Назовите фамилии ученых изобретающих первые механические вычислительные машины
Первое поколение компьютеров: от Древнего Рима до Второй Мировой
Лень — двигатель прогресса. Стремление человечества хотя бы частично автоматизировать свою деятельность всегда выливалось в различные изобретения. Математические вычисления и подсчеты также не избежали научного прогресса. Ещё в Древнем Риме местные «таксисты» использовали аналог современного таксометра — механическое устройство, которое определяло стоимость поездки в зависимости от длины маршрута. Время шло, и к середине прошлого века эволюция вычислительных систем привела к появлению нового типа устройств — компьютеров. Тогда, конечно, их так никто не называл. Для этого использовался другой термин — ЭВМ (электронно-вычислительная машина). Но время и прогресс стерли границы между этими определениями. Так как же прогресс дошел до первых ЭВМ и как они работали?
История развития
Арифмометр
Данная машина представляла собой 13-разрядную суммирующую машину.
В следующем году вокруг этой машины начали появляться различные возражения, а именно по поводу её механизма. Существовало мнение о том, что машина да Винчи представляет собой механизм пропорционирования, а не счетную машину. Также возникал вопрос и о её работе: по идее, 1 оборот первой оси вызывает 10 оборотов второй, 100 оборотов третьей и 10 в степени n оборотов n-ной оси. Работа такого механизма не могла осуществляться из-за огромной силы трения. По итогу голоса сторонников и противников счетной машины Леонардо да Винчи разделились, но, тем не менее, IBM решила убрать эту модель из коллекции
Но, оставим наработки Леонардо Да Винчи. Расцвет арифмометров пришелся на 17 век. Первой построенной моделью стал арифмометр Вильгельма Шиккарда в 1623 году. Его машина была 6-разрядной и состояла из 3 блоков — множительного устройства, блока сложения-вычитания и блока записи промежуточных результатов.
Копия арифмометра Шиккарда
Также 17 век отметился ещё несколькими арифмометрами: «паскалина» за авторством Блеза Паскаля, арифмометр Лейбница и машина Сэмюэля Морленда. В промышленных масштабах арифмометры начали производиться в начале 19 века, а распространены были практически до конца 20-го.
Аналитическая и разностная машины Бэббиджа
Чарльз Бэббидж — английский математик, родившийся в конце 18 века. На его счету числится большое количество научных работ и изобретений. Но в рамках данной статьи нас интересуют два его проекта: аналитическая машина и разностная машина.
Идея о создании разностной машины не принадлежит Чарльзу Бэббиджу. Она впервые была описана немецким инженером Иоганном Мюллером в книге с очень сложным названием. До конца не ясно, повлияли ли на Бэббиджа идеи Мюллера при создании разностной машины, поскольку Чарльз ознакомился с его работой в переводе, дата создания которого неизвестна.
Книга Иоганна Мюллера
Считается, что основные идеи для создания разностной машины Бэббидж взял из работ Гаспара де Прони и его идей о декомпозиции математических работ. Его идея заключалась в следующем: есть 3 уровня, на каждом из которых математики занимаются решением определенных проблем. На верхнем уровне находятся самые крутые математики и их задача — вывод математических выражений, пригодных для расчетов. У математиков на втором уровне стояла задача вычислять значения функций, которые вывели на верхнем уровне, для аргументов, с определенным периодом. Эти значения становились опорными для третьего уровня, задачей которого являлись рутинные расчеты. От них требовалось делать только грамотные вычисления. Их так и называли — «вычислители». Эта идея навела Бэббиджа на мысль о создании машины, которая могла бы заменить «вычислителей». Машина Бэббиджа основывалась на методе аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Собственно, поэтому машина и называется разностной.
В 1822 году Бэббидж построил модель разностной машины и заручился государственной поддержкой в размере 1500 фунтов стерлингов. Он планировал, что закончит машину в течение 3 лет, но по итогу работа была не завершена и через 9 лет. За это время он получил ещё 15500 фунтов стерлингов в виде субсидий от государства. Но всё же часть машины функционировала и производила довольно точные (>18 знаков после запятой) расчеты.
