8479-1 (Хронология вычислительных машин)

Хронология вычислительных машин

Марк Бредер

Что представлял собой первый компьютер, и кто построил его? Это вопрос определения, а не факта. Компьютер, как мы понимаем это слово сейчас, продукт длительной эволюции, а не просто изобретение. Чтобы помочь вам определится в этом вопросе самостоятельно, для себя, я и написал этот цикл статей.

XVII...XVIII век

1623

Вильгельм Шикард (1592...1635) создал «Вычисляющие часы». Это была 6-ти разрядная машина, которая могла складывать и вычитать числа, и информировала пользователя о переполнении с помощью звонка (по непроверенной информации, таким образом, Шикард мог производить вычисления над семизначными числами). Сама машина и ее чертежи были потеряны и забыты во время войны, сотрясавшей приблизительно в тот период Европу. Однако в 1935 году чертежи были найдены... только для того, чтобы быть потерянными снова, по причине Второй Мировой войны. Злоключения машины Шикарда закончились лишь в 1956, когда ее чертежи были заново обнаружены тем же человеком! В 1960 группа энтузиастов построила машину и на практике удостоверилась, что она работает.

1644...1645

Блез Паскаль (1623...1662) в Париже создал «Паскалин». Эта пятиразрядная машина (впоследствии Паскаль создал и восьмиразрядный вариант) использовала усовершенствованный метод Шикарда, однако не могла вычитать, и, возможно, была менее надежна, чем более простой механизм «Вычисляющих часов». Несмотря на это, истории было угодно так, что про машину Шикарда все забыли, а Паскаль стал широко известен как основатель концепции вычислительных машин. Он построил достаточно много устройств и продал приблизительно 10...15 из них, часть из которых дошли до наших дней. Патенты были тогда делом далекого будущего, и некоторые особо предприимчивые современники ученого довольно успешно клонировали его детище.

1668

Англичанин сэр Сэмюэль Морланд (1625...1695) создал недесятичную складывающую машину, призванную работать с английской валютой. Пользователь вводил слагаемые с помощью некоего подобия наборных дисков.

1674

Готфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646...1716) разработал «пошаговый вычислитель», воплощенный в готовое устройство человеком по имени Оливер из Парижа. Пошаговый вычислитель использовал принцип подвижных грузов и мог умножать операнды до 5 и 12 знаков с результатом до 16 знаков. Пользователь должен был повернуть рычаг для каждой цифры в каждом числе, эти повороты затем преобразовывались в последовательность сложений. Механизм требовал от пользователя постоянных поправок и срабатывал не всегда. Так как пошаговый вычислитель не нашел в то время почти никакого практического применения, он был оставлен на чердаке и обнаружен лишь в 1879 году рабочим, чинившим крышу.

1775

Англичанин Чарльз Эрл Стенхоуп III построил успешный аналог умножающего калькулятора, аналогичного машине Лейбница.

1770...1776

Мэтьюс Хан из Германии также (но независимо от Стенхоупа) построил умножающий калькулятор.

1786

Дж. Мюллер сформулировал идею устройства, которое в XX веке назовут дифференциальным анализатором. Мюллеру не удалось найти деньги на постройку машины и о его проекте вскоре забыли.

XIX век

1820

Шарль Ксавье Томас де Кольмар (1785...1870) создал Арифмометр, первый массово производимый калькулятор. Он позволял производить умножение, используя принцип Лейбница, и являлся подспорьем пользователю при делении чисел. Это была самая надежная машина в те времена; она не зря занимала место на столах счетоводов Западной Европы. Арифмометр так же поставил мировой рекорд по продолжительности продаж: последняя модель была продана в начале XX века.

1822

Чарльз Беббидж (1792...1871) заново изобрел дифференциальный анализатор. В это же время он начал свой спонсируемый государством проект, целью которого была постройка одного такого устройства.

1832

Беббидж и Джозеф Клемент построили прототип одного из сегментов своего устройства, который мог оперировать 6-ти разрядными числами и дифференциалами второго порядка.

Законченная машина, которая была бы размером с комнату, должна была работать с дифференциалами шестого порядка при 20-ти разрядных числах и дифференциалами третьего порядка при 30-ти разрядных числах. Каждая операция сложения должна была проходить в две фазы; вторая фаза имела целью следить за порядком результата первой. Результаты должны были выводиться на мягкую металлическую матрицу для печатного станка.

