Кто изобрел машину на которой базируется современный компьютер
18 великих изобретений в мире компьютеров и программирования
Недавно у нас с коллегами возникла дискуссия на тему первых компьютеров и программ. В разговоре вспомнились не только знаменитые ученые, такие как Чарльз Бэббидж, но и менее известных вроде Ады Лавлейс. В результате возникла идея провести исследование и составить хронологию развития истории компьютеров и программирования.
В процессе изучения различных источников обнаружилось немало любопытных фактов. Например, тот же Бэббидж технически не является изобретателем компьютера, что первым высокоуровневым языком программирования был вовсе не FORTRAN, а для CRT-мониторов использовались стилусы.
1. Первый компьютер: «Машина различий» (1821 г.)
Предшественник Аналитической машины. «Машина различий» была первой попыткой создания механического компьютера. Разработкой проекта занимался ученый Чарльз Бэббидж. Заручившись поддержкой британского правительства, он начал работать над устройством. Но из-за высокой себестоимости, финансирование было остановлено и компьютер так и не построили.
2. Первый компьютер общего назначения: «Аналитическая машина» (1834 г.)
Чарльз Бэббидж продолжил свою работу и, основываясь на полученном опыте, взялся за разработку механического компьютера. Эта машина предназначалась для автоматизации вычислений путем аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Благодаря возможности приближенного представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций, «аналитическая машина» могла быть универсальным прибором.
3. Первая Компьютерная программа: алгоритм для вычислений числа Бернулли (1841 — 1842 г.)
Математик Ада Лавлейс начала переводить отчеты своего итальянского коллеги — математика Луиджи Менабреа. Для этого она использовала все ту же аналитическую машину Бэббиджа в 1841. Во время перевода женщина заинтересовалась компьютером и оставила примечания. В одной из заметок содержался алгоритм для вычисления числа Бернулли (последовательность рациональных чисел В1, В 2, В3) аналитической машиной, которая, как полагают эксперты, была самой первой компьютерной программой.
4. Первый работающий компьютер: Z3 Конрада Цузе (1941г.)
Немецкий изобретатель Конрад Цузе стал первым, кому удалось создать работающий компьютер Z3. На основе своих первых двух моделей Z1 и Z2 ученый собрал полноценный электромагнитный программирующий компьютер, созданный на базе электронных реле. Z3 имел двоичную систему исчисления, числа с плавающей запятой, арифметическое устройство с двумя 22-разрядными регистрами, управление через 8 канальные ленты.
Предполагалось, что это будет секретный проект немецкого правительства. По большей части он разрабатывался для Института Исследований в области авиации. Правда самого Цузе мало интересовали интересы военных, ему просто хотелось создать работающую ЭВМ.
Оригинал машины Z3 был разрушен во время бомбежки Берлина в 1943 году.
5. Первая электронно-вычислительная машина: Компьютер Атанасова-Берри (Atanasoff-Berry Computer, ABC, 1942 г.)
Первое цифровое вычислительное устройство без движущихся частей. Компьютер был создан Джоном Винсентом Атанасовым и Клиффордом Берри. ABC использовался для поиска решений под одновременные линейные уравнения. Это был самый первый компьютер, который использовал набор из двух предметов, чтобы представлять данные и электронные выключатели вместо механических. Компьютер, однако, не являлся программируемым. В ABC впервые появились более современные элементы, такие как двоичная арифметика и триггеры. Минусом устройства была его особая специализация и неспособность к изменяемости вычислений из-за отсутствия хранимой программы.
6. Первая программируемая электронно-вычислительная машина: «Колосс» (1943 г.)
Компьютер «Колосс» — секретная разработка времен второй мировой войны. Он был создан Томми Флауэрсом совместно с отделением Макса Ньюмана, с целью предоставления помощи британцам в расшифровке перехваченных нацистских сообщений. Они были зашифрованы шифром Лоренца. Действия были запрограммированы электронными выключателями и штепселями. «Колосс» давал время на расшифровку сообщений от нескольких часов до недель. С помощью компьютера было расшифровано немало фашистских шифровок.
