«Электромеханический период развития вычислительной техники»

Предшественницей современных вычислительных машин была счетно-перфорационная техника. Ее основатель Герман Холлерит (1860 – 1929), сын четы немецких эмигрантов, служил в статистическом управлении при Министерстве внутренних дел США. Каждые десять лет в США проводились переписи населения, и американские статистики испытывали острую необходимость в вычислительных машинах, которые могли бы облегчить их утомительную и однообразную работу.

    В качестве носителя информации в своей “машине для переписи населения” Холлерит сначала использовал бумажную ленту с пробитыми в ней отверстиями. Однако, в связи с большим числом данных и необходимостью постоянной перемотки, перфоленты часто рвались. И Холлерит пришел к мысли использовать перфокарты (после того, как однажды обратил внимание на работу железнодорожного кондуктора, который с помощью ручного компостера заносил в бланки сведения о пассажирах).

    По существу это было повторением идеи Ж.М. Жаккара (1752 – 1834), французского ткача и механика, впервые применившего перфокарты в процессе производства тканей со сложным переплетением нитей. Дело в том, что для контроля ткацких операций Жаккар применил отверстия, пробитые в карточках. Карточки с разным расположением отверстий давали различные узоры на плетении ткани. Жаккар даже не мог предположить, что его идея будет впоследствии использована для обработки информации с помощью компьютеров. Холлерит заимствовал также и идеи замечательного английского ученого Ч. Бэбиджа (1791–1871), который использовал перфокарты в своей аналитической машине. По сути дела Бэбидж был первым, кто использовал перфокарты применительно к вычислительной машине. К сожалению, в те времена технология была значительно хуже развита, чем аналитические средства. Бэбидж не был в состоянии сделать и собрать многие высокоточные детали, которые требовались для его машины. Тем не менее его изобретение имело важное значение: многие последующие изобретатели использовали идеи придуманных им устройств, подобно тому как он воспользовался идеей Жаккара.[1]

Среди ученых, которые отчетливо понимали важность аналитических методов, была математик леди Ада Августа Лавлейс – дочь английского поэта лорда Байрона. Именно она убедила Бэбиджа в необходимости использования в его изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной. Она также 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.

Но всякое сходство изобретения Холлерита с предшественниками на этом заканчивалось.    Машина Холлерита состояла из перфоратора, сортировального устройства и табулятора. Данные, которые необходимо было обработать, наносились на перфокарты в виде отверстий, затем машина подсчитывала отверстия и сортировала перфокарты.

    В 1884–1889 гг. Холлерит получил четыре патента на перфокартные машины. В 1896 г. он организовал компанию, которая начала серийный выпуск машин. Они были куплены Австралией, Норвегией, Англией и Россией и использовались при сельскохозяйственных переписях, в железнодорожной статистике, при начислении заработной платы и учете материалов на крупных промышленных предприятиях.

    В начале ХХ в. появился ряд других компаний по производству счетно-аналитических машин, и в 1911 г. Холлерит продал свою компанию. Слившись с другими, она образовала впоследствии всемирно известную корпорацию по производству вычислительных машин IBM.

    Счетно-аналитические машины широко применяются и в наши дни. Они основаны на принципах, разработанных Холлеритом, решают те же задачи обработки данных, для которых были изобретены, содержат те же основные узлы: перфораторы, сортировальные устройства, табуляторы, что и первые перфокартные машины Холлерита.

    Новый этап в развитии вычислительной техники начался в конце 30-х гг. ХХ в., когда были разработаны проекты первых автоматов с программным управлением. Это были электромеханические машины.

    В 1938 г. немецкий инженер К. Цузе построил вычислительную машину с программным управлением Ц-1 для решения задач строительной механики. Она полностью состояла из механических элементов. В следующей машине Ц-2 Цузе использовал электромагнитные реле. В 1941 г. он построил машину Ц-3 только на электромагнитных реле. Исследования проходили под эгидой военного министерства, поэтому результаты Цузе не были известны за пределами Германии до окончания второй мировой войны.

    В 1944 г. в США была построена автоматическая вычислительная машина, названная “Марк I”. Работу финансировала фирма IBM, которая выделила в распоряжение создателя машины Говарда Айкена четырех инженеров.

    Американский физик Айкен еще в 1937 г. предложил проект релейной электромеханической машины. Он пришел к этому в ходе работы над диссертацией, поскольку ему пришлось решать большое число нелинейных дифференциальных уравнений. Стремясь сократить время на вычисления, Айкен и начал придумывать машину, которая должна была вычислять значения многочленов и решать ряд других задач.[2]

    Машина “Марк I” содержала все основные блоки аналитической машины Бэбиджа: устройство ввода-вывода, устройство управления, память и арифметическое устройство. Айкен познакомился с идеями Бэбиджа спустя три года после начала работы над своей вычислительной машиной и оценил их очень высоко. Он говорил: “Живи Бэбидж на 75 лет позже, я остался бы без работы”.

    В машине “Марк I” использовались механические элементы для записи чисел и электромеханические для управления машиной. Она приводилась в действие мотором в пять лошадиных сил. Команды управления вводились с помощью перфоленты. Машина имела встроенные релейные блоки для вычисления функций sinx, и Lgx. По современным представлениям это была очень медленная машина. Операции сложения и вычитания она выполняла за 0,3 сек, умножения – за 5,7 сек, деления – за 15,3 сек.

    К 1947 г. под руководством Айкена была построена машина “Марк II”, в которой для записи чисел, выполнения арифметических операций и операций управления использовались электромеханические реле. Машина содержала 13 тысяч реле и выполняла операцию сложения за 0,125 сек, умножения – за 0,25 сек.

    В 1939 г. американский математик Джордж Штибитц построил релейную машину “Модель I” для выполнения арифметических операций над комплексными числами. В ней еще не было устройства автоматического управления. Оно появилось в машине “Модель II”. “Модель III” называли “баллистической вычислительной машиной”. Она содержала 1300 реле и использовалась для составления баллистических таблиц. “Модель IV” могла кроме того вычислять значения тригонометрических функций.

    В 1944–1946 гг. была построена универсальная вычислительная машина “Модель V”. Она содержала 9000 реле и имела все блоки, предусмотренные структурой Бэбиджа. Сложение выполнялось за 0,3 сек, умножение за 1 сек, деление – за 2,2 сек. Машина имела специальные блоки, позволяющие вычислять функции sinx, Lgx, и другие.[3]

    Итак, к середине ХХ в. был построен ряд универсальных автоматических вычислительных машин с программным управлением. Они успешно работали. Поэтому можно сказать, что сбылась мечта Чарльза Бэбиджа, который еще в ХIХ в. разработал грандиозный проект вычислительной машины, но не сумел его осуществить, так как имел в своем распоряжении лишь механические средства. Использование электромагнитных реле привело ученых к успеху.