Созданная на основе работ Бэббиджа разностная машина
Во время работы над разностной машиной у Чарльза Бэббиджа возникла идея о создании аналитической машины — универсальной вычислительной машины. Её называют прообразом современного цифрового компьютера, и не зря. Она состояла из арифметического устройства (»мельницы»), памяти (»склада») и устройства ввода-вывода, реализованного с помощью перфокарт различного типа. К сожалению, данная идея осталась лишь на бумаге.
Схема аналитической машины Бэббиджа
Табулятор
История электромеханических машин начинается в 1888 году, когда американский инженер Герман Холлерит, основатель компании CTR (будущая IBM), изобрел электромеханическую счетную машину — табулятор, который мог считывать и сортировать данные, закодированные на перфокартах. В аппарате использовались электромагнитные реле, известные еще с 1831 года и до Холлерита не применявшиеся в счетной технике. Управление механическими счетчиками и сортировкой осуществлялось электрическими импульсами, возникающими при замыкании электрической цепи при наличии отверстия в перфокарте. Импульсы использовались и для ввода чисел, и для управления работой машины. Поэтому табулятор Холлерита можно считать первой счетной электромеханической машиной с программным управлением. Машину полностью построили в 1890 году и использовали при переписи населения США в том же году. Впоследствии табуляторы использовались вплоть до 1960-х — 1970-х годов в бухгалтерии, учете, обработке данных переписей и подобных работах. И даже если в учреждении имелась полноценная ЭВМ, табуляторы все равно использовали, чтобы не нагружать ЭВМ мелкими задачами.
Электромеханические машины времен ВМВ
В 1937 году Клод Шеннон в своей работе A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits показал, что электронные связи и переключатели могут представлять выражения булевой алгебры. Машины тех лет можно условно на два типа: электромеханические (основанные на электромагнитных переключателях) и электронные (полностью на электровакуумных лампах). К первым относились американский Harvard Mark I и компьютеры немецкого инженера Конрада Цузе.
Mark I
Работа над Mark I началась в 1939 году в Endicott laboratories по субподрядному договору с IBM. В качестве основы использовались наработки Чарльза Бэббиджа. Компьютер последовательно считывал инструкции с перфоленты, условного перехода не было, циклы организовывались в виде склеенных в кольцо кусков перфоленты. Принцип разделения данных и инструкций в Mark I получил известность как Гарвардская архитектура. Машину закончили в 1944 году и передали в ВМФ США. Характеристики:
В 1936 немецкий инженер Конрад Цузе начал работу над своим первым вычислителем Z1. Первые две модели из серии Z были демонстративными. Следующий же компьютер, Z3, который закончили в 1941, имел практическое применение: с его помощью делали аэродинамические расчеты (стреловидные крылья самолетов, управляемые ракеты). Машина была выполнена на основе телефонных реле. Инструкции считывались с перфорированной пленки. Так же, как в Mark I, отсутствовали инструкции условного перехода, а циклы реализовывались закольцованной перфолентой. Z3 имел некоторые преимущества перед своими будущими собратьями (ENIAC, Mark I): вычисления производились в двоичной системе, устройство позволяло оперировать числами с плавающей точкой. Так как Цузе изначально исходил из гражданских интересов, его компьютеры более близки к современным, чем тогдашние аналоги. В 1944 году практически был завершен Z4, в котором уже присутствовали инструкции условного перехода. Характеристики Z3:
Первые ламповые компьютеры
Однозначно определить первый в мире компьютер сложно. Многими учеными определение первого поколения основывается на вычислительной базе из электронных ламп. При этом первое поколение компьютеров разрабатывалось во время Второй мировой войны. Возможно, созданные в то время компьютеры засекречены и по сей день. В целом выделяют два возможных первенца — ENIAC и Colossus
ENIAC
Electronic Numerical Integrator and Computer (Электронный числовой интегратор и вычислитель) или ENIAC создавался по заказу от армии США для расчета баллистических таблиц. Изначально, подобные расчеты производились людьми и их скорость не могла соотноситься с масштабом военных действий. Построен компьютер был лишь к осени 1945 года.
Colossus
Colossus в отличие от ENIAC был очень узконаправленной машиной. Он создавался исключительно с одной целью — декодирование немецких сообщений, зашифрованных с помощью Lorenz SZ. Эта машина было схожа с немецкой Enigma, но состояла из большего числа роторов. Для декодирования этих сообщений было решено создать Colossus. Он включал в себя 1500 электронных ламп, потреблял 8,5 КВт и обладал тактовой частотой в 5.8 МГц. Такое значение частоты достигалось за счет того, что Colossus был создан для решения только одной задачи и применяться в других областях не мог. К концу войны на вооружении Британии стояло 10 таких машин. После войны все они были уничтожены, а данные о них засекречены. Только в 2000 году эта информация была рассекречена.
Реконструированная модель Colossus
Принцип работы
Вакуумные лампы
Радиолампа представляет собой стеклянную колбу с электродами, из которой откачан воздух. Простейшая разновидность ламп — диод, состоящий из катода и анода, а также спирали, разогревающей катод до температур, при которых начинается термоэлектронная эмиссия. Электроны покидают катод и под действием разности потенциалов притягиваются к аноду. В обратном направлении заряд не переносится, так как заряженных ионов в колбе нет (вакуум). При изменении полярности электроны, покинувшие разогретый электрод, будут притягиваться обратно. До второго электрода они долетать не будут, отталкиваясь от него из-за отрицательного потенциала. Если добавить еще один электрод, то получится триод. В электровакуумном триоде устанавливается сетка между катодом и анодом. При подаче на сетку отрицательного потенциала она начинает отталкивать электроны, не позволяя им достичь анода. При подаче модулированного сигнала ток будет повторять изменения потенциала на сетке, поэтому изначально триоды использовали для усиления сигналов.
Радиолампа и схема триггера на двух триодах
Если взять два триода и соединить анод каждого с сеткой другого, то мы получим триггер. Он может находиться в одном из двух состояний: если через один триод идет ток (триод открыт), то на сетке второго триода появляется потенциал, препятствующий току через второй триод (триод закрыт). Если кратковременно подать отрицательный потенциал на сетку открытого триода, то мы прекратим ток через него, что откроет второй триод, который уже закроет первый. Триоды поменяются местами. Таким образом можно хранить один бит информации. Через другие схемы триодов можно строить логические вентили, реализующие конъюнкцию, дизъюнкцию и отрицание, что позволяет создать электронно-вычислительное устройство.
Запоминающее устройство
На первых порах развития ЭВМ использовались разные подходы к созданию запоминающих устройств. Помимо памяти на триггерах из радиоламп и на электромагнитных реле (как в Z3) имелись следующие виды:
Линии задержки
Основная идея линий задержки возникла в ходе разработки радаров во время Второй мировой войны. В первых ЭВМ в качестве линий использовались трубки с ртутью (у нее очень низкое затухание ультразвуковых волн), на концах которой располагались передающий и принимающий пьезокристаллы. Информация подавалась с помощью импульсов, модулированных высокочастотным сигналом. Импульсы распространялись в ртути. Информационная емкость трубки в битах равнялась максимальному количеству одновременно передаваемых импульсов. Единица кодировалось присутствием импульса на определенном «месте», ноль — отсутствием импульса. Приемный пьезокристалл передавал импульс на передающий — информация циркулировала по кругу. Для записи вместо регенерации импульсов вводились записываемые. Такой вид памяти использовался в компьютерах EDVAC, EDSAC и UNIVAC I.