7. Первая программируемая электронно-вычислительная машина общего назначения: ENIAC (1946 г.)
ENIAC (Электронный числовой интегратор и вычислитель) — первый электронный цифровой компьютер общего назначения с возможностью перепрограммирования для решения широкого спектра задач. Финансируемый американской армией, ENIAC был разработан Электротехнической школой Мура в университете Пенсильвании. Его создавала команда ученых во главе с Джоном Преспером Экертом и Джоном Уильямом Мокли. ENIAC достигал в ширину 150 футов и мог быть запрограммирован на выполнение сложных операций. Вычисления производились в десятичной системе, компьютер оперировал числами максимальной длиной в 20 разрядов.
Интересным фактом было то, что на программирование задачи на ENIAC могло уходить несколько дней, зато решение выдавалось в считаные минуты. При перекоммутировании ENIAC «превращался» в практически новый специализированный компьютер для решения специфических задач.
8. Первый трекбол (1946/1952 г.)
Трекбол — указательное устройство ввода информации об относительном перемещении для компьютера. По сути, аналог современной компьютерной мыши. По одной из версий он был разработан Ральфом Бенджамином, когда тот работал над системой мониторинга для низколетающего самолета. Изобретение, которое он описал, включало в себя шар для управления координатами X-Y курсора на экране. Дизайн был запатентован в 1947 году, но не выпускался, потому что проект находился под грифом «секретно».
Также трекбол использовался в системе канадского военно-морского флота DATAR в 1952 году. Этот «шаровой указатель» применил Том Крэнстон.
9. Первый компьютер совместного хранения данных и программ в памяти: SSEM (1948 г.)
Манчестерская малая экспериментальная машина (англ. Manchester Small-Scale Experimental Machine, SSEM) — первый электронный компьютер, построенный по принципу совместного хранения данных и программ в памяти. Создатели — Фредерик Уильямс, Том Килберн и Джефф Тутилл были членами Манчестерского университета. Машина задумывалась, как экспериментальный аппарат для изучения свойств компьютерной памяти на ЭЛТ («трубки Уильямса»). Программы были введены в двухчастную форму, используя 32 выключателя, на продукции CRT.
Кстати, успешные испытания SSEM стали началом создания полноценного компьютера на трубках Уильямса — «Манчестерского Марка I».
10. Первый высокоуровневый язык программирования: Планкалкюль (Plankalkül, 1948 г.)
Этот язык был использован Конрадом Цузе (разработчиком первого работающего компьютера Z3). Хотя Цузе и начал создавать Plankalkül еще с 1943 года, впервые он был применен в 1948 году, когда ученый опубликовал работу на тему программирования. Правда данный язык программирования не привлек особого внимания. Первый компилятор для Планкалкюль (для современных компьютеров) был создан лишь в 2000 году профессором Свободного университета Берлина — Йоахимом Хоманом.
11. Первый ассемблер: «Начальные команды» на EDSAC (1949 г.)
Ассемблер — транслятор исходного текста программы, который преобразовывает мнемонику (низкого уровня) в числовое представление (машинный код).
Первый в мире действующий и практически используемый компьютер с хранимой в памяти программой. Программы были в мнемокодах вместо машинных, делая исходный код самым первым ассемблером.
12. Первый персональный компьютер: «Simon» (1950 г.)
Simon стал первым доступным компьютером. Он разработан Эдмундом Беркли, а построен инженером-механиком Уильямом Портером и выпускниками Колумбийского университета Робертом Дженсоном и Робертом Валлом. Simon имел систему команд и мог выполнять девять операций, в том числе два действия арифметики — сложение и вычитание, а также сравнение и выбор аргументов. Числа и команды считывались с перфоленты, а результат высвечивался на индикаторной панели. На вход могли подаваться числа в диапазоне от 1 до 255 в бинарной нотации, набитые на перфоленту.
13. Первый компилятор: A-0 для UNIVAC 1 (1952 г.)
