Подкаст
Валерий Цуркан Мастер

История компьютеров. Как это было? Аналитические машины

В первой части статьи мы говорили об аналоговых компьютерах древности, а также о механических счётах, арифмометрах. Теперь поговорим о более сложных машинах.

МВМ (механическо-вычислительная машина)

В 1822 году англичанин Чарльз Бэббидж построил вычислительное устройство, названное им Разностной Машиной (Difference Engine). Работа машины основывалась на известном в математике методе конечных разностей. Этот метод позволяет вычислять значения многочленов, употребляя только операцию сложения и не выполняя при этом умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. Однако Difference Engine имела ограниченные возможности и развития не получила. Но всё же для того времени это был существенный прорыв в данной ветви техники.

Бэббидж не остановился на сделанном и пошёл дальше. С тридцатых годов он стал думать над созданием программируемой машины — он назвал её Аналитической машиной (Analytical Engine). Он не смог довести работы до конца по той причине, что Analytical Engine оказалась слишком сложна для техники того времени. Но идеи, которые он озвучил, — это были действительно революционные идеи! Он придумал практически современный компьютер, но не в электронном, а в механическом исполнении.

Из чего состояла его машина? По замыслу Бэббиджа, Analytical Engine имела следующие функциональные узлы:

1. «Склад» для хранения чисел (память);
2. «Мельница», арифметическое устройство (процессор);
3. Устройство, управляющее последовательностью операций в машине (Бэббидж никак его не назвал, сейчас используется термин «устройство управления»);
4. Устройства ввода и вывода данных.

На вход машины должны были поступать два потока перфокарт, которые Бэббидж назвал operation card (операционными картами) и variable card (картами переменных): первые управляли процессом обработки данных, которые были записаны на вторых. Информация заносилась на перфокарты путем пробивки отверстий. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Помимо этого, Analytical Engine, по замыслу автора, должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования. Можно смело сказать, что Бэббидж первым использовал перфокарты для ввода-вывода информации в машину. Правда, до него в начале века перфокарты предложил использовать Жозеф Мари Жаккар для быстрого перехода с узора на узор в ткацких станках.

Бэббидж не закончил своей машины. Во-первых, у него не хватило денег, ведь все узлы он изготавливал за свой счёт. Во-вторых, а это более важно, в то время техника не позволяла делать детали с нужной точностью, а для Analytical Engine было необходимо огромное количество зубчатых колёс.

В 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого, сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году — еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, изготовленные по технологиям середины XIX века, превосходно работают — в расчётах Бэббиджа было найдено всего две ошибки.

Первые компьютеры 20 века

Первым компьютером, который уже не был чисто механическим, можно назвать Mark1. Идея его создания родилась в 1937 году. Говард Айкен предложил проект вычислительной машины на электромеханических реле. За работу взялась компания IBM (International Business Machines, Inc), занимавшаяся производством механических пишущих машинок и арифмометров, президент которой умел заглядывать в будущее. В проект было вложено 500 тысяч долларов, по тем временам это были очень большие деньги, наши олигархи в новые технологии такую сумму вкладывать ни за что не стали бы. Проектирование машины началось в 1939 году, а строительство закончилось в 1944. Mark1 при довольно больших размерах (намного больше моего ноутбука — 17 метров в длину и 2.5 в высоту) и огромной степени напичканности деталями (750 тысяч различных деталей, 800 метров проводов, более 3 тысяч реле) была всего лишь в десять раз эффективней аналитической машины Чарльза Бэббиджа.

Несмотря на то, что Mark1 называют одним из первых немеханических компьютеров, он был устроен практически так же, как арифмометры и аналитическая машина Бэббиджа — всё те же зубчатые колёса, разве что эта машина считала быстрее и, в отличие от некоторых устройств, умела умножать, делить, возводить числа в степени, считать значение синуса и вычислять логарифмы. Есть у этой машины одна большая заслуга — в ней был впервые реализован принцип независимо хранимой программы. Если сейчас информация хранится на CD и DVD, то в то время под носитель приспособили ленту с информацией, записанной в виде пробитых отверстий (перфоленту). Перфоленту можно было использовать не один раз и хранить отдельно от машины.

Полумеханические компьютеры, такие как Mark1, начинали уходить на покой, им на смену приходили более новые и более мощные машины. Одна из них — Electronical Numerical Integrator and Calculator, сокращенно — ENIAC. Это первый компьютер, собранный с применением электронных вакуумных ламп. ENIAC была представлена своими создателями в 1946 году. В её конструкцию входило 18 тысяч вакуумных ламп и около 1500 реле, машина занимала отдельное помещение площадью в 85 квадратных метров, весила 30 тонн и потребляла 150 киловатт энергии. В отличие от своих предшественников, ENIAC имела вместо зубчатых колес для хранения числовых значений замкнутые цепи из 10 специальных электронных переключателей — триггеров (триггер — это переключательное устройство, которое достаточно долго сохраняет одно из двух состояний равновесия и скачкообразно переключается из одного состояния в другое по сигналу извне).

В ENIAC′е впервые перфолента была заменена на перфокарту. Как работают перфоленты и перфокарты и чем они отличаются? Специфика работы проста — каждое отверстие (перфорация) замыкало определенную электрическую цепь при попадании в него контактной щетки считывающего устройства, и компьютер выполнял требуемую команду. Примитивно, но действенно. А чем же отличаются перфокарты от перфолент, и чем карты лучше своих предшественниц? Дело в том, что перфоленты часто рвались во время работы, и приходилось или склеивать их, или менять целиком, а зачастую запасных не было и нужно было изготовлять новые. А перфокарты? Испортилась одна пластинка — выбрасываешь её и устанавливаешь новую.

Один из самых больших недостатков этого компьютера — устройство ввода. Оно было намного больше клавиатуры моего Acer′а. Сейчас это даже представить трудно — ввод информации в машину осуществлялся посредством переключения контактных коммутаторов на 40 наборных досках, каждая из которых была оснащена несколькими тысячами проводов, а общее их число составляло 6 000. Чтобы переключить компьютер на другую задачу, у «операторов» уходило порою до нескольких дней.

Второй недостаток ENIAC′а — 18 тысяч вакуумных ламп. Если перегорала одна из них, то компьютер объявлял перерыв — техники из кожи вон вылезали, вручную перебирали все лампы, пока не находили виновницу сего торжества. На это также уходило довольно много времени, что не очень радовало тогдашних юзеров (хотя, по сравнению с Mark1, это была очень быстродействующая машина — ездила она быстро, хотя, к сожалению, запрягалась медленно).

Примерно так выглядит история компьютеров от древних времён до первых машин, которые уже можно было называть ЭВМ. Недавно я в каком-то журнале прочитал, что в наше время цифровая техника стремительно развивается. Но если посмотреть внимательней, то стразу станет ясно, что никуда она не развивается, а всего лишь совершенствуется. Все компьютеры работают по той же схеме, что и ENIAC, просто сейчас работают они быстрее и качественней, но принципы работы остались практически те же самые.

Обновлено 1.11.2018
Статья размещена на сайте 2.06.2009

Комментарии (0):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети: