Ãëàâà 1. Äîýëåêòðîííàÿ èñòîðèÿ âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè Ñîâðåìåííàÿ èñòîðèÿ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí (òåïåðü ïðèíÿòî ãîâîðèòü êîìïüþòåðîâ) íàñ÷èòûâàåò ÷óòü áîëüøå ïÿòèäåñÿòè ëåò, îäíàêî ó ýòîé èñòîðèè åñòü ïðåäûñòîðèÿ äëèíîé â íåñêîëüêî âåêîâ. Íèêàêèå âåëèêèå èçîáðåòåíèÿ íå ðîæäàþòñÿ íà ïóñòîì ìåñòå, ó íèõ âñåãäà åñòü ïðåäøåñòâåííèêè è ïðàðîäèòåëè. Çíàíèå èñòîðèè íàóêè è òåõíèêè íåîáõîäèìî íå òîëüêî äëÿ îáùåé êóëüòóðû. Èçâåñòíî, ÷òî ïðîãðåññ èäåò ïî ñïèðàëè è âñå íîâîå õîðîøî çàáûòîå ñòàðîå.  áóäóùèõ ïîêîëåíèÿõ êîìïüþòåðîâ íåïðåìåííî ðåàëèçóþòñÿ (ðàçóìååòñÿ, íà íîâîé íàó÷íî - òåõíè÷åñêîé áàçå) èäåè, íå íàøåäøèå äîñòîéíîãî âîïëîùåíèÿ äåñÿòêè ëåò íàçàä. Íàø îáçîð äîýëåêòðîííîé èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè áóäåò î÷åíü êðàòêèì è ëèøåííûì î÷åíü ìíîãèõ èíòåðåñíûõ è æèâîïèñíûõ äåòàëåé. Èíòåðåñóþùèõñÿ ýòèì âîïðîñîì áîëåå ãëóáîêî ìû îòñûëàåì ê ïðåêðàñíûì ðóêîâîäñòâàì (Ñì. «Ëèòåðàòóðíûå ññûëêè è ìåòîäè÷åñêèå çàìå÷àíèÿ»). Ïðè ýòîì ìû îñâåòèì ëèøü ïðèíöèïèàëüíûå, óçëîâûå ñîáûòèÿ èñòîðèè, öåïü êîòîðûõ äàñò âîçìîæíîñòü ïîíÿòü, ÷òî ñîçäàíèå ñîâðåìåííîãî êîìïüþòåðà íå ÷óäî ñâåðõúåñòåñòâåííûõ ñèë, à çàêîíîìåðíûé ðåçóëüòàò òåõíè÷åñêîãî òâîð÷åñòâà ïîêîëåíèé ó÷åíûõ è êîíñòðóêòîðîâ.
22
1.1. Îáùèé èñòîðè÷åñêèé ôîí Ìîãëà ëè áûòü ÝÂÌ ïîñòðîåíà â ïðîøëîì èëè ïîçàïðîøëîì âåêå? Êîíå÷íî íåò, ïîòîìó ÷òî òîãäà íå áûëî ñîîòâåòñòâóþùåé ýëåìåíòíîé áàçû: ðàäèîëàìïû è òðàíçèñòîðû èçîáðåòåíû çíà÷èòåëüíî ïîçæå. Âñÿêîå óñòðîéñòâî, â òîì ÷èñëå âû÷èñëèòåëüíîå, ñóùåñòâóåò íå ñàìî ïî ñåáå, à â îïðåäåëåííîì îêðóæåíèè, òåõíîëîãè÷åñêîì êîíòåêñòå, íà ôîíå îáùåãî óðîâíÿ òåõíèêè ñâîåãî âðåìåíè. Íà ðèñóíêå èçîáðàæåíû îñíîâíûå ñîáûòèÿ èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, î êîòîðûõ ìû áóäåì ãîâîðèòü ïîçæå, íà âðåìåííîé îñè â êîíòåêñòå îáùåãî óðîâíÿ òåõíèêè.  èñòîðèè âû÷èèñëèòåëüíîé òåõíèêè ìîæíî âûäåëèòü ÷åòûðå ýïîõè. Äîìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà ñ äðåâíåéøèõ âðåìåí äî ñåðåäèíû XVII âåêà. Ýëåìåíòíóþ áàçó âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ òåõ ëåò ñîñòàâëÿëè ïîäðó÷íûå ïðåäìåòû êàìåøêè, ïàëî÷êè è ò. ï. Âåëè÷àéøèå äîñòèæåíèÿ äîìåõàíè÷åñêîé ýïîõè ñ÷åòû è ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà.
1642 Ïåðâàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà (Ïàñêàëü)
1673 Àðèôìîìåòð (Ëåéáíèö)
Ìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà 1600 ã.
1700 ã.
1887 Òàáóëÿòîð (Õîëëåðèò)
1820-1834 Ïðîåêòû ðàçíîñòíîé è àíàëèòè÷åñêîé ìàøèí (Áýááèäæ)
Ýë-ìåõàíè÷. ýïîõà 1800 ã.
1900 ã. 1941 Ïåðâàÿ ðàáîòàþùàÿ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìàÿ ìàøèíà (Öóçå)
Ýëåêòðîííàÿ ýïîõà 2000 ã.
1944 Ìàøèíà MARK-I (Àéêåí)
Îñíîâíûå ñîáûòèÿ äîýëåêòðîííîé èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè
23 Ìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà. XVII è XVIII âåêà âðåìÿ ðàñöâåòà òî÷íûõ ìåõàíè÷åñêèõ óñòðîéñòâ. ×àñû, ìåõàíè÷åñêèå èãðóøêè, ïðèáîðû òåõ ëåò äî ñèõ ïîð ïîðàæàþò âîîáðàæåíèå. Èìåííî â ýòî çîëîòîå äëÿ ìåõàíèêè âðåìÿ áûëè ñîçäàíû ïåðâûå êîíñòðóêöèè âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ñóììèðóþùàÿ ìàøèíà Ïàñêàëÿ è àðèôìîìåòð Ëåéáíèöà. Âåðøèíà ìåõàíè÷åñêîé ýïîõè àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà Áýááèäæà, ïî ñìåëîñòè èíæåíåðíûõ ðåøåíèé íà ñòîëåòèå îïåðåäèâøàÿ ñâîå âðåìÿ. Îäíàêî, íåñìîòðÿ íà âñå ñâîå ñîâåðøåíñòâî, ìàøèíà Áýááèäæà ïðîåêòèðîâàëàñü êàê ÷èñòî ìåõàíè÷åñêàÿ, ïðèâîäèìàÿ â äâèæåíèå íåáîëüøèì ïàðîâûì äâèãàòåëåì. Ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà. Òîëüêî â ïåðâîé òðåòè XIX âåêà áûëè ïîñòðîåíû ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû è íàñòóïèë âåê ýëåêòðè÷åñòâà. Íàðÿäó ñ òåõíèêîé ñèëüíûõ òîêîâ, ïðèøåäøåé íà çàìåíó ïàðîâûì ìàøèíàì, ñòàëà ðàçâèâàòüñÿ ñëàáîòî÷íàÿ.  1831 ã. Ä.Ãåíðè â ÑØÀ è Ñàëüâàòîðå äåëü Íåãðî â Èòàëèè èçîáðåëè ýëåêòðîìàãíèòíîå ðåëå. Ñíà÷àëà ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå ýëåìåíòû áûëè î÷åíü íåíàäåæíûìè è íåïîäõîäÿùèìè äëÿ ïîñòðîåíèÿ ñëîæíûõ ïðèáîðîâ, íî óæå â êîíöå XIX âåêà ïîÿâèëàñü òåõíè÷åñêàÿ âîçìîæíîñòü ïðåâðàòèòü ÷èñòî ìåõàíè÷åñêèå âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà â ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå, â êîòîðûõ ïåðåäà÷à ñèãíàëîâ îñóùåñòâëÿëàñü íå ðåéêàìè è øåñòåðåíêàìè, à èìïóëüñàìè òîêà. Íà÷àëî ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîé ýïîõè îòìå÷åíî èçîáðåòåíèåì òàáóëÿòîðà Õîëëåðèòà, à êîíåö ðåëåéíûìè âû÷èñëèòåëüíûìè ìàøèíàìè òèïà MARK. Ýëåêòðîííàÿ ýïîõà. Öàðñòâî ýëåêòðîìåõàíèêè â òåõíèêå áûëà íåäîëãèì ìåíüøå ñòîëåòèÿ.  íà÷àëå XX âåêà áûëè èçîáðåòåíû ïåðâûå ýëåêòðîííûå ïðèáîðû ðàäèîëàìïû. Âàêóóìíûé äèîä ïðåäëîæåí Ôëåììèíãîì (Âåëèêîáðèòàíèÿ, 1904 ã.), òðèîä Ëè äå Ôîððåñòîì (ÑØÀ, 1906 ã.). Ê ñåðåäèíå 30-õ ãã. ýëåêòðîííûå ëàìïû ñòàëè ïðèìåíÿòüñÿ âî âñåõ ðàäèîòåõíè÷åñêèõ óñòðîéñòâàõ, îäíàêî èõ èñïîëüçîâàíèå â âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêå ñòàëî âîçìîæíûì ëèøü ïîñëå èçîáðåòåíèÿ òðèããåðà ðàäèîñõåìû ñ äâóìÿ óñòîé÷èâûìè ñîñòîÿíèÿìè, êîòîðàÿ ïðèøëà íà ñìåíó ýëåêòðîìàãíèòíîìó ðåëå. Òðèããåð áûë ñîçäàí íåçàâèñèìî äðóã îò äðóãà Ì.À.Áîí÷-Áðóåâè÷åì (ÑÑÑÐ, 1918 ã.) à òàêæå Ó.Ýêêëçîì è Ô.Äæîðäàíîì (Âåëèêîáðèòà-
24 íèÿ, 1919 ã.). Íà åãî îñíîâå â 20-õ è 30-õ ãîäàõ áûëè ïîñòðîåíû îñíîâíûå ñîñòàâëÿþùèå âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè ðåãèñòðû, ñ÷åò÷èêè, ëîãè÷åñêèå ñõåìû. Òàêèì îáðàçîì, ê 40-ì ãîäàì áûëà ñîçäàíà ýëåìåíòíàÿ áàçà ýëåêòðîííîé âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, è âñêîðå, â 1945 ãîäó, áûëà ñîçäàíà ïåðâàÿ ÝÂÌ Ðàäèîëàìïû òûñÿ÷åêðàòíî óñêîðèëè ðàáîòó âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, íî î÷åíü ñêîðî ñòàëè îùóùàòüñÿ èõ ïðèíöèïèàëüíûå íåäîñòàòêè: íèçêàÿ íàäåæíîñòü, ãðîìîçäêîñòü è áîëüøîå ïîòðåáëåíèå ýíåðãèè. Ëàìïîâûå êîìïüþòåðû 50-õ ãîäîâ íàñ÷èòûâàëè äåñÿòêè òûñÿ÷ ëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòîâ, è ýòî áûë åñòåñòâåííûé ïðåäåë èõ ñëîæíîñòè, òàê êàê áîëåå ãðîìîçäêèå êîíñòðóêöèè ïðîñòî íåâîçìîæíî çàñòàâèòü ðàáîòàòü. Íî âîò íà ñìåíó ðàäèîëàìïàì â êîíöå 50-õ ãîäîâ ïðèøëè òðàíçèñòîðû, êîòîðûå ñî âðåìåíåì ñòàíîâèëèñü âñå ìåíüøå è ìåíüøå. Íàñòóïèëà ïîðà ìèêðîýëåêòðîíèêè, êîãäà áûëè ïðàêòè÷åñêè ñíÿòû îãðàíè÷åíèÿ íà ñëîæíîñòü ýëåêòðîííûõ óñòðîéñòâ: ñîâðåìåííûå ìèêðîñõåìû íàñ÷èòûâàþò ìèëëèîíû äèñêðåòíûõ ýëåìåíòîâ. Òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîðûâ 70-õ ãîäîâ îêàçàëñÿ ñòîëü ñóùåñòâåííûì, ÷òî åãî íàçâàëè ìèêðîïðîöåññîðíîé ðåâîëþöèåé. Ýòà ðåâîëþöèÿ ïðîäîëæàåòñÿ è ïî ñåé äåíü, ÷èñëî òðàíçèñòîðîâ â îäíîé ìèêðîñõåìå ïðîäîëæàåò óäâàèâàòüñÿ êàæäûå ïîëòîðà-äâà ãîäà (òàê íàçûâàåìûé çàêîí Ìóðà), êàê äîëãî òàê áóäåò ïîêà íåèçâåñòíî. Âìåñòå ñ òåì ìèêðîïðîöåññîðíàÿ ðåâîëþöèÿ íå îçíà÷àåò ñìåíó òåõíîëîãè÷åñêîé ýïîõè. Ìèêðîñõåìû, êàê áû íå ðîñëà èõ ñëîæíîñòü, ñîñòîÿò èç òåõ æå ñàìûõ áàçîâûõ àêòèâíûõ ýëåìåíòîâ ýëåêòðîííûõ òðàíçèñòîðîâ. À òðàíçèñòîð îí è åñòü òðàíçèñòîð, äàæå åñëè ðàçìåðû åãî èçìåðÿþòñÿ äîëÿìè ìèêðîíà. Íîâàÿ, ïîñòýëåêòðîííàÿ ýïîõà íàñòóïèò òîãäà, êîãäà íà ñìåíó òðàíçèñòîðàì ïðèäóò ïðèíöèïèàëüíî íîâûå àêòèâíûå ýëåìåíòû. Ïðîãíîçû íà ýòîò ñ÷åò ñàìûå ðàçíîîáðàçíûå. Áîëüøèíñòâî ó÷åíûõ ñêëîíÿåòñÿ ê òîìó, ÷òî ýëåìåíòíàÿ áàçà áóäóùèõ êîìïüþòåðîâ áóäåò îïòè÷åñêîé, áîëåå ðàäèêàëüíûå ãîâîðÿò î áèîëîãè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ, íî ïîêà âñå ýòî ëèøü ôóòóðèñòè÷åñêèå ðàññóæäåíèÿ. Æèçíü ïîêàçûâàåò, ÷òî äîëãîñðî÷íîå ïðîãíîçèðîâàíèå íàó÷íî-òåõíè÷åñêîãî ïðîãðåññà âåùü íåíàäåæíàÿ.
25 Òàêîâ â îáùèõ ÷åðòàõ òåõíèêî-èñòîðè÷åñêèé ôîí, íà êîòîðîì ïðîèñõîäèëî è ïðîèñõîäèò ñîçäàíèå âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè. Òåïåðü îáðàòèìñÿ ê êîíêðåòíûì ôàêòàì.
2.2. Ïðîñòåéøèå öèôðîâûå âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà àáàê è ñ÷åòû Ñàìûìè âàæíûìè àðèôìåòè÷åñêèìè îïåðàöèÿìè ñ òî÷êè çðåíèÿ îáðàçîâàííîãî ÷åëîâåêà äðåâíåãî ìèðà êóïöà èëè ñáîðùèêà íàëîãîâ, áûëè ñëîæåíèå è âû÷èòàíèå. Òðóäíî ïðåäñòàâèòü ñåáå, êàê ñ íèìè ìîãëè áû ñïðàâèòüñÿ, ñêàæåì, ðèìëÿíå, ïîëüçóÿñü òîëüêî ïðèíÿòîé ó íèõ íåïîçèöèîííîé ñèñòåìîé ñ÷èñëåíèÿ. Ïîïðîáóéòå, íàïðèìåð, ðåøèòü òàêóþ ïðîñòåíüêóþ çàäà÷êó ñ ðèìñêèìè öèôðàìè: MCMXCVI + CCLXIV = ? Ê ñ÷àñòüþ, óæå äðåâíèå ðèìëÿíå ðàñïîëàãàëè ïðîñòåéøèì ïðèñïîñîáëåíèåì äëÿ óñêîðåíèÿ ñ÷åòà, îñíîâàííûì íà ïîçèöèîííîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ, êîòîðûé íàçûâàëñÿ àáàê. Àáàê ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé äîùå÷êó, ðàçäåëåííóþ âåðòèêàëüíûìè ïåðåãîðîäêàìè íà íåñêîëüêî îòäåëåíèé, ñîîòâåòñòâóþùèì îòäåëüíûì ðàçðÿäàì ÷èñëà â ïîçèöèîííîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ.  îòäåëåíèÿõ ïîìåùàëèñü êàìåøêè (ïî ëàòûíè «êàìåøåê» «calculus», îòñþäà ïðîèñõîæäåíèå ñëîâ «êàëüêóëÿöèÿ», «êàëüêóëÿòîð»). ×èñëî èõ â îòäåëåíèè ðàâíî çíà÷åíèþ ðàçðÿäà è ìîæåò Äðåâíåðèìñêèé àáàê ìåíÿòüñÿ (â äåñÿòè÷íîé
26 ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ) îò 0 äî 9. Ñëîæåíèå ÷èñåë ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì ïîðàçðÿäíîãî äîáàâëåíèÿ êàìåøêîâ, ïðè ïåðåïîëíåíèè îòäåëåíèÿ îíî î÷èùàåòñÿ è äåëàåòñÿ ïåðåíîñ åäèíèöû â ñëåäóþùèé ðàçðÿä. Âîò è âñå ïðîñòî è áûñòðî. Åäèíñòâåííîå íåóäîáñòâî êàìåøêè ëåãêî ðàññûïàþòñÿ è ìîãóò ïîòåðÿòüñÿ ïðè ïåðåíîñêå. Àðàáñêèå êóïöû ðàçíåñëè àáàê ïî âñåìó ìèðó. Ïðàêòè÷íûå êèòàéöû íàíèçàëè êàìåøêè íà ñïèöû, âñòàâèëè èõ â äåðåâÿííóþ ðàìó è ïîâåðíóëè âñå íà 90 ãðàäóñîâ.  òàêîì âèäå àáàê â XVI âåêå ïîïàë â Ðîññèþ è ñòàë íàçûâàòüñÿ ðóññêèìè ñ÷åòàìè. Ïðîøëî áîëåå 400 ëåò, à ñ÷åòû íà Ðóñè è íûíå â õîäó. Íåêîòîðûå ïðîäàâöû è îôèöèàíòû ëþáÿò èõ áîëüøå, ÷åì ýëåêòðîííûå êàëüêóëÿòîðû, ìîæåò áûòü, ïîòîìó, ÷òî ñî ñ÷åòàìè ëåã÷å «îøèáèòüÐóññêèå ñ÷åòû ñÿ» â ñòîèìîñòè ïîêóïêè (â ñâîþ, ðàçóìååòñÿ, ïîëüçó).
1.3. Ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà è åå ïîòîìêè àíàëîãîâûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû Åñëè ñïðîñèòü ìîëîäîãî ÷åëîâåêà, æèâóùåãî â êîíöå XX âåêà, ÷òî îí äóìàåò î íàóêå è òåõíèêå XVII âåêà, îí, ñêîðåå âñåãî, âûñîêîìåðíî âûñêàæåòñÿ î «ïåðâîáûòíîì è ïðèìèòèâíîì» óðîâíå ðàçâèòèÿ. È áóäåò àáñîëþòíî íåïðàâ, òàê êàê XVII âåê îäíà èç âûñî÷àéøèõ âåðøèí ÷åëîâå÷åñêîãî ãåíèÿ. Øåêñïèð è Áàõ, Íüþòîí è Ïàñêàëü, Ëåéáíèö è Äåêàðò âñå ýòî XVII âåê.  ýòîì âåêå áûëè ñäåëàíû âåëèêèå ãåîãðàôè÷åñêèå îòêðûòèÿ, çàëîæåíû îñíîâû ñîâðåìåííîé ôèçèêè è ìàòåìàòèêè, ñîîðóæåíû ãðàíäèîçíûå çäàíèÿ âðîäå ñîáîðà ñâ. Ïàâëà â Ëîíäîíå, èçîáðåòåíû òåëåñêîï, ìèêðîñêîï, òåðìîìåòð, áàðîìåòð, ïðèäóìàíû ëîãàðèôìû è ïîñòðîåíû
27
Ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà
ïåðâûå ìåõàíè÷åñêèå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû.  ýòîì ïàðàãðàôå ìû ïîãîâîðèì î ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêå, êîòîðàÿ ïîÿâèëàñü â ïåðâîé òðåòè XVII âåêà, âñêîðå ïîñëå òîãî, êàê â 1614 ãîäó øîòëàíäñêèé áàðîí Äæîí Íåïåð (Nepier, John; 15501617) îïóáëèêîâàë ñâîþ ïåðâóþ êíèãó «Magnifici logarithmorum cannonis discriptio». ß íàäåþñü, ÷èòàòåëü åùå ïðåäñòàâëÿåò ñåáå ëîãàðèôìè÷åñêóþ ëèíåéêó, êîòîðàÿ áîëåå òðåõ âåêîâ âåðîé è ïðàâäîé ñëóæèëà áåñ÷èñëåííûì ïîêîëåíèÿì ó÷åíûõ è èíæåíåðîâ, ñòóäåíòîâ è øêîëüíèêîâ. Äàæå êîãäà ïîÿâèëèñü ýëåêòðîííûå êàëüêóëÿòîðû, ìíîãèå èíæåíåðû ïðåäïî÷èòàëè ïîëüçîâàòüñÿ èñïûòàííûì è íàäåæíûì ïîìîùíèêîì ëèíåéêîé. Ðàññêàçûâàþò, ÷òî àâòîð ïðîåêòà îñòàíêèíñêîé òåëåáàøíè èíæåíåð Í.Â.Íèêèòèí (êñòàòè, âûïóñêíèê Òîìñêîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî èíñòèòóòà) âñå ðàñ÷åòû ñäåëàë íà ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêå. Êîãäà îá ýòîì óçíàëè ðóêîâîäÿùèå òîâàðèùè (äåëî áûëî â 1960-å ãîäû), îíè âñïîëîøèëèñü, ðàáîòó îñòàíîâèëè, è çàñòàâèëè ïåðåïðîâåðèòü âû÷èñëåíèÿ íà êîìb ïüþòåðàõ. Íî âñå îêàçàëîñü â ïîðÿäêå, è áàøíÿ, êàê âèäèì, 1 2 3 4 56 ñòîèò äî ñèõ ïîð. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ëîãà2 3 4 56 ðèôìè÷åñêîé ëèíåéêè îñíîâàí 1 a íà îñíîâíîì ïðàâèëå ëîãàðèôìîâ: a b log(a b) = log(a) + log(b), ÷òî ïîçâîëÿåò çàìåíèòü îïåðà-
Ïðèíöèï äåéñòâèÿ ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêè a=2, b=3, a b=6
28 öèþ óìíîæåíèÿ ñëîæåíèåì, à îïåðàöèþ äåëåíèÿ âû÷èòàíèåì. Ñàìî æå ñëîæåíèå (âû÷èòàíèå) ïðîèçâîäèòñÿ ïóòåì ïðîñòîãî ïðåìåùåíèÿ äâóõ ðååê ñ íàíåñåííûìè íà íèõ îäèíàêîâûìè ëîãàðèôìè÷åñêèìè øêàëàìè Íàñ, îäíàêî, áóäóò èíòåðåñîâàòü ñåé÷àñ íå êîíêðåòíûå ïðèåìû ðàáîòû ñ ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêîé, à áîëåå îáùèé âîïðîñ î âçàèìîîòíîøåíèè äèñêðåòíîãî è íåïðåðâíîãî â âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêå. Íà àáàêå èëè ñ÷åòàõ ÷èñëî ïðåäñòàâëÿåòñÿ â öèôðîâîé, ò.å. â ñèìâîëè÷åñêîé,"çíàêîâîé ôîðìå, è ýòî ïðåäñòàâëåíèå ñîâåðøåííî òî÷íîå. Åñëè 375 òàê 375, íå áîëüøå è íå ìåíüøå. Êàæäûé ðàçðÿä ÷èñëà èçîáðàæàåòñÿ öåëûì ÷èñëîì êàìåøêîâ, íåëüçÿ ïîëîæèòü 3 ñ ïîëîâèíîé èëè 5 è 6 äåñÿòûõ êàìíÿ. Äàæå åñëè ÷èñëî íå öåëîå, òî òî÷íî ïðåäñòàâëÿåòñÿ ñîîòâåòñòâóþùàÿ åìó äåñÿòè÷íàÿ äðîáü ñ ôèêñèðîâàííûì ÷èñëîì çíàêîâ ïîñëå çàïÿòîé. Ïîýòîìó àáàê ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøèì ïðèìåðîì öèôðîâîé èëè, áîëåå òî÷íî, äèñêðåòíîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû (òàê êàê ïðåäñòàâëÿòüñÿ ìîãóò íå òîëüêî ÷èñëà, íî è äðóãèå äèñêðåòíûå îáúåêòû).  ïðîòèâîïîëîæíîñòü àáàêó, íà ëîãàðèôìè÷åñêîé ëèíåéêå ïðåäñòàâëÿåòñÿ íå öèôðîâàÿ çàïèñü ÷èñëà, à íåêîòîðûé åãî ôèçè÷åñêèé àíàëîã. Ïåðâîìó ñîìíîæèòåëþ ñîîòâåòñòâóåò ïåðåìåùåíèå äâèæêà îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé øêàëû, âòîðîìó ïåðåìåùåíèå âèçèðà áåãóíêà îòíîñèòåëüíî øêàëû äâèæêà, ðåçóëüòàòó ïåðåìåùåíèå áåãóíêà îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîé øêàëû. Àíàëîãè ÿâëÿþòñÿ íåïðåðûâíûìè ôèçè÷åñêèìè âåëè÷èíàìè, ïîýòîìó ïðåäñòàâëåíèå âñåãäà íå òî÷íîå, à ïðèáëèæåííîå, òàê êàê íåâîçìîæíî òî÷íî âûñòàâèòü äâèæîê íà öèôðó, ñêàæåì, 2 áóäåò èëè ìåíüøå èëè áîëüøå. äà è ñàìè øêàëû èìåþò íåêîòîðóþ ïîãðåøíîñòü. Òàêèì îáðàçîì, ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà ÿâëÿåòñÿ ïðîñòåéøèì ïðèìåðîì àíàëîãîâîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû. Öèôðîâûå (äèñêðåòíûå) è àíàëîãîâûå âû÷èñëåíèÿ ýòî äâå ïîñòîÿííî ñîñóùåñòâóþùèå è êîíêóðèðóþùèå âåòâè ìàòåìàòèêè. Ìàòåìàòèêà äðåâíåãî ìèðà áûëà â ïîäàâëÿþùåé ñòåïåíè ñâÿçàíà ñ àíàëîãîâûìè (ãåîìåòðè÷åñêèìè) ïîñòðîåíèÿìè. Ñòðîãî ãîâîðÿ, öèðêóëü è ëèíåéêà ýòî òîæå äðåâíåéøàÿ àíàëîãîâàÿ âû÷èñëèòåëü-
29 íàÿ ìàøèíà. Ñ èçîáðåòåíèåì ñèìâîëè÷åñêèõ àëãîðèòìîâ àðèôìåòèêè ðîëü àíàëîãîâûõ âû÷èñëåíèé ñòàëà îñëàáåâàòü, òàê êàê öèôðîâûå ìåòîäû ñïîñîáíû îáåñïå÷èòü áîëåå âûñîêóþ òî÷íîñòü âû÷èñëåíèé. Îáû÷íàÿ ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà, íàïðèìåð, äàåò ðåçóëüòàò ñ òî÷íîñòüþ äî 1 0.1 % Áîëüøàÿ àíàëîãîâàÿ (2 3 çíàêîâ ïîñëå çàïÿâû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà òîé), ïðè÷åì îøèáêà áûñò(1960-å ãîäû). ðî íàêàïëèâàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì ñëîæíîñòè âû÷èñëåíèé. Äëÿ àñòðîíîìèè èëè ãåîãðàôèè, íàïðèìåð, òàêàÿ òî÷íîñòü ñîâåðøåííî íåäîñòàòî÷íà, ïîýòîìó, íà÷èíàÿ ñ XVII âåêà, êîíñòðóêòîðñêàÿ ìûñëü áûëà íàïðàâëåíà â îñíîâíîì íà ñîçäàíèå è ðàçâèòèå öèôðîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, è ÷òî èç ýòîãî ïîëó÷èëîñü ìû óâèäèì äàëüøå. Îäíàêî íå âñåãäà è íå âåçäå íóæíà àñòðîíîìè÷åñêàÿ òî÷íîñòü, ïîýòîìó, ïàðàëëåëüíî ñ öèôðîâîé, ðàçâèâàëàñü è àíàëîãîâàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ òåõíèêà.  XIX è XX âåêàõ äëÿ àíàëîãîâûõ âû÷èñëåíèé èñïîëüçîâàëèñü ñàìûå ðàçëè÷íûå ôèçè÷åñêèå ïðîöåñññû: ìåõàíè÷åñêèå1, ãèäðàâëè÷åñêèå, ïîñëå èçîáðåòåíèÿ ðàäèîëàìï è òðàíçèñòîðîâ ýëåêòðîííûå. Åùå â 1960-õ ãîäàõ ïîïóëÿðíîñòü àíà 1930 ã. ïðîôåññîð Ìàññà÷óñåòñêîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî èíñòèòóòà (ÌÒÈ) Âàííåâàð Áóø (Boosh, Vannevar; 1890-1974) ïîñòðîèë «äèôôåðåíöèàëüíûé àíàëèçàòîð» áîëüøóþ ìåõàíè÷åñêóþ àíàëîãîâóþ ìàøèíó, ñïîñîáíóþ ðåøàòü ñëîæíûå äèôôåðåíöèàëüíûå óðàâíåíèÿ. Îí ïðåäñòàâëÿë ñîáîé ñëîæíåéøóþ ñèñòåìó ðååê, øåñòåðåíîê, âàëèêîâ ðàçìåðîì ñ öåëóþ êîìíàòó. Îáÿçàííîñòè îïåðàòîðà íà ýòîé ìàøèíå âûïîëíÿë ìîëîäîé àñïèðàíò Êëîä Øåííîí (Shannon, Claude; ð. 1916 ) áóäóùèé àâòîð òåîðèè èíôîðìàöèè. Ñ òåõ ïîð ÌÒÈ ñòàë êðóïíåéøèì öåíòðîì èññëåäîâàíèé â îáëàñòè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè è èíôîðìàòèêè.
1
30 ëîãîâûõ ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí áûëà ñðàâíèìà ñ öèôðîâûìè, èõ èçó÷åíèå áûëî îáÿçàòåëüíûì íà âñåõ òåõíè÷åñêèõ ôàêóëüòåòàõ. Ýòî îáúÿñíÿëîñü ìíîãèìè ôàêòîðàìè: àíàëîãîâûå ìàøèíû â òî âðåìÿ áûëè íàìíîãî ïðîùå, ìåíüøå ïî ðàçìåðàì è äåøåâëå öèôðîâûõ; íà àíàëîãîâûõ ìàøèíàõ î÷åíü ëåêãî âûïîëíÿëèñü òðóäîåìêèå îïåðàöèè äèôôåðåíöèðîâàíèÿ è èíòåãðèðîâàíèÿ ôóíêöèé, ðåøåíèÿ äèôôåðåíöèàëüíûõ óðàâíåíèé âûñîêèõ ïîðÿäêîâ; ðåçóëüòàò âû÷èñëåíèé ïîëó÷àëñÿ íåìåäëåííî ïîñëå ââîäà èñõîäíûõ äàííûõ, ïðè÷åì ýòîò ðåçóëüòàò ïîëó÷àëñÿ ñðàçó â âèäå ôèçè÷åñêîé âåëè÷èíû è ìîã áûòü íåïîñðåäñòâåííî èñïîëüçîâàí äëÿ îòîáðàæåíèÿ íà ýêðàíå îñöèëëîãðàôà (ãðàôè÷åñêèõ äèñïëååâ íå áûëî åùå è â ïîìèíå).  ñèëó óêàçàííûõ ïðè÷èí àíàëîãîâûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû øèðîêî èñïîëüçîâàëèñü â ñèñòåìàõ óïðàâëåíèÿ ñàìîëåòàìè, ðàêåòàìè, ïðîèçâîäñòâåííûìè ïðîöåññàìè. Îäíàêî ïîñëå èçîáðåòåíèÿ ìèêðîïðîöåññîðîâ (1970-å ãîäû), êîãäà öèôðîâûå ÝÂÌ ðåçêî óìåíüøèëèñü â ãàáàðèòàõ è ïîäåøåâåëè, àíàëîãîâûå ÝÂÌ ñèëüíî ñäàëè â êîíêóðåíòíîé áîðüáå ñ íèìè. Ñòàëî ïðîùå ïåðåâåñòè àíàëîãîâûé ñèãíàë â öèôðîâóþ ôîðìó, âûïîëíèòü òðåáóåìûå âû÷èñëåíèÿ, à íà âûõîäå îáðàòíî ïðåîáðàçîâàòü ðåçóëüòàò â ôèçè÷åñêóþ âåëè÷èíó. Ïî òàêîìó ïóòè ïîøëè çâóêîçàïèñü, è òåëåâèäåíèå îá ýòîì ìû òàêæå ïîãîâîðèì ïîçæå. Çíà÷èò ëè ýòî, ÷òî àíàëîãîâûå âû÷èñëåíèÿ âûòåñíåíû íàâñåãäà? ß ãëóáîêî óáåæäåí, ÷òî íåò, è â ýòîì îäíî èç ïðîÿâëåíèé öèêëè÷íîñòè òåõíè÷åñêîãî ïðîãðåññà. Äåëî â òîì, ÷òî íåêîòîðûå îáúåêòû, íàïðèìåð, ãðàôè÷åñêèå îáðàçû, ÿâëÿþòñÿ èñêëþ÷èòåëüíî òðóäíûìè äëÿ ñèìâîëüíîé îáðàáîòêè. Äàæå ñàìûå ìîùíûå öèôðîâûå ïðîöåññîðû, âîîðóæåííûå íàèñîâðåìåííåéøèìè àëãîðèòìàìè, ïàñóþò ïåðåä ðàñïîçíàâàíèåì ðóêîïèñíîãî òåêñòà, à ìàëîãðàìîòíûé ÷åëîâåê ëåãêî ðåøàåò ýòó çàäà÷ó. Ïî÷åìó? Óñòàíîâëåíî, ÷òî â ÷åëîâå÷åñêîì ìîçãó îäíî ïîëóøàðèå (ëåâîå) ïîäîáíî öèôðîâîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíå îïåðèðóåò ñî çíàêàìè è àáñòðàêòíûìè
31 ïîíÿòèÿìè. Ïðàâîå æå ïîëóøàðèå îòâå÷àåò çà îáðàçíîå, íåñòðóêòóðèðîâàííîå, àíàëîãîâîå ìûøëåíèå. Òîëüêî ñîâìåñòíàÿ ðàáîòà îáîèõ ïîëóøàðèé äåëàåò ìîçã òàêèì, êàê îí åñòü íåäîñòóïíûì äëÿ êîíêóðåíöèè ñî ñòîðîíû êîìïüþòåðîâ â îáîçðèìîì áóäóùåì. Ïîïûòêè «âïðÿ÷ü â îäíó òåëåãó êîíÿ è òðåïåòíóþ ëàíü» ïðèâîäÿò ê èäåå ïîñòðîåíèÿ ãèáðèäíûõ, òî åñòü öèôðî-àíàëîãîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, êîòîðûå ïðåäñòàâëÿþòñÿ âåñüìà ïåðñïåêòèâíûìè äëÿ XXI âåêà. Ìû òàê ïîäðîáíî îñòàíîâèëèñü íà àíàëîãîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèíàõ äëÿ òîãî, ÷òîáû ê ýòîé òåìå áîëüøå íå âîçâðàùàòüñÿ. Âñå äàëüíåéøåå èçëîæåíèå áóäåò ïîñâÿùåíî ïðîáëåìàì öèôðîâûõ ìàøèí èõ ïðîøëîìó, íàñòîÿùåìó è áóäóùåìó. Âåðíåìñÿ æå â ñëàâíûé XVII âåê è ïîçíàêîìèìñÿ ñ èñòîðèåé ñîçäàíèÿ ïåðâîé ìåõàíè÷åñêîé öèôðîâîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíû.
