История компьютера: от Антикитерского механизма до современной эры. Часть 1
Редакция THG,  9 августа 2016


История компьютера | Введение

В городе Маунтин-Вью в штате Калифорния, всего в нескольких минутах ходьбы от штаб-квартиры Google, находится Музей компьютерной истории. Посетив это место можно понять, с чего начиналась компьютерная эра, и как эволюционировали компьютеры. Если вы увлекаетесь этой темой и вообще любите историю, вы можете более подробно изучить популярные компьютеры прошлого, открывшие дверь для современных вычислительных систем, которые сейчас можно найти почти в каждом доме. Трудно поверить, что всего три десятилетия назад компьютеры были редкостью, и лишь немногие счастливчики (или богачи) имели компьютер дома. Однако вычислительные технологии быстро развивались, и в настоящее время ПК и различные смарт-устройства, использующие процессор, получили широчайшее распространение.

История компьютера

К сожалению, мы не можем перечислить все значимые вехи, мимо которых шла история компьютеров, потому как для этого потребуется слишком много времени. Вместо этого мы сосредоточимся на самых важных и интересных этапах, технологиях и людях, благодаря которым компьютерные технологии стали такими, какими мы видим их сегодня.

Наше путешествие в историю начинается с самых ранних механизмов, которые можно считать первыми аналоговыми компьютерами, созданными человеком. Это настоящее чудо, учитывая технологическое развитие цивилизаций в столь древнюю эру. Прежде чем мы посетим "Эпоху Просвещения", чтобы познакомиться с "Механизмом Бэббэджа" и первым программистом в истории Аде Лавлейс, мы вернемся на тысячи лет назад в древнюю Грецию. Древняя Греция повлияла на формирование современной цивилизации не только своими известными философами, учеными, лидерами и художниками, но также отметила собой начало вычислительной эры для человечества.

История компьютера

История компьютера

Хотим обратить внимание, что большинство фотографий, используемых в этой статье, было сделано во время посещения "Музея компьютерной истории" – одного из самых интересных мест для любого поклонника компьютерной техники и технологий в целом. Советуем вам посетить этот музей, если есть такая возможность когда-нибудь вам представится, чтобы собственными глазами увидеть те вещи, о которых пойдет речь на следующих страницах. Читать текст и смотреть фотографии – это одно, но гораздо интереснее самому живьем увидеть эту технику и то, как она работает.

История компьютера | Антикитерский механизм

В 1900 году где-то между греческими островами Китира и Крит, около острова Андикитира, несколько греческих водолазов нашли на древнем затонувшем корабле деревянную коробку. В коробке находился часовой заводной механизм, состоявший из множества запутанных бронзовых шестерен. Согласно данным ученых, исследовавших устройство, оно предназначалось для расчета положения звезд и затмений для календарных и астрологических целей, а также могло вычислять время или цикл Олимпиад, которые проводились каждые четыре года.

Учитывая сложность Антикитерского механизма, он вряд ли является первым в своем роде, и, скорее всего, у него есть предшественники, созданные в Эллинистический период греческой истории (начиная с 323 года до н.э.), которые пока остаются ненайденными. Но пока мы не найдем предшественников, Антикитерский механизм будет считаться первым аналоговым компьютером. Согласно более свежим исследованиям ученых, создание Антикитерского механизм можно датировать 205 годом до н.э.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Действительно странно, как все эти знания были утеряны в период Античности, а следующие механизмы аналогичной сложности и требующие подобного уровня мастерства появились только в 14 веке. Разница по времени просто огромная (16 столетий!) и она доказывает, что мы много не знаем о древних цивилизациях, включая древнюю Грецию.

Многие ученые пытались решить загадку Антикитерского механизма. В надежде найти недостающие части устройства, которые могли бы пролить свет на технологию, дайверы совершали многочленные погружения на место кораблекрушения. Последняя попытка реконструировать Антикитерский механизм была предпринята доктором Маркосом Скаулатосом в 2014 году. Представленная на фото копия имеет одинаковые с оригиналом размеры и подтвержденную на данный момент функциональность.

