История развития вычислительной техники

Во второй половине XVIII века (не позднее 1770 года) суммирующая машина была создана в городе Несвиже. Надпись, сделанная на этой машине, гласит, что она "изобретена и изготовлена евреем Евной Якобсоном, часовым мастером и механиком в городе Несвиже в Литве, ''Минское воеводство". Эта машина в настоящее время находится в коллекции научных инструментов Музея им. М. В. Ломоносова (Санкт-Петербург). Интересной особенностью машины Якобсона было особое устройство, которое позволяло автоматически подсчитывать число произведенных вычитаний, иначе говоря - определять частное. Наличие этого устройства, остроумно решенная проблема ввода чисел, возможность фиксации промежуточных результатов - все это позволяет считать "часового мастера из Несвижа" выдающимся конструктором счетной техники.

В 1774 г. сельский пастор Филипп Маттеос Хан разработал первую действующую счетную машину. Он сумел построить и, самое невероятное, продать небольшое количество счетных машин.

В 1775 г. в Англии графом Стейнхопом было создано счетное устройство, в котором не были реализованы новые механические системы, но это устройство имело большую надежность в работе.

3. Счетные устройства 19 века.

 

В 1804 г. французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар (Joseph-Marie Jacquard, 1752-1834) придумал способ автоматического контроля за нитью при работе на ткацком станке. Способ заключался в использовании специальных карточек с просверленными в нужных местах (в зависимости от узора, который предполагалось нанести на ткань) отверстиями. Таким образом, он сконструировал прядильную машину, работу которой можно было программировать с помощью специальных карт. Работа станка программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Создание ткацкого станка, управляемого картами с пробитыми на них отверстиями и соединенными друг с другом в виде ленты, относится к одному из ключевых открытий, обусловивших дальнейшее развитие вычислительной техники.

Чарльз Ксавьер Томас(1785-1870) в 1820г. создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п. Создание недорогих, надежных машин позволило использовать эти машины для коммерческих целей и научных расчетов.

В 1822г. английский математик Чарльз Бэббидж (Charles Babbage, 1792-1871) выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати.

Первая спроектированная Бэббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Она высчитывала таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.

 Одновременно с английским ученым работала  леди Ада Лавлейс(Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815-1852). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.

 

 

 

Аналитическую машину Бэббиджа построили энтузиасты из Лондонского музея науки. Она состоит из четырех тысяч железных, бронзовых и стальных деталей и весит три тонны. Правда, пользоваться ею очень тяжело - при каждом вычислении приходится несколько сотен (а то и тысяч) раз крутить ручку автомата.

Числа записываются (набираются) на дисках, расположенных по вертикали и установленных в положения от 0 до 9. Двигатель приводится в действие последовательностью перфокарт, содержащих инструкции (программу).

Первый электрический телеграф создали в 1837 году английские изобретатели Уильям Кук (1806-1879) и Чарльз Уитстон (1802-1875). Электрический ток по проводам посылался на приемник. Сигналы приводили в действие стрелки на приемнике, которые указывали на разные буквы и таким образом передавали сообщения.

Американский художник Сэмюэл Морзе (1791-1872) изобрел новый телеграфный код, заменивший код Кука и Уитстона. Он разработал для каждой буквы знаки из точек и тире. Морзе устроил демонстрацию своего кода, проложив телеграфный провод длиной 6 км от Балтимора до Вашингтона и передавая по нему новости о президентских выборах.

Позднее (в 1858 году) Чарлз Уитстон создал систему, в которой оператор с помощью кода Морзе набивал сообщения на длинной бумажной ленте, поступавшей в телеграфный аппарат. На другом конце провода самописец набивал принятое сообщение на другую бумажную ленту. Производительность телеграфистов повышается в десять раз - теперь сообщения пересылаются со скоростью сто слов в минуту.