Запоминающее устройство на ртутных акустических линиях задержки в UNIVAC I
Запоминающие электронно-лучевые трубки (трубки Уильямса)
При попадании электронного луча на точку на люминофорном экране происходит вторичная эмиссия и участок люминофора приобретает положительный заряд. Благодаря сопротивлению люминофорного слоя, точка долю секунды держится на экране. Однако, если не отключать луч сразу, а сдвинуть его в сторону от точки, рисуя тире, то электроны, испущенные во время эмиссии, поглощаются точкой, и та приобретает нейтральный заряд. Таким образом, если выделить N точек, то можно записать N бит информации (1 — нейтральный заряд, 0 — положительный заряд). Для считывания информации используется доска с электродами, прикрепленная к внешней стороне экрана. Электронный луч снова направляется в точку, и та приобретает положительный заряд независимо от изначального. С помощью электрода можно определить величину изначального заряда (значение бита), однако информация уничтожается (после каждого считывания нужна перезапись). Так как люминофор быстро теряет заряд, необходимо постоянно считывать и записывать информацию. Такой вид памяти использовался в Манчестерском Марк I и Ferranti Mark1; американских IBM 701 и 702
Магнитные барабаны
Магнитные барабаны чем-то похожи на современные магнитные диски. На поверхность барабана был нанесен тонкий ферромагнитный слой. Несколько считывающих головок, расположенных по образующим диска, считывают и записывают данные на своей отдельной магнитной дорожке.
Архитектура фон Неймана
Архитектура фон Неймана строилась на следующих принципах:
Основным недостатком этой архитектуры является ограничение пропускной способности между памятью и процессором. Из-за того, что программа и данные не могут считываться одновременно, пропускная способность между памятью и процессором существенно ограничивает скорость работы процессора. В дальнейшем, данную проблему решили с помощью введения кеша, что вызвало другие проблемы( например, уязвимость Meltdown).
Справедливости ради необходимо уточнить, что данные идеи не являются идеями Джона фон Неймана в полной степени. Также в их разработке участвовали ещё несколько ученых, пионеров компьютерной техники: Джон Преспер Экерт и Джон Уильям Мокли.
Гарвардская архитектура
Языки
В самых первых компьютерах программы считывались с перфоленты (как в Z3 и Mark I). Устройство чтения перфоленты предоставляло управляющему устройство код операции для каждой инструкции и адреса памяти. Затем управляющее устройство все это декодировало, посылало управляющие сигналы вычислительному блоку и памяти. Набор инструкций жестко задавался в схеме, каждая машинная инструкция (сложение, сдвиг, копирование) реализовывалась непосредственно в схеме. В ENIAC для изменения программы его нужно было перекоммутировать заново, на что уходило значительное время. Машинные коды считают первым поколением языков программирования.
Перфорированная лента с программой вычислений
Первые программисты всегда имели при себе блокнот, в который они записывали наиболее употребляемые подпрограммы — независимые фрагменты программы, вызываемые из главной подпрограммы, например извлечение корня или вывод символа на дисплей. Проблема состояла в том, что адреса расположения переменных и команд менялись в зависимости от размещения в главной программе. Для решения этой проблемы кембриджские программисты разработали набор унифицированных подпрограмм (библиотеку), которая автоматически настраивали и размещали подпрограммы в памяти. Морис Уилкс, один из разработчиков EDSAC (первого практически реализованного компьютера с хранимой в памяти программой), назвал библиотеку подпрограмм собирающей системой (assembly system). Теперь не нужно было собирать программу вручную из машинных кодов, специальная программа (ассемблер) «автоматически» собирала программу. Первые ассемблеры спроектированы Кэтлин Бут в 1947 под ARC2 и Дэвидом Уилером в 1948 под EDSAC. При этом сам язык (мнемоники) называли просто множеством базовых команд или начальными командами. Использовать слово «ассемблер» для процесса объединения полей в командное слово начали в поздних отчетах по EDSAC. Ассемблер можно назвать вторым поколением языков.
«Начальные команды» для EDSAC
Компьютеры первого поколения в СССР
После Второй мировой войны часть немецких разработок в области компьютерных технологий перешли СССР. Ведущие специалисты сразу заинтересовались возможностями ЭВМ, а правительство согласилось, что устройства для быстрых и точных вычислений — это перспективное направление.