Сегодня оригинальный Антикитерский механизм храниться в "Национальном археологическом музее Афин", который мы обязательно советуем посетить, если вы когда-либо будете в Греции (наряду с новым музеем Акрополя). В "Национальном археологическом музее" насчитывается более 20000 экспонатов, охватывающих греческую цивилизацию начиная с Первобытности и заканчивая поздней Античностью.

История компьютера | Суммирующая машина Паскаля и первые калькуляторы

История компьютера

История компьютера

Некоторые из вас, наверное, помнят карманные калькуляторы, популярные в 80-ых и 90-ых годах прошлого века. Сейчас их заменили приложения-калькуляторы в мобильных телефонах. Блез Паскаль изобрел первым механический калькулятор в середине 17-го века. Эта машина называлась калькулятором Паскаля и позже стала известна как "Суммирующая машина Паскаля". Устройство впервые было представлено широкой публике в 1645 году, и до сегодняшних дней дожили только девять таких машин.

Согласно историкам, Паскаль изобрел свою первую вычислительную машину для своего отца, который был налоговым инспектором, чтобы облегчить часть его работы. Суммирующая машина Паскаля могла выполнять все основные математические операции, однако умножать и делить с ее помощью было нелегко. Примечательно, что Паскалю на тот момент было всего 18 лет.

История компьютера

История компьютера

Вильгельм Шикард родился в Германии в 16-ом столетии. Он был очень образованным и изучал теологию, астрономию, математику и геодезию. После встречи с известным астрономом Иоганном Кеплером Шикард стал еще больше интересоваться наукой. Он разработал механическую вычислительную машину, первую в своем роде, однако рабочие образцы не дожили до наших дней. Единственные свидетельства существования данного устройства – это три документа, включая два письма, которые Шикард написал Кеплеру, в которых есть эскизы и описание устройства, а также инструкции по изготовлению.

История компьютера

Илайзер Райт в 19-м веке был американским специальным уполномоченным по страхованию и жил в Массачусетсе. Для его работы, которая подразумевала многочисленные расчеты, он изобрел большую цилиндрическую логарифмическую линейку, которую запатентовал и продал различным страховым компаниям за $500. Райт был не только хорошим страховым агентом (в некоторых источниках его называет "отцом страхования жизни" в США), но и успешным бизнесменом.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

В конце 19-го, начале 20-го века были изобретены и другие калькуляторы, включая "Калькулятор Лорда" братьев Эллиота (Великобритания, 1880 год), "Комптометр" Фельта и Тарранта (США, 1890 год), "Калькулятор Время - Деньги ("TIM")" Людвига Шпица (Германия, 1910 года), вычислительная машина "Миллионер" Отто Стайгера, которая умела выполнять умножение, и "Суммирующая и печатающая машина" Берроуза (США, 1912).

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Среди механических и электронных калькуляторов созданных с 1932 по 1965 годы значатся арифмометр "Феликс" (СССР, 1932 год), калькулятор Monroe LAS-160 (США, 1940 года), Anita - первый в мире электронный настольный калькулятор (Великобритания, 1961 год), Olivetti Programma 101, также известный как Perottina или P101 (Италия, 1965 год), Friden SQR-10 (США, 1962 год) и Victor 3900 (США, 1965).

История компьютера

Первые электронные калькуляторы (изображены выше) играли ключевую роль в конструкции первых ЦП общего назначения, так что нужно отдать должное им и их изобретателям.

История компьютера | Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа, Ада Лавлейс и программирование

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Теперь давайте перейдем от 16-го столетия, когда были созданы первые механические калькуляторы, к 19-му, когда английский математик Чарльз Бэббидж после многих лет работы над разностной машиной в конечном счете решил отказаться от проекта и вместо этого разработать аналитическую машину более общего назначения. Этот механизм имел арифметико-логическое устройство, память и использовал порядковое выполнение. Структура аналитической машины Бэббиджа имела много общих черт с современными компьютерами, вот почему Бэббиджа считают пионером и "отцом-создателем первого компьютера".

