]

Прародителькою сучасної логарифмічної лінійки вважається логарифмічна шкала, відома за назвою шкала Гюнтера. Ця шкала являє собою прямолінійний відрізок, на якому відкладалися логарифми чисел тригонометричних величин. Кілька таких шкал наносилося на дерев'яну чи мідну пластинку паралельно. Циркулі-вимірники використовувалися для вирахування відрізків уздовж ліній шкали, що у відповідності з властивостями логарифмів дозволяло знаходити добуток чи частку. Винахідниками перших логарифмічних лінійок вважають Вільяма Отреда і Ричарда Деламейна. Англійські спочатку в 1654 р. Роберт Биссакер, а потім у 1657 р. Сет Патридж - запропонували конструкцію прямокутної логарифмічної лінійки, що складалася з трьох самшитових планок. Мідне оправлення утримувало дві зовнішні планки, між якими вільно сковзала третя - движок лінійки. На обох сторонах лінійки і на движку малися шкали. Довжина такого типу лінійки складала біля 60 см. Винахідником же першої універсальної логарифмічної лінійки, мабуть, варто вважати видатного англійського механіка Дж. Уатта. У 1779 р. він сконструював лінійку, придатну для виконання будь-яких інженерних розрахунків. Дж. Уатт у своїй лінійці розташував ряд шкал дуже розумним образом, їх градуировка була виконана з великою точністю, що дозволило привернути увагу до неї широких кіл.

Принципово нову шкалу для лінійки запропонував П.М. Пиці. Він на движок лінійки наніс звичайну логарифмічну шкалу, а на нерухому частину лінійки - шкалу повторного логарифма, тобто log log N. У силу логарифмічних співвідношень лінійка Пиці дозволяла при одному переміщенні движка одержати результат зведення в ступінь одного числа в інше.

Ідея важливого елемента лінійки - бігунка була уперше висловлена великим Ньютоном. Логарифмічна лінійка, найбільш схожа на сучасну, була сконструйована в 1850 р. 19-літнім французьким офіцером Амедеєм Маннхеймом. Дозволяючи робити розрахунки з двома-трьома точними цифрами, логарифмічна лінійка довго залишилася одним з основних рахункових приладів інженера [9].

1.3 Механічні обчислювальні машини

Машина Леонарда да Вінчи

У щоденниках геніального італійця Леонардо да Вінчі (1452-1519), уже в наш час був виявлений ряд малюнків, які виявилися ескізним нарисом підсумовуючої обчислювальної машини на зубчастих колесах, здатної складати 13 - розрядні десяткові числа. Фахівці відомої американської фірми IBM відтворили машину в металі й переконалися в повній вірності ідеї вченого. Його підсумовуючу машину можна вважати споконвічною віхою в історії цифрової обчислювальної техніки. Це був перший цифровий суматор, своєрідний зародок майбутнього електронного суматора - найважливішого елемента сучасних ЕОМ, поки ще механічний, дуже примітивний (з ручним керуванням). У ті далекі від нас роки геніальний навчань був, імовірно, єдиним на Землі людиною, що зрозумів необхідність створення пристроїв для полегшення праці при виконанні обчислень [8]

Машина Вільгельма Шиккарда

Однак потреба в цьому була настільки малою (а точніше, її не було зовсім!), що лише через сто із зайвим років після смерті Леонардо да Вінчі найшовся інший європеєць - німецький вчений Вільгельм Шиккард (1592-1636), що не читав, природно, щоденників великого італійця та запропонував своє рішення цього завдання. Причиною, що спонукала Шиккарда розробити рахункову машину для підсумовування й множення шестиразрядных десяткових чисел, було його знайомство з польським астрономом И. Кеплером. Ознайомившись із роботою великого астронома, зв'язаної, в основному, з обчисленнями, Шиккард зайнявся ідеєю надати йому допомогу в нелегкій праці. У листі, на його ім'я, відправленому в 1623 р., він приводить малюнок машини й розповідає як вона влаштована. На жаль, даних про подальшу частку машини історія не зберегла. Очевидно, рання смерть від чуми, що охопила Європу, перешкодила вченому виконати його задум.

Про винаходи Леонардо да Вінчі й Вільгельма Шиккарда стало відомо лише в наш час. Сучасникам они були невідомі [8]

Машина Паскаля

В XYII столітті положення міняється. В 1641-1642 р. дев'ятнадцятирічний Блез Паскаль (1623-1662), тоді ще мало кому відомий французький вчений, створює діючу підсумовуючу машину («паскалину»). На спочатку він споруджував її з однією єдиною метою - допомогти батькові в розрахунках, виконуваних при зборі податків. У наступні чотири роки їм були створені більш досконалі зразки машини. Вони були шести й восьми розрядними та могли робити підсумовування й віднімання десяткових чисел.

У «паскаліні» десяткові цифри задавалися поворотами коліщаток з десятьма зубцями, на яких були цифрові ділення, а результат прочитувався у віконцях. Колеса були механічно пов'язані, щоб враховувати перенесення одиниці в наступний розряд.

Було створено приблизно 50 зразків машин, Б. Паскаль одержавши королівський привілей на їхнє виробництво, алі практичного застосування «паскалини» не одержали, хоча про їх багато говорилося й писалося (в основному, у Франції). Збереглося сім примірників машини Паскаля, один з них знаходиться в Музеї мистецтв та ремесел у Парижі [6]

Машина Лейбніца

В 1673 р. інший великий європеєць, німецький вчений Вільгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), створює рахункову машину («арифметичний прилад», за словами Лейбница) для додавання й множення двенадцатиразрядных десяткових чисел. До зубчастих коліс він додавши східчастий валик, що дозволяє здійснювати множення й розподіл.»… Моя машина дає можливість робити множення й ділення над величезними числами миттєво, притім не прибігаючи до послідовного додавання й віднімання», - писав В. Лейбниц одному зі своїх друзів. Про машину Лейбница було відомо в більшості країн Європи.

У цифрових електронних обчислювальних машинах (ЕОМ), що з'явилися у наступні більше двох століть, пристрій, що виконує арифметичні операції (ті ж самі, що й «арифметичний прилад» Лейбница), одержав назву арифметичного. Пізніше, по мірі додавання ряду логічних дій, його стали називати арифметико-логічним. Він став основним пристроєм сучасних комп'ютерів.

Таким чином, два генії XVII століття, установили перші віхи в історії розвитку цифрової обчислювальної техніки.

Заслуги В. Лейбница, однак, не обмежуються створенням «арифметичного приладу». Починаючи зі студентських років і до кінця життя він займався дослідженням властивостей двійкової системи числення, що стала надалі, основною при створенні комп'ютерів. Він надавав їй якийсь містичний зміст і вважав, що на її базі можна створити універсальну мову для пояснення явищ миру й використання у всіх науках, у тому числі у філософії. Збереглося зображення медалі, намальоване В. Лейбницем в 1697 р., що пояснює співвідношення між двійковою й десятковою системами вирахування [7]

В 1799 р. у Франції Жозеф Марі Жакар (1752-1834) винайшов ткацький верстат, у якому для завдання візерунка на тканині використалися перфокарти. Необхідні для цього вихідні дані записувалися у вигляді пробивань у відповідних місцях перфокарти. Так з'явився перший примітивний пристрій для запам'ятовування й уведення програмної (керуючим ткацьким процесом у цьому випадку) інформації.

В 1795 р. там же математик Гаспар Прони (1755-1839), якому французький уряд доручив виконання робіт, пов'язаних з переходом на метричну систему мер, уперше у світі розробив технологічну схему обчислень, що припускає поділ праці математиків на три складові. Перша група з декількох висококваліфікованих математиків визначала (або розробляла) методи чисельних обчислень, необхідні для рішення завдання, що дозволяють звести обчислення до арифметичних операцій - скласти, відняти, помножити, розділити. Завдання послідовності арифметичних дій і визначення вихідних даних, необхідних при їх виконанні («програмування») здійснювала друга, трохи більше розширена по складу, група математиків. Для виконання складної «програми», що складає з послідовності арифметичних дій, не було необхідності залучати фахівців високої кваліфікації. Ця, найбільш трудомістка частина роботи, поручалася третій і самій численній групі обчислювачів. Такий поділ праці дозволив істотно прискорити одержання результатів і підвищити їхню надійність. Але головне полягало в тому, що цим був даний імпульс подальшому процесу автоматизації, самої трудомісткої (але й найпростішої!) третьої частини обчислень - переходу до створення цифрових обчислювальних пристроїв із програмним керуванням послідовністю арифметичних операцій [10].

Цей завершальний крок в еволюції цифрових обчислювальних пристроїв (механічного типу) зробив англійський вчений Чарльз Беббидж (1791-1871). Блискучий математик, що чудово володіє чисельними методами обчислень, що вже має досвід у створенні технічних засобів для полегшення обчислювального процесу (різницева машина Беббиджа для табулювання поліномів, 1812-1822 р.), він відразу побачив у технології обчислень, запропонованої Г. Прони, можливість подальшого розвитку своїх робіт.

У 1822 р. Ч. Беббідж, що очолював кафедру математики Кембріджського університету, розробив проект великої машини для обчислення та друку таблиць математичних функцій. Він побудував робочу модель, що заслужила схвалення та фінансову підтримку Лондонського Королівського Товариства. У 1823 р. Беббідж приступив до роботи, розраховуючи закінчити її за три роки. Але роботу вчасно не довелось зробити, тому що в той час ще не було точного обладнання для виготовлення деталей, не було розроблено теорію механізмів. До того ж в ході виготовлення машини Беббідж продовжував її вдосконалювати, знаходив нові рішення розширення її можливостей, постійно вносив зміни в креслення та переробляв вже виготовлені вузли. Для арифметичного пристрою Ч. Беббидж використав зубчасті колеса, подібні тім, що використалися раніше. На них же Ч. Беббидж мав намір побудувати пристрій пам'яті з 1000 пятидесятирозрядних регістрів (по 50 коліс у кожному!). Програма виконання обчислень записувалася на перфокартах (пробиваннями), на них же записувалися вихідні дані й результати обчислень. У число операцій, крім чотирьох арифметичних, була включена операція умовного переходу й операції з кодами команд. Час додавання двох пятидесятирозрядних десяткових чисел становило, по розрахунках ученого, 1 сек, множення - 1 хв.

Механічний принцип побудови пристроїв, використання десяткової системи числення, що утрудняє створення простої елементної бази, не дозволили Ч. Беббиджу повністю реалізувати свій далеко, що йде задум, довелося обмежитися скромними макетами. Інакше, по розмірах машина зрівнялася б з локомотивом, і щоб надати рухові її прибудую знадобився б паровий двигун.