МЭСМ и БЭСМ
В 1948 году основоположник советской вычислительной техники С.А. Лебедев направил в Академию наук СССР докладную записку: в ней сообщалось о необходимости создания ЭВМ для практического использования и научного прогресса. Для разработки этой машины под Киевом, в Феофании институту отвели здание, ранее принадлежавшее монастырю. Через 2 года МЭСМ (малая электронная счетная машина) произвела первые вычисление — нахождение корней дифференциального уравнения. В 1951 году инспекция из академии наук приняла работу Лебедева. МЭСМ имела сложную трехадресную систему команд и следующие характеристики:
В 1950 году Лебедева перевели в Москву. Там он начал работать над БЭСМ-1 и к 1953 году построил опытный образец, отличавшийся отличной производительностью. Характеристики были следующими:
Серия «М» и «Стрела»
В тоже время в Москве велась работа над М-1. М-1 была намного менее мощной, чем МЭСМ, но при этом занимала намного меньше места и тратила меньше энергии. Характеристики М-1:
В 1952 году на свет выпустили М-2. Её мощность увеличилась практически в 100 раз, при этом количество ламп увеличилось только вдвое. Подобный результат получился благодаря использованию управляющих полупроводниковых диодов. Характеристики М-2 были следующие:
В «массовое» производство первой попала «Стрела». Всего было произведено 7 штук. Характеристики «Стрелы» были следующие:
Во многих смыслах «Стрела» была хуже М-2. Она выполняла всё те же 2 тысячи операций в секунду, но при этом занимала на порядок больше места и тратила в несколько раз больше электричества. М-2 не попала в массовое производство, поскольку её создатели не уложились в срок. М-1 не обладала хорошей производительностью и к моменту, когда М-2 была доведена до ума, «Стрела» была отдана в производство.
Следующий потомок серии «М» — М-3 вышел в 1956 году и был в каком-то смысле урезанным вариантом. Она выполняла порядка 30 операций в секунду, но при этом занимала мало места, благодаря чему пошла в серийное производство. Характеристики М-3 были следующие:
Эпилог
Без технологического рывка, сделанного в 40-е годы, и четко сформированного вектора развития вычислительной техники, возможно, сегодня мы бы и не сидели в компьютерах и телефонах, читая статейки на хабре. Как показал опыт разных ученых, порой уникальные и революционные для своего времени образцы вычислительной техники не были востребованы как государством, так и обществом (например, машины серии Z Конрада Цузе). Переход ко второму поколению компьютеров во многом определился сменой вакуумных ламп на транзисторы и изобретением накопителей на ферритовых сердечниках. Но это уже другая история…
Облачные серверы от Маклауд быстрые и надежные. Без древнего железа.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
Назовите фамилии ученых изобретающих первые механические вычислительные машины
Задолго до появления первых счетных устройств люди искали различные возможности для проведения вычислений. Они использовали пальцы рук, камни, которые складывали в кучки или располагали в ряд. Число предметов фиксировалось с помощью черточек, которые рисовались на земле, зарубки, которые делались на палках, и узелков, которые завязывались на веревках. С увеличением объема вычислений начался поиск способа выполнять их с помощью какого-нибудь инструмента. Самым древним и хорошо известным счетным инструментом являются — счеты. Счеты — это периферийное устройство, состоящее из деревянных кружочков, нанизанных на деревянный или металлический стержень. Такое устройство позволяло быстро и точно производить простые арифметические действия над большими числами, такие как сложение, умножение, вычитание и деление.
До сих пор никто не может точно назвать время появления счетов. Историки сходятся во мнении, что их возраст составляет 2000-5000 лет, а их родиной может быть древний Китай, и древний Египет, и древняя Греция.
Первые счетные машины
В 1642 году девятнадцатилетний французский математик Блез Паскаль сконструировал первую в мире механическую счетную машину, известную как суммирующая машина Паскаля(«Паскалина»). Эта машина представляет собой комбинацию взаимосвязанных колесиков и приводов. На колесах были были нанесены цифры от 0 до 9. Когда первое колесо давало полный оборот от 0 до 9, в действие автоматически приводилось второе колесо. Когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье и так далее. Машина Паскаля могла только складывать и вычитать.