Однако компьютер бесполезен без программ, и первым известным программистом является Августа Ада Кинг – также известная как Ада Лавлейс, поскольку она являлась Графиней Лавлейс. Ада Лавлейс первой описала алгоритм для вычисления чисел Бернулли на "Аналитической машине Беббиджа". К сожалению, эта машина, как и первая, которую попытался создать Бэббидж, не была завершена, поэтому код Ады остался непроверенным. Следует также упомянуть, что один из первых языков программирования назвали в честь Ады. Язык создавался для армии США под влиянием Алгол 68 и Pascal и поддерживался различными платформами.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Фортран или FORmula TRANslator (Fortran) был разработан IBM, если точнее, программистом Джоном Бэкусом, который работал в IBM в 1950-ых. Фортран считают родоначальником всех языков программирования, поскольку многие языки произошли именно от него. Этот язык широко используют в работе с высокопроизводительными суперкомпьютерами спустя почти шесть десятилетий после его создания.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

На изображениях выше видны ранние версии Алгол, базирующееся на Фортране, таким образом, ADA также имел в своих корнях этот язык программирования.

История компьютера | IBM в ранние годы

IBM – один из самых старых производителей компьютеров, который по прежнему имеет большой вес в IT. Корни IBM тянуться 19-ому веку, когда четыре компании, включая Tabulating Machine Company, объединились в Computing and Tabulating Recording Machine Company, которая в 1924 году была переименована в International Business Machines Corporation (IBM). Сначала IBM специализировалась на разработке оборудования для обработки данных перфокарт и вскоре получила известность. С тех пор не только крупные компании, но и целые страны пользуются их аппаратурой и экспертными услугами.

История компьютера

История компьютера

Но начнем сначала. В 1880 году "Бюро переписи населения США" попросило одного из своих сотрудников Германа Холлерита реализовать метод более быстрой обработки демографических данных. В те времена перепись повторялась каждые 10 лет, которые практически полностью уходили на обработку всех данных после сбора. Например, для обработки данных переписи 1880 года понадобилось восемь лет. Учитывая активный прирост населения, обработка данных переписи 1890 года, скорее всего, не закончилась бы до начала переписи 1900 года.

К Холлериту пришла блестящая идея: записывать все демографические данные на перфорированных картах, подобно вводу данных, предложенным Бэббиджом в своей аналитической машине. Для работы с перфокартами были созданы специальные машины, и обработка данных переписи 1890 года заняла только три года. После регистрации всех необходимых патентов Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

На фотографиях выше показаны сортировальные машины Type 80, 82 и 83, которые использовались для сортировки данных в алфавитном или числовом порядке. Такие сортировщики широко использовались до того, как рынок захватили компьютеры. На последней фотографии изображена сортировально-подборочная машина IBM Type 77, которая читает два отдельных стека сортированных перфокарт и объединяет их в один. В дополнение к этой функции она также могла удалить неправильно отсортированные карты и копии.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Перфорационные машины IBM были похожи на печатные машинки, с единственной разницей, что эти машины записывали данные на перфокартах. Так данные хранились в докомпьютерную эру.

История компьютера

История компьютера

Темным пятном в ранней истории IBM является время, когда оборудование компании активно использовалось нацистами для классификации людей в Германии и других, захваченных во время "Второй мировой войны", странах. Их обработчики использовались для идентификации евреев и других народностей и быстрого анализа демографических данных. Таким образом, оборудование IBM стало мощным оружием в руках нацистов.

Однако IBM также во многом помогла и армии США во время "Второй мировой войны", предоставляя ей свои услуги и оборудование.

История компьютера | Триод, транзистор и операционный усилитель

Ли де Форест – американский изобретатель, известный как "отец радио". Де Форест зарегистрировал более 180 патентов, но самым значимым является трехэлектродный "Аудион с управляющей сеткой", который был создан в 1906 году. Его работа также послужила технологической основой электронных ламп.

Де Форест добавил третий электрод к уже существующим двухэлектродных лампам, которые были изобретены Амброузом Флемингом. Этот электрод назвали "сеткой", и новая электронная лампа с тремя элементами была описана как триод. Триод мог использоваться в качестве усилителя и широко применялся в первых радиопередатчиках. Однако другая не менее важная функция нового изобретения первоначально не использовалось – триод мог играть роль переключателя и существенно повлиял на процесс создания первых компьютеров.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Наряду с первыми транзисторами в качестве операционного усилителя использовалась электронная лампа K2-W, изображенная выше.

Почти через 20 лет после изобретения триода другой ученый Юлий Эдгар Лилиенфельд зарегистрировал патент, описывающий первый транзистор. Стоит упомянуть, что изобретение транзистора и интегральной схемы многие ученые считают двумя самыми значимым достижениями 20-го века, благодаря которым мы увидели столь быстрое развитие технологии. Без них сегодня все выглядело бы по-другому. Напомним, транзистор – это маленькое полупроводниковое устройство, которое может использоваться для усиления электронных сигналов. Он также может использоваться в качестве переключателя для размыкания или замыкания цепи.

История компьютера

У биполярного транзистора есть три вывода: база, коллектор и эмиттер. Когда мы подаем маленький ток к базе, мы можем управлять гораздо большим током между коллектором и эмиттером. Полевой транзистор, также известный как FET, имеет затвор, исток и сток, и чтобы управлять электрическим током между истоком и стоком мы используем напряжение вместо тока.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Операционный усилитель (ОУ) является ключевым компонентом всех современных электронных устройств. Он был изобретен в 1940-ых и широко использовался первыми электронно-вычислительными машинами с аналоговыми схемами. В первых компьютерах электрические токи представляли численные значения, поэтому операционные усилители играли главную роль в их работе. Операционный усилитель имеет два входа с электрической разницей между ними. Вывод операционного усилителя – это усиленная разница между входами.

История компьютера
Схематичное обозначение операционного усилителя

История компьютера | Алан Тьюринг и Colossus

История компьютера

Алана Тьюринга считают одним из самых выдающихся ученых в области вычислительных машин, который оказал заметное влияние на развитие компьютерной науки. Тьюринг получил ученую степень по математике в 1937 году, и в том же году он опубликовал инновационную статью под названием On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem (А.М. Тьюринг , 1936–1937 год. Труды Лондонского математического общества, серия 2, 42, 230–265. Исправления. 544–546).

Одно из главных заключений в статье Тьюринга заключается в том, что некоторые категории математических задач нельзя описать с помощью алгоритмов, следовательно, их нельзя решить с помощью компьютера. На основании этого предположения он решил разработать прототип компьютера. Результатом его работы стала Машина Тьюринга – это была простая, но полностью функциональная теоретическая модель, которая наделала много шума в научном сообществе после того, как была создана. Теоретическая модель Тьюринга широко использовалась во многих экспериментах.

Тьюринг принимал участие в создании компьютера Colossus, который, по сути, представлял собой серию программируемых цифровых электронно-вычислительных машин, первых в своем роде. Компьютер Colossus использовался для обработки зашифрованных сообщений, криптоанализа и дешифровки немецких сообщений во время Второй мировой войны, зашифрованных с помощью машины Enigma. Расшифровка кода Enigma имела огромное значение для союзников и помогла спасти тысячи жизней.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

К сожалению, Тьюринг прожил всего 42 года. Некоторые говорят, что он совершил самоубийство, другие предполагают, что он был убит. В любом случае, мир потерял настоящего гения, который мог бы продвинуть компьютерную науку гораздо дальше. В 1966 году в знак признания его достижений Ассоциация вычислительной техники (ACM) начала присуждать ежегодную Премию Тьюринга за научно-технический вклад в информатику. Эта премия является эквивалентом Нобелевской премии в компьютерном сообществе и отдает дань уважения работе Тьюринга.

История компьютера | Клод Шеннон и магистерская диссертация

История компьютера

Магистерская диссертация Клода Элвуда Шеннона "Символьный анализ реле и коммутаторов" была завершена в 1937 году, и многие считают ее самой важной диссертаций 20-го века. В ней Шеннон показывает, как можно использовать понятия True и False (Истина и Ложь) в Алгебре логики для моделирования работы переключателей в электронных схемах. Благодаря его работе инженеры того времени получили математический инструмент, который упростил проектирование электронных схем. Методы, которые описывает диссертация Шеннона, используются в проектировании современных электронных схем даже сегодня. Одного этого факта достаточно, чтобы понять, почему его считают основателем цифровых компьютеров и теории проектирования цифровых схем.