К сожалению, финансирование проекта «прикрыли», и кроме этого сегмента ничего больше построено не было.

1834

Житель Стокгольма Джордж Шойтц, прочтя краткое описание проекта Беббиджа, построил из дерева модель дифференциального анализатора.

1834

Беббидж продумал и начал разработку Аналитической Машины. Была бы машина построена или не была, ее возможность стать первым в мире компьютером зависела от определения самого слова «компьютер». В Аналитической Машине отсутствовало одно основное свойство сегодняшних компьютеров: «концепция хранимой программы», которая необходима для того, чтобы считать вычислительную машину компьютером. Программа должна храниться в только читаемой (read-only) памяти, например, в виде перфокарт. (В этом цикле статей такие машины будут далее именоваться программируемыми калькуляторами.)

Беббидж продолжал работу долгие годы, но после 1840 года изменения в первоначальном дизайне были крайне незначительны. Машина могла бы оперировать 40-разрядными числами; процессор должен был иметь два «аккумулятора» для хранения промежуточных результатов и несколько вспомогательных. Кроме того, в машине присутствовал «склад» (память), в котором могли храниться вплоть до ста чисел. Было предусмотрено несколько устройств для чтения перфокарт (на них должны были записываться как программы, так и данные). Еще одно достижение Беббиджа: в программах могли использоваться переходы. Присутствовал также и прообраз микропрограммирования – значение инструкций задавалось с помощью позиционирования металлических штырей в цилиндре с отверстиями, который назывался «контрольный цилиндр».

Машина складывала за 3 секунды, а операции умножения и деления занимали 2...4 минуты.

1842

Проект Беббиджа официально закрыт из-за многочисленных превышений планируемых затрат и неприемлемой для спонсоров длительности разработки.

1847...1849

Беббидж разработал улучшенную и упрощенную версию дифференциального анализатора, которая могла оперировать дифференциалами 7-ого порядка и 31-разрядными числами, но никто не согласился дать денег на постройку устройства.

1853

К удовольствию Беббиджа Шойтц построил первый полноразмерный дифференциальный анализатор. Машина работала с 15-ти разрядными числами и дифференциалами четвертого порядка. Вывод производился на печатную матрицу по принципу Беббиджа. Чуть позже лондонской фирмой Brian Donkin была построена вторая машина.

1858

Первый дифференциальный анализатор куплен обсерваторией Дадли в городе Олбени, штат Нью-Йорк, а второй – британским правительством. Машина из Олбени использовалась для производства наборов астрономических таблиц, но директор обсерватории был вскоре уволен за столь экстравагантную покупку, и машина больше никогда не использовалась по-серьезному, закончив свои дни в музее. Вторая же машина прожила долгую и полезную жизнь.

1871

Беббидж создал прототипы процессора и печатающего устройства.

1878

Житель Нью-Йорка Рамон Вериа изобрел калькулятор со встроенной таблицей умножения, который был намного быстрее всех своих предшественников. Но изобретатель не хотел запустить свое устройство в массовое производство. Его целью было доказать, что испано-говорящие жители США могут изобретать не хуже аноглоговорящих.

1885

Стал массово выпускаться более компактный, чем арифмометр, умножающий калькулятор. Он был одновременно и независимо друг от друга изобретен американцем Френком Болдуином и шведом из России Т. Одднером.

1886

Дорр Фелт (1862...1930) создал «Комптометр». Это первый калькулятор, где значения вводились путем нажатия клавиш. Это стало возможным благодаря тому, что механизм Фелта был достаточно быстр для проведения операции в то время, пока клавиша поднималась на свое обычное место.

1889

Фелт изобрел первый настольный печатающий калькулятор.

1890

Первый раз результаты всеамериканской переписи населения обрабатывались с помощью вычислительных машин: перфокартных табуляторов Германа Холерита (1860...1929). Это послужило началом индустрии перфокарт. Еще один прецедент – перфокарты впервые стали читаться при помощи электрических машин.

1892

Вильям С. Барроуз (1857...1898) создал машину, аналогичную Комптометру Фелта, но более надежную, тем самым, положив начало индустрии офисных калькуляторов.

1900...1939 гг.