Потребовалось свыше 50 лет для создания более совершенного устройства, чем суммирующая машина Паскаля. Отсутствие инструмента, позволяющего быстро и точно осуществлять сложные и громоздкие вычисления привело к тому, что многие поставленные эксперименты так никогда и небыли завершены, а те которые все-таки удалось завершить потребовали месяцы и даже годы работы.
Такое положение сохранялось до 1694 года, когда немецкий математик Готфрид Вильгельм фон-Лейбниц сконструировал свою счетную машину. Основная цель, которую поставил перед собой Лейбниц, заключалась в том, чтобы создать такую счетную машину,которая полностью освободила бы ученых от рутинной работы — и тем самым позволила бы им заниматься чисто научными вопросами, а не математическими вычислениями. Кроме того, Лейбниц был уверен, что подобная машина найдет применение не только в науке, но и в различных сферах жизни.
В отличие от Паскаля Лейбниц использовал в своей машине цилиндры, а не колесики и приводы. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять выступов или зубцов. При этом первый ряд содержал один выступ, второй ряд два выступа и так до девятого ряда, который содержал соответственно девять выступов. Цилиндры с выступами были подвижными и приводились в определенные положения оператором. Будучи более сложной машина Лейбница была способна выполнить не только сложение и вычитание, но и умножение, деление и извлечение квадратного корня.
Вычислительные машины 19-го века
Следующий важный этап развития вычислительной техники приходится на 19-й век. Это был век выдающихся изобретений. Чтобы создать новое поколение счетных машин, причем таких машин которые решали бы задачи быстрее и проще, чем это делают люди.
Один из выдающихся ученых того времени был англичанин Чарльз Бебидж. Многие именно его считают отцом современного компьютера. Как и Паскаль и Лейбниц, Бэбидж был математиком. Однако в отличие от них он больше преуспел в разработке вычислительных машин, чем в реализации своих проектов. Бебиджу принадлежит изобретение первой программируемой вычислительной машины (1830 год). Этой идее он посвятил большую часть своей жизни. К сожалению он так и не довел до конца создание работающей модели.
Свое изобретение Бебидж назвал «Аналитической машиной». Согласно проекту машина должна была приводиться в действие силой пара. При этом она могла воспринимать команды, выполнять вычисления и выдавать необходимые результаты в отпечатанном виде.
Программы в свою очередь должны были кодироваться и переноситься на перфокарты. Идею использования перфокарт Бэбидж позаимствовал у французского изобретателя Жозефа Жаккара. Дело в том, что для контроля ткацких операций Жаккар применял отверстия, пробитые в карточках. Карточки с разным расположением отверстий давали различные узоры на плетении ткани. Жаккар даже не мог предположить, что его идея будет в последствии использована для обработки информации с помощью компьютеров. По сути дела Бебидж был первым, кто использовал перфокарты применительно к вычислительной машине.
В те времена технологии были хуже развиты чем аналитические средства. Бэбидж был не в состоянии сделать и собрать многие высокоточные детали, которые требовались для его машины. Тем не менее его изобретение сыграло важное значение: многие последующие изобретатели использовали идеи придуманных им устройств.
Среди ученых, которые отчетливо понимали важность аналитических методов, была математик Ада Августа Лавлейс — дочь английского поэта лорда Байрона. Именно она убедила Бэбиджа в необходимости использовать в его изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной. Она так же разработала принципы программирования, предусматривающие повторение одной и той же последовательности команд и выполнение этих команд при определенных условиях. Эти принципы используются и в современной вычислительной технике.
Обработка данных с использованием перфокарт
Если Чарльз Бебидж был первым, кому пришла идея использовать перфокарты применительно к вычислительной машине, то первым, кто практически реализовал эту идею, был Герман Холлерит. Его машина была предназначена для обработки результатов переписи населения.
Каждые 10 лет правительство США проводит перепись населения. Сейчас подобная операция занимает считанные месяцы. Но в 19-м веке это был длительный и изнурительный процесс: не смотря на то что в 1880 году население США составляло всего лишь пятую часть современной численности населения, результаты переписи обрабатывались в течении целых восьми лет. Правительство страны, едва закончив обработку данных одной переписи, было вынуждено почти сразу же приступать к новой переписи.