Благодаря другой работе под названием "Математическая теория связи", которую Шеннон опубликовал 1948 году, он также известен как "основатель теории информации ". Эта работа послужила основой для теории информации и с нее началась цифровая революция. Шеннон умер в 2001 году, в возрасте 82 лет. В последние годы он страдал от болезни Альцгеймера.

История компьютера

Еще один интересный факт о Шенноне – он создал первый носимый микрокомпьютер, чтобы улучшить свои шансы в игре в рулетку. Также он придумал устройство с грозным названием "ultimate machine", обладающее весьма интересным набором функций. Оно представляет собой коробку с тумблером. Когда вы включаете тумблер, крышка коробки открывается, и появляется механическая рука, которая перемещает тумблер в исходное положение и затем прячется обратно в коробку.

Очевидно, помимо гениальности, Шеннон также обладал хорошим чувством юмора, а это редкая черта для ученых и новаторов такого ранга. Он так много сделал для сообщества ученых, что многие считают Шеннона, наряду с Аланом Тьюрингом, одним из главных светил науки по части информационных технологий. И мы полностью с этим согласны.

История компьютера | Первый электронный цифровой компьютер специального назначения

Джон Винсент Атанасов – еще один гений. У него была степень по электротехнике, степень магистра в области математики и доктора в теоретической физике, которую он получил, когда ему было всего 27 лет. Также он был выдающимся изобретателем, создавшим первый электронный цифровой компьютер специального назначения. Большинство современных компьютеров являются универсальными, то есть могут использоваться для широкого диапазона задач с соответствующим программным обеспечением. Компьютер специального назначения разрабатывается для выполнения только одной определенной задачи.

История компьютера

История компьютера

История компьютера

История компьютера

Атанасов решил создать компьютер, который позволил бы сэкономить время на вычислениях сложных уравнений, выполнявшихся с помощью механических калькуляторов. В начале 1939 года при содействии аспиранта Клиффорда Берри он начал сборку компьютера, который позже назвали ABC (Atanassoff-Berry Computer – компьютер Атанасова-Берри). К осени того же года им удалось собрать прототип, который был завершен в 1942 году.

Для своего времени компьютер ABC обладал инновационными функциями, включая память для хранения данных (ОЗУ), в основном состоящую из конденсаторов, хранящих электрический заряд, который, в зависимости от обстоятельств, представлял значения 0 или 1. Памяти ABC было достаточно для хранения 30 двоичных чисел, а данные вносились в компьютер с помощью перфорированных карт. Промежуточные результаты весьма оригинально хранились на похожих картах (поскольку ОЗУ была недостаточно большой для их хранения): с помощью разряда на картах создавались ячейки, и компьютер мог считывать эти ячейки через разницу в сопротивлении, которое они имели по сравнению с чистыми областями карт. Это был по-настоящему инновационный способ хранения данных в столь ранние годы для компьютерной науки.

История компьютера

Самым существенным новшеством компьютера ABC было внедрение двоичной системы счисления, которая является стандартной для современных компьютеров. Используя двоичные вычисления и бинарную логику ABC мог решать одновременно до 29 линейных уравнений — и это было достигнуто без центрального процессора (ЦП), поскольку компьютер использовал для вычислений электронные лампы.

За свою жизнь Атанасов получил много премий и медалей, включая "Национальную медаль США" в области технологий и инноваций от Джорджа Буша в 1990 году. Эта медаль – самая высокая награда в Штатах за достижения, связанные с технологическим прогрессом.

История компьютера | Harvard Mark

В 1937 году выпускник Гарварда физик Говард Эйкен, в сотрудничестве с несколькими инженерами IBM, начал разработку автоматического цифрового компьютера огромных размеров, используя части других машин IBM (чтобы понизить стоимость изготовления). Пятитонная машина имела официальное название Automatic Sequence Controlled Calculator (ASCC), но стала более известна под именем Harvard Mark I. Этот компьютер мог обрабатывать 23-разрядные числа и выполнять четыре арифметических операции. Также он включал программы, позволившие обрабатывать алгоритмы и тригонометрические функций.

