Современная вычислительная техника имеет короткую историю. Она насчитывает около полувека, однако первым механическим компьютером можно считать счёты, которые известны с древнейших времён. Первоначально компьютер предназначался только для вычислений ( "computer" - "вычислитель" ). Уже в этом тысячелетии изобретатель и живописец Леонардо да Винчи разрабатывает основы арифмометра. Впервые арифмометр изобрёл в 1642 году француз - математик Блез Паскаль. Он изобрёл и сконструировал первое механическое устройство, позволяющее складывать числа в десятичной системе счисления, в котором числа набирались на дисках. Если счёты являются чисто запоминающим устройством и только хранят информацию, а все действия выполняет человек, то суммирующую машину Паскаля можно уже назвать первым компьютером. Она автоматически производит переносы единиц в следующий десятичный разряд, выполняя работу, которую раньше мог делать только человек. И счётами и машиной Паскаля пользоваться неэффективно. Механическое устройство, которое не только складывало, но и умножало появилось благодаря математику Готфриду Вильгельму Лейбницу (1646-1716). В 1671 году Лейбниц изобрёл компьютер, сооружение которого было завершено в 1694 году. Арифмометр с подвижной кареткой механически имитировал школьный алгоритм "умножение в столбик", причём этот метод использовался для всех механических калькуляторов последующих веков.
Опытные образцы, построенные двумя великими учёными, способствовали созданию столетием позже, в 1820 году, Томасом Колмером (Чарльз Ксавьер Томас) (1785-1870) первого механического калькулятора, который мог не только складывать и умножать, но и делить и вычитать. Это был первый настоящий коммерческий успех механического калькулятора (компьютера). 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 результатов и т. п. Однако такое развитие было следствием расширяющегося коммерческого спроса на механические настольные машины, а не результатом научных исследований. "Научный" же результат состоит в том, что и в современных компьютерах есть арифметическое устройство (или устройства), которое "умеет" производить простые (и в некоторых машинах сложные) арифметические действия. Максимальное количество разрядов числа, которым может оперировать арифметическое устройство, стали называть размером машинного слова. Перфокарты (картонные карты с отверстиями) в течение всего 18 века использовались во Франции конструкторами ткацких станков в попытках заставить главную деталь станка - челнок работать автоматически, по программе.
В те же годы, когда Томас Колмер работал над настольным калькулятором, свои исследования проводил Чарльз Бэббидж (1791-1871). В 1812 году, исследуя таблицу логарифмов и заметив массу неточностей, Бэббидж задумался над тем, как избежать вычислительных ошибок и опечаток в таблицах подобного рода. К тому времени французскими учёными уже применялся любопытный метод организации вычислений, который давал неплохие результаты. Большая задача разбивалась на малые части, состоящие лишь из простых операций, и над её решением работала большая группа людей, которым вовсе не требовалось знать математику. Они владели только арифметическими операциями и почти механическими было большее их количество.
Бэббидж начал проектировать автоматическую механическую вычислительную машину. В 1822 году он опубликовал статью с описанием машины для вычислений и печати таблиц математических функций и в том же году построил рабочую модель, которая демонстрировалась и была с восторгом принята Лондонским королевским обществом. В 1823 году Бэббидж, получив финансовую поддержку британского правительства, начал постройку настоящего компьютера. Компьютер, как это не парадоксально, работал на пару, но был полностью автоматизирован (вплоть до автоматической печати результатов). Машина выполняла различные действия в с оответствии с заранее подготовленным планом работ - программой. Таким же образом - используя различные программы - функционируют и современные компьютеры.
Создание этой машины, несмотря на её ограниченные возможности, являлось, несомненно, прорывом в науке. Однако длительная работа (более 10 лет) над проектом утомила Бэббиджа, и он потерял к ней интерес. Тем более, что в 1833 году он пришёл к идее создания ещё более мощного. Программноуправляемого механического цифрового компьютера. В проекте Бэббиджа были предусмотрены все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере.
В 1836 году Бэббидж предложил окончательный вариант машины. У неё было 3 устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.
Объём памяти составлял 50 машинных слов по 40 цифр (разрядов) каждое.
Компьютер имел 2 регистра - аккумулятора - "быструю" память, в которой "накапливался" результат арифметических действий.
Машина производила сложение за 3 секунды, умножение и деление - за 2 минуты.
Компьютеры Бэббиджа так и не были построены до конца. Одной из причин называют отсутствие достаточно развитой техники, способной точно воспроизвести детали для этих машин по чертежам.
После смерти Бэббиджа интерес к автоматическим цифровым компьютерам временно угас. Однако прогресс техники во второй половине 19 века требовал решения определённых задач математической физики. Лишь через 19 лет после смерти Бэббиджа одна из его основных идей - использование перфокарт - нашла воплощение в действующем устройстве. Это был статистический табулятор (суммирующая машина), построенный американцем Германом Холлеритом (1860-1929) с целью ускорить обработку результатов переписи в США.
В 1879 году в возрасте 19 лет Холлерит окончил горную школу при Колумбийском университете и поступил в статистическое управление при министерстве внутренних дел США. Чтобы закончить обработку результатов переписи населения 1880 года, бюро переписи населения, сотрудником которого он был, потребовалось бы в целом более 7 лет! Результаты очередной переписи (к 1890 году прирост населения составил более 3 миллионов) ожидались ещё позже. Холлериту была поручена обработка информации о предпринимателях в промышленности по переписи 1880 года. Однажды кондуктор в поезде, заносивший данные о пассажирах в бланк, навёл его на мысль о перфокарте, которая содержала бы данные для переписи населения, и в 1884 году Холлерит уже обратился за патентом на "машину для переписи населения". В последствии он получил ещё несколько десятков патентов за работы в этой области. Машина Холлерита содержала клавишный перфоратор, позволяющий перфорировать около ста отверстий в минуту одновременно на нескольких картах (повторяющуюся информацию), машину для сортировки и сам табулятор. Машина для сортировки представляла собой набор ящиков с крышками, где карты продвигались между "считывающими" штырями на пружинах и резервуаром с ртутью. Когда штырь попадал в отверстие на перфокарте, то касался ртути и замыкал электрическую цепь, открывая крышку соответствующего ящика. Туда и попадала перфокарта. Табулятор работал аналогичным образом, только замыкание цепи приводило к увеличению содержимого соответствующего счётчика на единицу. Машина Холлерита была опробована при обработке данных переписи населения 1890 года. Результаты переписи 1890 года удалось получить в 3 раза быстрее, чем в предыдущий раз, к тому же они оказались более точными. В 1896 году создатель машины для переписи (статического табулятора) основал фирму по сбыту своих машин.
Машина Германа Холлерита была удачным изобретением, и в 1897 году её даже купила Россия - так же для обработки данных переписи населения. Однако позже, в 1911 году, автор продал свою фирму, которая, объединившись с некоторыми другими, стала называться Computer - Tabulating Co., а позже получила название Internation Business Machine Corp., сокращённо IBM.
Нельзя сказать, что никто не предлагал своих вариантов перфокарт, однако перфокарта, изобретённая Холлеритом была наиболее удачной и просуществовала почти целый век.
В 19 веке стала особенно отчётливо видна необходимость разработки автоматического вычислительного устройства, действующего автономно, без участия человека, по заранее подготовленной программе. И устройства такого рода появились, причём ранние компьютеры можно считать механическими, так как в качестве запоминающего устройства (памяти) использовались механические приспособления. Открытия 19 столетия Томаса Эдисона в обасти электричества и Генриха Герца в области радио позволили радикально усовершенствовать вычислительные машины. В 1896 году компания General Electric разрабатывает стандарт и использует переменный ток для питания электрических приборов. Калькуляторы оснащаются электрическими моторами для проведения вычислений и печати на бумаге.
В компьютерах всё большее применение находят компоненты, потребляющие электрический ток.
В машине Холлерита использовалось кодирование информации при помощи перфокарт. Разработки английского математика Джорджа Буля (1815-1864), который в 1848 году описал постулаты логики, оперирующей алгебраическими элементами только с двумя возможными состояниями - "истина" и "ложь", 0 и 1 (названной впоследствии булевой алгеброй), позволили создать логическую систему компьютера, производящую действия с нулями и единицами с использованием простейших операций или, и, не. Таким образом, в 20 веке для компьютеров стало применяться двоичное кодирование информации. Это упростило создание компонентов компьютера: минимальный элемент памяти - 1 бит - представлял собой переключатель с двумя состояниями - 0 и 1 - и был легко сконструирован инженерами. Однако требовалась уже "электронная" версия переключателя.
В 30-х годах 20 века Джон Атанасов, профессор кафедры физики государственного колледжа штата Айова, впервые создаёт такой переключатель, на основе простейшей вакуумной лампы, которая потом достаточно долго использовалась в качестве основного переключающего устройства в ЭВМ. В программировании, дисциплине, занимающейся составлением плана действий компьютера, тоже были свои достижения.
P.S. К сожалению, автор данного текста мне неизвестен. Если знаете, кто его написал, пожалуйста напишите.
Евгений Марков.