Потребность в средствах для более быстрой обработки данных была очевидной. Вы только подумайте, что бы узнать, какова численность населения в 1890 году, надо было ждать наступления 1900 года.И вот тут на помощь американскому бюро переписи населения пришел Холлерит, который предложил для обработки данных использовать его машину. С помощью счетно аналитической машины Холлерита данные переписи 1890 года были обработаны менее чем за три года. При этом был получен характерный и впечатляющий результат: по сравнению с предыдущей переписью численность населения страны возросла на 25%.
Холерит не только реализовал идею Бэбиджа относительно перфокарт, но и в первые применил для расчетов электричество. Карты использовались для кодирования данных переписи, причем на каждого человека была заведена своя карта. Кодирование велось путем определенного расположения отверстий, пробитых в карте, по строкам и колонкам. Например, отверстие пробитое в третей колонке и четвертой строке, могло означать, что человек состоит в браке. Аналогичным образом другие отверстия могли означать пол, число членов семьи, образование и тд. Все эти данные потом «прочитывались» машиной. Когда карта, имевшая размеры банкноты в один доллар, пропускалась через машину, она прощупывалась системой игл. Если на против иглы оказывалось отверстие, то игла пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица.
Метод перфокарт Холлерита явился значительным этапом в создании быстро и точно считающих машин(код используемый для записи данных на этих перфокартах получил название кода Холлерита). Только спустя 70 лет перфокарты начали заменять магнитными лентами и дисками.
Первые ЭВМ
Первые электронные компьютеры появились в первой половине 20 века. Они могли делать значительно больше механических калькуляторов, которые лишь складывали, вычитали и умножали. Это были уже электронные машины, способные решать сложные задачи. Кроме того они имели две отличительные особенности, которыми предыдущие машины не обладали. Одна из них состояла в том, что они могли выполнять определенную последовательность операций по заранее заданной программе или последовательно решать задачи разных типов. Другая особенность заключалась в способности хранить информацию в специальной памяти.
Дифференциальный анализатор
Первая счетная машина, которая появилась на пути создания электронных машин, была разработана американским ученым Ванневером Бушем в 1930 году. (По этой причине некоторые считают, что Буш является отцом современного компьютера, а не Бебидж.) Машина Буша была названа дифференциальным анализатором. Это был первый в мире компьютер. (Принцип действия аналогового компьютера основан на измерении непрерывных изменений физических величин, например атмосферного давления или температуры воздуха.)
Машина Буша оказалась способной быстро решать сложные математические задачи. Она приводилась в действие электричеством, для хранения информации в ней использовались электрические лампы, подобные тем, что использовались в те времена в радиоприемниках. Дифференциальный анализатор имел много составных частей, что фактически занимал целую комнату. Даже более поздняя модель такого анализатора, построенная в 1942 году, весила 200 тонн.
Машина Марк I
Необходимость в быстрых и точных расчетах особенно выросла во время второй мировой войны(1939 — 1945 гг.). Прежде всего для решения задач в области баллистики, т.е. науки о траектории полета артиллерийских и иных снарядов к цели.
Чтобы повысить прицельность стрельбы, в артиллерии применяют так называемые таблицы ведения огня. Они позволяют артиллеристам определять, каким образом надо вести стрельбу в различных условиях. Естественно, что подготовка подобных таблиц требует проведения очень сложной работы. Даже если более 100 человек в армии занимаются только расчетами таких таблиц, на составление одной такой таблицы потребуется не менее двух месяцев. Для таких расчетов требовались машины с большим быстродействием и более высокой точностью расчетов.
Одной из таких машин стал автоматический последовательно управляемый калькулятор, известный под названием Марк I. Он был изготовлен в 1944 году профессором Гарвардского Университета Айкеном.
Марк I — первый в мире цифровой компьютер.(Принцип действия цифровых компьютеров основан на счете чисел, только через определенные промежутки времени.)