История компьютера

История компьютера

Программирование компьютера Mark I выполнялось с помощью перфорированной бумажной ленты. Данные для обработки импортировались с помощью перфокарт – стандартное для того времени решение. Результаты выводились с помощью электрических пишущих машин. Mark I требовалось от трех до пяти секунд для умножения двух 23-разрядных чисел и десять секунд для их деления. Процесс вычислений был полностью автоматическим и не требовал человеческого вмешательства, отсюда и возникал идея "автоматического компьютера".

В 1947 году Эйкен создал Mark II, а позже еще две модели: Mark III и Mark IV. Mark II и Mark III были электромеханическими компьютерами, а последняя модель использовала только электронные компоненты, и ее сборка была закончена в 1952 году. Mark IV остался в Гарварде и использовался Военно-воздушными силами США.

История компьютера

История компьютера

Стоит отметить, что одна из первых программ, которая выполнялась на Mark I, имела отношение к Манхэттенскому проекту, полученные результаты использовались для определения целесообразности применения имплозии для взрыва атомной бомбы, которую США сбросили год спустя. Mark I также использовался для вычисления и печати математических таблиц – это была начальная цель аналитической машины Беббиджа.

История компьютера | Калькулятор сложных чисел Штиблица и дифференциальный анализатор Нордсика

Джордж Штибиц был исследователем в знаменитой лаборатории Bell Labs и работал над цифровыми схемами с бинарной логикой, которые ему удалось создать с использованием электромеханических реле. В 1939 году он закончил сборку цифрового устройства, которое назвал Complex Number Calculator или CNC (калькулятор сложных чисел). В качестве металлических деталей CNC Штибиц использовал металлические банки. Вот это изобретательность! Кстати, он назвал свой компьютер модель K, потому что собрал большую его часть на собственной кухне!

История компьютера

Штибиц создавал удивительные компьютеры из простых деталей и элементов, и в 1940 году он снова доказал свою изобретательность, сделав впечатляющую демонстрацию. Во время конференции в Нью-Гэмпшире в Зале Макнатта в Дартмутском колледже ему удалось соединиться со своим компьютером через телеграфную линию, используя телетайп. Так он представил первый рабочий образец удаленного управления компьютером. Он не только мог удаленно управлять CNC, но и передавать ему математические задачи через телетайп и позже получать решения. Не трудно представить реакцию публики на эту демонстрацию. Все были поражены, учитывая технологические стандарты тех лет.

Дифференциальный анализатор Нордсика

Арнольд Нордсик – еще один ученый, которому удалось собрать компьютер практически из мусора. Фактически он создал дифференциальный анализатор. Этот механический компьютер был завершен в 1950 году и мог решать дифференциальный уравнения. По словам создателя, изготовление компьютера обошлось всего в $700! Дифференциальные анализаторы существовали до изобретения Нордсика, однако его машина использовала электрические схемы вместо механических деталей, поэтому была меньше и проще. Вдобавок имела невысокую стоимость.

История компьютера

История компьютера

Рихард Норберг был студентом в Университете Иллинойса, в котором Арнольд Нордсик собрал свой дифференциальный анализатор, и принял участие в его создании. Ему удалось собрать вторую машину в Вашингтонском университете в 1956 году. Благодаря этим людям построение аналогового компьютера стало выглядеть не таким уж сверхсложным. Дефицит материалов вынудил изобретателей мыслить нестандартно и использовать все, что попадало в руки, включая чуть ли не металлолом. Сегодня такое встречается не часто.

КОНЕЦ СТАТЬИ


Координаты для связи с редакцией:

Общий адрес редакции: thg@thg.ru;
Размещение рекламы: Roman@thg.ru;
Другие координаты, в т.ч. адреса для отправки информации и пресс-релизов, приглашений на мероприятия и т.д. указаны на этой странице.


Все статьи: THG.ru

 

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru