Від електромеханічних обчислювальних пристроїв до електронних

До кінця ХІХ ст. пристрої для обчислень були ручними або механічни­ми. І тільки в кінці ХІХ ст. американський вчений Герман Голлеріт (1860-1929) запропонував новий пристрій, робота якого базувалась на використанні електричного струму, - табулятор (рис. 2.72). Він був призначений для опрацювання да­них перепису населення. Дані про конкретну людину не записувались на аркуші паперу, а відмічались от­ворами у строго визначених місцях персональної перфокарти.

Система Голлеріта виграла кон­курс на проведення перепису насе­лення США у 1890 р. Успіх табуля­тора був величезним. Якщо дані попереднього перепису населення опрацьовували 500 співробітників спеціального агентства протягом 7 років, то Голлеріт із 43 співробіт­никами на 43 машинах виконав опрацювання даних за 2,5 роки.

Заснована Голлерітом у 1896 р. фірма з випуску табуляторів, зазнав­ши низку реорганізацій і зміну власників, з 14 лютого 1924 р. стала нази­ватись IBM Corporation.

До середини ХХ ст. розроблялися різноманітні конструкції ме­ханічних і електромеханічних обчислювальних пристроїв. Вони давали змогу значно прискорити процес обчислення.

Середина ХХ ст. була відзначена кількома факторами, що вплинули на розвиток обчислювальної техніки. Одним із таких факторів стали до­сягнення науки, що вивели її на якісно новий рівень, іншим - політична конфронтація у світі, що призвела до розв’язання Другої світової війни. Підтримуючи розвиток науки і нових технологій, украй необхідних для отримання перемоги над суперником, уряди виділяли значні кошти і на розвиток обчислювальної техніки. У науковців і військових значно зрос­ли вимоги до швидкості та якості обчислень.

У цей час учені та конструктори різних країн створили якісно нові обчислювальні машини, в яких, як правило, використовувалися електрич­ні пристрої. Так, у Німеччині в 1938 р. Конрад Цузе (1910-1995) (рис. 2.73) створив першу об­числювальну машину на електромеханічних ре­ле, яку назвав Z1. У ній використовувалося двійкове кодування.

У США в 1939 р. Джон Вінсент Атанасов (1903-1995) разом зі своїм студентом Кліфордом Беррі (1918-1963) створили перший комп’ютер на електронних лампах із використанням двійкового кодування - ABC (англ. Atanasoff Berry Computer) (рис. 2.74). Трохи пізніше (1939-1944 рр.), також у США, Говард Ейкен (1900-1973) у співробітництві з ІВМ створив обчислювальну машину Магк-1 на елект­ромагнітних реле з автоматичним керуванням послідовністю операцій.

На початку 1940-х років в умовах цілковитої секретності вчені Вели­кобританії створили обчислювальну машину Colossus1, призначену для дешифрування радіограм фашистської Німеччини. Від інших машин то­го часу її відрізняло те, що програма, за якою вона працювала, зберігала­ся в її пам’яті. У розробці цієї машини брав участь видатний англійський математик Алан Тьюрінг (1912-1954) (рис. 2.75).

У 1943-1946 рр. у США Джон Моучлі (1907-1980) і Преспер Еккерт (1919-1995) створили ENIAC (англ. Electronic Numerical Integrator and Calculator - електронний цифровий інтегратор і обчислювач) - електрон­ну обчислювальну машину (ЕОМ), що містила 18 000 електронних ламп, важила 30 тонн і виконувала п’ять тисяч операцій за секунду. По завер­шенні цього проекту вони відразу почали роботу над новим комп’ютером на замовлення військового відомства США - EDVAC (англ. Electronic Discrete Variable Automatic Computer - електронний дискретно змінний автоматичний обчислювач). До розробки залучається відомий амери­канський математик Джон фон Нейман (1903-1957), який у статті «Попередня доповідь про машину EDVAC» сформулював основні принципи побудови універсальної обчислюваль­ної машини. Незважаючи на те, що ці ідеї були розроблені Еккертом і Моучлі, вони стали відомі всьому світові як «принципи фон Неймана».

