1.1.1.1. Механические и электромеханические вычислительные машины

Абак представлял собой дощечку, разделенную деревянными вертикальными перегородками на несколько отделений, соответствующих отдельным разрядам числа (рис. 1). В отделениях помещались камешки (по латыни “calculus” – камешек, отсюда и “калькуляция”, “калькулятор”). Арабские купцы разнесли абак по всему миру, а практичные китайцы нанизали камешки на спицы, вставили в деревянную раму и повернули на 90 градусов (рис. 2). В Россию этот абак попал в XVI веке и стал называться русскими счетами (рис. 3). В Англии до сих пор этот инструмент называется abacus.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Уже древние римляне располагали простейшим приспособлением для ускорения счета, основанного на позиционной системе счисления. Это приспособление называлось абак. Самые первые вычислительные машины были механическими и включали в себя только устройство, производящее арифметические действия (арифметическое устройство). В современных ЭВМ эту функцию выполняет процессор. Следующим значительным шагом явилось изобретение программирования как основы использования вычислительной машины. Первая программируемая вычислительная машина была создана в 1834 г. английским математиком Чарльзом Бэббиджем и названа аналитической.

Появление механической машины, способной автоматически выполнять арифметические действия, датируется 1623 годом. Автором ее был Вильгельм Шиккард. Однако об этой машине в то время было мало известно, поэтому более знаменит настольный арифмометр, изобретенный Б. Паскалем в 1642 г. для механизации канцелярских расчетов, которые производил его отец – муниципальный инспектор по налогообложению. В 1673 г. немецкий математик Готфрид Лейбниц создал механический калькулятор (арифмометр), выполняющий все арифметические операции (сложение, вычитание, умножение, деление и вычисление квадратного корня).

Вильгельм Шиккард – профессор кафедры восточных языков в университете Тюбингена (Германия). Его машина была создана на базе механических часов и представляла собой автоматическое устройство, выполняющее операцию сложения (рис. 4). Эту машину он назвал “суммирующими часами”.

Рис. 4

Ч. Бэббидж предназначал эту машину для использования в составлении числовых таблиц логарифмов, расчетов в астрономии и т.п. Впервые она была применена в ткацком станке с перфокарточным управлением, изобретенным французом Жаккаром. Программы для этой машины писала Ада Августа (Огюста) Кинг, графиня Лавлейс (дочь поэта лорда Байрона), которая была первой в истории программисткой.

Он был автором сразу нескольких идей, лежащих в основе современных вычислительных машин:

1) наличие устройства ввода информации;

2) наличие памяти для хранения информации;

3) программирование последовательности действий, выполняемых машиной;

4) оператор программы должен содержать пару, состоящую из команды и данных;

5) использование в машине команды условного перехода.

Последующее продвижение связано с Германом Холлеритом, разработавшим в 1887 г. машину с перфокарточным вводом, способную автоматически составлять таблицы. Эту машину он назвал табулятором. Она использовалась в 1890 г. в Америке при обработке результатов переписи населения. Впоследствии табуляторы Холлерита и перфокарты были использованы и в других странах.

В 1896 г. Холлерит основал фирму Tabulating Machine Company, которая явилась предшественником знаменитой фирмы IBM (International Business Machines Corporation, название возникло в 1924 г.).

В этой машине был использован электромеханический принцип считывания информации с перфокарт (впервые) и механический принцип обработки данных.

До конца 30-х годов XX в. заметного прогресса в производстве универсальных вычислительных машин не было. В 1938 г. в Германии Конрад Цузе создал механическую вычислительную машину Z1. В ней в отличие от других машин, оперировавших десятичными числами, впервые были использованы операции с двоичными числами. Модель Z3, разработанная в 1941 г., была универсальной программируемой электрической вычислительной машиной. Ее операционное устройство было выполнено на базе реле.