Предыстория компьютеров
Человек всегда испытывал
потребность в точных числах: сколько мамонтов убили охотники племени за время
от одной полной луны до другой, сколько мешков зерна собрали земледельцы,
сколько налогов должен заплатить каждый гражданин. И во все времена эти задачи решались
по-разному. Если первобытные люди довольствовались при счете количеством
пальцев на руке, а для их целей этого было вполне достаточно (“один, два, три,
четыре, пять, много”), то по мере развития человеческого общества задачи все
более усложнялись. Необходимо было найти какие-то средства и способы упростить
и облегчить расчеты. Так появились первые счетные устройства. Одним из них был
абак.
Абак
Наиболее вероятной родиной этого
счетного устройства был Вавилон. В течение очень долгого периода времени абак
использовался для расчетов при проведении различных торговых операций. Самый
древний абак представлял из себя доску, на которую вавилоняне насыпали песок,
а затем использовали для письма и подсчетов. Поскольку в дальнейшем абак стал
использоваться исключительно для проведения расчетов, то форма его изменялась и
совершенствовалась. Песок, насыпанный на поверхность доски, был заменен линиями
и специальными счетчиками, которые обозначали числовые значения: единицы,
десятки, сотни и т.д. Римский абак был снабжен бороздками для перемещения
счетчиков в специальные лунки. Другая разновидность абака была снабжена
счетчиками, нанизанными на струны.
Абак, обычно в виде большой
доски для вычислений, широко использовался в средневековье как у европейцев,
так и у арабов, а также в Азии. В XVI веке счетное устройство достигло Японских
островов. Появление индийской системы счисления ( обычно называемой арабской,
поскольку арабы позаимствовали ее у индийцев и способствовали ее широкому
распространению в о всем мире, ставшей основой современной математики ) привело
к постепенному сокращению использования. Однако использование абака
продолжалось в Европе вплоть до 17 века, а на Среднем Востоке, в Китае и Японии
он используется и поныне. Больше того, на соревнованиях между опытным
вычислителем на абаке и человеком, вооруженным калькулятором, древний прибор
зачастую выигрывает в скорости вычислений.
Механические вычислители
По мере роста потребности в
скорости и объемах вычислений вXVII веке в Европе стали предприниматься попытки
создания механических вычислителей. В Германии в 1623-1624 гг Вильгельм Шикард,
друг астронома Иоганна Кеплера, изобрел первый механический калькулятор
(вычислитель), однако чертежи были утрачены во время Тридцатилетней войны.
Вторично механический вычислитель
был разработан французским ученым и философом Блезом Паскалем в 1642 году. Его
изобретение представляло собой машину для сложения и вычитания восьмизначных
чисел. В 70-х годах того же века германский математик Лейбниц разработал более
совершенную машину, чем та, которую разработал Паскаль. Его вычислитель мог не
только складывать и вычитать числа, но также умножать, делить и даже извлекать
квадратные корни. Модель машины была закончена в 1673 году. Но все эти аппараты
были весьма сложны, громоздки и дороги. Только в 1820 году во Франции был
создан первый вычислитель, который можно было купить в магазине. Его назвали “арифмометр”.
В начале XX века были разработаны различные модели настольных арифмометров,
которые стали незаменимыми помощниками бухгалтеров и инженеров. Сначала они
имели механический привод (необходимо было крутить специальную ручку), а затем
и электрическими.
Следующим важным шагом в
развитии вычислительной техники стало применение перфорированных карт для
хранения данных . В 1804 году француз Жаккард изобрел ткацкий станок, в
котором узор на полотне контролировался с помощью набора пластин с
отверстиями.
В 1834 году английский
изобретатель Чарльз Бэббидж разработал проект первого автоматического
вычислителя. В этом проекте он попытался реализовать многие компоненты,
ставшие сейчас основой основ в всех компьютерах: арифметическое устройство,
память для хранения чисел, ввод и вывод данных с помощью перфорированных
карточек, устройство для управления последовательностью вычислений. Его идея
использования перфорированных карточек родилась в процессе наблюдений за
работой ткацких станков Жаккарда. К сожалению, проект этот так и не был
реализован, главным образом из-за недостатка средств.
Джордж Буль
Огромное значение для развития
современной вычислительной техники сыграли работы английского ученого Джорджа
Буля. В 1874 году он опубликовал свой труд “Математический анализ логики”, в
котором рассматривал логику как математическую теорию. Его теоретическая работа
и введенные им операции над двоичными данными (логическое сложение, умножение и
отрицание) стали теперь называться булевской (булевой) алгеброй. Современные
микросхемы, использующиеся в компьютерах, выполняют с данными именно такие
операции.
Герман Холлерит
В 1879 году Холлерит закончил
Горную школу при Колумбийском университете и был принят на работу в
статистическое управление при Министерстве внутренних дел США, где ему была
поручена работа по обработке информации по данным переписи 1880 года. Здесь у
него и возникла мысль о создании машины для механизации обработки данных. В
течении нескольких лет он разрабатывал проект машины, которую назвал
табулятором. Однажды в поезде он обратил внимание на кондуктора, который с
помощью специального ручного компостера заносил данные о пассажирах в какой-то
бланк. У Холлерита возникла мысль о разработке перфокарты, которая содержала
бы статистические данные для переписи населения Америки. В 1884 он обратился
за патентом на свою “машину для переписи населения”. В последующие годы Холлериту
было выдано более 30 патентов за работы в этой области.
Система Холлерита включала
перфокарту, клавишный перфоратор, позволявший оператору пробивать до 100
отверстий в минуту, специальный перфоратор, позволявший пробивать одновременно
на нескольких перфокартах повторяющуюся информацию (штат, округ и т.д.),
сортировальную машину и табулятор. Сортировальная машина представляла собой
несколько ящиков, каждый со своей крышкой. Карты продвигались между набором
штырей, насаженных на пружины, и резервуаром, наполненным ртутью. Как только
штырь попадал в отверстие на перфокарте, он касался ртути и замыкал
электрическую цепь. При этом приподнималась крышка на ящике и перфокарта падала
туда. Табулятор работал аналогичным образом, с той лишь разницей, что обнаруженное
отверстие увеличивало значение счетчика на единицу.
Система Холлерита была
использована при проведении переписи населения в 1890 году и показала блестящие
результаты. Данные были обработаны в течение всего 6 недель, что почти в три
раза быстрее, чем обычно.
В 1896 он основал компанию Tabulating
Machine Company, которая впоследствии превратилась в International Business
Machines Corporation (IBM).
Хотя другие фирмы также
разрабатывали различные виды перфокарт, но разработка Холлерита оказалась наиболее
удачной, просуществовав до конца 70-х годов XX века. Она использовалась во
компьютерах IBM, DEC, БЭСМ, Минск, ЕС ЭВМ и была вытеснена с началом широкого
распространения терминалов с использованием электронно-лучевых трубок.
Принципы, положенные в Холлеритом
в основу своей разработки, оказались настолько удачными, что различного вида
табуляторы использовались для обработки статистических в течение многих
десятков лет в самых различных странах мира.
Литература:
1.
Britannica CD 97
2.
К. Джермейн “Программирование на IBM/360” Москва ,“Мир”,1971