Предыстория компьютеров

Человек всегда испытывал потребность в точных числах: сколько мамонтов убили охотники племени за время от одной полной луны до другой, сколько мешков зерна собрали земледельцы, сколько налогов должен заплатить каждый гражданин. И во все времена эти задачи решались по-разному. Если первобытные люди довольствовались при счете количеством пальцев на руке, а для их целей этого было вполне достаточно (“один, два, три, четыре, пять, много”), то по мере развития человеческого общества задачи все более усложнялись. Необходимо было найти какие-то средства и способы упростить и облегчить расчеты. Так появились первые счетные устройства. Одним из них был абак.

Абак

Наиболее вероятной родиной этого счетного устройства был Вавилон. В течение очень долгого периода времени абак использовался для расчетов при проведении  различных торговых операций.  Самый древний  абак представлял из себя доску, на которую вавилоняне насыпали песок, а затем использовали для письма и подсчетов. Поскольку в дальнейшем абак стал использоваться исключительно для проведения расчетов, то форма его изменялась и совершенствовалась. Песок, насыпанный на поверхность доски, был заменен линиями и специальными счетчиками, которые обозначали числовые значения: единицы, десятки, сотни и т.д. Римский абак был снабжен бороздками для перемещения счетчиков в специальные лунки. Другая разновидность абака была снабжена счетчиками, нанизанными на струны.

   Абак, обычно в виде большой доски для вычислений, широко использовался в средневековье как у европейцев, так и у арабов, а также в Азии. В XVI веке счетное устройство достигло Японских островов. Появление индийской системы счисления ( обычно называемой арабской, поскольку арабы позаимствовали ее у индийцев и способствовали ее широкому распространению в о всем мире, ставшей основой современной математики ) привело к постепенному сокращению использования. Однако использование абака продолжалось в Европе вплоть до 17 века, а на Среднем Востоке, в Китае и Японии он используется и поныне. Больше того, на соревнованиях между опытным вычислителем на абаке и человеком, вооруженным калькулятором, древний прибор зачастую выигрывает в скорости вычислений.

Механические вычислители

По мере роста потребности в скорости и объемах вычислений вXVII веке в Европе стали предприниматься попытки создания механических вычислителей. В Германии в 1623-1624 гг Вильгельм Шикард, друг астронома Иоганна Кеплера, изобрел первый механический калькулятор (вычислитель), однако чертежи были утрачены во время Тридцатилетней войны. 

Вторично механический вычислитель был разработан французским ученым и философом Блезом Паскалем в 1642 году. Его изобретение представляло собой машину для сложения и вычитания восьмизначных чисел.  В 70-х годах того же века германский математик Лейбниц разработал более совершенную машину, чем та, которую разработал Паскаль. Его вычислитель мог не только складывать и вычитать числа, но также умножать, делить и даже извлекать квадратные корни. Модель машины была закончена в 1673 году. Но все эти аппараты были весьма сложны, громоздки и дороги. Только в 1820 году во Франции был создан первый вычислитель, который можно было купить в магазине. Его назвали “арифмометр”. В начале XX века были разработаны различные модели настольных арифмометров, которые стали незаменимыми помощниками бухгалтеров и инженеров. Сначала они имели механический привод (необходимо было крутить специальную ручку), а затем и электрическими.

       Следующим важным шагом в развитии вычислительной техники стало применение перфорированных карт для хранения данных . В 1804 году француз Жаккард изобрел ткацкий станок, в котором  узор на полотне контролировался с помощью набора пластин с отверстиями.

      В 1834 году английский изобретатель Чарльз Бэббидж разработал проект первого автоматического вычислителя. В этом проекте он попытался реализовать многие компоненты, ставшие сейчас основой основ в всех компьютерах: арифметическое устройство, память для хранения чисел, ввод и вывод данных с помощью перфорированных карточек, устройство для управления последовательностью вычислений. Его идея использования перфорированных карточек родилась в процессе наблюдений за работой ткацких станков Жаккарда. К сожалению, проект этот так и не был реализован, главным образом из-за недостатка средств.

Джордж Буль

Огромное значение для развития современной вычислительной техники сыграли работы английского ученого Джорджа Буля. В 1874 году он опубликовал свой труд “Математический анализ логики”, в котором рассматривал логику как математическую теорию. Его теоретическая работа и введенные им операции над двоичными данными (логическое сложение, умножение и отрицание) стали теперь называться булевской (булевой) алгеброй. Современные микросхемы, использующиеся в компьютерах, выполняют с данными именно такие операции.

Герман Холлерит

В 1879 году Холлерит закончил Горную школу при Колумбийском университете и был принят на работу в статистическое управление при Министерстве внутренних дел США, где ему была поручена работа по обработке информации по данным переписи 1880 года. Здесь у него и возникла мысль о создании машины для механизации обработки данных. В течении нескольких лет он разрабатывал проект машины, которую назвал табулятором. Однажды в поезде он обратил внимание на кондуктора, который с помощью специального ручного компостера заносил данные о пассажирах в какой-то бланк. У Холлерита возникла мысль о разработке перфокарты, которая содержала бы  статистические данные для переписи населения Америки. В 1884 он обратился за патентом на свою “машину для переписи населения”. В последующие годы Холлериту было выдано более 30 патентов за работы в этой области.

Система Холлерита включала перфокарту, клавишный перфоратор, позволявший оператору пробивать до 100 отверстий в минуту, специальный перфоратор, позволявший пробивать одновременно на нескольких перфокартах повторяющуюся информацию (штат, округ и т.д.), сортировальную машину и табулятор. Сортировальная машина представляла собой несколько ящиков, каждый со своей крышкой. Карты продвигались между набором штырей, насаженных на пружины, и резервуаром, наполненным ртутью. Как только штырь попадал в отверстие на перфокарте, он касался ртути и замыкал электрическую цепь. При этом приподнималась крышка на ящике и перфокарта падала туда. Табулятор работал аналогичным образом, с той лишь разницей, что обнаруженное отверстие увеличивало значение счетчика на единицу.

Система Холлерита была использована при проведении переписи населения в 1890 году и показала блестящие результаты. Данные были обработаны в течение всего 6 недель, что почти в три раза быстрее, чем обычно.

В 1896 он основал компанию Tabulating Machine Company, которая впоследствии превратилась в International Business Machines Corporation (IBM). 

   Хотя другие фирмы также разрабатывали различные виды перфокарт, но разработка Холлерита оказалась наиболее удачной, просуществовав до конца 70-х годов XX века. Она использовалась во компьютерах IBM, DEC, БЭСМ, Минск, ЕС ЭВМ и была вытеснена с началом широкого распространения терминалов с использованием электронно-лучевых трубок.

   Принципы, положенные в Холлеритом в основу своей разработки, оказались настолько удачными, что различного вида табуляторы использовались для обработки статистических в течение многих десятков лет в самых различных странах мира.



Литература:

Britannica CD 97

К. Джермейн   “Программирование на IBM/360” Москва ,“Мир”,1971