1906

Генри Беббидж, сын Чарльза, при содействии фирмы R.W. Munro построил процессор отцовской Аналитической машины. Процессор работал безукоризненно, но целиком аналитическая машина так и не была построена никогда.

1920

Юджин Кариссан сконструировал машину для факторизации целых чисел, механизм которой был основан на его собственной конструкции, представлявшей собой 14 соединенных между собой металлических колец.

1926

Деррик Генри Леммер также сконструировал машину для факторизации целых чисел, но основанную на 19-ти велосипедных цепях. Более поздний вариант его машины использовал вместо цепей кинопленку с отверстиями по краям.

1931...1932

Э. Винн-Вильямс использовал заполненные газом трубки в своем двоичном цифровом счетчике, который затем использовался при различных физических опытах.

1932

Леммер добавил оптический считыватель в свою машину для факторизации чисел. Теперь устройство могло производить 5000 операций в секунду.

1935

Корпорация IBM представила миру IBM 601 – машину, арифметическое устройство которой было построено на реле и было способно проводить операцию умножения за 1 секунду. Небывалая по тем временам мощность и скорость машины снискали ей огромную популярность не только среди ученных, но и среди бизнесменов. Всего было построено более полутора тысяч компьютеров этой модели.

1937 (июнь)

Конрад Цьюз (1910...1995) записал в своем дневнике основную мысль концепции «хранимой программы».

1937 (ноябрь)

Джордж Стибитц (1904...1995), сотрудник Bell Labs, сконструировал у себя дома, на кухне, K-Model, машину, демонстрирующую действие 1-битового двоичного сумматора на основе реле.

1937

Алан М. Тьюринг (1912...1954) издал научный труд, решающий многие математические проблемы построения компьютеров. Описанный им теоретический сильно упрощенный компьютер известен сейчас как машина Тьюринга.

1938 (ноябрь)

Мариан Режевски (1906...?), работавший на польское Бюро Шифров, завершил создание «Бомбы» – машины, которая, используя электромеханическое логическое устройство, подбирала комбинации букв для взлома немецкого кода Enigma.

Устройство Энигмы представляло собой серию роторов с 26-ю контактами (один контакт на каждую букву алфавита). Последовательность роторов и их настройки периодически меняли (что являлось «ключом»). Бомба имела аналогичное устройство и пыталась найти нужную последовательность роторов, сравнивая уже открытый текст (угаданный) с соответствующими ему частями кода.

Но через месяц немцы добавили в Энигму еще несколько роторов, и Польша, не имея средств на усовершенствование Бомбы, передала все наработки англичанам и французам.

1938

Клод Э. Шеннон (р. 1916) завершил работу по имплементации символьной логики при помощи реле.

1938

Цьюз завершил работу над прототипом электромеханического двоичного программируемого калькулятора V1 (после войны он был переименован в Z1). Эта машина могла работать с плавающей точкой и отрицательными числами.

1939...1945 гг.

1939 (ноябрь)

Джон В. Атанасофф (1903...1995) и студент колледжа штата Айова (теперь это Государственный Университет штата Айова) Клиффорд Берри (?...1963) построили прототип 25-битного сумматора. Это была первая в истории машина, использующая для вычислений вакуумные трубки. Для хранения операндов была предназначена память на 2 25-битных слова в форме т.н. аккумуляторов (с цепями обновления на дополнительных вакуумных трубках – первая в истории регенерируемая память). Устройство ввода как таковое отсутствовало, пользователю приходилось вводить значения напрямую в память, подключая провода к разъемам аккумуляторов.

1939 (ноябрь)

В Bell Labs Сэмюэль Вильямс и Джордж Стибитц завершили работу над калькулятором, имеющим возможность оперировать комплексными числами. Машина была названа Complex Number Calculator, а в последствии переименована в Model I Relay Calculator. Логическое устройство базировалось на основе технологий, применяемых в телефонных станциях того времени, и использовало более 450 реле. Десятичные числа были представлены в виде т.н. Plus 3 BCD; то есть десятичному нулю соответствовало двоичное число 0011, единице – 0100 и так далее до 9, которой соответствовал двоичный код 1100. Такая схема позволила ученым существенно сократить количество используемых реле.

Управление машиной могло осуществляться удаленно при помощи трех клавиатур, размещенных в разных частях здания и устроенных наподобие телетайпа, однако в каждый конкретный момент времени могла использоваться только одна клавиатура.