1.4. Ñóììèðóþùàÿ ìàøèíà Ïàñêàëÿ ×åñòü ñîçäàíèÿ ïåðâîé ìåõàíè÷åñêîé ñ÷åòíîé ìàøèíû ïðèíàäëåæèò âåëèêîìó ôðàíöóçñêîìó ó÷åíîìó è èçîáðåòàòåëþ Áëåçó Ïàñêàëþ (Pascal, Blaise; 1623 1662), èçâåñòíîìó ñâîèìè äîñòèæåíèÿìè â ôèçèêå è ìàòåìàòèêå (çàêîí Ïàñêàëÿ äëÿ æèäêîñòåé è ãàçîâ, òðåóãîëüíèê Ïàñêàëÿ äëÿ âû÷èñëåíèÿ áèíîìèàëüíûõ êîýôôèöèåíòîâ è äð.). Îòåö Ïàñêàëÿ, êîòîðûé âî âðåìåíà êàðäèíàëà Ðèøåëüå (Richelieu, 1585 1642) ñëóæèë ñáîðùèêîì íàëîãîâ, î÷åíü ìíîãî âðåìåíè è ñèë òðàòèë íà óòîìèòåëüíûå àðèôìåòè÷åñêèå âûêëàäêè, è þíûé Áëåç çàäàëñÿ öåëüþ îáëåã÷èòü àðèôìåòè÷åñêèå âû÷èñëåíèÿ äëÿ îòöà.  1642 ãîäó, â âîç-
Áëåç Ïàñêàëü (1623 1662)
32 ðàñòå 19 ëåò, îí ïóáëè÷íî ïðîäåìîíñòðèðîâàë ìåõàíè÷åñêóþ âû÷èñëèòåëüíóþ ìàøèíó «Ïàñêàëèíó». Ãëàâíûé íåäîñòàòîê àáàêà èëè ñ÷åòîâ íåîáõîäèìîñòü ðó÷íîãî ïðåíîñà åäèíèöû â ñòàðøèé ðàçðÿä ïðè ïåðåïîëíåíèè ïðåäûäóùåãî. ÌåõàíèÏàñêàëèíà (1642 ã.) çèðîâàòü ýòîò ïðîöåññ íà êàìåøêàõ (êîñòÿøêàõ) íå óäàâàëîñü, íóæíî áûëî èçîáðåñòè íîâûé ýëåìåíò ñ äåñÿòüþ óñòîé÷èâûìè ñîñòîÿíèÿìè, îòîáðàæàþùèìè öèôðû ðàçðÿäà. Ïîñëå äîëãèõ ðàçäóìèé Ïàñêàëü èçîáðåë ... êîëåñî, íî íå ïðîñòîå, à çóá÷àòîå, ñ 10 çóáöàìè. Ïîâîðîò êîëåñà íà îäèí çóáåö (1/10 ÷àñòü îêðóæíîñòè) ñîîòâåòñòâóåò óâåëè÷åíèþ çíà÷åíèÿ ðàçðÿäà íà åäèíèöó, à ïðè ïîëîíîì îáîðîòå êîëåñà ñïåöèàëüíûé, äîàîëüíî ñëîæíûé, ìåõàíèçì ïåðåäà÷è äåñÿòêîâ (ñì. ðèñ.) ïîâîðà÷èâàåò ñëåäóþùåå êîëåñî ðîâíî íà îäèí çóáåö. Ãîâîðÿ ñîâðåìåííûì ÿçûêîì, Ïàñêàëü èçîáðåë ìíîãîðàçðÿäíûé äåñÿòè÷íûé ìåõàíè÷åñêèé ñ÷åò÷èê îáîðîòîâ, êîòîðûé äî ñèõ ïîð èñïîëüçóåòñÿ â ñïèäîìåòðàõ àâòîìîáèëåé, ýëåêòðîñ÷åò÷èêàõ è ò.ä. Áîëåå òîãî, ñ÷åò÷èê Ïàñêàëÿ ñ íåêîòîðûìè óñîâåøåíñòâîâàíèÿìè ñòàë öåíòðàëüíûè óñòðîéñòâîì ñóììàòîðîì âñåõ ïîñëåäóþùèõ ìåõàíè÷åñêèõ è ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí âïëîòü äî ñåðåäèíû XX âåêà, è äàæå â ïåðâûõ êîíñòðóêöèÿõ ýëåêêòðîííûõ ìàøèí ñðåäñòâàìè ýëåêòðîíèêè ìîäåëèðîâàëàñü ðàáîòà öèêëèÌåõàíèçì ïåðåäà÷è äåñÿòêîâ ÷åñêîãî äåñÿòè÷íîãî ñ÷åò÷èêà, â ìàøèíå Ïàñêàëÿ ïîêà ôîí Íåéìàí íå ïðåäëîæèë
33 ïåðåéòè íà äâîè÷íóþ ñèñòåìó ñ÷èñëåíèÿ (îá ýòîì ìû áóäåì ãîâîðèòü â ñëåäóþùåé ãëàâå). Ïàñêàëü áîëåå 10 ëåò çàíèìàëñÿ óñîâåðøåíñòâîâàíèåì ñâîåé ìàøèíû, áûëî ñäåëàíî 50 åå ýêçåìïëÿðîâ èç ëàòóíè, ñëîíîâîé êîñòè, äðóãèõ ìàòåðèàëîâ (äî íàøèõ äíåé ñùõðàíèëîü 8, â òîì ÷èñëå îäèí õðàíèòñÿ â ìóçåå êîðïîðàöèè IBM). Ìàøèíà ïîëó÷èëà èçâåñòíîñòü, à Ïàñêàëÿ çà åå èçîáðåòåíèå ñðàâíèâàëè ñ Àðõèìåäîì. Ìíîæåñòâî ëþäåé ïðèõîäèëî â Ëþêñåìáóðãñêèé äâîðåö, ãäå îíà áûëà âûñòàâëåíà äëÿ âñåîáùåãî îáîçðåíèÿ. Îäíàêî øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ Ïàñêàëèíà íå ïîëó÷èëà ïî íåñêîëüêèì ïðè÷èíàì. Âî-ïåðâûõ, îíà áûëà äîñòàòî÷íî ñëîæíîé è äîðîãîé, à, âî-âòîðûõ, è ýòî ñàìîå ãëàâíîå, ìàøøèíà ïðåäíàçíà÷àëàñü èñêëþ÷èòåëüíî äëÿ ñëîæåíèÿ è âû÷èòàíèÿ 6 10 ðàçðÿäíûõ ÷èñåë, à ñàìûå òðóäîåìêèå îïåðàöèè óìíîæåíèÿ è äåëåíèÿ îíà íå ìåõàíèçèðîâàëà. Ýòîãî óäîáñòâà ñáîðùèêàì íàëîãîâ ïðèøëîñü æäàòü åùå 50 ëåò.
1.5. Àðèôìîìåòð îò ìàøèíû Ëåéáíèöà äî ýëåêòðîííîãî êàëüêóëÿòîðà Îïåðàöèÿ óìíîæåíèÿ ìíîãîçíà÷íûõ ÷èñåë ñâîäèòñÿ ê ïîâòîðíîìó ñëîæåíèþ; èìåííî òàê ïîñòóïàåì ìû, âûïîëíÿÿ óìíîæåíèå «ñòîëáèêîì» íà áóìàãå (ñì. ïðèìåð). Ïðè ðåàëèçàöèè ýòîãî àëãîðèòìà íà ìàøèíå Ïàñêàëÿ ïðèõîäèòñÿ íåñêîëüêî ðàç (â íàøåì ïðèìåðå øåñòü) ââîäèòü îäíî è òî æå ìíîæèìîå, âðåìåíàìè ñäâèãàÿ åãî íà îäèí ðàçðÿä âëåâî, ÷òî î÷åíü óòîìèòåëüíî. Îðèãèíàëüíîå ðåøåíèå ïðîáëåìû ïðåäëîæèë â 1673 ãîäó çíàìåíèòûé íå-
Ãîòôðèä Ëåéáíèö
34 ìåöêèé ìàòåìàòèê, ôèëîñîô, äèïëîìàò Ãîòôðèä Ëåéáíèö (Leibnitz, Gottfried; 1646 1716). Îí ââåë â âû÷èñëèòåëüíóþ ìàøèíó äâà ïðèíöèïèàëüíûõ óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ. 1526 312 1526 1526 1526 1526 1526 1526 476112
à)
1526 312 1526 1526 3052 ñäâèã-> 3052 1526 18312 ñäâèã-> 18312 1526 1526 1526 476112 á)
Àëãîðèòì óìíîæåíèÿ öåëûõ ÷èñåë ïðè âû÷èñëåíèÿõ íà áóìàãå è ìàøèíå Ïàñêàëÿ (à) è íà àðèôìîìåòðå (á).
Âî-ïåðâûõ, äëÿ ïîâòîðíîãî ââîäà îäíîãî è òîãî æå ÷èñëà îí èñïîüçîâàë ñòóïåí÷àòûå âàëèêè (ïî îäíîìó íà êàæäûé ðàçðÿä) è ïîâîðîòíóþ ðóêîÿòêó. Ïîâîðà÷èâàÿ ðóêîÿòêó íà îäèí îáîðîò, ìîæíî, â çàâèñèìîñòè îò ïîëîæåíèÿ ïðîìåæóòî÷íîé øåñòåðåíêè íà âàëèêå, äîáèòüñÿ åå ïîâîðîòà íà çàäàííóþ äîëþ îêðóæíîñòè. Âî-âòîðûõ, îí ïîìåñòèë ìåõàíèçì ââîäà ÷èñåë íà ïîäâèæíóþ êàðåòêó, êîòîðàÿ íà î÷åðåäíîì øàãå óìíîæåíàÿ ïåðåìåùàåòñÿ âëåâî îòíîñèòåëüíî ñóììàòîðà íà îäèí ðàçðÿä (â ïîñëåäóþùèõ êîíñòðóêöèÿõ àðèôìîìåòðîâ îêàçàëîñü óäîáíåå íåïîäâèæíûì ñäåëàòü ìåõàíèçì ââîäà, à íà êàðåòêó ïîìåñòèòü ñóììàòîð, ïîýòîìó ñäâèã ñóììàòîðà ïðîèñõîäèò âïðàâî). Òàêèì îáðàçîì, ââåäÿ îäèí ðàç ìíîæèìîå, ìîæíî ìíîãîêðàòíî ââîäèòü åãî ñî ñäâèãîì â ñ÷åò÷èê, ïðîèçâîäÿ îïåðàöèþ óìíîæåíèÿ. Îïåðàöèÿ äåëåíèÿ âûïîëíÿåòñÿ àíàëîãè÷íî, ïóòåì ïîâòîðíîãî âû÷èòàíèÿ äåëèòàëÿ èç äåëèìîãî, äëÿ ÷åãî ðóêîþòêó ïðèáîðà ñëåäóåò
35 êðóòèòü â äðóãóþ ñòîðîíó. Àðèôìåòè÷åñêàÿ ìàøèíà Ëåéáíèöà ñîâåðøåíñòâîâàëàñü â äåòàëÿõ, íî íå â ïðèíöèïå, íà ïðîòÿæåíèè ñëåäóþùåãî XVIII, à çàòåì è XIX âåêîâ, îíà ïîëó÷èëà íàçâàíèå àðèôìîìåòðà è ñòàëà ïðîèçâîäèòüñÿ ìíîãèìè ôèðìàìè. Íàèáîëåå ïîïóëÿðíîé áûëà ìîäåëü ôðàíÀðèôìîìåòð Ëåéáíèöà (1673 ã.) öóçñêîãî èíæåíåðà Êàðëà Òîìàñà, êîòîðûé â 1821 ãîäó îðãàíèçîâàë ñåðèéíîå ïðîèçâîäñòâî àðèôìîìåòðîâ â Ïàðèæå, ïîýòîìó àðèôìîìåòðû ýòîé êîíñòðóêöèè íàçûâàëèñü òîìàñ-ìàøèíàìè. Òîëüêî ÷åðåç 200 ëåò, â 1873 ãîäó ïåòåðáóðãñêèé èçîáðåòàòåëü Â.Ò.Îäíåð, øâåä ïî ïðîèñõîæäåíèþ, ïðåäëîæèë áîëåå ïðîñòîå è êîìïàêòíîå, ÷åì âàëèê Ëåéáíèöà, óñòðîéñòâî äëÿ ââîäà ÷èñåë â àðèôìîìåòð òàê íàçûâàåìîå êîëåñî Îäíåðà ñ ïåðåìåííûì ÷èñëîì çóáöîâ. Íà áàçå ñâîåãî èçîáðåòåíèÿ Îäíåð îðãàíèçîâàë øèðîêîìàñòàáíîå ïðîèçâîäñòâî àðèôìîìåòðîâ.  1917 ãîäó Îäíåð ýìèãðèðîâàë â Øâåöèþ, íî ïðîèçâîäñòâî àðèôìîìåòðîâ â Ðîññèè ïîñòîÿííî óâåëè÷èâàëîñü. Íà ìîñêîâñêîì çàâîäå èìåíè Ô.Äçåðæèíñêîãî àðèôìîìåòðû Îäíåðà âûïóñêàëèñü ïîä ìàðêîé «Ôåëèêñ», â 1969 ãîäó èõ áûëî âûïóùåíî 300 000 øò. Ñ ïîìîùüþ àðèôìîìåòðà áûëè ñîñòàâëåíû ôóíäàìåíòàëüíûå ìàòåìàòè÷åñêèå òàáëèöû, âûïîëíåíû Àðèôìîìåòð "Ôåëèêñ", âûïóñê ñëîæíåéøèå àñòðîíîìè÷åñ1960-õ ãîäîâ. êèå ðàñ÷åòû, òàê ÷òî «æåëåç-
36 íûé Ôåëèêñ» ýòî ïî÷òåííûé è çàñëóæåííûé âû÷èñëèòåëüíûé ïðèáîð, è â êîëëåêöèè ìóçåÿ èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè îí ñòîèò íà ñàìîì ïî÷åòíîì ìåñòå. Óñîâåðøåíñòâîâàíèå àðèôìîìåòðà ïðîäîëæàëîñò âïëîòü äî 70-õ ãîäîâ XX âåêà. Ê ðó÷êå ïðèäåëàëè ýëåêòðîìîòîð÷èê, íåóäîáÝëåêòðîìåõàíè÷åñêè é êàëüêóëÿòîð íûé ðû÷àæêîâûé ââîä çàìåñåðåäèíû 1960-õ ãîäîâ íèëè íà êëàâèøíûé â ðåçóëüòàòå ïîÿâèëîñü öåëîå ñåìåéñòâî ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ êàëüêóëÿòîðîâ. ß çàñòàë ýòè ìàøèíû â ëàáîðàòîðèè ñ÷åòíî-ðåøàþùèõ óñòðîéñòâ ÑÔÒÈ â 1964-65 ãîäàõ. Îñîáåííîå âïå÷àòëåíèå ïðîèçâåëà íåìåöêàÿ Zoemtron òåì, ÷òî îíà ñîâåðøåííî ñàìîñòîÿòåëüíî, ñ óæàñàþùèì òðåñêîì è ëÿçãàíüåì, ïðîèçâîäèëà äåëåíèå ìíîãîçíà÷íûõ ÷èñåë. Ëþáèìûì çàíÿòèåì áûëî çàñòàâèòü åå äåëèòü íà íóëü è ïîñìîòðåòü, ÷òî èç ýòîãî ïîëó÷èòñÿ. Ìàøèíà íå çàìå÷àëà ïîäâîõà è ïðîäîëæàëà ãðåìåòü øåñòåðåíêàìè äî òåõ ïîð, ïîêà íàæàòèåì ñïåöèàëüíîé êëàâèøè íå îñòàíàâëèâàëè ýòî ïóñòîå çàíÿòèå.  ñåðåäèíå 1960-õ ãîäîâ ïîÿâèëèñü ïåðâûå ýëåêòðîííûå êàëüêóëÿòîðû. Ïî ñâîèì ôóíêöèîíàëüíûì âîçìîæíîñòÿì îíè ïîëíîñòüþ êîïèðîâàëè ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå âû÷èñëèòåëè, èìåëè ïðèáëèçèòåëüíî òå æå ðàçìåðû, çàòî ðàáîòàëè áåñøóìíî. Çà ïðîøåäøèå 30 ëåò êàëüêóëÿòîðû ñèëüíî «ïîõóäåëè» (ñåé÷àñ èõ âñòðàèâàþò äàæå â ÷àñû è àâòîðó÷êè), ïîäåøåâåëè, ñòàëè óäîáíåå â ïîëüçîâàíèè è ïðî÷. è ïðî÷. Îäíàêî â èäåéíîì îòíîøåíèè ñîâðåìåííûå ýëåêòðîííûå êàëüêóëÿòîðû íåäàëåêî óøëè îò àðèôìîìåòðà Ëåéáíèöà: îíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ âûïîëíåíèÿ îäíîé èçîëèðîâàííîé îïåðàöèè. Åñëè íóæíî âûïîëíèòü öåïî÷êó âû÷èñëåíèé, òî ïðèõîäèòñÿ êàæäûé ðàç çàïèñûâàòü ðåçóëüòàò íà áóìàæêó è âíîâü
37 âðó÷íóþ ââîäèòü èñõîäíûå äàííûå äëÿ ñëåäóþùåé îïåðàöèè. È íèêàêàÿ ýëåêòðîíèêà ñàìà ïî ñåáå íè÷åãî íîâîãî íå äàåò, òàê êàê â êàëüêóëÿòîðàõ (ìåõàíè÷åñêèõ èëè ýëåêòðîííûõ) íå ðåàëèçîâàí ôóíäàìåíòàëüíûé ïðèíöèï, êîòîðûé, ñîáñòâåííî, è ïðåâðàòèë êàëüêóëÿòîð â êîìïüþòåð ïðèíöèï ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ.
1.6. Ïðèíöèï ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ. Âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû Áýááèäæà Ñ òî÷êè çðåíèÿ âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè XVIII âåê áûë áåäåí êðóïíûìè ñîáûòèÿìè, íî âîò íàñòóïèë âåê XIX. Âåëèêàÿ ôðàíöóçñêàÿ ðåâîëþöèÿ, åâðîïåéñêèå âîéíû, çâåçäíûé ÷àñ íàïîëåîíîâñêîé èìïåðèè... Íà ôîíå ýòèõ ïîëèòè÷åñêèõ ñîáûòèé áûëî ñäåëàíî îäíî ýïîõàëüíîå òåõíè÷åñêîå èçîáðåòåíèå: â 1904 ãîäó ôðàíöóçñêèé ìåõàíèê Æàí-Ìàðè Æàêêàð (Jacquard, J. M.; 1752 1834 ) ïîñòðîèë òêàöêèé ñòàíîê, êîòîðûé àâòîìàòè÷åñêè, áåç ó÷àñòèÿ ÷åëîâåêà, òêàë óçîðíîå ïîëîòíî (îíî òàê òåïåðü è íàçûâàåòñÿ æàêêàðäîâîå). Ñòàíîê óïðàâëÿëñÿ ïðîãðàììíûì ìåõàíèçìîì íà ïåðôîêàðòàõ. Ïåðôîêàðòà ïðåäñòàâëÿ1ëà ñîáîé ïðÿìîóãîëüíûé êóñîê òîíêîãî êàðòîíà ñ ïðîáèòûìè íà íåì ðÿäàìè îòâåðñòèé, êàæäûé ðÿä ñîîòâåòñòâîâàë îäíîé íèòè îñíîâû òêàíè. Æåëàåìûé ðèñóíîê ïðåäâàðèòåëüíî êîäèðîâàëñÿ íà ïåðôîêàðòàõ, â ïðîöåññå ðàáîòû êîëîäà ïåðôîêàðò ïðîòÿãèâàëàñü ÷åðåç ñòàíîê è îùóïûâàëàñü ïðîãðàììíûì ìåõàíèçìîì. Åñòü îòâåðñòèå ùóï îïóñêàëñÿ è ÷åëíîê â ýòîì ìåñòå íûðÿë ïîä îñíîâó, íåò ÷åëíîê ïðîõîäèë íàä îñíîâîé... Òàêèì îáðàçîì ìîæíî çàïðîãðàììèðîâàòü ñêîëü óãîäíî ñëîæíûé ðèñóíîê, è ñòàíîê îòðàáîòûâàë åãî áåç îøèáîê è ñ íåäîñòèæèìîé äëÿ ÷åëîâåêà ñêîðîñòüþ. Áîëåå òîãî, äëÿ òîãî, ÷òîáû ñìåíèòü ðèñóíîê, íå íóæíî ïåðåíàëàæèâàòü ñòàíîê äîñòàòî÷íî ïðîñòî ñìåíèòü ïðîãðàììó íà ïåðôîêàðòàõ.  óñîâåðøåíñòâîâàíÏðîãðàììíîå óïðàâëåíèå
38 íûõ ñòàíêàõ ìîæíî áûëî ïðîãðàììèðîâàòü äàæå öèêëû äëÿ ïîâòîðÿþùèõñÿ ÷àñòåé ðèñóíêîâ. Ñòàíîê Æàêêàðà ïðîèçâåë ðåâîëþöèþ â òåõíèêå, èáî îí îçíàìåíîâàë ñîáîé âîïëîùåíèå íîâîãî òåõíîëîãè÷åñêîãî ïðèíöèïà ïðèíöèïà ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ. Âñëåä çà òêàöêèì ñòàíêîì âñêîðå ïîÿâèëèñü è äðóãèå ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìûå àâòîìàòû, íàïðèìåð, ìåõàíè÷åñêîå ïèàíèíî ïèàíîëà. ×àðëüç Áýááèäæ Èäåÿ ïðèìåíèòü ïðèíöèï ïðî(1791 1871) ãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ ê âû÷èñëèòåëüíîìó óñòðîéñòâó è «òêàòü àëãåáðàè÷åñêèå óçîðû, êàê òêàöêèé ñòàíîê Æàêêàðà öâåòû è ëèñòüÿ»1 áûëà âûñêàçàíà âûäàþùèìñÿ àíãëèéñêèì ó÷åíûì è èçîáðåòàòåëåì ×àðëüçîì Áýááèäæåì (Babbage, Charles; 1791 - 1871 ). Ñóäüáà Áýááèäæà çàìå÷àòåëüíà è äðàìàòè÷íà. Ñûí áîãàòûõ ðîäèòåëåé, âûïóñêíèê Êåìáðèäæñêîãî óíèâåðñèòåòà, îí îòëè÷àëñÿ ÷ðåçâû÷àéíî øèðîêèìè íàó÷íûìè èíòåðåñàìè è äî ãëóáîêîé ñòàðîñòè ñîõðàíÿë âûñîêóþ ðàáîòîñïîñîáíîñòü. Îïóáëèêîâàë ìíîæåñòâî ðàáîò ïî ìàòåìàòèêå, ôèçèêå, àñòðîíîìèè, ãåîëîãèè, ýêîíîìèêå, ëèíãâèñòèêå. Êðîìå íàó÷íûõ çàíÿòèé óâëåêàëñÿ ïðèêëàäíûì òåõíè÷åñêèì òâîð÷åñòâîì (ñäåëàë ðÿä èçîáðåòåíèé äëÿ æåëåçíîäîðîæíîãî òðàíñïîðòà, ðàçðàáîòàë ñèñòåìó óïðàâëåíèÿ ìàÿêàìè, ïðèäóìàë ëîãè÷åñêèé àâòîìàò äëÿ èãðû â êðåñòèêèíîëèêè è äð.). Ãëàâíîìó äåëó ñâîåé æèçíè êîíñòðóèðîâàíèþ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí Áýááèäæ ïîñâÿòèë áîëåå 50 ëåò. Ïîñëå íåãî îñòàëîñü 37 êâ. ì. ÷åðòåæåé, íåñêîëüêî ìîäåëåé îòäåëüíûõ ÷àñòåé ðàçíîñòíîé è àíàëèòè÷åñêîé ìàøèí. Åãî òåõíè÷åñêèå
1
Ýòî ñðàâíåíèå ïðèíàäëåæèò Àäå Ëàâëåéñ.
39 èäåè íà ñòîëåòèå îïåðåäèëè ñâîå âðåìÿ1. Ê èäåå ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ Áýááèäæ ïðèøåë íå ñðàçó, à ïîñëå 14 ëåò ðàáîòû íàä ïðîåêòîì òàê íàçûâàåìîé ðàçíîñòíîé ìàøèíû. Ìûñëü î ñîçäàíèè òàêîé ìàøèíû ïðèøëà Áýááèäæó â 1820 ãîäó, êîãäà îí îçíàêîìèëñÿ ñ ðàáîòàìè ôðàíöóçñêèõ ó÷åíûõ ïî ñîñòàâëåíèþ äåñÿòè÷íûõ ìàòåìàòè÷åñêèõ òàáëèö. Ðàáîòû âåëèñü äâóìÿ âû÷èñëèòåëüíûìè ìàñòåðñêèìè (äëÿ âçàèìíîé ïåðåïðîâåðêè), â êàæäîé îêîëî ñòà ÷åëîâåê èçî äíÿ â äåíü âåëè îäíîîáðàçíûå âûêëàäêè ïî ôèêñèðîâàííîìó àëãîðèòìó êîíå÷íûõ ðàçíîñòåé, èñïîëüçóþùåìó òîëüêî ñëîæåíèå è âû÷èòàíèå. Ýòó ðóòèííóþ ðàáîòó Áýááèäæ ðåøèë ïîðó÷èòü ìåõàíè÷åñêîìó âû÷èñëèòåëþ.  òå÷åíèå äâóõ ëåò áûëë ðàçðàáîòàí ïåðâûé ïðîåêò è ñäåëàíà íåáîëüøàÿ äåéñòâóþùàÿ ìîäåëü. Ïðîäåìîíñòðèðîâàâ ìîäåëü Êîðîëåâñêîìó îáùåñòâó (àíàëîã íàøåé Àêàäåìèè Íàóê), Áýááèäæ äîáèëñÿ ïðàâèòåëüñòâåííîãî ôèíàíñèðîâàíèÿ è íà÷àë ðàáîòó íàä ïîñòðîéêîé ìàøèíû â ïîëíîì ìàñøòàáå. Ê ñîæàëåíèþ, ïðè ðåàëèçàöèè ïðîåêòà Áýááèäæ ñòîëêíóëñÿ ñ áîëüøèìè òåõíîëîãè÷åñêèìè òðóäíîñòÿìè. Óðîâåíü ìàøèíîñòðîåíèÿ òîãî âðåìåíè íå ïîçâîëèë îñóùåñòâèòü ñòîëü àìáèöèîçíûé çàìûñåë, ê òîìó æå Áýááèäæ ïîñòîÿííî ïåðåäåëûâàë ÷åðòåæè, âíîñÿ áåñêîíå÷íûå óëó÷øåíèÿ è óñîâåðøåíñòâîâàíèÿ. Ðàáîòà çàòÿãèâàëàñü, ôèíàíñèðîâàíèå èññÿêëî, è, íàêîíåö, â 1842 ãîäó ðåøåíèåì ïàðëàìåíòà íåçàêîí÷åííàÿ ìàøèíà è âñå ÷åðòåæû áûëè ïåðåäàíû íà õðàíåíèå â ìóçåé. Åùå ðàáîòàÿ íàä ïðîåêòîì ðàçíîñòíîé ìàøèíû, Áýááèäæ ïîíÿë, ÷òî åå âîçìîæíîñòè ìîæíî íåèçìåðèìî óâåëè÷èòü, åñëè ñõåìó âû÷èñëåíèé ñäåëàòü íå æåñòêîé, à óïðàâëÿåìîé ñ ïîìîùüþ ïåðôîêàðò. Ïåðâûé íàáðîñîê íîâîé ìàøèíû (îíà áûëà íàçâàíà àíàëèòè÷åñêîé) ïîÿâèëñÿ â 1834 ãîäó, çàòåì â òå÷åíèå ìíîãèõ ëåò, Àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà
 èñòîðèè íàóêè Áýááèäæ èçâåñòåí íå òîëüêî ñâîèìè èçîáðåòåíèÿìè, íî è ÷óäà÷åñòâàìè. Ìíîãî ñèë è ýíåðãèè îí ïîòðàòèë íà ïîëèòè÷åñêóþ áîðüáó ñ óëè÷íûìè øàðìàíùèêàìè, êîòîðûå ðàçäðàæàëè åãî íåïðîøåííûìè êîíöåðòàìè. 1
40 ïðàêòè÷åñêè äî ñàìîé ñìåðòè, Áýááèäæ çàíèìàëñÿ åå óñîâåðøåíñòâîâàíèåì. Áûëî ðàçðàáîòàíî áîëåå 300 ïîäðîáíûõ ÷åðòåæåé ìàøèíû è åå îòäåëüíûõ óçëîâ, â òîì ÷èñëå 25 âàðèàíòîâ îáùèõ ïëàíîâ. ×åðòåæè ìàøèíû áûëè ëèòîãðàôèðîâàíû è ðàçîñëàíû ó÷åíûì ðàçíûõ ñòðàí, ñ ëåêöèÿìè î åå óñòðîéñòâå Áýááèäæ âûñòóïàë â Èòàëèè è íà ìåæäóíàðîäíûõ âûñòàâêàõ. Ïî çàìûñëó àâòîðà, ìàøèíà äîëæíà áûëà ñîñòîÿòü èç ÷åòûðåõ îñíîâíûõ áëîêîâ. Ïåðâûé áëîê Áýááèäæ íàçâàë «mill», òî åñòü «ìåëüíèöà», ïðåäíàçíà÷åí äëÿ âûïîëíåíèÿ ÷åòûðåõ àðèôìåòè÷åñêèõ äåéñòâèé. Ïî ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèè ýòî ïðîöåññîð. Âû÷èñëåíèÿ äîëæíû áûëè âåñòèñü â äåñÿòè÷íîé ñèñòåìå ñ÷èñëåíèÿ, òî÷íîñòü ïðåäñòàâëåíèÿ ÷èñåë ñîñòàâëÿëà 50 äåñÿòè÷íûõ çíàêîâ, ïðè ýòîì ñëîæåíèå äâóõ 50-ðàçðÿäíûõ ÷èñåë äîëæíî áûëî ïðîèñõîäèòü çà 1 ñåê., óìíîæåíèå è äåëåíèå çà 1 ìèí. Âòîðîé áëîê íàçûâàåòñÿ «store», ÷òî îçíà÷àåò «ñêëàä», èëè, ïîíàøåìó, îïåðàòèâíàÿ ïàìÿòü. Âðåìåííîå õðàíåíèå ÷èñåë äîëæíî áûëî îñóùåñòâëÿòüñÿ íà âåðòèêàëüíûõ îñÿõ ñ 50 (ïî ÷èñëó ðàçðÿäîâ) êîëåñàìè íà êàæäîé. Âñåãî ïðåäïîëàãàëîñü èìåòü íà ñêëàäå 1000 îñåé (ÿ÷ååê ïàìÿòè). Íåëüçÿ íå óäèâèòüñÿ ðàçìàõó ïëàíîâ Áýááèäæà: äàæå â ïåðâûõ ýëåêòðîííûõ êîìïüþòåðàõ ñåðåäèíû XX âåêà íå áûëî òàêîãî àäðåñíîãî ïðîñòðàíñòâà. Òðåòèé áëîê ïðåäñòàâëÿë ñîáîé óñòðîéñòâî óïðàâëåíèÿ. Îí ñîñòîÿë èç äâóõ æàêêàðäîâñêèõ ïåðôîêàðòî÷íûõ ìåõàíèçìîâ: îäèí äëÿ ïðîãðàììû, âòîðîé äëÿ èñõîäíûõ äàííûõ. Ïðè ýòîì íåîáõîäèìî ñêàçàòü, ÷òî ñèñòåìà êîìàíä àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû âêëþ÷àëà íå òîëüêî àðèôìåòè÷åñêèå äåéñòâèÿ, íî è óñëîâíóþ ïåðåäà÷ó óïðàâëåíèÿ. Ïîñëåäíèé, ÷òåâåðòûé Ôðàãìåíò àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû áëîê ïðåäíàçíà÷àëñÿ äëÿ Áýááèäæà (ðåêîíñòðóêöèÿ)
41 âíåøíåãî îáìåíà. Ïëàíèðîâàëîñü èìåòü øèðîêèé ñïåêòð óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà.  êà÷åñòâå îñíîâíîãî óñòðîéñòâà âûâîäà èñïîëüçîâàëñÿ êàðòî÷íûé ïåðôîðàòîð, êðîìå íåãî ïðåäïîëàãàëîñü âûâîäèòü ðåçóëüòàòû Ïåðôîêàðòà Áýááèäæà âû÷èñëåíèé íà áóìàãó, à òàêæå âûäàâëèâàòü èõ íà ìåòàëëè÷åñêèå ïëàñòèíêàõ, ÷òîáû â äàëüíåéøåì ìîæíî áûëî ïå÷àòàòü òàáëèöû áåç îøèáîê, âíîñèìûõ òèïîãðàôñêèìè íàáîðùèêàìè. Ïðåäïîëàãàëîñü åùå ñêîíñòðóèðîâàòü è ïîäêëþ÷èòü ê ìàøèíå ìåõàíè÷åñêèé ãðàôîïîñòðîèòåëü. Äàæå ïî ñîâðåìåííûì ìåðêàì ïðîåêò àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû âûãëÿäèò âåñüìà âíóøèòåëüíî. Áýááèäæ ïðåäëîæèë ìíîæåñòâî îðèãèíàëüíûõ òåõíè÷åñêèõ ðåøåíèé (íàïðèìåð, ñõåìó ñêâîçíîãî ïåðåíîñà), êîòîðûå îñòàâàëèñü àêòóàëüíûìè ïî÷òè ñòî ëåò.  ñðàâíåíèè ñ ïåðâîé ýëåêòðîííîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíîé ENIAC, ïîñòðîåííîé â 1945 ãîäó, ïðîåêò Áýááèäæà èìåë ðÿä ïðèíöèïèàëüíûõ ïðåèìóùåñòâ. Íàïðèìåð, â ENIAC ïðîãðàììà ïðîãðàììà ââîäèëàñü íå ñ ïåðôîêàðò, à êîììóòèðîâàëàñü ïåðåêëþ÷àòåëÿìè è ñîåäèíèòåëüíûìè øòåêêåðàìè. Ê ñîæàëåíèþ, àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà, êàê è ðàùíîñòíàÿ, òàê è îñòàëàñü íà áóìàãå. Îñíîâíàÿ ïðè÷èíà òà æå îòñóòñòâèå òåõíîëîãèè òî÷íîé ìåõàíè÷åñêîé îáðàáîòêè äåòàëåé; äëÿ ïðèâåäåíèå â äâèæåíèå äëèííîé öåïè øåñòåðåíîê òðåáîâàëàñü ñëèøêîì áîëüøàÿ ñèëà. Áîëüøóþ ðîëü ñûãðàë è ñóáúåêòèâíûé ôàêòîð. Ïî ìíåíèþ èñòîðèêà íàóêè Ïîâàðîâà «...íåóñïåõ ïðîåêòà áûë îáóñëîâëåí ñêîðåå äåëîâûìè è ëè÷íûìè ïðè÷èíàìè, íåæåëè ñîáñòâåííî òåõíè÷åñêèìè. Êàê ÷àñòî áûâàåò, ñóäüáà èçîáðåòåíèÿ òåñíî ñïëåëàñü ñ ñóäüáîé èçîáðåòàòåëÿ. Áýááèäæ áûë ó÷åíûé-ðîìàíòèê, ñòðåìèâøèéñÿ âñå âðåìÿ âïåðåä, ê íåâåäîìîìó è íåáûâàëîìó. Åãî ãåíèàëüíàÿ èíòóèöèÿ ëåãêî ñõâàòûâàëà ïðèíöèï ðåøåíèÿ, íî îí íå âñåãäà ó÷èòûâàë ïðàêòè÷åñêèå òðóäíîñòè èñïîëíåíèÿ, íå äîñòèãíóâ îäíîãî, ñïåøèë ê äðóãîìó». Ïî ÷åðòåæàì è îïèñàíèÿì Áûááèäæà âïîñëåäñòâèè áûëî ïîñòðîåíî íåñêîëüêî îáðàçöîâ àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû. Ïåðâàÿ óìåíü-
42 øåííàÿ ðåàëèçàöèÿ ïðåäïðèíÿòà øâåäàìè îòöîì è ñûíîì Øþòöàìèâ 1854 ã., åùå ïðè æèçíè Áýááèäæà. Ìàøèíà âåñèëà îêîëî 1 ò è ñîäåðæàëà 4320 äåòàëåé, íà âñåìèðíîé âûñòàâêå â Ïàðèæå åé áûëà ïðèñóæäåíà çîëîòàÿ ìåäàëü.  1876 ã. â ÑØÀ Äæîðäæ Ãðàíò ïîñòðîèë ðàçíîñòíóþ ìàøèíó, ñîäåðæàùóþ 15 òûñ. äåòàëåé è èìåâøóþ â äëèíó 2.4 ì â äëèíó è 1.5 ì â âûñîòó, âåñîì 900 êã. Ìàøèíà ïðîðàáîòàëà 20 ëåò, à çàòåì áûëà ïåðåäàíà â ìóçåé. Ñûí ×àðëüçà Áýááèäæà Ãåíðè â 1906 ãîäó ðåêîíñòðóèðîâàë ïî ÷åðòåæàì îòöà ÷àñòü àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî è óñòðîéñòâî ïå÷àòè ðåçóëüòàòîâ ñ òî÷íîñòüþ 29 çíàêîâ. Ýòà ìîäåëü â íàñòîÿùåå âðåìÿ õðàíèòñÿ â Íàó÷íîì ìóçåå Ëîíäîíà.  1969 ãîäó ôèðìà IBM èçãîòîâèëà äëÿ ìóçåÿ ïîëíîìàñøòàáíûé ìàêåò àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, íî ýòîò ìàêåò èçîáðàæàë òîëüêî âíåøíèé âèä óñòðîóñòâà è áûë íåðàáîòîñïîñîáíûì. Ïðîåêòèðîâàíèå ðàçíîñòíûõ ìàøèí ïðîäîëæàëîñü âïëîòü äî 40õ ãîäîâ XX âåêà, êîãäà íàäîáíîñòü â íèõ îòïàëà, òàê êàê òàáóëèðîâàíèå ôóíêöèé ñòàëî ïðîèçâîäèòüñÿ íå ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëèçèðîâàííûõ ìåõàíèçìîâ, à ïî ìàøèííûì ïðîãðàììàì íà óíèâåðñàëüíûõ êîìïüþòåðàõ. Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèÀäà Ëàâëåéñ íà íå áûëà âîïëîùåíà â ìåòàëëå, äëÿ íåå è âîçíèêíîâåíèå áûëè ñîñòàâëåíû ïðîãðàììû. Ñóäüáå áûëî ïðîãðàììèðîâàíèÿ óãîäíî ðàñïîðÿäèòüñÿ òàê, ÷òî ïåðâûì â èñòîðèè ïðîãðàììèñòîì ñòàëà æåíùèíà, è íå êòî-íèáóäü, à åäèíñòâåííàÿ äî÷ü âåëèêîãî àíãëèéñêîãî ïîýòà Àâãóñòà Àäà Áàéðîí, ïî ìóæó ãðàôèíÿ Ëàâëåéñ (Lovelace, Ada; 1815 1852 ). Àäà ïîëó÷èëà ïðåêðàñíîå âîñïèòàíèå, áûëà òàëàíòëèâûì ìóçûêàíòîì, çíàëà íåñêîëüêî èíîñòðàííûõ ÿçûêîâ, óâëåêàëàñü ìàòåìàòèêîé.  19 ëåò îíà ïîçíàêîìèëàñü è ïîäðóæèëàñü ñ ×àðëüçîì Áýááèäæåì, ñ÷èòàëà ñåáÿ åãî ó÷åíèöåé è ïîìîùíèöåé. Ïîñêîëüêó Áýááèäæ áûë ñèëüíî çàíÿò ÷åðòåæàìè, Àäà, îáëàäàâøàÿ ïðåêðàñíûì ñëîãîì è ÿñíîñòüþ ìûøëåíèÿ, ñ÷èòàëà ñâîèì äîëãîì ïîïóëÿðèçèðîâàòü èäåè ó÷èòåëÿ. Êîãäà â 1842 ãîäó âûøëà ñòàòüÿ èòàëüÿíñêîãî èíæåíåðà Ë.Ô.Ìåíàáðåà ñ òåõíè÷åñêèì îïèñà-
43 íèåì àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, ñîñòàâëåííûì ïî çàïèñÿì ëåêöèé Áýááèäæà â Èòàëèè, Àäà âûçâàëàñü ïåðåâåñòè åå íà àíãëèéñêèé ÿçûê è ñíàáäèòü êîììåíòàðèÿìè.  ýòèõ «êîììåíòàðèÿõ ïåðåâîä÷èêà» îíà ïðîàíàëèçèðîâàëà îñíîâíûå ïîíÿòèÿ ïðîãðàììèðîâàíèÿ, òàêèå êàê ïðîñòîé öèêë, öèêë â öèêëå, ðàáî÷àÿ ïåðåìåííàÿ, óñëîâíàÿ ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ è ò. ä.  çàêëþ÷åíèå Àäà Ëàâëåéñ ïðèâîäèëñÿ ïðèìåð äîñòàòî÷íî ñëîæ(1815 1852) íîé ïðîãðàììû äëÿ àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, âû÷èñëÿþùåé ÷èñëà Áåðíóëëè1. Õîòÿ îáúåì êîììåíòàðèåâ áîëåå ÷åì â äâà ðàçà ïðåâûñèë îáúåì ñàìîé ñòàòüè, Àäà ñêðîìíî ïîäïèñàëàñü èíèöèàëîìè «AAL». Ýòà áûëà åå åäèíñòâåííàÿ íàó÷íàÿ ðàáîòà, íî ýòîé ðàáîòîé îíà íàâñåãäà âïèñàëà ñâîå èìÿ â èñòîðèþ íàóêè. «Íåñêîëüêî ñòðàíèö, íàïèñàííûõ â íî÷ü ïåðåä äóýëüþ Ýâàðèñòîì Ãàëóà, îòêðûëè ìèðó ãåíèàëüíîãî ìàòåìàòèêà. Åäèíñòâåííàÿ ïåñíü «Ìàðñåëüåçà», ñî÷èíåííàÿ êàïèòàíîì Ðóæå äå Ëèëåì, ñäåëàëà åãî èìÿ áåññìåðòíûì. Ñîñòàâëåííûå 28-ëåòíåé ãðàôèíåé Àâãóñòîé Àäîé Ëàâëåéñ ïðèìå÷àíèÿ ê ñòàòüå èòàëüÿíñêîãî èíæåíåðà Ë.Ô.Ìåíàáðåà äàþò îñíîâàíèÿ ñ÷èòàòü åå ïåðâîé ïðîãðàììèñòñêîé, ÷üå èìÿ íàâñåãäà îñòàíåòñÿ â èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé ìòåìàòèêè è âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè».
Ïðîãðàììà Àäû Ëàâëåéñ ñîäåðæèò 25 øàãîâ, îíà ñîñòàâëåíà î÷åíü èçÿùíî, ìèíèìèçèðóÿ ïàìÿòü è ïåðôîêàðòû. Äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðîâåðèòü, íàñêîëüêî ïðàâèëüíî íàïèñàíà ýòà ïðîãðàììà (îòëàäèòü åå íà ìàøèíå àâòîð íå èìåëà âîçìîæíîñòè), â 1978 ãîäó â ÑÑÑÐ áûë ïîñòàâëåí ýêñïåðèìåíò. Ïðîãðàììó ïåðåâåëè íà ÿçûê Ôîðòðàí, äëÿ ÷åãî ïîòðåáîâàëîñü 85 îïåðàòîðîâ, è ïðîòåñòèðîâàëè íà êîìïüþòåðå. Îêàçàëîñü, ÷òî â ïðîãðàììå Àäû Ëàâëåéñ ñîäåðæèòñÿ îäíà àëãîðèòìè÷åñêàÿ îøèáêà è îäíà îïå÷àòêà. Ïîñëå èõ èñïðàâëåíèÿ ïðîãðàììà çàðàáîòàëà ïðàâèëüíî.
1
44
1.7. Òàáóëÿòîðû: îò Õîëëåðèòà äî ìàøèíîñ÷åòíûõ ñòàíöèé Ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà â èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè íà÷èíàåòñÿ ñ ñîçäàíèÿ â 1887 ã. òàáóëÿòîðà àìåðèêàíñêèì èíæåíåðîì Ãåðìàíîì Õîëëåðèòîì (Hollerith, Hermann; 1860 1929)1. Õîëëåðèò â 1879 1882 ã. ðàáîòàë â Áþðî öåíçîâ (ñòàòèñòè÷åñêîì âåäîìñòâå) ÑØÀ, êîòîðîå êàæäûå äåñÿòü ëåò ïðîâîäèëî ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ, è åìó áûëî õîðîøî èçâåñòíî, ñêîëü òðóäîåìêîé ÿâëÿåòñÿ ðó÷íàÿ îáðàáîòêà èõ ðåçóëüòàòîâ. Íàïðèìåð, èòîãè ïåðåïèñè 1880 ãîäà, êîãäà íàñåëåíèå ñòðàíû ñîñòàâëÿëî îêîëî 50 ìëí ÷åëîâåê, áûëè ïîëó÷åíû òîëüêî ÷åðåç 7,5 ëåò.  ñâîåé «ìàøèíå äëÿ ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ» Õîëëåðèò ïðåäëîæèë èñïîëüçîâàòü ïåðôîêàðòû, ïîäîáíûå æàêêàðäîâûì. Êàæäàÿ ïåðôîêàðòà èìåëà 6 ðÿäîâ êðóãëûõ îòâåðñòèé ïî 32 êîëîíêè â êàæäîé, âïîñëåäñòâèè îòâåðñòèÿ ñòàëè êâàäðàòíûìè, ÷èñëî ðÿäîâ óâåëè÷èëîñü äî 12, à ÷èñëî êîëîíîê äî 80 Íà êàæäûé îáúåêò ïåðåïèñè çàâîäèëàñü îòäåëüíàÿ ïåðôîêàðòà, â êîòîðîé ñ ïîìîùüþ ñïåöèàëüíîãî ïðîáîéíèêà ïåðôîðàòîðà â ñîîòâåòñòâóùèõ ïîçèöèÿõ äåëàëèñü îòâåðñòèÿ, îòâå÷àþùèå îïðåäåëåííûì çíà÷åíèÿì ïðèçíàêîâ (ïîë, âîçðàñò Ãåðìàí Õîëëåðèò è ò. ä.). Õîëëåðèò âïîñëåäñòâèè âñïîìè(1860-1929) íàë, ÷òî íà ýòó ìûñëü åãî íàâåë æåëåçíîÒàáóëÿòîð Õîëëåðèòà
Õîòÿ ýëåêòðîìàãíèòíîå ðåëå áûëî èçîáðåòåíî â 1831 ãîäó, åùå äî íà÷àëà ðàáîòû Áýááèäæà íàä ïðîåêòîì àíàëèòè÷åñêé ìàøèíû, îäíàêî âïëîòü äî ïîñëåäíåé ÷åòâåðòè XIX âåêà íàäåæíîñòü ýëåêòðîìàãíèòíûõ ïðèáîðîâ áûëà ñîâåðøåííî íåäîñòàòî÷íîé äëÿ ïîñòðîåíèÿ ñëîæíûõ óñòðîéñòâ, è îíè íå ìîãëè êîíêóðèðîâàòü ñ ìåõàíè÷åñêèìè.
1
45 äîðîæíûé êîíäóêòîð, êîòîðûé êîìïîñòåðîì ïðîáèâàë äûðêè â áèëåòàõ ïàññàæèðîâ, ïðè÷åì ó êàæäîãî ïàññàæèðà áûë ñâîé áèëåò. Äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî ïîäñ÷åòà ñòàòèñòèêè Ïåðôîêàðòà Õîëëåðèòà (ñîâðåìåííûé Õîëëåðèò ïðåäëîæèë 80-êîëîííûé âàðèàíò). îñîáîå óñòðîéñòâî, íàçâàííîå èì òàáóëÿòîðîì. Ïåðôîêàðòû â òàáóëÿòîðå îùóïûâàëèñü ñòåðæíÿìè íà ïðóæèíêàõ, ïðè íàëè÷èè îòâåðñòèÿ ñòåðæåíü ïðîõîäèë ÷åðåç íåãî è îïóñêàëñÿ â ÷àøå÷êó ñî ðòóòüþ, çàìûêàëàñü ýëåêòðè÷åñêàÿ öåïü è ñðàáàòûâàë ñîîòâåòñòâóþùèé ýëåêòðè÷åñêèé ñ÷åò÷èê èìïóëüñîâ. ×èñëî ñ÷åò÷èêîâ â òàáóëÿòîðå ìåíÿëîñü îò 32 äî 120, ïîýòîìó çà îäèí ïðîïóñê êîëîäû êàðò ïîëó÷àëàñü ñòàòèñòèêà ïî áîëüøîìó ÷èñëó ïðèçíàêîâ. Òàáóëÿòîðû Õîëëåðèòà ïðîèçâåëè íàñòîÿùóþ ðåâîëþöèþ â ñòàòèñòèêå. Ðåçóëüòàòû ñëåäóþùåé ïåðåïèñè 1890 ãîäà, ïðîâåäåííîé ñ èõ ïîìîùüþ, áûëè ïîëó÷åíû âñåãî ÷åðåç äâà ãîäà, ïîñëå ýòîãî íà÷àëîñü ïîáåäíîå øåñòâèå ïåðôîêàðò è òàáóëÿòîðîâ ïî ïëàíåòå. Óæå â 1890 ã. îíè èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ â Àâñòðî-Âåíãðèè, â 1891 ã. â Êàíàäå, â 1897 ã. â Ðîññèè. Õîëëåðèò ïîñòîÿííî ñîâåðøåíñòâîâàë ñâîå èçîáðåòåíèå: ìåõàíèçèðîâàë ïîäà÷ó ïåðôîêàðò â òàáóëÿòîðå, óñîâåðøåíñòâîâàë ïåðôîðàòîð, ïðèäóìàë àâòîìàòè÷åñêóþ ñîðòèðîâêó è ò.ä. Äëÿ ïðîÒàáóëÿòîð Õîëëåðèòà. èçâîäñòâà òàáóëÿòîðîâ è Ðèñóíîê èç ïàòåíòà 1887 ã. ñîïóòñòâóåùåãî ïåðôîêàðòî÷íîãî Ââåðõó ñïðàâà ðàñïîëàãàåòñÿ îáîðóäîâàíèÿ â 1896 ãîäó Õîëëåïàíåëü ñî ñ÷åò÷èêàìè ðèò îðãàíèçîâàë ôèðìó "Tabulating
46 Mashines Company", êîòîðàÿ ïîñëå ðÿäà ðåîðãàíèçàöèé ïîëó÷èëà â 1924 ã. íàçâàíèå "International Business Mashines", ñîêðàùåííî IBM. Ïîñòîÿííî ðàçâèâàÿñü, IBM ñòàëà ñàìîé ìîãóùåñòâåííîé êîðïîðàöèåé â êîìïüþòåðíîì ìèðå, ïðîçâàííîé çà ëþáèìûé ôèðìåííûé öâåò "ãîëóáûì ãèãàíòîì". Íà Ïåðôîðàòîð Õîëëåðèòà ïðîòÿæåíèè ïî÷òè âñåãî XX âåêà ôèðìà IBM îïðåäåëÿëà ëèöî âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, è ìû â ñâîåì èñòîðè÷åñêîì îáçîðå åùå íå ðàç ñ íåþ ñòîëêíåìñÿ. Ñòðîãî ãîâîðÿ, òàáóëÿòîð îáðàçöà 1887 ã. íå áûë âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíîé, òàê êàê îí íè÷åãî íå âû÷èñëÿë, à ïðîñòî ñ÷èòàë ïðîáèâêè íà ïåðôîêàðòàõ.  1908 ã. Õîëëåðèò ââåë â êîíñòðóêöèþ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèé ñóììàòîð, èñïîëüçóþùèé ñòóïåí÷àòûé âàëèê Ëåéáíèöà, â 1911 ã. òàáóëÿòîð äîïîëíÿåòñÿ ïå÷àòàþùèì óñòðîéñòâîì, çàòåì ñîçäàþòñÿ ìîäåëè, ñïîñîáíûå âû÷èòàòü è óìíîæàòü. Òàáóëÿòîðû ñòàíîâÿòñÿ î÷åíü ñëîæíûìè òåõíè÷åñêèìè óñòðîéñòâàìè, íàñ÷èòûâàþùèìè äî 100 000 äåòàëåé, à îáùàÿ äëèíà ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ â íèõ äîñòèãàëà 5 êì  óñîâåðøåíñòâîâàíîì âèäå òàáóëÿòîðû ìîãëè èñïîëüçîâàòüñÿ íå òîëüêî äëÿ ñòàòèñòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé, íî è äëÿ âûïîëíåíèÿ ïðîñòûõ âû÷èñëåíèé â ýêîíîìèêå.  20-õ ãîäàõ XX âåêà ñôîðìèðîâàëàñü öåëàÿ îòðàñëü ïðîìûøëåííîñòè, çàíèìàâøàÿñÿ ïðîèçâîäñòâîì è ïðèìåíåíèåì ñ÷åòíî-ïåðôîðàöèîííîé (èíà÷å íàçûâàåìîé ñ÷åòíî- àíàëèòè÷åñêîé) òåõíèêè. Îáùåå ÷èñëî ñ÷åòíî-àíàëèòè÷åñêèõ êîìïëåêñîâ, êóäà êðîìå òàáóëÿòîðîâ âõîäèëè ïåðôîðàòîðû, êîíòðîëüíèêè, ñîðòèðîâêè è ò. ï. ê 30-ì ãîäàì äîñòèãëî 6-8 òûñ. øò. Ïåðôîêàðòû ðàñõîäîâàëèñü ñîòíÿìè ìèëëèîíîâ, íà èõ èçãîòîâëåíèÿ óõîäèëè öåëûå ëåñà. Âîçíèêíîâåíèå ïðîìûøëåííîñòè îáðàáîòêè äàííûõ
47 Ýïîõà ñ÷åòíî-ïåðôîðàöèîííûõ ìàøèí ïðîäîëæàëàñü äî 1960-õ ãîäîâ, äàæå ÝÂÌ íå ñðàçó âûòåñíèëè òàáóëÿòîðû. Äåëî â òîì, ÷òî â ïðèìåíåíèè âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí äîñòàòî÷íî ÷åòêî âûäåëèëèñü äâà íàïðàâëåíèÿ. Ïåðâîå íàó÷íî-òåõíè÷åñêèå ðàñ÷åòû, äëÿ êîòîðûõ õàðàêòåðíû íåáîëüøèå îáúåìû ââîäèìûõ-âûâîäèìûõ Òàáóëÿòîð Ò-5 îòå÷åñòâåííîãî ïðîèçâîäñòâà), 1950-å ãîäû. Ââåðõó ñëåâà äàííûõ è ñëîæíûå àëãî ïðèåìíèê ïåðôîêàðò, ïîñðåäèíå ðèòìû âû÷èñëåíèÿ. Àíàïå÷àòàþùåå óñòðîéñòâî. Âíèçó ëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà êîììóòàöèîííàÿ äîñêà Áýááèäæà áûëà èçíà÷àëüî îðèåíòèðîâàíà èìåííî íà ýòî íàïðàâëåíèå, ïîýòîìó ïåðôîêàðòû â íåé èñïîëüçîâàëèñü â îñíîâíîì äëÿ õðàíåíèÿ ïðîãðàììû, êîòîðàÿ ìîãëà áûòü ïðè ýòîì ñêîëü óãîäíî äëèííîé è ñëîæíîé. Äðóãîå íàïðàâëåíèå ýêîíîìè÷åñêèå ðàñ÷åòû. Àëãîðèòìû âû÷èñëåíèé â íèõ êàê ïðàâèëî ïðåäåëüíî ïðîñòû, â áóõãàëòåðèè, íàïðèìåð, âîîáùå íå èñïîëüçóåòñÿ îïåðàöèÿ âû÷èòàíèÿ, çàòî èñõîäíûõ äàííûõ î÷åü ìíîãî, ïðè÷åì ýòè äàííûå îäíîðîäíû ïî ñòðóêòóðå. Äëÿ òàêèõ ðàñ÷åòîâ òàáóëÿòîð îêàçàëñÿ èäåàëüíûì óñòðîéñòâîì. Ïðîãðàììà âû÷èñëåíèé â íåì çàðàíåå íàáèðàëàñü øòåêêåðàìè íà êîììóòàöèîííîé äîñêå, à ïåðôîêàðòû, êîòîðûå òàáóëÿòîð "ïîæèðàë" ñî ñêîðîñòüþ äî 10 000 øò. â ÷àñ, ñîäåðæàëè îäíîðîäíûå èñõîäíûå äàííûå, íàïðèìåð, çàðïëàòó îäíîãî ñîòðóäíèêà çà îäèí ðàáî÷èé äåíü. Íà áàçå ñ÷åòíî-ïåðôîðàöèîííûõ ìàøèí â 30-å ãîäû áûëè îðãàíèçîâàíû "ôàáðèêè âû÷èñëåíèé" ìàøèíîñ÷åòíûå ñòàíöèè, êîòîðûå îáñëóæèâàëè ñðàçó ìíîæåñòâî ó÷ðåæäåíèé, áàíêîâ, íà÷èñëÿÿ çàðïëàòó, ïåíñèè, êîììóíàëüíûå ïëàòåæè, ìåõàíèçèðóÿ ðàáîòó öåíòðàëèçîâàííûõ áóõãàëòåðèé.
48 Êðóïíàÿ ìàøèíîñ÷åòíàÿ ñòàíöèÿ âûãëÿäèëà êàê ïðîìûøëåííîå ïðåäïðèÿòèå.  ïåðôîðàöèîííîì çàëå äåñÿòêè äåâóøåê ñ íåâåðîÿòíîé ñêîðîñòüþ ñòó÷àëè ïî êëàâèøàì, ïåðôîêàðòû òûñÿ÷àìè óêëàäûâàëè íà òåëåæêè è âåçëè â òàáóëÿòîðíûé öåõ. Òàì ñòîÿë ëÿçã è ãðîõîò, ãóäåëè ìîòîðû ñîðòèðîâîê, ñòó÷àëè ðû÷àãè òàáóëÿòîðîâ, èç ïå÷àòàþùèõ óñòðîéñòâ ìåäëåííî âûïîëçàëè øèðîêèå áóìàæíûå ëåíòû ñ ðîâíûìè ðÿäàìè öèôð. Ëåíòû ïîòîì ðàçðåçàëè íà ìàëåíüêèå ëîñêóòêè è ðàçäàâàëè ðàáîòíèêàì îáñëóæèâàåìûõ ó÷ðåæäåíèé êàê ðàñ÷åòíûå ëèñòêè ê çàðïëàòå. Ñïðîñèòå ñâîèõ áàáóøåê è äåäóøåê, îíè ýòè ëèñòêè õîðîøî ïîìíÿò. Òàáóëÿòîðû îêàçàëè î÷åíü áîëüøîå âëèÿíèå íà ïîñëåäóþùåå ðàçâèòèå âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè. Ïåðâûå ïîêîëåíèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïüþòåðîâ óíàñëåäîâàëè êîíñòðóêöèþ èõ óñòðîéñòâ ââîäà-âûâîäà, ïåðôîêàðòà Õîëëåðèòà äîëãîå âðåìÿ, äî ïîÿâëåíèÿ äèñïëååâ, îñòàâàëàñü îñíîâíûì íîñèòåëåì èíôîðìàöèè è ñèìâîëîì èíôîðìàòèêè â öåëîì. Äî ñèõ ïîð øèðèíà ñòðîêè íà àëôàâèòíî-öèôðîâîì äèñïëåå ðàâíà 80 ñèìâîëàì, êàê ðàç ïî ðàçìåðó ïåðôîêàðòû, Ôîðìàò ìíîãèõ ÿçûêîâ ïðîãðàììèðîâàíèÿ, íàïðèìåð, Ôîðòðàíà èëè Êîáîëà, òàê è îñòàëñÿ îðèåíòèðîâàííûì íà ïåðôîêàðòû, à êîëîäà ïåðôîêàðò ýòî íåïîñðåäñòâåííûé ïðåäîê ñîâðåìåííîé ðåëÿöèîííîé áàçû äàííûõ.  ýëåêòðîìåõàíè÷åñêóþ ýïîõó ñôîðìèðîâàëñÿ ìèðîâîé ðûíîê âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè, íà êîòîðîì êðîìå "ãîëóáîãî ãèãàíòà" IBM çàíÿëè ñâîå ìåñòî Hewlett-Packard, Remington Rand (ÑØÀ), Bull (Ôðàíöèÿ) è äð, â ÑÑÑÐ áûë ïîñòðîåí ïåðâûé çàâîä ñ÷åòíî-àíàëèòè÷åñêèõ ìàøèí (ÑÀÌ) â Ìîñêâå. Ñôîðìèðîâàâøàÿñÿ ïðîìûøëåííàÿ ñòðóêòóðà ñòàëà òåì ôóíäàìåíòîì, íà êîòîðîì ÷åðåç íåñêîëüêî äåñÿòèëåòèé âîçíèêíåò èíäóñòðèÿ ýëåêòðîííûõ êîìïüþòåðîâ.
49
1.8. Ñëîæíûå ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå è ðåëåéíûå ìàøèíû ïðåäâåñòíèêè ÝÂÌ Êàê îòìå÷àëîñü âûøå, òàáóëÿòîðíàÿ òåõíèêà â ïðåäâîåííûå ãîäû êàê-òî ïðèêðûëà íèøó ýêîíîìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ, îäíàêî äëÿ ñëîæíûõ íàó÷íî-òåõíè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ îíè áûëè ìàëîïðèãîäíû, ÿâíî óñòóàÿ ïî âû÷èñëèòåëüíûì âîçìîæíîñòÿì ïðîåêòó àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû Áýááèäæà. Èçâåñòíî íåñêîëüêî ïîïûòîê â ïîëíîé ìåðå ðåàëèçîâàòü ïðèíöèï ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ íà ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîé ýëåìåíòíîé áàçå, âñå îíè îòíîñÿòñÿ ê êîíöó 30-õ íà÷àëó 40-ì ãã. XX âåêà. Ê íèì îòíîñÿòñÿ ïðîåêòû Öóçå, Àéêåíà è Ñòèáèöà. Èñòîðè÷åñêè ïåðâûå è íàèáîëåå ïåðåäîâûå òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ áûëè ïðåäëîæåíû òàëàíòëèâûì íåìåöêèì èíæåíåðîì Êîíðàäîì Öóçå (Zuse, Kohnrad; 1910 1995) â 1938-1945 ãîäàõ. Öóçå íà÷àë ðàáîòó íàä ïðîåêòàìè âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí â 1934 ãîäó â âîçðàñòå 24 ëåò, åùå íè÷åãî íå çíàÿ î òðóäàõ Áýááèäæà, ñ êîòîðûìè îí ïîçíàêîìèëñÿ â 1937 ãîäó.  1938 ãîäó îí ñîçäàåò ìîäåëü Z-1 íà ìåõàíè÷åñêèõ ýëåìåíòàõ, êîòîðàÿ îêàçàëàñü íåíàäåæíîé, çàòåì ïðîìåæóòî÷íóþ ìîäåëü Z-2 è, íàêîíåö, â 1941 ãîäó Z-3, êîòîðàÿ ñòàëà ïåðâîé â èñòîðèè ïîñòðîåííîé è ðàáîòàþùåé ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìîé óíèâåðñàëüíîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíîé. Ìàøèíà Z-3 áûëà ñîáðàíà íà îáû÷íûõ òåëåôîííûõ ðåëå (2600 øò.), îïåðàòèâíàÿ ïàìÿòü ñîñòàâëÿëà 64 22-ðàçðÿäíûõ ñëîâà. Óïðàâëåíèå îñóùåñòâëÿëîñü îò 8-äîðîæå÷íîé ïåðôîëåíòû, â êà÷åñòâå êîòîðîé ïðèìåíÿëàñü îáû÷íàÿ êèíîïëåíêà. Ñèñòåìà êîìàíä îäíîàäðåñíàÿ, èñÊîíðàä Öóçå (1910-1995) ïîëüçîâàëàñü äâîè÷íàÿ (åùå äî ôîí Íåéìàíà!) Ïðîåêòû Öóçå
50 ñèñòåìû ñ÷èñëåíèÿ, îäíàêî îïåðàöèè óñëîâíîé ïåðåäà÷è óïðàâëåíèÿ â ìàøèíå íå áûëî. Ñêîðîñòü ðàáîòû: ñëîæåíèå 0.3 ñ, óìíîæåíèå 4-5 ñ. Ââîä èñõîäíûõ äàííûõ ñ êëàâèàòóðû, âûâîä íà ñâåòîâîå òàáëî èç ëàìïî÷åê. Ìàøèíà Z-3 (1941 ã). Óñëîâèÿ ðàáîòû Êîíðàäà Öóçå íèêàê íå ñîîòâåòñòâîâàëà ãåíèàëüíîñòè åãî çàìûñëîâ. Ðàáîòàÿ â ãèòëåðîâñêîé Ãåðìàíèè â ãîäû âòîðîé ìèðîâîé âîéíû, îí áûë îòðåçàí îò âñåõ èñòî÷íèêîâ èíôîðìàöèè è ðàáîòàë â îäèíî÷åñòâå, ïðåâðàòèâ â ìàñòåðñêóþ îäíó èç êîìíàò ðîäèòåëüñêîãî äîìà. Êîãäà ñîþçíèêè íà÷àëè áîìáèòü Áåðëèí, áîëüøèíñòâî êîíñòðóêöèé, â òîì ÷èëå Z-3, ñãîðåëî. Îñòàëàñü ëèøü íåçàêîí÷åííàÿ ìîäåëü Z-4. Ïîãðóçèâ åå íà òåëåæêó, Öóçå âìåñòå ñ ïîòîêîì áåæåíöåâ îòïðàâèëñÿ íà þã Ãåðìàíèè, â Áàâàðñêèå Àëüïû, ãäå ñòàë äîæèäàòüñÿ îêîí÷àíèÿ âîéíû.  ýòî âðåìÿ â àìåðèêàíöû íà÷àëè îõîòó çà íåìåöêèìè ó÷åíûìè ó÷àñòíèêàìè ðàêåòíîãî è àòîìíîãî ïðîåêòîâ, îäíàêî Öóçå ñ÷àñòëèâî èçáåæàë ïëåíåíèÿ, ñïðÿòàâ ñâîþ ìàøèíó â ñàðàå ñåëüñêîãî äîìà.  ïåðâûå ïîñëåâîåííûå ãîäû Öóçå, íå èìåÿ ñðåäñòâ è âîçìîæíîñòåé ðàáîòàòü íàä ïðîåêòèðîâàíèåì âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí, áûë âûíóæäåí çàíèìàòüñÿ ÷èñòî òåîðåòè÷å ñêèìè ïðîáëåìàìè. Èìåííî â ýòî âðåìÿ îí ïðèäóìàë ïåðâûé â èñòîðèè âûñîêîóðîâíåâûé ÿçûê ïðîãðàììèðîâàíèÿ Plancalcul «ïëàíèðóþùåå âû÷èñëåíèå», î êîòîðîì ìû áóäåì ãîâîðèòü â äàëüíåéøåì. Òîëüêî â 1949 ã åìó óäàëîñü îðãàíèçîâàòü ñîáñòâåííóþ ôèðìó «Zuse», â êîòîðîé îí íàëàäèë âûïóñê ñíà÷àëà ðåëåéíûõ, à âïîñëåäñòâèè è ýëåêòðîííûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí. Îäíàêî âðåìÿ áûëî óïóùåíî, íåìåöêóþ èíèöèàòèâó ïåðåõâàòèëà Àìåðèêà.
51  îòëè÷èå îò ìàøèí Öóçå, àìåðèêàíñêèé ïðîåêò MARK-I ðàçðàáàòûâàëñÿ â òåïëè÷íûõ óñëîâèÿõ, ñ èñòèííî àìåðèêàíñêèì ðàçìàõîì, îí áûë øèðîêî ðàçðåêëàìèðîâàí â ïå÷àòè. Ïî ýòîé ïðè÷èíå äîëãîå âðåìÿ èñòîðèêè íàóêè îòäàâàëè ïðèîðèòåò èìåííî ýòîé ðàçðàáîòêå, õîòÿ îíà áûëà ñîçäàíà íà òðè ãîäà ïîçæå Z-3. Èäåÿ ìàøèíû âîçíèêëà â 1937 ãîäó ó ñîòðóäíèêà Ãàðâàðäñêîãî óíèâåðñèòåòà Ãîâàðäà Àéêåíà (Aiken, Howard; 1900 1973) â õîäå ðàáîòû íàä äîêòîðñêîé äèññåðòàöèåé. Îí ïðåäëîæèë, îïèðàÿñü íà èäåè Áýááèäæà, ïîñòðîèòü íà ñîâðåìåííîé òåõíè÷åñêîé áàçå èç ñòàíäàðòíûõ äåòàëåé òàáóëÿòîðîâ, âûïóñêàåìûõ ôèðìîé IBM, óíèâåðñàëüíóþ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìóþ ìàøèíó äëÿ ñëîæíûõ íàó÷íûõ âû÷èñëåíèé.  1939 ã. Àéêåí îáðàòèëñÿ çà ïîääåðæêîé ê Òîìàñó Óîòñîíó, ïðåçèäåíòó IBM, êîòîðîìó â òî âðåìÿ áûëî óæå 65 ëåò, íî îòëè÷àâøåìóñÿ îòìåííîé èíòóèöèåé è äåëîâîé õâàòêîé. Óîòñîí ðåøèë, ÷òî, ðåàëèçîâàâ ýòîò ïðîåêò, ôèðìà IBM ñìîæåò îêàçàòü ñóùåñòâåííóþ ïîìîùü ñâîåé ñòðàíå â íà÷àâøåéñÿ ìèðîâîé âîéíå. Ïîýòîìó, ïîñîâåòîâàâøèñü ñ êîìàíäîâàíèåì Âîåííî-Ìîðñêèì Ôëîòîì, îí ïðîåêò îäîáðèë, âûäåëèë íà ðàñõîäû 500 000 äîëëàðîâ, ðàáîòà çàêèïåëà è ÷åðåç ïÿòü ëåò, â 1944 ãîäó ìàøèíà áûëà ãîòîâà. Çàêëþ÷åííàÿ, ïî íàñòîÿíèþ Óîòñîíà, â ýëåãàíòíûé êîðïóñ èç ñòåêëà è íåðæàâåþùåé ñòàëè, ìàøèíà èìåëà â äëèíó 17 ì, â âûñîòó 2.5 ì, âåñèëà 5 ò, ñîäåðæàëà îêîëî 750 òûñ. äåòàëåé, ñîåäèíåííûõ ïðîâîäàìè îáùåé ïðîòÿæåííîñòüþ îêîëî 800 êì. «Ìå÷òà Áýááèäæà ïðåòâîðèëàñü â æèçíü. Åñëè áû îí æèë íà 75 ëåò ïîçæå, òî ÿ áû îñòàëñÿ áåç ðàáîòû», òàê îöåíèë Àéêåí ñîçäàíèå MARK-I. Êàê è àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà Áýááèäæà, MARK-I ðàÊîìïüþòåð MARK-I ((1944 ã.). áîòàëà â äåñÿòè÷íîé ñèñòåìå Ïðîåêò MARK-I
52 ñ÷èñëåíèÿ íà ìåõàíè÷åñêèõ ñóììàòîðàõ, îäíàêî ïàðàìåòðû åå áûëè ãîðàçäî ñêîìíåå: òî÷íîñòü 23 ðàçðÿäà ïëþñ çíàê, åìêîñòü ïàìÿòè 132 ñëîâà. Çàòî àðèôìåòè÷åñêîå óñòðîéñòâî áûëî çíà÷èòåëüíî ñëîæíåå, íàðÿäó ñ ÷åòûðüìÿ äåéñòâèÿìè àðèôìåòèêè âûïîëíÿëèñü îïåðàöèè âû÷èñëåíèÿ ñèíóñà, ëîãàðèôìà, àíòèëîãàðèôìà. Ñëîæåíèå âûïîëíÿëîñü çà 0.3 ñ, óìíîæåíèå è äåëåíèå çà 5.7 è 15.3 ñ ñîîòâåòñòâåííî. Äëÿ ââîäà êîíñòàíò èìåëñÿ íàáîð èç 420 ïåðåêëþ÷àòåëåé, à óïðàâëåíèå îñóùåñòâëÿëîñü ñ ïîìîùüþ áóìàæíîé ïåðôîëåíòû. Çàêîí÷åííàÿ ìàøèíà áûëà ïåðåíåñåíà â Ãàðâàðäñêèé óíèâåðñèòåò, ãäå îíà ïîä íàáëþäåíèåì Ýéêåíà ñòàëà ðåøàòü çàäà÷è ðàñ÷åòà àðòèëëåðèéñêèõ òàáëèö äëÿ ÂÌÔ. Îäíàêî âñêîðå ìåæäó Àéêåíîì è Óîòñîíîì ïðîèçîøëà êðóïíàÿ ññîðà, òàê êàê Àéêåí ïðîÿâèë ÷åðíóþ íåáëàãîäàðíîñòü è âî âðåìÿ ïóáëè÷íîé ïðåçåíòàöèè ìàøèíû ïî÷òè íå óïîìÿíóë î ðîëè IBM â ýòîì ïðîåêòå.  îòìåñòêó Óîòñîí ðåøèë óòåðåòü íîñ Àéêåíó è ïðèêàçàë ñâîèì ñîòðóäíèêîì ñäåëàòü íîâûé êîìïüþòåð, êîòîðûé áû ïî âñåì ñòàòüÿì ïðåâçîøåë MARKI. ×òî èç ýòîãî âûøëî, ìû óçíàåì ïîçæå. Ìàøèíà MARK-I èìåëà ïîëíîöåííîå ïðîãðàììíîå óïðàâëåíèå, ñëåäîâàòåëüíî, äëÿ íåå íóæíî áûëî ðàçðàáàòûâàòü ïðîãðàììû. Ïðîãðàììíûì îáåñïå÷åíèåì ýòîãî êîëîññà â âîåííîå âðåìÿ çàíèìàëàñü êîìàíäà èç òðåõ îôèöåðîâ Âîåííî-ìîðñêîãî ôëîòà ÑØÀ: äâîå ìóæ÷èí (Ðîáåðò Êåìïáåëë è Ðè÷àðä Áëîê) âî ãëàâå ñ ìëàäøèì ëåéòåíàíòîì Ãðåéñ Õîïïåð (Hopper, Grace Murray; 1906 1992). Ñëó÷èëîñü òàê, ÷òî ÷åðåç ñòî ëåò ïîñëå Àäû Ëàâëåéñ âòîðûì â èñòîðèè ïðîãðàììèñòîì ñòàëà îïÿòü æåíùèíà. Ïîëó÷èâ ìàòåìàòè÷åñêîå îáðàçîâàíèå è ñòåïåíü äîêòîðà ìàòåìàòèêè, Ãðåéñ Ìþððåé Õîïïåð Ãðåéñ Õîïïåð â ãîäû âîéíû ïî(1906-1992) Ãðåéñ Õîïïåð
53 ñòóïèëà íà âîåííóþ ñëóæáó â ÂÌÔ ÑØÀ è áûëà íàïðàëåíà â Ãàðâàðäñêèé óíèâåðñèòåò äëÿ îáñëóæèâàíèÿ ñàìîãî ïåðâîãî êîìïüþòåðà. Ãðåéñ Õîïïåð âíåñëà î÷åíü áîëüøîé âêëàä â ñòàíîâëåíèå ïðîãðàììèðîâàíèÿ, Îíà ðàçðàáàòûâàëà ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ ïåðâîé ñåðèéíîé ÝÂÌ UNIVAC, ïðèíèìàëà àêòèâíîå ó÷àñòèå â ðàçðàáîòêå ïåðâûõ ÿçûêîâ è ñèñòåì àâòîìàòèçàöèè ïðîãðàììèðîâàíèÿ.  ÷èíå êîíòð-àäìèðàëà êóðèðîâàëà ðàçðàáîòêó ïðîãðàìì äëÿ âîåííî-ìîðñêîãî ôëîòà. Ìåæäó ïðî÷èì, ñ ëåãêîé ðóêè Õîïïåð â ïðàêòèêó ïðîãðàììèðîâàíèÿ âîøëî ñëîâî «debugging» (îòëàäêà). Äåëî áûëî òàê. Îäíàæäû æàðêèì, âëàæíûì ëåòíèì äíåì òàèíñòâåííàÿ íåèñïðàâíîñòü çàñòàâèëà çàìîë÷àòü ãðîìûõàþùèé êîìïüþòåð MARK-I. Ïîñëå òùàòåëüíî ïðîâåäåííîãî èññëåäîâàíèÿ ïðîãðàììèñòû óñòàíîâèëè, ÷òî êîíòàêòû îäíîãî èç ðåëå áûëè çàáëîêèðîâàíû îñòàíêàìè ìîòûëüêà, íåâåñòü êàê ïðîíèêøåãî ÷åðåç ëàáèðèíò ýëåêòðè÷åñêèõ öåïåé êîìïüþòåðà. Ñ ïðåäåëüíîé îñòîðîæíîñòüþ ìîòûëüêà èçâëåêëè ïèíöåòîì, à ýòî ñîáûòèå âìåñòå ñ íàñåêîìûì çàôèêñèðîâàëè â æóðíàëå, êîòîðûé ïî ðàñïîðÿæåíèþ ÂÌÑ ÑØÀ ïåäàíòè÷íî çàïîëíÿëñÿ íà ïðîòÿæåíèè âñåé ðàáîòû êîìïüþòåðà. Ïîçäíåå Õîïïåð âñïîìèíàëà: «Êîãäà ê íàì çàøåë îôèöåð, ÷òîáû óçíàòü, ÷åì ìû çàíèìàåìñÿ, ìû îòâåòèëè, ÷òî î÷èñòêîé êîìïüþòåðà îò íàñåêîìûõ (debugging)". Òåðìèí ýòîò ïðèæèëñÿ è ñòàë èñïîëüçîâàòüñÿ äëÿ îáîçíà÷åíèÿ ïîèñêà îøèáîê â êîì-
Çàïèñü â ðàáî÷åì æóðíàëå MARK-1: "Ðåëå íîìåð 70 ïàíåëü F. (Ìîòûëåê) â ðåëå. Ïåðâûé äîñòîâåðíûé ñëó÷àé îáíàðóæåíèÿ íàñåêîìîãî".
