2.1. Исторические предшественники компьютеров

2.1.1. Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения

Это устройство было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель называл машину «суммирующими часами».

Устройства Блеза Паскаля и Лейбница

В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно.

В 1673 году немецкий математик и философ Г.В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем повторения операций сложения и вычитания.

На протяжении 18 века, известного, как эпоха Просвещения, появились новые, более совершенные модели, но принцип управления вычислительными операциями не менялся. Идея программирования вычислительных операций пришла из часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким – одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался один шаг до программного управления вычислительными операциями. Этот шаг был сделан выдающимся английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1792-1871).

Аналитическая машина Чарльза Бэббиджа.

В первой половине XIX в. Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, то есть компьютер (Бэббидж называл его Аналитической машиной).

Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой аналитической машины. В аналитической машине Бэббидж предусмотрел следующие части: склад (store), фабрика или мельница (mill), управляющий элемент (control) и устройства ввода/вывода информации.

Склад предназначался для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью.

Мельница (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора) должна была производить операции над переменными, а так же хранить в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию.

Третье устройство, которому Бэббидж не дал названия, осуществляло управление последовательностью операций, помещение переменных в склад и извлечение их из склада, а также выводом результатов. Оно считывало последовательность операций и переменные с перфокарт. Перфокарты были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций. Кроме того, по замыслу Бэббиджа, Аналитическая машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.

Для создания компьютера в современном понимании оставалось лишь придумать схему с хранимой программой, что было сделано 100 лет спустя Эккертом, Мочли и Фон Нейманом.

Бэббидж разрабатывал конструкцию аналитической машины в одиночку. Он часто посещал промышленные выставки, где были представлены различные новинки науки и техники. Именно там состоялось его знакомство с Адой Августой Лавлейс (дочерью Джорджа Байрона), которая стала его очень близким другом, помощником и единственным единомышленником

Августа Ада Кинг Лавлейс Augusta Ada King Byron, Countess of Lovelace (10 декабря 1815 - 27 ноября 1852) - английский математик - единственный законнорожденный ребёнок английского поэта Джорджа Гордона Байрона. Известна прежде всего созданием описания Аналитической машины Бэббиджа. Ввела в употребление термины «цикл» и «рабочая ячейка». В материалах Бэббиджа и комментариях Лавлейс намечены такие понятия, как подпрограмма и библиотека подпрограмм, модификация команд и индексный регистр. Она составила план операций для аналитической машины, с помощью которых можно решить уравнение Бернулли. Часто ее называют первым программистом планеты. В 1975 году начата разработка универсального языка программирования – названного «Ада».

Бэббидж подробно описал конструкцию аналитической машины и принципы её работы, но она так и не была построена при его жизни. Причин этому было много. Но основными стали: полное отсутствие финансирования и низкий уровень технологий того времени.

Надо отметить, что это был 3-й проект в области создания устройств для автоматизации больших вычислений. До реализации был доведен только 1-й – Малая разностная машина. В 1819 году Чарльз Бэббидж приступил к созданию малой разностной машины, а в 1822 году он закончил её строительство и выступил перед Королевским Астрономическим обществом с докладом о применении машинного механизма для вычисления астрономических и математических таблиц. Он продемонстрировал работу машины на примере вычисления членов последовательности. Работа разностной машины была основана на методе конечных разностей. Малая машина была полностью механической и состояла из множества шестерёнок и рычагов. В ней использовалась десятичная система счисления. Она оперировала 18 разрядными числами с точностью до восьмого знака после запятой и обеспечивала скорость вычислений 12 членов последовательности в 1 минуту. Малая разностная машина могла считать значения многочленов 7-ой степени