Килобайты шестеренок: жизнь без компьютеров
Чем бы ни выяснилось таинственное устройство, съеденные водой и солью останки которого были обнаружены больше ста лет назад на дне моря у греческого острова Антикифера, — древним арифмометром либо календарем для вычисления олимпиад, — разумеется одно: полная, без пробелов, ранняя история вычислительных механизмов ни при каких обстоятельствах не будет написана. Так как в полной мере возможно, целые главы данной истории скрыты от нас песками времени либо толщей морской воды.
Доподлинно как мы знаем, что некую схему счетного устройства на зубчатых колесах рисовал очень способный Леонардо, а уже в семнадцатом веке собственные трудящиеся модели арифмометров создали Вильгельм Шикард, и философы и выдающиеся учёные того времени — Паскаль и Готфрид Лейбниц. Все эти автомобили,впрочем , были еще очень примитивными устройствами, и их возможности не выходили за рамки четырех арифметических действий.
При сложных расчетах калькуляторы Лейбница и Паскаля делали только запасного функцию, а исходный итог во многом зависел от человека — его аккуратности и внимательности. Неизбежны были и неточности, каковые накапливались в астрономических справочниках и навигационных таблицах, что вело за собой трагедии на море и бессчётные человеческие жертвы.
Время все настойчивей потребовало создания более идеальных вычислительных устройств, каковые имели возможность бы делать сложные расчеты в автоматическом режиме. Но в распоряжении конструкторов ранней индустриальной эры была все та же ветхая хорошая механика — цилиндры и зубчатые колёса.
Первым вручить машине расчеты навигационных таблиц, основанных на тригонометрических функциях, решился сын английского банкира Чарльз Бэббидж (1791−1871). Чуть не выбрав карьеру священника, он все же обратил собственный взор в сторону рационального знания и стал одним из самых многосторонних ученых-новаторов собственной эры.
14 июня 1822 года на совещании Аналитического общества Бэббидж прочел доклад «Наблюдения о применении автомобилей в расчетах математических таблиц», в котором обрисовал проект «разностной автомобили». Согласно точки зрения ученого, это устройство должно было избавить человека от «изнурительной монотонности» расчетов, покинув ему только наблюдателя и функции контролёра.
Возможность вычислить новые правильные таблицы для артиллерийской стрельбы и навигационных нужд показалась английскому правительству заманчивой, и Бэббидж взял под собственный проект большое финансирование. Для «разностной автомобили» ученый пригласил одного из лучших британских механиков Джозефа Клемента.
Но все пошло не так скоро, как желал Бэббидж, и, возможно, основной обстоятельством был он сам. «Разностная машина» представляла собой сложную совокупность узлов, складывающихся из рычагов и зубчатых колёс, каковые должны были приводиться в воздействие паровой машиной. До тех пор пока в мастерской Клемента изготавливали в металле какой-нибудь элемент будущего устройства, Бэббидж уже успевал усовершенствовать его на бумаге, и механикам приходилось все затевать сперва. Рвение к безотносительному совершенству сыграло с изобретателем злую шутку.
Драматическая история конструкторских исканий Бэббиджа прекрасно известна: ни две версии «разностной автомобили», ни еще более амбициозный и революционный проект «вычислительной автомобили» так и не были полностью закончены.
Но нельзя сказать, что идеи Бэббиджа совсем не понадобились XIX столетию: в 40−50-е годы два шведа — Пер Георг Шойц и Мартин Вибер — создали в полной мере работоспособные счетные устройства, вдохновившись проектом «разностной автомобили», которая все же была сложным калькулятором, но не компьютером в современном понимании. А вот мысль «вычислительной автомобили» очевидно опередила собственный время лет на 70−80. Данный проект Бэббиджа стал уникальной попыткой создать универсальный программируемый компьютер с устройствами ввода-вывода, памятью и процессором на технологической базе Викторианской эры — эры механических автоматов и паровых автомобилей.
Последний и первый
Интересный факт, в котором возможно усмотреть некую иронию судьбы: два человека, покинувшие след в истории Фашисткой германии, в молодости пробовали начать карьеру живописца. Одним из них был некто Адольф Гитлер, от воспоминаний о «достижениях» которого до сих пор содрогается мир. Второй же младший современник и соотечественник фюрера — Конрад Цузе (1910−1995) — наоборот, заслужил лавры первооткрывателя и благодарность человечества.
В отличие от Гитлера, Цузе покинул карандаш и перо не для политики: он выбрал более надежную стезю инженера, окончив в 1935 году Высшую техническую школу Берлинского университета. Еще в студенческие годы, решая на протяжении инженерных расчетов уравнения с несколькими малоизвестными, Цузе задумался о том, как бы передать эту рутинную и изнурительную работу машине.
