Что было до появления ЭВМ
Уже наши предки людей умели подсчитывать число членов своей семьи, количество принадлежащих им животных и вещей, отгибая пять пальцев каждой руки. Состояние древних людей росло, стада домашних животных насчитывали уже тысячи голов, и пальцев рук для вычислений стало мало. И тогда человек придумал первое пятеричное вычислительное механическое устройство – абак. Это была полосатая доска с кучками камней на полосках. Дошедшие до нас счеты – тоже разновидность абака. Они появились в конце XVI века и использовали уже десятичную систему исчисления.
В Древнем Риме такие устройства именовались как calculi или abaculi – от слова calculus (в переводе галька, камешек, голыш). Отсюда и появилось слово calculus (вычисления) и calculator (это уже совсем по современному – калькулятор или вычислитель). Первые устройства такого типа на самом деле ничего не вычисляли – они служили просто простой механической памятью.
Долгое время подобные «машины» помогали только складывать и вычитать числа. Но в начале XVII века появились первые логарифмические таблицы, созданные Непером. Затем мир захлестнула волна логарифмических линеек, доживших до наших дней. Увы, точность их изготовления позволяет получать верными только 3 или 4 цифры результатов.
Примерно в 1623 году В. Шиккардом была изготовлена в единственном экземпляре первая механическая счетная машина. Затем французский математик и философ Блез Паскаль в 1642 году изобрел механическую суммирующую машину на шестеренках. А уже в 1674г. Готфрид Лейбниц усовершенствовал ее, сделав возможными умножение, деление и даже извлечение квадратного корня. Он же впервые применил двоичную систему исчисления.
Однако все эти ранние вычислительные устройства не были автоматическими, и ими постоянно управлял человек – пользователь. Первый проект механической машины, управляемой по введенной в нее с перфокарт программе, был создан в 1834 году Чарльзом Бэббиджем. Для привода машины Бэббидж предполагал использовать паровой двигатель.
В своей машине Бэббидж выделял четыре главных блока:
· склад для хранения чисел (по нынешней терминологии память);
· мельницу для перемалывания-обработки чисел (по-нашему, это арифметическое устройство);
· устройство управления;
· устройство ввода-вывода.
Замечательно, что все эти устройства по существу входят в любую современную вычислительную машину. Так что Бэббиджа можно считать первым архитектором вычислительных машин – архитектура его машины сохраняет свое значение и поныне. Бэббидж также предвосхитил возможность изменения алгоритма решения задач по мере их выполнения.
Для записи программ Бэббидж заимствовал идею применения перфокарт, которую предложил и реализовал в ткацких станках Жаккар. Такие карты представляли собой лист плотной бумаги с отверстиями. Отсутствие и наличие отверстия в том или ином месте означало запись логического нуля и единицы. Ада Лавлейс (дочь поэта
Д. Байрона) подготовила первые программы для машины Бэббиджа. В них впервые были реализованы циклы – повторяющиеся неоднократно операции. Ее вклад, как первого в истории Человечества программиста, увековечен в названии современного языка программирования Ада.
Создание первых механических вычислительных устройств способствовало развитию теории вычислений и алгоритмов. Здесь огромный вклад внес Джорж Буль (1815-1864 гг.), который предложил математическое описание логических и арифметических операций, ныне известное как алгебра Буля. По существу Буль создал теоретические основы работы современных цифровых машин.
В 1874 Орднер (Россия) разработал механические счетные машинки небольших размеров – арифмометры. В 1931 году в России был организован выпуск арифмометров «Феликс». Лишь недавно они исчезли с прилавков магазинов канцтоваров. А в 1969 году (уже в век электронных вычислительных машин) только в СССР было выпущено 300 000 арифмометров!
В 1888 году Герман Холлерит создал первую электромеханическую машину – табулятор для обработки перфокарт. Она помогла осуществить перепись населения США. Обработку ее результатов осуществили 43 помощника Холлерита в течение всего одного месяца. Это был феноменальный успех – результаты предшествующей переписи обрабатывало свыше 500 человек на протяжении десяти дет!
В 1896 году Холлерит создал фирму Computing Tabulation Company, которая занималась разработкой и выпуском табуляторов. Из нее и родилась ныне знаменитая корпорация IBM (International Business Machine). Вот уже многие годы эта корпорация лидирует в разработке и производстве больших вычислительных машин для различных сфер экономики.
В 1930 году В. Буш создает дифференциальный анализатор, способный решать дифференциальные уравнения. Одна из последних моделей этого устройства, построенная уже в 1942 году (в разгар второй мировой войны), весила 200 тонн.
В 1937 году Алан Тьюринг опубликовал фундаментальную математическую работу с описанием алгоритмов математических вычислений с помощью удивительной по своей простоте гипотетической машины.
Первые двоичные электромеханические машины на основе реле создал в на рубеже тридцатых/сороковых годов ХХ века немецкий инженер Конрад Цузе - это машины Z1 и Z3. Последняя была изготовлена в 1941 году и имела около 2600 реле. Профессор Гарвардского университета Г. Айкен при участии IBM построил в 1944 году еще одну релейную машину ASCC (Mark-1).
Тем временем физик и математик (по национальности венгр) Джон фон Нейман (1903-1957 гг.), житель США, предложил хранить в памяти вычислительных машин как данные для вычислений, так и программы. Это была основополагающая идея, обеспечивающая вычисления под управлением меняющихся в их ходе данных. Что существенно расширило классы алгоритмов вычислений, доступных вычислительным машинам. Он же предложил классическую архитектуру вычислительных машин, состоящую из следующих узлов:
· арифметико-логическое устройство (АЛУ);
· устройство управления (УУ);
· запоминающее устройство (ЗУ);
· система ввода информации;
· система вывода информации.
Эта архитектура так и названа – фон-Неймановской архитектурой.
Подобные работы велись и в СССР. Так, в 1957 году была создана первая релейная советская счетная машина РВМ-1, превосходящая Mark-2 по скорости вычислений в 14 раз. К этому времени стало ясно, что век электромеханических вычислительных машин окончился. И стали появляться электронные вычислительные машины.