Компилятор — программа, которая преобразовывает язык высокого уровня в машинный код. A-0 Система была программой, созданной легендарной женщиной-программистом Грейс Хоппер. Основной задачей системы было преобразование программы, определенной как последовательность подпрограмм и аргументов в машинный код. A-0 был выпущен клиентам с его исходным кодом, делающим, возможно, самое первое общедоступное программное обеспечение.
В 1952 г. у Хоппер появился готовый к работе компилятор. Ее высказывание по этому поводу:
В это не могли поверить. У меня был работающий компилятор и никто им не пользовался. Ведь мне говорили, что компьютер может выполнять только арифметические операции.
14. Первый автокод: Автокод Гленни (1952 г.)
Автокод — название группы языков программирования высокого уровня, который использует компилятор. Первый автокод был создан для серии компьютеров в университетах Манчестера, Кембриджа и Лондона. Автокод был создан одним из манчестерских сотрудников Тьюринга — Аликом Глени (собственно в его честь и назван).
15. Первая компьютерная мышь (1964 г.)
Идея компьютерной мыши пришла в голову американскому физику Дугласу Энджелбарту во время конференции на тему компьютерной графики. Он придумал устройство с парой маленьких поворачивающихся колес, которые могут использоваться для свободного перемещения курсора по экрану. Прототип был создан его ведущим инженером, Биллом Инглишем, но Инглиш и Энджелбарт никогда не получали лицензионные платежи для дизайна.
16. Первый коммерческий компьютер: Programma 101 (1965 г.)
17. Первый сенсорный экран (1965 г.)
На фото ниже — первый сенсорный экран (хоть он и мало чем похож на современные модели). Это панель с сенсорным экраном без чувствительности давления (в равной степени на любые касания экрана) с единственной точкой для контакта. В дальнейшем концепт использовался воздушными диспетчерами в Великобритании вплоть до 90-х годов.
18. Первый объектно-ориентированный язык программирования: Simula (1967 г.)
Simula — это язык программирования общего назначения, разработанный сотрудниками Норвежского Вычислительного Центра (г. Осло) Кристеном Нюгордом и Оле-Йоханом Далем для моделирования сложных систем. Учения Чарльза Ричарда Хоара про конструкции класса, языков программирования с объектами, классами и подклассами привели к созданию SIMULA 67.
Simula 67 явилась также первым языком с встроенной поддержкой основных механизмов объектно-ориентированного программирования.
Кто изобрёл компьютер?
Дать однозначный ответ на вопрос «Кто изобрёл компьютер?» на самом деле не так просто. Как и в случае со многими другими изобретениями, свой вклад в появление компьютера внесли многие люди, работавшие в разных странах, да и на вопрос, какое же устройство, собственно, достойно называться первым компьютером, можно дать разные варианты ответов. Итак, в этом посте — про изобретателей компьютера.
Что такое компьютер? С одной стороны, компьютер считается разновидностью вычислительной техники, но важной его особенностью должна быть возможность не просто выполнять вычисления, пусть и сложные, но выполнять некую произвольно заданную программу. Т. е. устройства, предназначенные для решения лишь определённых задач, не подходят под определение компьютера, компьютер — это универсальное устройство для вычислений, которое можно запрограммировать.
История компьютеров начинается в 19 веке. В 1808 г. французский ткач Жозеф Мари Жаккар (или Жаккард) изобретает ткацкий станок, способный не просто производить ткань, а делать ткань с произвольными узорами. Фактически это был программируемый станок. Узор задавался при помощи пластинок с дырочками, просверленными в определённом порядке — перфокарт.
Перфокарты для станка Жаккара
В 1832 г. русский изобретатель Семён Николаевич Корсаков публикует проект специальных машин для обработки информации при помощи перфокарт. Фактически, это были машины для работы с базами данных. Однако изобретение не получило официальной поддержки, комиссия, рассматривавшая проект, высказала мнение, что «Г-н Корсаков потратил слишком много разума на то, чтобы научить других обходиться без разума».
Кто же придумал проект первого программируемого вычислительного устройства, т. е. компьютера? Этим человеком был англичанин Чарльз Бэббидж. Бэббидж был крайне разносторонним человеком, но известен прежде всего проектами вычислительных машин. В 1822 году он построил машину для расчётов логарифмических таблиц, эта машина стала позднее известна как малая разностная. Затем Бэббидж решил построить полномасштабную версию разностной машины, получил от правительства субсидию, но не уложился ни в сроки, ни в размеры финансирования. Вместо первоначальных трёх лет и 1500 фунтов стерлингов Бэббидж потратил 11 лет и 17000 фунтов, но так и не достроил машину. Лишь в 1991 к двухсотлетию Бэббиджа в Лондоне построили-таки работающую версию этой разностной машины.
Разностная машина Бэббиджа
Разностная машина — довольно сложное, но всё же узкоспециализированное вычислительное устройство. Назвать её компьютером нельзя. Однако в процессе работы над разностной машиной Бэббидж разработал проект ещё более сложной и универсальной аналитической машины, которая была, по сути, механическим компьютером. В этой машине был блок для хранения чисел, а сама она могла выполнять вычисления по программе, записанной на перфокартах. Увы, машина была слишком сложной и даже сегодня энтузиасты так и не решились её воспроизвести.
В 19м и начале 20го века развитие вычислительной техники продолжалось, но она всё ещё предназначалась для узкоспециализированных вычислений. В 1936 году английский математик Алан Тьюринг описал абстрактную машину, пригодную для произвольных вычислений. Описанная машина получила название машина Тьюринга. Фактически, Тьюринг определил критерии, по которым можно было определить, является ли вычислительная машина универсальной.
К концу 30-х существовали две возможности для постройки вычислительных машин. Более привычными были электромеханические машины, сочетающие электрические и механические элементы. Они считали очень медленно — одна операция могла занимать несколько секунд. Но в это время появилась и другая концепция — использовать в качестве элементов вакуумные лампы. Машины на вакуумных лампах — электронные — могли считать намного быстрее, но лампы были дорогими и не очень надёжными и часто перегорали.
Первые компьютеры появились между концом тридцатых и концом сороковых. Вопрос только в том, какое же устройство считать первым настоящим компьютером? Рассмотрим кандидатов.
1) Машины Конрада Цузе
Конрад Цузе был немецким инженером, по своей инициативе занявшимся разработкой вычислительных машин. В 1938 г. он на свои деньги разработал и построил первую электромеханическую машину, названную Z1, реализовал в ней возможность программирования, но она работала ненадёжно. В 1939 г. началась вторая мировая война и Цузе призвали на фронт, откуда ему удалось вернуться и создать вторую версию своей машины — Z2, а в начале 1941 — Z3. Вероятно, эти машины были первыми реально работавшими электромеханическими компьютерами. В 1941 Цузе вновь призвали на фронт. Как он ни доказывал руководству вермахта важность своих компьютеров, его не хотели слушать. Лишь после вмешательства фирмы Хеншель, выпускавшей самолёты, где Цузе ранее работал инженером, ему всё-таки разрешили вернуться к работе над своими вычислительными машинами. Предполагалось, что они будут использоваться для расчётов аэродинамических параметров самолётов. Руководство вермахта, впрочем, без энтузиазма отнеслось к разработкам и не видя в них особой ценности, финансировало очень неохотно. Следующую модель — Z4 Цузе закончил только после войны. В 1950 г. он продал эту модель в Швейцарию.
Z3 (восстановленная копия) в немецком музее
Z3 могла считывать программу с перфоленты и выполнять вычисления в соответствии с ней. Однако эта машина была электромеханической, поэтому работала очень медленно и не могла исполнять в явном виде команд условного перехода, которые считаются важной составляющей компьютерной программы. Можно ли считать Z3 первым в мире компьютером, а Конрада Цузе — его изобретателем? Некоторые считают, что да, некоторые — нет.
2) Компьютер Атанасова-Берри
В 1942 г. американский математик болгарского происхождения Джон Атанасов и помогавший ему инженер Клиффорд Берри построили первую на 100% электронную вычислительную машину без механических частей. Эта машина не была универсальной и предназначалась в основном для решения линейных уравнений, тем не менее, именно её в 1973 г. Федеральный районный суд США признал «первым компьютером». Возможно, из этой машины получилось бы нечто большее, если бы Атанасов не был призван в американскую армию.
3) Британские «Бомбы» и «Колоссы»
Во время второй мировой войны перед англичанами встала задача расшифровки немецких сообщений. Взломать немецкие шифры вручную было невозможно. Тогда англичане прибегли к помощи вычислительных машин.
В 1940 г. в Великобритании по проекту Алана Тьюринга была построена первая электромеханическая вычислительная машина для расшифровки немецкого кода «Энигма». Она получила название «Бомба». Одна такая машина весила 2,5 тонны и для того, чтобы расшифровать как можно больше сообщений, к 1944 году англичане построили 210 таких машин.
Но для передачи важных сообщений немцы использовали другой, ещё более сложный код «Лоренц». Для его расшифровки был спроектирован и построен (в количестве 10 штук) мощный электронный компьютер под названием «Колосс». Он был программируемой и довольно мощной для своего времени, но всё же не универсальной, а узкоспециализированной машиной. Спроектировал «Колоссы» и руководил их постройкой английский инженер Томми Флауэрс.
Можно ли считать «Бомбу» или «Колосс» первым компьютером? Возможно, но здесь снова есть аргументы и за, и против.
4) ЭНИАК
Переносимся в США. В 1943 г. учёные из Пенсильванского университета Джон Мокли и Джон Экерт задумали построить мощный электронный компьютер. Предполагалось, что его будут использовать в основном для расчётов артиллерийских таблиц — нудной и кропотливой работы, которая была поручена университету американской армией. Прежде таблицы рассчитывали люди с арифмометрами, и это отнимало у них много времени. Устройство назвали ЭНИАК (англ. ENIAC), сокращение от «Электронный числовой интегратор и вычислитель», и он мог производить расчёты в 2400 раз быстрее, чем человек с арифмометром.
ЭНИАК был построен к осени 1945 г. Он содержал более 10 тыс. электронных ламп, весил около 27 тонн и потреблял 150 кВт электроэнергии. К этому времени острая необходимость в расчётах артиллерийских таблиц отпала, и компьютер стали использовать и для других целей, например, для расчётов взрыва водородной бомбы, аэродинамики сверхзвуковых самолётов, прогноза погоды.
ЭНИАК без особых оговорок можно считать настоящим компьютером. Это была полностью электронная универсальная вычислительная машина, которая в полной мере продемонстрировала потенциал компьютеров. Кроме того ЭНИАК стал первым широко известным компьютером, информация о машинах Цузе и Атанасова всплыла позднее, а британские дешифровальные компьютеры были засекречены (и почти все уничтожены) по приказу Черчилля. Так что звание первого в мире компьютера ЭНИАК, вероятно, заслужил.
Всё же работать с ЭНИАКом было ещё не очень удобно. Программирование компьютера осуществлялось путём изменения положения кабелей и переключателей, и подготовка к расчётам часто занимала значительно больше времени, чем сами расчёты. Ещё до окончания работы американский математик Джон фон Нейман предложил использовать для будущих компьютеров архитектуру, предполагавшую хранения команд и данных в памяти. Эта архитектура стала основой при разработке последующих компьютеров.
Подведём итоги и ответим, наконец, кто изобрёл компьютер. К изобретению и созданию первых компьютеров так или иначе причастны:
Кто изобрел первый компьютер и в каком году?
Современные школьники и студенты не представляют своей жизни без компьютерной техники: электронные помощники мгновенно отыщут нужную информацию для реферата или курсовой работы, помогут отдохнуть и развлечься за новой игрой, мгновенно свяжут с друзьями из любой точки планеты.
Но всего лишь 15-20 лет назад компьютеры использовались в основном профессионалами для выполнения различных расчётов, а вычислительные машины полувековой давности занимали целые огромные залы. Знаете ли вы, кто изобрёл первый компьютер, и в каком году это произошло? Ответить на этот вопрос не так просто, как кажется на первый взгляд.