К середине 1930-х идеи и имя Чарльза Бэббиджа были фактически забыты. Помимо этого, ученые нацистской Германии в силу известных политических обстоятельств фактически не имели контактов с научным миром Англии и США, так что Цузе вряд ли что-то слышал об идеях американского математика Клода Шеннона, первым додумавшегося воплотить булеву двоичную логику в электрических схемах.
Тем необычнее, что именно юный германский инженер, ставший во второй половине 30-ых годов двадцатого века сотрудником авиационной компании Henschel, сумел фактически в кустарных условиях создать первый в истории программируемый компьютер, в котором вместо десятичной совокупности употреблялись двоичная логика и бинарный код. Совершенно верно равно как и в «вычислительной машине» Бэббиджа, тут были арифметическое устройство, память, вмещавшая в себя 64 машинных слова по 22 бита каждое, устройства ввода (считыватель перфокарт) и вывода.
Но весьма интересно не только это. В первой модели вычислительной автомобили, которая стала называться V-1 (читается «Фау-1» — еще одна ирония судьбы!) вещественно и зримо встретились прошлое и информационные: технологии и будущее механика. Дело в том, что единственным электрическим устройством в V-1 был электродвигатель, что делал функцию генератора и привода частоты (1 Гц), а логические элементы планировали из чисто механических тумблеров.
Устройство для хранения одного бита памяти складывалось из верхней пластинки с продольным вырезом (он делал роль направляющей), нижней пластинки с П-образным вырезом (другими словами с двумя пазами) и железного стержня, что, занимая один либо второй паз, создавал значение «1» либо «0». В более поздних моделях (их было три, и все они, и бывший V-1, взяли индекс Z, дабы не путать компьютеры с ракетами) Цузе применял телефонные электрические реле, но его первенец так и остался в истории единственным компьютером (а не арифмометром), выстроенным только из механических подробностей.
В отечественную эру микросхем, вмещающих десятки миллионов транзисторов, арифметические устройства с механическими частями сохранились разве что в бытовых устройствах наподобие счетчиков воды либо индикаторов пробега в машинах устаревших конструкций. Но сказать о том, что пути вычислительной техники и механики разошлись раз и окончательно, было бы преждевременно. В различных государствах мира ведутся разработки так называемой наномеханической памяти.
Мысль содержится в том, дабы записывать цифры бинарного кода посредством нанообъектов, каковые изменяют собственный положение в пространстве, занимая одно из двух (либо более) стабильных состояний. Как показывают расчеты, если сравнивать с сейчас применяемыми типами памяти память на наномеханических элементах разрешит на пара порядков повысить плотность записи данных на носителе.
Автомобили Чарльза Бэббиджа
- Успешная копия Выстроенный в первой половине 90-ых годов двадцатого века трудящийся экземпляр «разностной автомобили» находится в экспозиции английского Музея науки. Воссозданием этого монумента инженерной мысли было отмечено 200-летие со дня рождения Бэббиджа
1. Разностная машина
Машина проектировалась как калькулятор для автоматических вычислений методом аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Работа над «разностной машиной» началась в первой половине 20-ых годов XIX века, но по окончании того, как в первой половине 30-ых годов XIX века опытный образец так и не получил, Бэббидж лишился правительственных субсидий и закинул проект. В 1847—1849 годах ученый создал эскиз второй версии «разностной автомобили».
До воплощения в металл дело не дошло, но усовершенствованная модель имела возможность бы быть в полной мере работоспособной, что и было доказано в первой половине 90-ых годов двадцатого века, в то время, когда «разностную машину-2» выстроили и испытали.
2. Вычислительная машина
К ее проектированию Бэббидж приступил в первой половине 30-ых годов XIX века, и работа над механическим компьютером длилась до конца жизни изобретателя в 1871-м. Если бы проект воплотился в судьбу, «вычислительная машина» воображала бы собой механического монстра длиной 30 м и шириной 10 м. Ввод данных для программ и обработки производился бы посредством перфокарт.
В качестве выводного устройства употреблялись бы принтер, самописец, и устройство для набивания перфокарт. Язык программирования для «вычислительной автомобили» напоминал современный ассемблер.
3. Суперпамять
В «вычислительной машине» употреблялась десятичная совокупность, а элементом памяти было зубчатое колесо, пребывавшее в одном из десяти положений. Устройство памяти имело возможность бы хранить до тысячи 50-значных чисел, что соответствует количеству более 20 килобайт — больше, чем у самых первых моделей ЭВМ!