Перший комп’ютер, в якому реалізовані на практиці принципи фон Неймана, був створений у 1949 р. у Великій Британії у Кембріджському університеті Морісом Вілксом (народився 1913 р.). Він отримав назву EDSAC (англ. Electronic Delay Storage Automatic Calculator - автоматичний об­числювач на електронних лініях затримки).

Десять пальців рук — природний обчислювальний засіб пер­вісної людини й маленької дитини. У цьому параграфі просте­жимо еволюцію обчислювальних пристроїв від абака до сучас­ного комп'ютера.

Абак і рахівниця

Найпростішими технічними пристроями для обчислень у давнину були дерев'яні палички із зарубками, які називали бірками, шкіряні ремені та шнурки з вузликами. Первісні форми торгівлі зумовили виникнення перших пристроїв для перетворення інформації — різних видів рахівниць. Найдавнішим пристроєм уважають абак.

Найпоширеніший різновид давнього абака — це дошка, вкрита по­рохом, на якій легко було робити позначки. Таку дошку, на відміну від бірок, використовували багаторазово. Деякі різновиди абака мали заглиблен­ня, куди вкладали камінці. Заповнюючи пристрій камінцями й переміщуючи їх, виконували дії додавання та віднімання. Згодом у Китаї за цим принципом були створені рахівниці, де на декілька стрижнів, що символізували розряди, нанизували по 10 кісточок, які означали одиниці. Лише декілька десятків років тому рахівниці були витіснені калькуляторами.

Обчислювальні пристрої поділяють на механічні, електромеханічні й електронні (ЕОМ — електронні обчислювальні машини).

Механічні машини

Першу механічну обчислювальну машину сконструював 1642 р. француз Блез Паскаль (1623—1662). Ця машина давала змогу додавати багатозначні числа. Наприкінці XVII ст. німецький учений Готфрид Ляйбніц (1646—1716) удосконалив пристрій Паскаля. Його машина виконувала також операції множення та ділення. Головним елементом цих машин була система з'єднаних десятизубчастих коліс. Модер­нізована багатьма винахідниками ця механічна машина дійшла до наших днів у вигляді арифмометра. Арифмометри використовували до 70-х років XX ст.

Чи знаєте ви, що Блез Паскаль у віці 12-16 років зробив важливі від­криття в галузі математики і фізики. В 19 років, спостерігаючи за працею батька — королівського податківця, створив для нього меха­нічну обчислювальну машину і спробував її ко­мерційно поширювати. Зазначимо, що на рівні ідей, креслень і описів обчислювальні пристрої були згадані ще раніше в працях Леонардо да Вінчі та інших вчених, проте машина Паскаля стала першою, копії якої збереглися до наших днів. На честь Паскаля названо кратер на Місяці, одиницю тиску в фізиці, а також мову програмування.

Утопічний проект Ч. Бебиджа

Перший крок до створення сучасних комп'ютерів зробив англійсь­кий математик Чарльз Бебидж (1792—1871). З 1820 по 1856 р. він розробляв обчислювальну машину, яку назвав аналітичною. Машина мала розв'язувати складні арифметичні задачі, виконуючи необхідні дії з даними.

Мети Ч. Бебидж досягти не зумів, оскільки проект значно випередив свій час. Однак іншими обчислювальними пристроями, які він створив, послуговувалися чимало років.

Ідеї Ч. Бебиджа щодо будови та роботи машини — пристрої введення-виведення, пам'ять та арифметичний пристрій (вдало названі, відповідно, «складом» та «млином»), дані на перфокартах, умовна пере­дача керування залежно від одержаного результату — були фун­даментальними. Перший комп'ютер, що з'явився через 100 років, дуже нагадував аналітичну машину.

Чи знаєте ви, що учениця Ч. Бебиджа Ада Лавлейс (1815— Ш 1852), дочка англійського поета Джорджа Байрона, сформу­лювала принцип програмної роботи аналітичної машини. Ось чому А. Лавлейс слушно вважають першим у світі програ­містом. На їїчесть названо одну із сучасних мов програ­мування — Ада.