Нулевое поколение (1492-1945)

 

Для полноты картины упомянем два события, произошедшие до нашей эры: пер­вые счеты — абак, изобретенные в древнем Вавилоне за 3000 лет до н. э., и их более «современный» вариант с косточками на проволоке, появившийся в Китае при­мерно за 500 лет также до н. э.

«Механическая» эра (нулевое поколение) в эволюции ВТ связана с механичес­кими, а позже — электромеханическими вычислительными устройствами. Основ­ным элементом механических устройств было зубчатое колесо. Начиная с XX века роль базового элемента переходит к электромеханическому реле. Не умаляя зна­чения многих идей «механической» эры, необходимо отметить, что ни одно из со­зданных устройств нельзя с полным основанием назвать вычислительной машиной в современном ее понимании. Чтобы подчеркнуть это, вместо термина «вычисли­тельная машина» будем использовать такие слова, как «вычислитель», «калькуля­тор» и т. п.

Хронология основных событий «механической» эры выглядит следующим об­разом.

1492 год.В одном из своих дневников Леонардо да Винчи приводит рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе зубча­тых колес.

1623 год.Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard, 1592-1635), профессор уни­верситета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («счи­тающие часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно неизвест­но, но в 1960 году оно было воссоздано и проявило себя вполне работоспособным.

1642 год.Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1663) представляет «Паскалин» — первое реально осуществленное и получившее известность механическое цифро­вое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пя­тиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычисли­телей, причем последние модели оперировали числами длиной в восемь цифр.

1673 год.Готфрид Вильгельм Лейбниц (Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646-1716) создает «пошаговый вычислитель» — десятичное устройство для выполнения всех четырех арифметических операций над 12-разрядными десятичными числами. Результат умножения представлялся 16 цифрами. Помимо зубчатых колес в уст­ройстве использовался новый элемент — ступенчатый валик.

1786 год.Немецкий военный инженер Иоганн Мюллер (Johann Mueller, 1746-1830) выдвигает идею «разностной машины» — специализированного калькулятора для табулирования логарифмов, вычисляемых разностным методом. Кальку­лятор, построенный на ступенчатых валиках Лейбница, получился достаточно не­большим (13 см в высоту и 30 см в диаметре), но при этом мог выполнять все четыре арифметических действия над 14-разрядными числами.

1801 год.Жозеф Мария Жаккард (Joseph-Marie Jacquard, 1752-1834) строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.

1832 год.Английский математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1792-1871) создает сегмент разностной машины, оперирующий шестиразрядными числами и разностями второго порядка. Разностная машина Бэббиджа по идее аналогична калькулятору Мюллера.

1834 год.Пер Георг Шутц (Per George Scheutz, 1785-1873) из Стокгольма, ис­пользуя краткое описание проекта Бэббиджа, создает из дерева небольшую разно­стную машину.

1836 год.Бэббидж разрабатывает проект «аналитической машины». Проект предусматривает три считывателя с перфокарт для ввода программ и данных, па­мять (по Бэббиджу – «склад») на пятьдесят 40-разрядных чисел, два аккумулятора для хранения промежуточных результатов. В программировании машины предус­мотрена концепция условного перехода. В проект заложен также и прообраз мик­ропрограммирования – содержание инструкций предполагалось задавать путем по­зиционирования металлических штырей в цилиндре с отверстиями. По оценкам автора, суммирование должно было занимать 3 с, а умножение и деление – 2 - 4 мин.

 

1843 год. Георг Шутц совместно с сыном Эдвардом (Edvard Scheutz, 1821-1881) строят разностную машину с принтером для работы с разностями третьего порядка.

1871 год.Бэббидж создает прототип одного из устройств своей аналитической машины — «мельницу» (так он окрестил то, что сейчас принято называть цент­ральным процессором), а также принтер.

 

1885 год.Дорр Фельт (Dorr E. Felt, 1862-1930) из Чикаго строит свой «комп­тометр» — первый калькулятор, где числа вводятся нажатием клавиш.

1890 год.Результаты переписи населения в США обрабатываются с помощью перфокарточного табулятора, созданного Германом Холлеритом (Herman Hollerith, 1860-1929) из Массачусетсского технологического института.

1892 год.Вильям Барроуз (William S. Burroughs, 1857-1898) предлагает уст­ройство, схожее с калькулятором Фельта, но более надежное, и от этого события берет старт индустрия офисных калькуляторов.

1937 год.Джорж Стибитц (George Stibitz, 1904-1995) из Bell Telephone Labo­ratories демонстрирует первый однобитовый двоичный вычислитель на базе элек­тромеханических реле.

1937 год.Алан Тьюринг (Alan M. Turing, 1912-1954) из Кембриджского уни­верситета публикует статью, в которой излагает концепцию теоретической упро­щенной вычислительной машины, в дальнейшем получившей название машины Тьюринга.

1938 год.Клод Шеннон (Claude E. Shannon, 1916-2001) публикует статью о реа­лизации символической логики на базе реле.

 

1938 год.Немецкий инженер Конрад Цузе (Konrad Zuse, 1910-1995) строит механический программируемый вычислитель Z1 с памятью на 1000 бит. В послед­нее время Z1 все чаще называют первым в мире компьютером.

1939 год.Джордж Стибитц и Сэмюэль Вильяме (Samuel Williams, 1911-1977) представили Model I — калькулятор на базе релейной логики, управляемый с по­мощью модифицированного телетайпа, что позволило подключаться к калькуля­тору по телефонной линии. Более поздние модификации допускали также опре­деленную степень программирования.

1940 год.Следующая работа Цузе — электромеханическая машина Z2, основу которой составляла релейная логика, хотя память, как и в Z1, была механической.

1941 год.Цузе создает электромеханический программируемый вычислитель Z3. Вычислитель содержит 2600 электромеханических реле. Z3 — это первая по­пытка реализации принципа программного управления, хотя и не в полном объеме (в общепринятом понимании этот принцип еще не был сформулирован). В част­ности, не предусматривалась возможность условного перехода. Программа храни­лась на перфоленте. Емкость памяти составляла 64 22-битовых слова. Операция умножения занимала 3-5 с.

1943 год.Группа ученых Гарвардского университета во главе с Говардом Айке-ном (Howard Aiken, 1900-1973) разрабатывает вычислитель ASCC Mark I (Automa­tic Sequence-Controlled Calculator Mark I) — первый программно управляемый вычислитель, получивший широкую известность. Длина устройства составила 18м, а весило оно 5 т. Машина состояла из множества вычислителей, обрабатывающих свои части общей задачи под управлением единого устройства управления. Ко­манды считывались с бумажной перфоленты и выполнялись в порядке считыва­ния. Данные считывались с перфокарт. Вычислитель обрабатывал 23-разрядные числа, при этом сложение занимало 0,3 с, умножение — 4 с, а деление — 10 с.

1945 год.Цузе завершает Z4 — улучшенную версию вычислителя Z3. По архи­тектуре у Z4 очень много общих черт с современными ВМ: память и процессор представлены отдельными устройствами, процессор может обрабатывать числа с плавающей запятой и, в дополнение к четырем основным арифметическим опера­циям, способен извлекать квадратный корень. Программа хранится на перфоленте и считывается последовательно.

 

Не умаляя важности каждого из перечисленных фактов, в качестве важнейшего момента «механической» эпохи все-таки выделим аналитическую машину Чарльза Бэббиджа и связанные с ней идеи.