Компьютеры XVII века
Слово «компьютер» отнюдь не является изобретением нынешней эпохи. Первые «компьютеры» появились в начале XVII века – правда, в те времена так называли отнюдь не вычислительные машины. В Англии этим словом обозначали людей, которые хорошо умели считать и за определённую плату выполняли сложные подсчёты для всех желающих. Ведь в точном переводе с английского языка «to compute» означает «подсчитывать», а «computer», соответственно – «расчётчик».
Но уже тогда многих людей, хорошо знавших математику, увлекала мечта создать специальное устройство, которое могло бы выполнять различные подсчёты, экономя время конструкторам, бухгалтерам и другим специалистам, в чьи обязанности входила работа с цифрами. Первой попыткой такого рода, сохранившейся в истории, стала «Паскалина» – механическое устройство, изобретённое известным физиком и математиком из Франции Блезом Паскалем.
Учёный создал более десятка счётных машин, причём последние модели справлялись с 8-разрядными числами, что для того времени было более чем достаточно.
Бэббидж и его вычислитель
Чаще всего, говоря о первом компьютере, вспоминают вычислительную машину англичанина Чарльза Бэббиджа. Он разработал и опубликовал концепцию своего вычислителя в далёком 1822 году, причём его машина могла не просто совершать примитивные арифметические операции, но самостоятельно выполняла целые блоки последовательных вычислений, т.е. была программируемой.
В 1837 году Бэббидж изготовил первую машину для вычислений по упрощённой схеме: она выполняла несколько последовательных операций и печатала полученные результаты на листе бумаги, что само по себе в те времена было невероятной диковиной.
Добившись первых успехов, Бэббидж приступил к изготовлению полноценной вычислительной машины. Согласно его проекту, она состояла из логико-арифметического счётного устройства, блока для запоминания промежуточных результатов и контрольного устройства. Что самое удивительное, все эти блоки должны были функционировать исключительно на механической основе, ведь электрических, а тем более, электронных элементов тогда ещё не существовало.
К сожалению, Бэббиджу не хватило средств, чтобы закончить свой вычислитель, а вскоре учёный заболел и скончался, оставив труд незавершённым. Однако сделанные им теоретические разработки помогли последующим поколениям учёных создать настоящий компьютер.
Тьюринг и Цузе – кому принадлежит пальма первенства?
В ХХ веке задача создания вычислительной машины стала более чем актуальной: идущая полным ходом во всём мире индустриализация требовала выполнения множества сложнейших расчётов в самых разных сферах экономики. В Британии к 1936 году была создана вычислительная машина, которая стала прообразом для всех последующих поколений компьютеров. Её создателем стал математик Алан Тьюринг, который одновременно заложил основы информатики и программирования, став родоначальником целого древа компьютерных наук. Вычислитель Тьюринга получил название ACE (Automatic Computing Engine).
Практически одновременно, в 1936-38 году, сходное по конструкции и по заложенным в нём принципам устройство создал и немецкий изобретатель Конрад Цузе. Его вычислительная машина, использовавшая двоичное кодирование, называлась Z3, а несколькими годами ранее были собраны несколько более простые Z1 и Z2. Как и машина Тьюринга, аппарат Цузе был электромеханическим по принципу действия. И та, и другая машина впоследствии активнейшим образом использовались для армейских расчётов: как мы помним, на Европу тогда надвигалась самая большая война в истории человечества.
Следует сказать, что Тьюринг в значительно большей степени, чем Цузе, может считаться автором первого компьютера. Он был блестящим теоретиком и разработал ряд концепций создания компьютеров, которые были реализованы в будущем. Его идеи по поводу хранения компьютерных программ в памяти машины, шифратора голосовой речи и другие талантливые разработки впоследствии были воплощены в современных компьютерах.
Американский ENIAC
Вычислительная машина, работающая на электронных компонентах, была создана в США в 1946 году. Она называлась ENIAC – Electronic Numerical Integrator And Computer, работала на электронных вакуумных лампах и весила почти 50 тонн.
Для её создания было использовано 18 000 ламп, а потребление энергии достигало 140 КВт. Создателями ENIAC стали Дж.П. Эккерт и Дж. Мочли. По своей архитектуре и функциям он стал первым компьютером в современном значении этого слова.