История развития вычислительных машин (ВМ)

1.1. Предвестники компьютерной эры. «Аналитическая машина» Бэббиджа.

Если рассмотреть историю развития производительных сил и производственных отношений, можно увидеть, как менялся характер производства: от ручного труда человечество перешло к использованию примитивных орудий труда, затем к механизации труда и далее к автоматизации труда. На последнем этапе XX в мы наблюдаем новые тенденции гибкой автоматизации труда.

Аналогичную картину мы можем наблюдать и в области вычислений. С самого начала зарождения рыночных отношений людям потребовались средства для исполнения взаиморасчётов: простейшим вычислительным приспособлением стал абак. Он первоначально представлял собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни; представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н.э. Местом появления считается Азия.

В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях. Такие таблицы наносили на поверхность стола (не случайно сегодня в английском языке понятия «стол» и «таблица» обозначаются одним словом — «table»). В некоторых случаях счетные таблицы наносили не на поверхность стола, а на его скатерть. Подобными приспособлениями в первую очередь пользовались ростовщики и менялы. Возможность смены скатерти с таблицей они использовали для быстрого перехода от операций с одними денежными системами к операциям с другими системами.

В России счет на линиях не прижился. Здесь еще в средние века на основе абака было разработано другое приспособление—русские счеты. С точки зрения производительности труда, это чрезвычайно эффективное приспособление намного опередило уровень, достигнутый в средневековой Западной Европе. В отдельных случаях оно продолжает использоваться и по сей день.

Механизация вычислительных операций началась в XVII в. На первом этапе для создания механических вычислительных устройств использовались механизмы, аналогичные часовым. Первое в мире механическое устройство для выполнения операций сложения было создано в 1623 г. Его разработал Вильгельм Шиккард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».

В 1642 г. французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял, но, во-первых, изобретено для своего отца – налогового инспектора). В 1673 г. немецкий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции повторения операций сложения и вычитания. На протяжении XVIII в., известного как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вычислительными операциями оставался тем же.

Идея автоматизации вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким - одна и та же операция выполнялась в одно и то же время.

Идея гибкой автоматизации механических устройств с помощью перфорированной бумажной карты впервые была реализована в 1804 г. в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до гибкого управления вычислительными операциями. Для развития компьютерной техники перфокарточный способ управления имел большое значение.

В 1804 г. Жаккар революционизировал процесс изготовления шелковой ткани тончайшей фактуры, создав ткацкий станок (у нас он известен под названием «машина Жаккара»), для управления которым применялись перфокарты, соединенные друг с другом в виде ленты. Движением челнока управляли деревянные шпильки «читающего устройства» станка, которые по расположению отверстий в перфокарте определяли, какие нити следует поднять, а какие опустить для получения нужного узора.

«Один шаг до гибкого управления вычислительными операциями» был сделан выдающимся английским математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроиз­ведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве.

Вначале Бэббидж попытался создать так называемую Разностную машину, которая предназначалась для точного автоматического построения сложных математических таблиц. После 12 лет работы, сопровождавшейся техническими, финансовыми и политическими неурядицами, он отказался от этого проекта и приступил к работе над Аналитической машиной.. В 1989-91 гг. к двухсотлетию ученого Лондонский научный музей построил копию Разностной машины, базируясь на оригинальных чертежах Бэббиджа. В 2000 году к экспозиции добавилось спроектированное Бэббиджем печатающее устройтсво.

В 1822 г. Чарлз Бэббидж взялся за осуществление проекта, ставшего делом всей его жизни на полвека. Чарлз Бэббидж использовал идею Жаккара при разработке Аналитической машины. Новая машина была сложнее и позволяла решать самые разнообразные задачи. Бэббидж полагал, что Аналитическая машина будет производить вычисления и «запоминать» результаты с помощью набора валов и шестерней. Управление машиной предполагалось осуществлять с помощью массивных перфокарт. Команды и данные для каждой задачи здесь предполагалось вводить с помощью перфокарт. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализо­ван принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла: «склад» и «мельницу». Данные вводились в механи­ческую память «склада» путем установки блоков шестерен, а потом обрабатыва­лись в «мельнице» с использованием команд, которые вводились с перфорирован­ных карт.

Бэббидж умер в 1871 г., оставив более 37 м² подробнейших чертежей, причем многие из них относились к Аналитической машине, ставшей предвестником современных компьютеров Осуществлению своей заветной мечты Бэббидж посвятил остаток жизни (35 лет), однако требуемая для создания Аналитической машины точность обработки намного превосходила технологические возможности того времени и поэтому она так и не была построена. Ее созданию препятствовали как объективные причины, так и субъективные. К первым следует отнести несовершенство технологии металлообработки, не позволявшей реализовать столь «прецизионный» проект. Субъективная причина крылась в характере Бэббиджа: он был максималист, пытавшийся побороть объективную реальность. В запоминающее устройство он пытался запихнуть тысячу 50-разрядных регистров (зачем ему понадобилась такая разрядность – уму непостижимо!), то есть 25 килобайт. Такая емкость памяти была в диковинку даже 60-е годы прошлого века.

Многое из того, что известно об этой машине, дошло до нас благодаря научным трудам одаренного математика-любителя Огасты Ады Байрон (графини Лавлейс), дочери поэта лорда Байрона. В 1843 г. она перевела статью об Аналитической машине, написанную одним итальянским математиком, снабдив ее собственными подробными комментариями, которые касались потенциальных возможностей машины.

Графиня Лавлейс, одна из немногих современников Бэббиджа, сумевших понять значение данного изобретения, писала, что машина будет иметь ценность, «практически непредсказуемую в ее возможных применениях».

В дальнейшем на протяжении почти столетия ничего похожего на Аналитическую машину не появилось, однако идея использования перфокарт для обработки данных была апробирована довольно скоро.

Дата добавления: 2014-12-17