В 1846 году появился счислитель Куммера, который серийно выпускался более 100 лет - до семидесятых годов двадцатого века. Калькуляторы сейчас стали неотъемлемым атрибутом современной жизни. А вот когда не было калькуляторов, в ходу был счислитель Куммера, по прихоти конструкторов превращавшийся потом в "Аддиатор", "Продукс", "Арифметическую линейку" или "Прогресс". Этот чудесный прибор, созданный в середине 19-го века, по замыслу его изготовителя мог быть изготовлен размером с игральную карту, а потому легко умещался в кармане. Прибор Куммера, петербургского учителя музыки, выделялся среди ранее изобретенных своей портативностью, которая стала его важнейшим преимуществом. Изобретение Куммера имело вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения реек. Интересно, что счислитель Куммера, представленный в 1946 году Петербургской академии наук, был ориентирован на денежные подсчеты.

В России кроме прибора Слонимского и модификаций счислителя Куммера были достаточно популярны так называемые счетные бруски, изобретенные в 1881 году ученым Иоффе.

В 1847 г. английский математик Джордж Буль(George Boole, 1815-1864) опубликовал работу "Математический анализ логики". Так появился новый раздел математики. Его назвали Булева алгебра. Каждая величина в ней может принимать только одно из двух значений: истина или ложь, 1 или 0. Эта алгебра очень пригодилась создателям современных компьютеров. Ведь компьютер понимает только два символа: 0 и 1. Его считают основоположником современной математической логики.

1855 г. братья Джорж и  Эдвард Шутц (George & Edvard Scheutz) из Стокгольма  построили первый механический  компьютер, используя работы Ч.Бэббиджа.

В 1867 г.Буняковский изобрел самосчеты, которые базировались на принципе связанных цифровых колес (шестерни Паскаля).

В 1878 г. английский ученый Джозеф Сван (1828-1914) изобрел электрическую лампочку. Это была стеклянная колба, внутри которой находилась угольная нить накаливания. Чтобы нить не перегорала, Сван удалил из колбы воздух.

В следующем году американский изобретатель Томас Эдисон (1847-1931) также изобрел лампочку. В 1880 году Эдисон начал выпуск безопасных лампочек, продавая их по 2,5 доллара. Впоследствии Эдисон и Сван создали совместную компанию "Эдисон энд Сван Юнайтед Электрик Лайт компани".

В 1883 году, экспериментируя с лампой, Эдисон вводит в вакуумный баллон платиновый электрод, подает напряжение и, к своему удивлению, обнаруживает, что между электродом и угольной нитью протекает ток. Поскольку в тот момент главной целью Эдисона было продление срока службы лампы накаливания, этот результат его заинтересовал мало, но патент предприимчивый американец все-таки получил. Явление, известное нам как термоэлектронная эмиссия, тогда получило название "эффект Эдисона" и на какое-то время забылось.

В 1880г. Вильгодт Теофилович Однер, швед по национальности, живший в Санкт-Петербурге сконструировал арифмометр. Надо признать, что до Однера тоже были арифмометры - системы К.Томаса. Однако они отличались ненадежностью, большими габаритами и неудобством в работе.

Над арифмометром он начал работать в 1874 году, а в 1890 году налаживает их массовый выпуск. Их модификация "Феликс" выпускалась до 50-х годов. Главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов (это колесо носит имя Однера) вместо ступенчатых валиков Лейбница. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры.

В 1884 г. Американский инженер Герман Холлерит (Herman Hillerith, 1860-1929) взял патент "на машину для переписи населения"(статистический табулятор). Изобретение включало перфокарту и сортировальную машину. Перфокарта Холлерита оказалась настолько удачной, что без малейших изменений просуществовала до наших дней.

Идея наносить данные на перфокарты и затем считывать и обрабатывать их автоматически принадлежала Джону Биллингсу, а ее техническое решение принадлежит Герману Холлериту. Табулятор принимал карточки размером с долларовую бумажку. На карточках имелось 240 позиций (12 рядов по 20 позиций). При считывании информации с перфокарт 240 игл пронизывали эти карты. Там, где игла попадала в отверстие, она замыкала электрический контакт, в результате чего увеличивалось на единицу значение в соответствующем счетчике.

 

2. Развитие вычислительной техники

в начале 20 века

 

1904 г. Известный русский  математик, кораблестроитель, академик  А.Н.Крылов предложил конструкцию  машины для интегрирования обычных  дифференциальных уравнений, которая была построена в 1912 году.

Английский физик Джон Амброз Флеминг(1849-1945), изучая "эффект Эдисона", создает диод. Диоды используются для преобразования радиоволн в электросигналы, которые могут передаваться на большие расстояния.

Через два года усилиями американского изобретателя Ли ди Фореста появляются триоды.

1907 год. Американский инженер  Дж.Пауэр сконструировал автоматический  карточный перфоратор.

Петербургский ученый Борис Розинг подает заявку на патент электронно-лучевой трубки как приемника данных.

1918 год. Русский ученый  М. А . Бонч-Бруевич и английские ученые  В. Икклз и Ф. Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное рыле, названное англичанами триггером, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.

В 1930г. Виннивер Буш (Vannevar Bush, 1890-1974) конструирует дифференциальный анализатор. По сути, это первая успешная попытка создать компьютер, способный выполнять громоздкие научные вычисления. Роль Буша в истории компьютерных технологий очень велика, но наиболее часто его имя всплывает в связи с пророческой статьей "As We May Think" (1945), в которой он описывает концепцию гипертекста.

 

Конрад Цузе (Konrad Zuse) создал вычислительную машину Z1, которая имела клавиатуру для ввода условий задачи. По завершению вычислений результат высвечивался на панели с множеством маленьких лампочек. Общая площадь, которую занимала машина составляла 4 кв.м.

Конрад Цузе запатентовал способ автоматических вычислений.

 

Для следующей модели Z2 К. Цузе придумал очень остроумное и дешевое устройство ввода: Цузе стал кодировать инструкции для машины, пробивая отверстия в использованной 35-миллиметровой фотопленке.

 

 

 

 

В 1838г. американский математик и инженер Клод Шеннон и русский ученый В.И.Шестаков в 1941 году показали возможность аппарата математической логики для синтеза и анализа релейно-контактных переключательных систем.

 

 

 

В 1938 году в телефонной компании Bell Laboratories создали первый двоичный сумматор (электрическая схема, выполнявшая операцию двоичного сложения) - один из основных компонентов любого компьютера. Автором идеи был Джордж Стибиц(George Stibits), экспериментировавший с булевой алгеброй и различными деталями - старыми реле, батарейками, лампочками и проводками. К 1940 году родилась машина, умевшая выполнять над комплексными числами четыре действия арифметики.

 

 

3. Появление и развитие компьютерной техники

в 20 веке.

1. Развитие вычислительной  техники в 40-х годах 20 века

 

В 1941 году инженер фирмы IBM Б. Фелпс начал работу по созданию десятичных электронных счетчиков для табуляторов, а в 1942 году создал экспериментальную модель электронного множительного устройства.  В 1941 году Конрад Цузе построил первый в мире действующий релейный двоичный компьютер Z3 с программным управлением.

Одновременно с постройкой ENIAC, также в обстановке секретности, создавалась ЭВМ в Великобритании. Секретность была необходима потому, что проектировалось устройство для дешифровки кодов, которыми пользовались вооруженные силы Германии в период второй мировой войны. Математический метод дешифровки был разработан группой математиков, в число которых входил Алан Тьюринг (Alan Turing). В течение 1943 году в Лондоне была построена машина Colossus на 1500 электронных лампах. Разработчики машины - М.Ньюмен и Т.Ф.Флауэрс.

Хотя и ENIAC, и Colossus работали на электронных лампах, они по существу копировали электромеханические машины: новое содержание (электроника) было втиснуто в старую форму (структуру доэлектронных машин).

В 1937 году гарвардский математик Говард Эйкен (Howard Aiken) предложил проект создания большой счетной машины. Спонсировал работу президент компании IBM Томас Уотсон (Tomas Watson), который вложил в нее 500 тыс.$.   Проектирование Mark-1 началось в 1939 году, строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM. Компьютер содержал около 750 тыс. деталей, 3304 реле и более 800 км проводов.

В 1944 году готовая машина была официально передана Гарвардскому университету.

 

 

В 1944 году американский инженер Джон Эккерт(John Presper Eckert) впервые выдвинул концепцию хранимой в памяти компьютера программы.