54 ïüþòåðå, îñîáåííî â èõ ïðîãðàììíîì îáåñïå÷åíèè. Ñëîâî «bug» â àíãëèéñêîì ÿçûêå èìååò íåñêîëüêî çíà÷åíèé â òîì ÷èñëå è «íàñåêîìîå» è «òåõíè÷åñêàÿ íåèñïðàâíîñòü». Ïàðàëëåëüíî ñ ãàðâàðäñêèì ïðîåêòîì MARK, ðàáîòû ïî ñîçäàíèþ ñëîæíûõ ðåëåéíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ âåëèñü â Íüþ-Éîðêå, â çíàìåíèòîé ñâîèìè íàó÷íûìè äîñòèæåíèÿìè Bell Laboratiries, ãäå èìè ðóêîâîäèë ìàòåìàòèê Äæîðäæ Ñòèáèö (Stibitz, George Robert; 1904 1995). Ïðîñòåéøèé äâîè÷íûé ñóììàòîð Ñòèáèö ïîñòðîèë åùå â 1937 ãîäó, à â 1939 ãîäó áûëà ñîçäàíà êîíñòðóêöèÿ èç 400 òåëåôîííûõ ðåëå, ïðåäíàçíà÷åííàÿ äëÿ âûïîëíåíèÿ îïåðàöèé íàä êîìïëåêñíûìè ÷èñëàìè. Ýòîò âû÷èñëèòåëü, íàçâàííûé Bell-I, âîøåë â èñòîðèþ èíôîðìàòèêè áëàãîäàðÿ ýêñïåðèìåíòó ïî òåëåîáðàáîòêå, ïðîâåäåííîìó â 1940 ãîäó, î ÷åì ìû áîëåå ïîäðîáíî ðàññêàæåì â ãëàâå 4. Âïîñëåäñòâèè Ñòèáèö ïîñòðîèë ðÿä ðåëåéíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ óñòðîéñòâ, ïîñòîÿííî óñëîæíÿÿ èõ êîíñòðóêöèþ è ïîâûøàÿ óíèâåðñàëüíîñòü.  ñïåöèàëèçèðîâàííîé ìàøèíå Bell-II (1943 ã.) ðåøàëèñü çàäà÷è èíòåðïîëÿöèè è ãàðìîíè÷åñêîãî àíàëèçà, ïðè÷åì çäåñü âïåðâûå áûëè ïðèìåíåíû ñõåìû äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî îáíàðóæåíèÿ îøèáîê.  1946 1947 ãîäàõ áûëà ïîñòðîåíà ñàìàÿ ìîùíàÿ ìàøèíà ýòîãî ñåìåéñòâà Bell-V. Îíà ñîäåðæàëà 9 000 ðåëå è âåñèëà 10 òîíí. Îïåðàöèè âûïîëíÿëèñü ñ 7-ðàçðÿäíûìè äåñÿòè÷íûìè ÷ìñëàìè ñ ïëàâàþùåé çàïÿòîé, ñëîæåíèå, óìíîæåíèå è äåëåíèå âûïîëíÿëèñü ñîîòâåòñòâåííî çà 0,3, 1,0 è 2,2 ñ. Õîòÿ ïî ñêîðîñòè âû÷èñëåíèé ýòà ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ ìàøèíà íå ìîãëà ñðàâíèòüñÿ ñ óæå ðàáîòàþùåé â òî âðåìÿ ýëåêòðîííîé ENIAC, îäíàêî â íåé ïðèñóòñòâîâàëè òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, îïåðåäèâøèå ñâîå âðåìÿ è îêàçàâøèå çàìåòíîå âëèÿíèå íà àðõèòåêòóðó áóäóùèõ ÝÂÌ. Ê íèì îòíîñÿòñÿ àðèôìåòèêà ñ ïëàâàþùåé çàïÿòîé è ìóëüòèïðîöåññîðíàÿ, ïîëüçóÿñü ñîâðåìåííîé òåðìèíîëîãèåé, îðãàíèçàöèÿ. Ðåëåéíûå ìàøèíû Äæîðäæà Ñòèáèöà
Ïîïûòêè êîíñòðóðîâàòü ðåëåéíûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû ïðîäîëæàëèñü âïëîòü äî 50-õ ãîäîâ. Ïîñëå óñïåøíîãî äåáþòà MARKI Ãîâàðä Àéêåí â 1947 ïîñòðîèë áîëåå ìîùíóþ ÷èñòî ðåëåéíóþ (13
55 òûñ. ðåëå) ìîäåëü MARK-II, â ÑÑÑÐ óæå â 1957 ã. áûëà ñêîíñòðóèðîâàíà íàäåæíàÿ ðåëåéíàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà ÐÂÌ-I . Îäíàêî ýòè äîñòèæåíèÿ áëåäíåëè íà ôîíå ïåðâûõ ðàáîòàþùèõ ýëåêêòðîííûõ êîìïüþòåðîâ. Ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ ýðà áåçâîçâðàòíî óøëà, íàñòóïèë âåê ýëåêòðîíèêè.
1.9. Âûâîäû 1.  äîýëåêòðîííîé èñòîðèè âû÷ìñëèòåëüíîé òåõíèêè ìîæíî âûäåëèòü òðè ýïîõè: äîìåõàíè÷åñêàÿ (äî XVII â.), ìåõàíè÷åñêàÿ (XVII â. - ïåðâàÿ ïîëîâèíà XIX â.), ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ (âòîðàÿ ïîëîâèíà XIX â. - ïåðâàÿ ïîëîâèíà XX â.), 2. Ïðîñòåéøèìè âû÷èñëèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè äîìåõàíè÷åñêîé ýïîõè áûëè àáàê è ñ÷åòû. Ïî ïðèíöèïó äåéñòâèÿ îíè ÿâëÿþòñÿ öèôðîâûìè (äèñêðåòíûìè), òàê êàê îïåðèðóþò ñ öèôðîâîé çàïèñüþ ÷èñëà. 3. Íàðÿäó ñ öèôðîâûìè âû÷èñëèòåëüíûìè óñòðîéñòâàìè ñóùåñòâóþò àíàëîãîâûå, îïåðèðóþùèå ñ ôèçè÷åñêèìè âåëè÷èíàìè, ïðåäñòàâëÿþùèìè çíà÷åíèå ÷èñëà. Ïðîñòåéøèì àíàëîãîâûì âû÷èñëèòåëåì ÿâëÿåòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà, èçîáðåòåííàÿ â ïåðâîé ïîëîâèíå XVII â.  äàëüíåéøåì àíàëîãîâûå âû÷èñëèòåëüíûå ìàøèíû ðàçâèâàëèñü âìåñòå ñ öèôðîâûìè, îíè ïðîøëè âñå ýïîõè âïëîòü äî ýëåêòðîííîé, îäíàêî â 70-õ ãîäàõ áûëè âûòåñíåíû äåøåâûìè öèôðîâûìè êîìïüþòåðàìè. 4. Ïåðâàÿ öèôðîâàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà «Ïàñêàëèíà» áûëà èçîáðåòåíà ôðàíöóçñêèì ó÷åíûì è èçîáðåòàòåëåì Áëåçîì Ïàñêàëåì â 1642 ãîäó. Îíà ìîãëà âûïîëíÿòü îïåðàöèè ñëîæåíèÿ è âû÷èòàíèÿ. 5. Ìàøèíà Ïàñêàëÿ áûëà óñîâåðøåíñòâîâàíà âåëèêèì íåìåöêèì
56 ó÷åíûì Ãîòôðèäîì Ëåéáíèöåì â 1673 ãîäó. Îí ââåë â êîíñòðóêöèþ ñòóïåí÷àòûé «âàëèê Ëåéáíèöà» è ïîäâèæíóþ êàðåòêó.  ðåçóëüòàòå ïîëó÷èëñÿ ïðîîáðàç àðèôìîìåòðà, âûïîëíÿþùåãî ÷åòûðå àðèôìåòè÷åñêèõ æåéñòâèÿ. Àðèôìîìåòðû ïîñòîÿííî ñîâåðøåíñòâîâàëèñü íà ïðîòÿæåíèè XVIII è XIX â., îíè âûïóñêàëèñü ïðîìûøëåííîñòüþ â ìàññîâûõ êîëè÷åñòâàõ è äîæèëè äî âòîðîé ïîëîâèíû XX â. Âïîñëåäñòâèè èõ çàìåíèëè ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèå, à çàòåì ýëåêòðîííûå êàëüêóëÿòîðû. 6. Ïðèíöèï ìåõàíè÷åñêîãî ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ áûë âïåðâûå ðåàëèçîâàí ôðàíöóçñêèì ìåõàíèêîì Æàêêàðîì, êîòîðûé â 1804 ãîäó ïîñòðîèë òêàöêèé ñòàíîê, óïðàâëÿåìûé ïåðôîêàðòàìè. Ïåðôîêàðòà Æàêêàðà áûëà âïîñëåäñòâèè èñïîëüçîâàíà Áýááèäæåì è Õîëëåðèòîì äëÿ óïðàâëåíèÿ âû÷èñëèòåëüíûìè ìàøèíàìè. 7. Ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà áûëà èçîáðåòåíà àíãëèéñêèì ó÷åíûì ×àðëüçîì Áýááèäæåì â åãî ïðîåêòå àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû, ïåðâûé íàáðîñîê êîòîðîé ïîÿâèëñÿ â 1834 ãîäó. Èäåè Áýááèäæà íà ñòîëåòèå îïåðåäèëè ñâîå âðåìÿ, ñòðóêòóðà àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû ñîîòâåòñòâóåò âñåì ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì îá àðõèòåêòóðå êîìïüþòåðà. Èç-çà òåõíîëîãè÷åñêèõ è îðãàíèçàöèîííûõ òðóäíîñòåé àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà íå áûëà ïîñòðîåíà. 0. Ïåðâîé â èñòîðèè ïðîãðàììèñòêîé áûëà ó÷åíèöà Áýááèäæà Àäà Ëàâëåéñ (óðîæäåííàÿ ëåäè Áàéðîí). Äëÿ íåïîñòðîåííîé åùå ìàøèíû îíà ðàçðàáîòàëà ïðîãðàììó, ïðèìåíèâ â íåé âñå îñíîâíûå ïðèíöèïû ïðîãðàììèðîâàíèÿ (óñëîâíàÿ ïåðåäà÷à óïðàâëåíèÿ, öèêëû, ðàáî÷èå ïåðåìåííûå è ò. ä.). 9. Ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ ýïîõà â èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè íà÷àëàñü ñ èçîáðåòåíèÿ â 1887 ãîäó àìåðèêàíñêèì èíæåíåðîì Ãåðìàíîì Õîëëåðèòîì ïåðôîêàðòî÷íîãî òàáóëÿòîðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ ïåðåïèñè íàñåëåíèÿ. Õîëëåðèò îñíîâàë êîìïàíèþ ïî ïðîèçâîäñòâó òàáóëÿòîðîâ, âïîñëåäñòâèè ïðåâðàòèâøóþñÿ â êîðïîðàöèþ IBM. Íà îñíîâå òàáóëÿòîðîâ â 20-30-å ãîäû XX â.
57 âîçíèê ìèðîâîé ðûíîê âû÷èñëèòåëüíîðé òåõíèêè è ñôîðìèðîâàëàñü îòðàñëü ïðîìûøëåííîñòè îáðàáîòêè äàííûõ. 10.  êîíöå 1930-õ íà÷àëå 40-õ ãîäîâ áûë ïîñòðîåí ðÿä ñëîæíûõ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêèõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèõ, ïðåäâîñõèòèâøèõ ïîÿâëåíèå ÝÂÌ. Ê íèì îòíîñÿòñÿ ïðîåêòû Êîíðàäà Öóçå (Ãåðìàíèÿ), Ãîâàðäà Àéêåíà (ÑØÀ, Ãïðâàðäñêèé óíèâåðñèòåò, ã. Áîñòîí)) è Äæîðäæà Ñòèáèöà (ÑØÀ, Bell Laboratories, ÍüþÉîðê). 11. Ïåðâàÿ â èñòîðèè ðàáîòàþùàÿ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìàÿ óíèâåðñàëüíàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà Z-3 áûëà ïîñòðîåíà íåìåöêèì èíæåíåðîì Êîíðàäîì Öóçå â 1941 ãîäó. Îíà áûëà ñîáðàíà íà òåëåôîííûõ ðåëå è óïðàâëÿëàñü ïåðôîëåíòîé. Óñëîâèÿ âîåííîé Ãåðìàíèè íå ïîçâîëèëè Öóçå äîâåñòè ñâîè ïðîåêòû äî ïðîìûøëåííîãî âíåäðåíèÿ. 12. Êðóïíåéøàÿ ýëåêòðîìåõàíè÷åñêàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà MARK-I áûëà ïîñòðîåíà â 1944 ãîäó â ÑØÀ ïî ïðîåêòó Ãîâàðäà Àéêåíà. Îíà èìåëà ïîëíîöåííîå ïðîãðàììíîå óïðàâëåíèÿ è èñïîëüçîâàëàñü äëÿ ðàñ÷åòà àðòèëëåðèéñêèõ òàáëèö. Ïðîãðàììíîå îáåñïå÷åíèå äëÿ ýòîé ìàøèíû ðàçðàáàòûâàëà ãðóïïà îôèöåðîâ ïîä ðóêîâîäñòâîì æåíùèíû-àäìèðàëà Ãðåéñ Õîïïåð. 13. Ïàðàëëåëüíî ñ ãàðâàðäñêèì MARK â êðóïíåéøåì â ÑØÀ èññëåäîâàòåëñêîì èíñòèòóòå â îáëàñòè ðàäèîòåõíèêè Bell Laboratories â 1940 1947 ãîäàõ ïîä ðóêîâîäñòâîì Äæîðäæà Ñòèáèöà áûëî ïîñòðîåíî íåñêîëüêî ðåëåéíûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ñåðèè Bell. Êîíñòðóêöèè ýòèõ ìàøèí ñîäåðæàëè ïåðåäîâûå òåõíè÷åñêèå ðåøåíèÿ, îêàçàâøèå çàìåòíîå âäèÿíèå íà àðõèòåêòóðó áóäóùèõ ÝÂÌ (àïïàðàòíûé êîíòðîëü îøèáîê, àðèôìåòèêà ñ ïëàâàþùåé çàïÿòîé, ñëîæíûå êîìàíäû òèïà îïåðàöèé ñ êîìïëåêñíûìè ÷èñëàìè, ìóëüòèïðîöåññîðíûå âû÷èñëåíèÿ, òåëåîáðàáîòêà).
58
1.10. Êîíòðîëüíûå âîïðîñû 1. Êàêèå âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà äîìåõàíè÷åñêîé ýïîõè âàì èçâåñòíû? 2. Êàêèì ñîáûòèåì îòìå÷åíî íà÷àëî ìåõàíè÷åñêîé ýïîõè â èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè? 3. Êîãäà ïîÿâèëèñü ïåðâûå ýëåêòðè÷åñêèå ìàøèíû? 4. Êàêèì ñîáûòèåì îòìå÷åíî íà÷àëî ýëåêòðîìåõàíè÷åñêîé ýïîõè â èñòîðèè âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè? 5. Êîãäà áûëà èçîáðåòåíà ëîãàðèôìè÷åñêàÿ ëèíåéêà? 6. Êàêîâû äîñòîèíñòâà àíàëîãîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ïî ñðàâíåíèþ ñ öèôðîâûìè? 7. Êàêîâû íåäîñòàòêè àíàëîãîâûõ âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèí ïî ñðàâíåíèþ ñ öèôðîâûìè? 8. êàêîì âåêå áûëè èçîáðåòåíû ïåðâûå ìåõàíè÷åñêèå âû÷èñëèòåëüíûå óñòðîéñòâà? 9. Êòî èçîáðåë ïåðâóþ ìåõàíè÷åñêóþ âû÷èñëèòåëüíóþ ìàøèíó? 10. Êàêèå àðèôìåòè÷åñêèå äåéñòâèÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà Ïàñêàëÿ?
âûïîëíÿëà
11. Êòî èçîáðåë ìåõàíè÷åñêèé äåñÿòè÷íûé ñ÷åò÷èê? 12. ×òî èçîáðåë Ãîòòôðèä Ëåéáíèö? 13. ×òî èçîáðåë ×àðëüç Áýááèäæ? 14.  êàêîé âû÷èñëèòåëüíîé ìàøèíå áûë âïåðâûå ïðèìåíåí ïðèíöèï ïðîãðàììíîãî óïðàâëåíèÿ? 15. Íà êàêèõ êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòàõ áûëà ïîñòðîåíà àíàëèòè÷åñêàÿ ìàøèíà Áýááèäæà?
59 16. Êàêèå èäåè, âîïëîùåííûå â ïðîåêòå àíàëèòè÷åñêîé ìàøèíû Áýááèäæà, îïåðåäèëè ñâîå âðåìÿ íà ìíîãî äåñÿòèëåòèé? 17. Êòî áûë ïåðâûì â èñòîðèè ïðîãðàììèñòîì? 18. ×òî èçîáðåë Ãåðìàí Õîëëåðèò? 19. Êàêèå îïåðàöèè âûïîëíÿë òàáóëÿòîð Õîëëåðèòà îáðàçöà 1887 ãîäà? 20. Êàê ââîäèòñÿ ïðîãðàììà âû÷èñëåíèé â òàáóëÿòîð? 21. Êòî ñ÷èòàåòñÿ îñíîâàòåëåì ôèðìû IBM? 22. Êåì áûëà ïîñòðîåíà ïåðâàÿ â èñòîðèè ðàáîòàþùàÿ ïðîãðàììíî-óïðàâëÿåìàÿ âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà? 23. Íà êàêèõ êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòàõ áûëà ïîñòðîåíà ìàøèíà Z-3? 24. Íà êàêèõ êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòàõ áûëà ïîñòðîåíà âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàøèíà MARK-I? 25. Ãäå áûëà ïîñòðîåíà ìàøèíà MARK-I? 26. Êòî òàêàÿ Ãðåéñ Õîïïåð? 27. Êîãäà ïîÿâèëñÿ òåðìèí debugging? 28.  êàêîé ôèðìå ðàáîòàë Äæîðäæ Ñòèáèö? 29. Íà êàêèõ êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòàõ áûëè ïîñòðîåíû ìàøèíû Bell-I Bell-V? 29. Êàêèå àðõèòåêòóðíûå îñîáåííîñòè, îêàçàâøèå âëèÿíèå íà îðãàíèçàöèþ áóäóùèõ ÝÂÌ, ïðèñóòñòâîâàëè â âû÷èñëèòåëüíûõ ìàøèíàõ Ñòèáèöà?