У 1833 р. Беббіж припинив роботи над великою машиною, витративши 17 тис. фунтів стерлінгів урядових коштів та 13 тис. власних і виконавши при цьому лише частину проекту. Але треба відмітити, що працююча частина машини мала значно більшу швидкодію, ніж було обіцяно, і забезпечувала заявлену точність. У процесі створення машини у Беббіджа виникла ідея про створення універсальної обчислювальної машини, названої згодом аналітичною. Її логічна схема була настільки ясною та простою, що він міг описати її словами, не вдаючись до креслень.

Аналітична машина, за задумом Беббіджа, повинна була

1. виконувати прості арифметичні дії;

2. запам'ятовувати початкові та проміжні дані, результати обчислень;

3. запам'ятовувати групу команд, по яких йде розв'язання задачі;

4. виводити результати обчислень;

5. автоматично припиняти обчислення після виконання задачі;

6. повторювати цикл обчислень.

У новій машині передбачався пристрій - «млин», який виконував всі арифметичні дії. Початкові дані, проміжні результати запам'ятовувалися на регістрах, об'єднаних в єдиний пристрій - «склад». Керування переміщенням чисел зі «складу» на «млин» і зворотно, а також керування діями «млина» здійснювалося «конторою» за допомогою перфокарт по типу раніше застосованих для ткацького станка французом Ж.М. Жаккаром. Послідовність карт складала (як ми б тепер назвали) програму. Але в аналітичній машині Беббіджа ще була відсутня сучасна «концепція зберігаємої програми».

У цих роботах Беббіджу допомагала математик, дочка Байрона Ада Августа Лавлейс (1815-1852 рр.). Вона створила для машини Беббіджа декілька програм, які зберігалися на спеціальних перфорованих картах. Вона довела, що машина здатна не тільки вирішувати задачі числового характеру, але й виконувати операції над словами. «Машина - не Творець. Вона - лише слуга, слухняний наказам добродія» (Ада Лавлейс) Роботи Ади Лавлейс в цій галузі були надруковані в 1843 році. Однак, в той час вважалося непристойним для жінки видавати твори під своїм ім'ям, тому на титульному листі стояли лише її ініціали. Одна з основних наукових праць Ади Лавлейс - переклад статті Менабриа «Елементи аналітичної машини Беббіджа» та примітки до неї. Саме ці декілька сторінок і містили, на думку багатьох фахівців, зразок «першої в історії комп'ютерної програми». У тексті приміток до статті Менабреа була прихована струнка теорія програмування [8]

Заслуги Чарльза Беббіджа і його учениці та помічниці Ади Лавлей важко переоцінити.

По-перше, це ідея програмного управління процесом обчислень.

По-друге, пропозиція використати перфокарти для введення і виведення даних, для управління, а також для обміну та передачі чисел в самій машині.

По-третє, винахід системи попереднього перенесення для прискорення розрахунків.

По-четверте, застосування способу зміни ходу обчислень, що отримав надалі назву умовного переходу.

По-п'яте, введення поняття циклів операцій і робочих осередків.

У матеріалах Беббіджа і коментарях Лавлейс намічені такі поняття, як підпрограма та бібліотека підпрограм, модифікація команд та індексний регістр, які стали вживатися тільки в 50-х роках ХХ століття. Сам термін бібліотека був уперше введений Беббіджем, а терміни робочий осередок і цикл запропонувала Ада Лавлейс.

Останні 37 років свого життя Беббідж присвятив удосконаленню своєї аналітичної машини. У 1871 році він створив прототипи процесора та пристрою для друку. Помер він так і не закінчивши свою основну працю. Сучасники, не бачачи конкретного результату, розчарувалися в роботі вченого. Він випередив свій час. І сам розумів це: «Імовірно пройде половина сторіччя, перш ніж хто-небудь візьметься за таке малообіцяюче завдання без тих вказівок, які я залишив після себе. І якщо хтось, не попереджений моїм прикладом, візьме на себе це завдання й досягне мети в реальному конструюванні машини, що втілює в собі всю виконавчу частину математичного аналізу за допомогою простих механічних або інших засобів, я не побоюся поплатитися своєю репутацією на його користь, тому що тільки він один повністю зможе зрозуміти характер моїх зусиль і цінність їхніх результатів». Його машина набагато випереджала технічні можливості свого часу, і довести її до кінця було практично неможливо. Аналітичну машину Ч. Беббіджа вважають прообразом ЕОМ [9]

Після смерті Ч. Беббиджа Комітет Британської наукової асоціації, куди входили великі вчені, розглянув питання, що робити з незакінченою аналітичною машиною й для чого вона може бути рекомендована.

До честі Комітету було сказано:»… Можливості аналітичної машини простираються так далеко, що їх можна порівняти тільки з межами людських можливостей… Успішна реалізація машини може означати епоху в історії обчислень, рівную введенню логарифмів» [2, 93 -100]

Незрозумілим виявився ще один видатний англієць, що жив у ті ж роки, - Джордж Буль (1815-1864). Розроблена ним алгебра логіки (алгебра Буля) знайшла застосування лише в наступному столітті, коли знадобився математичний апарат для проектування схем ЕОМ, що використовують двійкову систему числення. роботи англійського математика Джорджа Буля «Математичний аналіз логіки» (1847 р.) та «Закони мислення» (1854 р.), в яких були викладені основи алгебри логіки (інші назви: алгебра висловлювань, булева алгебра). На основі булевої алгебри ґрунтується теорія релейно-контактних схем та практика конструювання складних дискретних автоматів, що використовуються й у сучасній обчислювальній техніці.

«З'єднав» математичну логіку із двійковою системою числення й електричних ланцюгів американський учений Клод Шенон у своїй знаменитій дисертації (1936 р.) [3].

Табулятор Холлеріта. Герман Холлеріт (1860-1929), син німецьких емігрантів в США, сконструював в 1884 році табулятор - електричну рахункову машину, що автоматизує процес обробки даних при проведенні перепису населення. Вперше машина Холлеріта була випробувана в 1887 році. А в 1890 році вона перемогла в конкурсі машин для обробки даних перепису населення США. У цій машині використовувалися перфокарти як носії інформації. Заснована Холлерітом в 1887 р. фірма спеціалізувалася по випуску перфораторів. Ця фірма сьогодні носить назву IBM та є найбільшим в світі виробником комп'ютерів.

Перша рахувальна машина була розроблена 1930 р. американським вченим В. Бушем - диференціальний аналізатор. Вона працювала на електриці, а інформація зберігалась за допомогою електронних карт. Такі машини були громіздкі і важили до 200 тонн [5].

Через 63 роки після смерті Ч. Беббиджа (він майже вгадав строк!) знайшовся «хтось», хто взяв на себе завдання створити машину, подібну - за принципом дії, тієї, котрої віддав життя Ч. Беббидж. Їм виявився… німецький студент Конрад Цузе (1910-1985). Роботу зі створення машини він почав в 1934 р., за рік до одержання інженерного диплома. Конрад (друзі його кликали Куно) нічого не знав ні про машину Беббиджа, ні про роботи Лейбница, ні про алгебру Буля, що немов створена для того, щоб проектувати схеми з використанням елементів, що мають лише два стійких стани.

Проте, він виявився гідним спадкоємцем В. Лейбница й Дж. Буля оскільки повернув до життя вже забуту двійкову систему рахування, а при розрахунку схем використав щось подібне булевой алгебрі. В 1937 р. машина Z1 (що означало Цузе 1) була готова й запрацювала!

Вона була подібно машині Беббиджа чисто механічною. Використання двійкової системи створило чудо - машина займала всього два квадратних метри на столі у квартирі винахідника! Довжина слів становила 22 двійкових розряди. Виконання операцій вироблялося з використанням плаваючої коми. Для мантиси і її знака приділялося 15 розрядів, для порядку - 7. Пам'ять (теж на механічних елементах) містила 64 слова (проти 1000 у Беббиджа, що теж зменшило розміри машини). Числа й програма вводилися вручну. Ще через рік у машині з'явився пристрій уведення даних і програми, що використовував кінострічку, на яку перфорувалася інформація, а механічний арифметичний пристрій замінив АУ послідовної дії на телефонні реле. У цьому К. Цузе допоміг австрійський інженер Гельмут Шрайер, фахівець в області електроніки. Удосконалена машина одержала назву Z2. В 1941 р. Цузе за участю Г. Шрайера створює релейну обчислювальну машину із програмним керуванням (Z3), що містить 2000 реле й повторює основні характеристики Z1 і Z2. Вона стала першої у світі повністю релейною цифровою обчислювальною машиною із програмним керуванням і успішно експлуатувалася. Її розміри лише небагато перевищували розміри Z1 і Z2.

Ще в 1938 р. Г. Шрайер, запропонував використати для побудови Z2 електронні лампи замість телефонних реле. Тоді К. Цузе йому сказав: «Імовірно, ти випив занадто багато шнапсу!»

Але в роки Другої світової війни він сам прийшов до висновку про можливості лампового варіанта машини. Друзі виступили із цим повідомленням у колі вчених чоловіків і піддалися глузуванням і осуду. Названа ними цифра - 2000 електронних ламп, необхідних для побудови машини, могла остудити самого гарячого голови. Лише один зі слухачів підтримав їхній задум. Вони не зупинилися на цьому й представили свої міркування у військове відомство, указавши, що нова машина могла б використатися для розшифровки радіограм союзників. Їх запитали:

- А коли буде готова машина?

- Року через два!

- До цього часу ми переможемо й машина не знадобиться!

Так, можливо, був упущений шанс створити в Німеччині не тільки першу релейну, але й першу у світі електронну обчислювальну машину.

До цього часу К. Цузе організував невелику фірму, і її зусиллями були створені дві спеціалізовані релейні машини S1 і S2. Перша - для розрахунку крил «літаючих торпед» - літаків-снарядів, якими обстрілювався Лондон, друга - для керування ними. Вона виявилася першою у світі керуючою обчислювальною машиною.

До кінця війни К. Цузе створює ще одну релейну обчислювальну машину - Z4. Вона виявиться єдиної яка збережеться із всіх машин, розроблених ім. Інші будуть знищені при бомбуванні Берліна й заводів, де вони випускалися.

І так, К. Цузе встановив кілька віх в історії розвитку комп'ютерів: першим у світі використав при побудові обчислювальної машини двійкову систему вирахування (1937 р.), створив першу у світі релейну обчислювальну машину із програмним керуванням (1941 р.) і цифрову спеціалізовану керуючу обчислювальну машину (1943 р.).

Ці воістину блискучі досягнення, однак, істотного впливу на розвиток обчислювальної техніки у світі (за винятком Німеччини) не зробили…

Справа в тому, що публікацій про їх і яку-небудь рекламу через таємність робіт не було, і тому про неї стало відомо лише через кілька років після завершення Другої світової війни [3].

По іншому розвивалися події в США. В 1944 р. учений Гарвардського університету Говард Айкен (1900-1973) створює першу в США (тоді вважалося першу у світі!) релейно-механічну цифрову обчислювальну машину МАРКО-1* Automatic Sequence Controlled Calculator ASCC - автоматический цифровой управляющий калькулятор. По своїх характеристиках (продуктивність, об'єм пам'яті) вона була близька до Z3, але істотно відрізнялася розмірами (довжина 17 м, висота 2,5 м, вага 5 тонн, 500 тисяч механічних деталей).

У машині використалася десяткова система числення. Як і в машині Беббиджа в лічильниках і регістрах пам'яті використалися зубчасті колеса. Керування й зв'язок між ними здійснювалася за допомогою реле, число яких перевищувало 3000. М. Айкен не приховував, що багато чого в конструкції машини він запозичив у Ч. Беббиджа. «Якби був живий Беббидж, мені нема чого було б робити», - говорив він. Чудовою якістю машини була її надійність. Установлена в Гарвардському університеті вона проробила там 16 років!

Слідом за МАРКО-1 учений створює ще три машини (МАРКО-2, МАРКО-3 і МАРКО-4) і теж з використанням реле, а не електронних ламп, пояснюючи це ненадійністю останніх.

На відміну від робіт Цузе, які велися з дотриманням таємності, розробка МАРКО1 проводилася відкрито й про створення незвичайної по тим часам машини швидко довідалися в багатьох країнах. Чи жарт, за день машина виконувала обчислення, на які раніше витрачалося півроку! Дочка К. Цузе, що працювала у військовій розвідці й перебувала в той час у Норвергии, надіслала батькові вирізку з газети, що повідомляє про грандіозне досягнення американського вченого.

К. Цузе міг тріумфувати. Він багато в чому випередив суперника, що з'явився. Пізніше він направить йому лист і скаже про це. А уряд Німеччини в 1980 р. виділить йому 800 тис. марок для відтворення Z1, що він і здійснив разом зі студентами, що допомагали йому. Свого воскреслого первістка К. Цузе передав на вічне зберігання в музей обчислювальної техніки в Падеборне.

Продовжити розповідь про Г. Айкене хочеться цікавим епізодом. Справа в тому, що роботи зі створення МАРКО1 виконувалися на виробничих приміщеннях фірми IBM. Її керівник у той час Том Уотсон, що любив порядок у всьому, наполіг, щоб величезна машина була «одягнена» у скло й сталь, що робило її дуже респектабельною. Коли машину перевезли в університет і представили публіці, то ім'я Т. Уотсона в числі творців машини не було згадано, що страшно розлютило керівника IBM, що вклав у створення машини півмільйона доларів. Він вирішив «утерти ніс» Г. Айкену. У результаті з'явився релейно-електронний монстр, у величезних шафах якого розміщалися 23 тис. реле й 13 тис. електронних ламп! Машина виявилася не працездатною. У кінців-кінців вона була виставлена в Нью Йорку для показу недосвідченій публіці. На цьому гіганті завершився період електро - механічних цифрових обчислювальних машин.

Що стосується Г. Айкена, те, повернувшись в університет, він першим у світі, почав читання лекцій по новому тоді предмету, що одержав зараз назву Computer Science - наука про комп'ютери, він же, один з перших запропонував використати машини в ділових розрахунках і бізнесі. Спонукальним мотивом для створення МАРКО-1 було прагнення Г Айкена допомогти собі в численних розрахунках, які йому доводилося робити при підготовці дисертаційної роботи (присвяченої, до речі, вивченню властивостей електронних ламп).

Однак, уже насувався час, коли обсяг розрахункових робіт у розвинених країнах став наростати як сніжний ком, у першу чергу в області військової техніки, чому сприяла Друга світова війна [5].

В 1941 р. співробітники лабораторії балістичних досліджень Абердинского артилерійського полігона в США звернулися в розташовану неподалік технічну школу при Пенсильванскому університеті за допомогою в складанні таблиць стрілянини для артилерійських знарядь, уповаючи на диференціальний аналізатор, що був у школі, Буша - громіздкий механічний аналоговий обчислювальний пристрій. Однак, співробітник школи фізик Джон Мочлі (1907-1986), який захоплювався метереологією і, що змайстрував для рішення завдань у цій області кілька найпростіших цифрових пристроїв на електронних лампах, запропонував щось інше.

Їм було складено (у серпні 1942 р.) і відправлено у військове відомство США пропозицію про створення потужного комп'ютера (по тим часам) на електронних лампах. Ці, воістину історичні п'ять сторінок були покладені військовими чиновниками під сукно, і пропозиція Мочлі, імовірно, залишилася б без наслідків, якби їм не зацікавилися співробітники полігону. Вони домоглися фінансування проекту, і у квітні 1943 р. був укладений контракт між полігоном і Пенсільванським університетом на створення обчислювальної машини, названої електронним цифровим інтегратором і комп'ютером (ЕНІАК* Elektronic Numerical Integrator and Computer ENIAC). На це відпускалося 400 тис. доларів. До роботи було притягнуто близько 200 чоловік, у тому числі кілька десятків математиків і інженерів.

Керівниками роботи стали Дж. Мочлі й талановитий інженер - електронщик Преспер Еккерт (1919-1995). Саме він запропонував використати для машини забраковані військовими представниками електронні лампи (їх можна було одержати безкоштовно!). З огляду на те, що необхідна кількість ламп наближалася до 20 тисяч, а засобу, виділені на створення машини досить обмежені, - це було мудрим рішенням. Він же запропонував знизити напругу розжарення ламп, що істотно збільшило надійність їхньої роботи. Напружена робота завершилася наприкінці 1945 року. ЕНІАК був пред'явлений на випробування й успішно їх витримав. На початку 1946 р. машина початку вважати реальні завдання. По розмірах вона була більше вражаючою, чим МАРКО-1:26 м у довжину, 6 м у висоту, вагу 35 тонн. Але вражали не розміри, а продуктивність - вона в 1000 разів перевищувала продуктивність МАРКО - 1! Такий був результат використання електронних ламп!

В іншому ЕНІАК мало чим відрізнявся від МАРКО-1. У ньому використалася десяткова система вирахування. Розрядність слів - 10 десяткових розрядів. Ємність електронної пам'яті - 20 слів. Уведення програм - з комутаційного поля, що викликало масу незручностей: зміна програми займала багато годин і навіть дні.

В 1945 р., коли завершувалися роботи зі створення ЕНІАК, і його творці вже розробляли новий електронний цифровий комп'ютер ЕДВАК** Elektronic Discrete Variable Computer EDVAC у якому збирались розміщати програми в оперативній пам'яті, щоб усунути основний недолік ЕНІАКа - складність уведення програм обчислень, до них як консультант був спрямований видатний математик, учасник Матхеттенського проекту по створенню атомної бомби Джон фон Нейман (1903-1957). Варто сказати, що розроблювачі машини, зважаючи на все, не просили цієї допомоги. Дж. Нейман, імовірно, сам виявив ініціативу, почувши від свого приятеля Г. Голдстайна, математика, що працював у військовому відомстві, про ЕНІАКе. Він відразу оцінив перспективи розвитку нової техніки й прийняв саму активну участь у завершенні робіт зі створення ЕДВАКа. Написана ним частина звіту по машині, містила загальний опис ЕДВАКа й основні принципи побудови машини (1945 р.).

Вона була розмножена Г. Голдстайном (без узгодження із Дж. Мочлі й П. Еккертом) і розіслана в ряд організацій. В 1946 р. Нейманом, Голдстайном і Берксом (всі троє працювали в Принстонському інституті перспективних досліджень) був складений ще один звіт («Попереднє обговорення логічного конструювання пристрою», червень 1946 р.), що містив розгорнутий і детальний опис принципів побудови цифрових електронних обчислювальних машин. У тому ж році звіт був розповсюджений на літній сесії Пенсильванського університету.

Викладені у звіті принципи зводилися до наступного.

1. Машини на електронних елементах повинні працювати не в десяткової, а двійковій системі вирахування.

2. Програма повинна розміщатися в одному із блоків машини - у запам'ятовувальному пристрої, що володіє достатньою ємністю й відповідними швидкостями вибірки й записи команд програми.

3. Програма, так само як і числа, з якими оперує машина, записується у двійковому коді. Таким чином, за формою подання команди й числа однотипні. Ця обставина приводить до наступних важливих наслідків:

проміжні результати обчислень, константи й інші числа можуть розміщатися в тім же запам'ятовувальному пристрої, що й програма;

числова форма запису програми дозволяє машині робити операції над величинами, якими закодовані команди програми.

4. Труднощі фізичної реалізації запам'ятовувального пристрою, швидкодія якого відповідає швидкості роботи логічних схем, вимагає ієрархічної організації пам'яті.

5. Арифметична будова машини конструюється на основі схем, що виконують операцію додавання, створення спеціальних пристроїв для виконання інших операцій недоцільно.

6. У машині використовується паралельний принцип організації обчислювального процесу (операції над словами виробляються одночасно по всіх розрядах).

Не можна сказати, що перераховані принципи побудови ЕОМ були вперше висловлені Дж. Нейманом і іншими авторами. Їхня заслуга в тому, що вони, узагальнивши накопичений досвід побудови цифрових обчислювальних машин, зуміли перейти від схемних (технічних) описів машин до їх узагальненої логічно ясної структури, зробили важливий крок від теоретично важливих основ (машина Тьюринга) до практики побудови реальних ЕОМ. Ім'я Дж. Неймана привернуло увагу до звітів, а висловлені в них принципи й структура ЕОМ одержали назву неймановских [10].

Під керівництвом Дж. Неймана в Принстонському інституті перспективних досліджень в 1952 р. була створена ще одна машина на електронних лампах МАНІАК (для розрахунків по створенню водневої бомби), а в 1954 р. ще одна, уже без участі Дж. Неймана. Остання була названа на честь ученого «Джоніак». На жаль, усього три роки через Дж. Нейман важко занедужав і помер.