Работая над машиной Марк I, Айкен совместил технические возможности и зания 20-го века с методом перфокарт Холлерита. В результате появилась автоматическая вычислительная машина, которая была способна воспринимать входные данные, закодированные с помощью перфокарт или перфолент. Машина Марк I не была полностью электронной. Она была электромеханической. Это означает, что в ней использовались электронные сигналы в комбинации с механическими приводами, колесиками и переключателями.
Машина Айкена имела громадные размеры более: 15 м в длину и около 2,5 м в высоту и состояла более чем из 750 тыс. деталей.
Машина Марк I могла перемножить два 23-разрядных числа за четыре секунды и за один день выполняла расчет, которые вручную могли быть выполнены только за 6 месяцев. У неё был самый большой объем памяти среди машин того времени и значительно улучшенные программные возможности. И тем не менее уже через несколько лет она практически перестала использоваться.
Эниак
В то самое время, когда Говард Айкен создавал Марк I, профессор университета штата Айова физик Джон Атанасофф также работал над созданием более совершенной машины. Правда, она не получила столь же широкой известности, но многие из использованных в этой машине конструкторских идей были затем применены в первом полностью электронном цифровом компьютере, получившем название ENIAC (Electronic Nimerical Integrator and Calculator — Электронный численный интегратор и калькулятор).
Эниак был создан в 1946 году группой инженеров под руководством Джона Маушли и Дж. Преспера Эккерта по заказу военного ведомства США. Машина производила 5 000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду. Она выполняла их в несколько сотен раз быстрее, чем любая из существующих в то время машин, и могла в считанные часы решить задачи, на которые пятидесяти инженерам потребовался бы год.
По габаритам Эниак был еще более громадным, чем Марк I: более 30 м в длину и 85 м 3 по занимаемому объему. Её вес равнялся весу четырех африканских слонов — 30 т. Вместо тысяч механических деталей, которыми был набит Марк I, в Эниаке были использованы 18 тыс. электронных ламп. Таким образом, компьютер осуществлял хранение и обработку данных с помощью электроники, а не механически.
Эксплуатация Эниака была значительно сложнее. Команды по программе вводились вручную; после введения программы порядок выполнения команд мог быть измене только после выполнения всей программы. Каждая новая программа требовала новой комбинации сигналов. В результате на создание и выполнение даже самой простой программы требовалось очень много времени.
Электронные лампы Эниака составляли самостоятельную проблему. Они не только занимали большой объем, но и выделяли большое количество тепла. А это требовало специальной системы охлаждения. Но еще больше важно то, что в 40-е годы электронные лампы не были такими же надежными компонентами электронных приборов, какими они являются в настоящее время. Нередко 6 или 7 ламп выходили из строя в течении одного часа. И все таки Эниак продемонстрировал всем широкие возможности электронного компьютера.
ЭВМ с хранимой программой
Существенный вклад в создание ЭВМ в нем американский математик Джон фон Нейман, принимавший участие в создании Эниака. Фон Нейман предложил идею хранения программы в памяти машины: ЭВМ с хранимой программой оказались значительным шагом вперед по пути создания более совершенных машин. Такую ЭВМ нет необходимости обеспечивать новой совокупностью управляющих сигналов для решения каждой новой задачи. Кроме того, она способна обрабатывать команды в различном порядке. Первая ЭВМ с хранимой программой получила название EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator — электронный калькулятор с памятью на линиях задержки). Она была создана в Кембриджском университете в 1949 году. С тех пор все ЭВМ являются компьютерами с хранимой программой.
После завершения работ над Эниаком Джон Маушли и Дж. Преспер Эккерт основали собственную компанию, которая приступила к разработке компьютеров с хранимой программой. В 1951 году они создали машину UNIVAC (Universal Automatic Computer — универсальная автоматическая вычислительная машина). Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Затем было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, в котором вместо перфолент и карт использовалась магнитная лента.
Источник: «Основы компьютерной грамотности» 1989 г. Б. Кёршан, А.Новембер,Дж Стоун