Стрелки на дисплее
- Известная табулирующая машина Холлерита
1. средства и Цели
Задавшись целью автоматизировать расчеты навигационных и баллистических таблиц, Чарльз Бэббидж пришел к идее программируемого компьютера. Американец Герман Холлерит (1860−1929) искал собственный ответ на другой вызов эры — необходимость обрабатывать много числовых статистических данных. В итоге показалась известная табулирующая машина Холлерита, видом своим напоминающая в один момент пианино и компьютер с дисплеем.
В роли дисплея выступала панель с четырьмя последовательностями циферблатов, на каждом из которых отображалось значение соответствующей графы статистической таблицы.
2. Иголки и ртуть
Данные в машину вводились посредством перфокарт, ведущих собственную родословную от программируемого станка Жаккарда (1804−1805). В перфокартах американский изобретатель заметил возможность формализовать сбор любой статистических данных с целью ее последующей машинной обработки.
Неотъемлемой частью всей совокупности стал перфоратор (пантограф) — особое портативное устройство, благодаря которому, к примеру, участник переписи населения имел возможность фиксировать полученные сведения в виде отверстий на перфокарте. Потом при обработке информации табулирующая машина сама определяла, какие конкретно данные в какой графе должны быть учтены и суммированы.
Считывание перфокарты в машине Холлерита происходило посредством так именуемого пресса, на нижней части которого расположены последовательности иголок на пружинках. При опускании пресса на перфокарту иголки в местах пробивок вольно проходили полностью и касались расположенных в нижней части пресса чашечек с ртутью. Наряду с этим замыкались контакты, и простое электромеханическое устройство отображало снова введенные эти на соответствующих циферблатах.
Отработанная перфокарта опускалась в особый коробку, по окончании чего возможно было считывать следующую перфокарту.
3. семь дней вместо лет
Посредством табулирующей автомобили умелые работники имели возможность считывать до тысячи перфокарт в час. Это дало большой прогресс в производительности. Первый табулятор был опробован во второй половине 80-ых годов девятнадцатого века в статистическом бюро Балтимора, а уже в первой половине 90-ых годов XIX века на протяжении общенациональной переписи населения США машина Холлерита посчитала предварительные результаты за шесть недель. Раньше на такую работу уходили годы.
Во второй половине 90-ых годов XIX века 110 автомобилей Холлерита принимали участие в обработке переписи населения России, благодаря чему один из четырех сохранившихся в мире экземпляров этого электромеханического счетного устройства находится в столичном Политехническом музее, где его может заметить любой желающий.
Автомобили забытого поколения
- Вода для вычислений. Редкий экспонат Машина, представленная на фото внизу, создана в СССР более полувека назад и именуется гидравлическим интегратором.
Пускай никого не обманывают таинственные трубки, бумага для самописца вместо дисплея и отсутствие привычной клавиатуры. Данный экспонат зала истории вычислительной техники Политехнического музея есть самым настоящим аналоговым компьютером, благодаря которому проводились сложнейшие расчеты
1. Аналоговая семья
За всю историю вычислительной техники было создано много различных типов аналоговых компьютеров, среди которых имеется и электронные, и механические, и пневматические, а также гидравлические. Общее у автомобилей этого класса одно: аналоговый компьютер делает расчеты с числами, представленными физическими переменными.
2. Текучие эти
Создателем гидравлического интегратора — первой в мире счётной автомобили для ответа дифференциальных уравнений в частных производных — стал узнаваемый коммунистический ученый Владимир Сергеевич Лукьянов (1902−1980). Концептуальной базой работ Лукьянова стало открытие академика Н.Н. Павловского, доказавшего возможность замены одного физического процесса вторым, если они описываются одним и тем же уравнением.
Отталкиваясь от этого тезиса, Лукьянов создал метод автоматизации расчетов неустановившихся процессов посредством гидроаналогий. Первая счётная машина, трудящаяся с гидромоделью, была создана во второй половине 30-ых годов двадцатого века. В базе конструкции — сосуды, соединенные между собою трубками с изменяемым гидравлическим сопротивлением.
Итоги вычислений представлялись в виде графика, рисуемого самописцем.
3. Финанцефалограф
Во второй половине 40-ых годов XX века узнаваемый новозеландец Билл Филлипс, еще будучи студентом Английской школы экономики, показал счётную машину называющиеся MONIAC. В этом имени угадывалось британское слово money («деньги»), узнаваемая компьютерная сокращение ENIAC и очевидно что-то связанное с маньяками. Машина представляла собой гидравлическую модель английской экономики, а правильнее, перемещение денег в ней.
В виде прозрачных трубок и ёмкостей, в которых циркулировала подкрашенная вода, изображались траты казны, налоги, инвестиции, экспорт и импорт. Сделанный в первую очередь в учебных целях, MONIAC понадобился и для важных расчетов.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№74, декабрь 2008).
<
h4>