Дж. Мочлі й П. Еккерт, скривджені тим, що у звіті Принстонського університету вони не фігурували й вистраждане ними рішення розташовувати програми в оперативній пам'яті (і не тільки це!) стали приписувати Дж. Нейману, а, з іншого боку, побачивши, що багато хто, що виникли як гриби після дощу, фірми прагнуть захопити ринок ЕОМ, вирішили взяти патенти на ЕНІАК.

Однак у цьому їм було… відмовлене! Допитливі суперники розшукали інформацію про те, що ще в 1938-1941 роках Айова професор, що працював у сільськогосподарському училищі штату, математики Джон Атанасов (1903-1996), болгарин по походженню, разом зі своїм помічником Клиффордом Бери розробив макет спеціалізованої цифрової обчислювальної машини (з використанням двійкової системи числення!) для рішення систем алгебраїчних рівнянь. Макет містив 300 електронних ламп, мав пам'ять на конденсаторах. Таким чином, піонером лампової техніки в області комп'ютерів виявився Атанасов!

До того ж Дж. Мочлі, як з'ясував суд, що розбирав (майже 20 років!) справу по видачі патенту, виявляється, був знайомий з роботами Атанасова та провів п'ять днів у його лабораторії, у дні створення макета.

Що стосується зберігання програм в оперативній пам'яті й теоретичному обґрунтуванні основних властивостей сучасних комп'ютерів, те й тут Дж. Мочлі й П. Еккерт не були першими. Ще в 1936 р. про це сказав Алан Тьюринг (1912-1953) - геніальний, математик, що опублікував тоді свою чудову роботу «О вычислимых числах» (в 24 роки!).

Думаючи, що найбільш важлива риса алгоритму (завдання на обробку інформації) - це можливість механічного характеру його виконання, А. Тьюринг запропонував для дослідження алгоритмів абстрактну машину, що одержала назву «машина Тьюринга». У ній він передбачив основні властивості сучасного комп'ютера. Дані повинні були вводитися в машину з паперової стрічки, поділеної на клітинки-осередки. Кожна з них містила символ або була порожньою. Машина не тільки могла обробляти записані на стрічці символи, але й змінювати їх, стираючи старі й записуючи нові відповідно до інструкцій, збереженими в її внутрішньої пямяти. Для цього вона доповнювалася логічним блоком, що містить функціональну таблицю, що визначає послідовність дій машини. Інакше кажучи, А. Тьюринг передбачив наявність деякого запам'ятовувального пристрою для зберігання програми дій машини. Але не тільки цим визначаються його видатні заслуги.

В 1942-1943 роках, у розпал Другої світової війни, в Англії, в обстановці найсуворішої таємності з його участю в Блечли-парку під Лондоном була побудована й успішно експлуатувалася перша у світі спеціалізована цифрова обчислювальна машина «Колоссус» на електронних лампах (2000 ламп!) для розшифровки секретних радіограм німецьких радіостанцій. Вона успішно впоралася з поставленим завданням. Один з учасників створення машини так оцінив заслуги А. Тьюринга: «Я не хочу сказати, що ми виграли війну завдяки Тьюрингу, але беру на себе сміливість сказати, що без нього ми могли її й програти». Після війни вчений взяв участь у створенні універсальної лампової ЕОМ. Раптова смерть на 41-м року життя перешкодила реалізувати повною мірою його видатний творчий потенціал. На згадку про А. Тьюринге у встановлена премія його імені за видатні роботи в області математики й інформатики. ЕОМ «Колоссус» відновлена й зберігається в музеї містечка Блечли парк, де вона була створена.

Однак, у практичному плані Дж. Мочлі й П. Еккерт дійсно виявилися першими, хто, зрозумівши доцільність зберігання програми в оперативній пам'яті машини (незалежно від А. Тьюринга), заклали це в реальну машину - свою другу машину ЕДВАК. На жаль її розробка затрималася, і вона була уведена в експлуатацію тільки в 1951 р. У цей час в Англії вже два роки працювала ЕОМ зі збереженої в оперативній пам'яті програмою! Справа в тому, що в 1946 р. у розпал робіт з ЕДВАК Дж. Мочли прочитав курс лекцій по принципах побудови ЕОМ у Пенсильванском університеті. Серед слухачів виявився молодий учений Моріс Уилкс (народився в 1913 р.) з Кембриджського університету, того самого, де сто років тому Ч. Беббидж запропонував проект цифрової машини із програмним керуванням. Повернувшись в Англію, талановитий молодий учений зумів за дуже короткий строк створити ЕОМ ЕДСАК* Elektronic Delay Storage Automatic Computer EDSAC (електронний комп'ютер на лініях затримки) послідовної дії з пам'яттю на ртутних трубках з використанням двійкової системи вирахування й збереженої в оперативній пам'яті програмою. В 1949 р. машина заробила! Так М. Уілкс виявився першим у світі, хто зумів створити ЕОМ зі збереженої в оперативній пам'яті програмою. В 1951 У 1951 р. він же запропонував мікропрограмне керування операціями. ЕДСАК став прототипом першої у світі серійної комерційної ЕОМ ЛЕО (1953 р.). Сьогодні М. Уілкс - єдиний з, що залишилися в живих комп'ютерних піонерів миру старшого покоління, тих, хто створював перші ЕОМ. Дж. Мочлі й П. Еккерт намагалися організувати власну компанію, але неї довелося продати через виниклі фінансові утруднення. Їхня нова розробка - машина УНІВАК**, призначена для комерційних розрахунків, перейшла у власність фірми Ремінгтон Рэнд і багато в чому сприяла її успішній діяльності.

Хоча Дж. Мочлі й П. Еккерт не одержали патенту на ЕНИАК, його створення стало, безумовно золотою віхою в розвитку цифрової обчислювальної техніки, що відзначає перехід від механічних і електромеханічних до електронних цифрових обчислювальних машин [3, 120 - 137].

В 1996 р. з ініціативи Пенсильванського університету багато країн миру відзначили 50-річчя інформатики, зв'язавши цю подію з 50-летием створення ЕНІАК. Для цього були багато підстав - до Еніака й після жодна ЕОМ не викликала такого резонансу у світі й не мала такого впливу на розвиток цифрової обчислювальної техніки як чудове дітище Дж. Мочлі й П. Еккерта.

У другій половині нашого століття розвиток технічних засобів пішов значно швидше. Комп`ютери третього покоління (середина 60-х - початок 70-х років ХХ століття) працювали зі швидкодією в декілька мільйонів операцій за секунду. Це досягалося застосуванням у них інтегральних схем. У складі цих ЕОМ з`явилися пристрої (вони отримали назву каналів), які забезпечували обмін даними між оперативною пам`яттю та іншими блоками ЕОМ. Представниками цих ЕОМ були комп`ютери типу ІВМ - 360 та ЄС «Ряд - 1» [7].

У 1970 році фірма Інтел почала продавати інтегральні схеми пам`яті. У цьому ж році була сконструйована інтегральна схема, аналогічна за своїми функціями центральному процесорові великої ЕОМ, яку назвали мікропроцесором.

Перший комп`ютер ІВМ РС був запропонований користувачам у 1981 році. Він вигідно відрізнявся від усіх попередників тим, що будувався за принципом відкритої архітектури. Тобто фірма зробила його не єдиною системою, як раніше, а забезпечила можливість його збирання аналогічно до дитячого конструктора. Одначе, саме це досягнення й не дало можливості фірмі ІВМ користуватися результатами власного успіху.

Фірма ІВМ розраховувала, що відкритість архітектури дозволить незалежним виробникам розробляти різні додаткові пристрої, завдяки чому зросте популярність комп`ютера. Але відразу ж з`явилося багато виробників більш дешевших комплектуючих, повністю аналогічних тим, які застосовувалися в комп`ютері IBM PC.

Найбільше виграли користувачі, отримавши можливість збирати комп`ютер на свій розсуд, не обмежуючись досягненнями будь-якої однієї фірми [8].

В ЕОМ четвертого покоління (70-і - початок 80-х років ХХ століття) за рахунок використання великих інтегральних схем швидкодія досягла десятків мільйонів операцій за секунду. Ці ЕОМ мали в своєму складі декілька центральних процесорів, а це забезпечувало одночасне розв'язання декількох завдань (власне, такі ЕОМ уже належали до обчислювальних систем). Представниками цих ЕОМ були комп`ютери типу ІВМ-370 та ЄС «Ряд - 2, - 3».

Комп`ютери п`ятого покоління (початок 80-х років ХХ сторіччя - по наш час) працюють на надвеликих інтегральних схемах зі швидкодією в сотні мільйонів операцій за секунду. Представниками цих ЕОМ є персональні комп`ютери типу ІВМ РС та типу Macintosh, ІВМ РС - сумісні ПК, міні ЕОМ (DEC, Hewlett - Packard, Sun та ін.), великі ЕОМ (мейнфрейми, найбільшим виробником яких залишається фірма IВM) та супер-ЕОМ (Gray Research, Hitachi тощо). До складу комп`ютерів п`ятого покоління входять різноманітні термінали (дисплеї, сканери, накопичувачі на магнітних та компакт-дисках, лазерні кольорові принтери, апаратні засоби для прискорення процесів тривимірного моделювання, анімації тощо) [9].

Список використаної літератури

інформаційний рахунок логарифмічний обчислювальний

1. Єсеєв Г., Пацюк С., Симонович С. «Ви купили комп'ютер 1000 порад».

2. Збiрник «Матерiали про створення першої в континентальнiй Європi електронної обчислювальної машини». Укладач чл. кор. НАН України Б.М. Малиновський. Видавничий дiм «Академперiодика». 150 стор. Київ. 2002.

3. Клюкін А., Лаврик А., Добришевін В. «Винаходи ХХ ст.: Комп'ютери».

4. Малиновський Б.М. «История вычислительной техники в лицах», Київ, 1995, 380 стор., 130 фотографiй, росiйською мовою.

5. Остапенко В.В. Історія розвитку обчислювальної техніки (сайт)

6. http://uk.wikipedia.org/wiki/Комп'ютер#.D0.94.D0.B6.D0.B5.D1.80.D0.B5.D0.BB.D0.B0

7. http://uk.wikipedia.org/wiki/ЕОМ#.D0.9F.D0.BE.D1.81.D0.B8.D0.BB.D0.B0.D0.BD.D0.BD.D1.8F

8. http://www.pdaa.com.ua/book/Ch1-2.htm

9. http://uk.wikibooks.org/wiki/Історія_розвитку_обчислювальної_техніки

10. www.icfcst.kiev.ua/museum/Early_u.html

Размещено на Allbest.ru