Читать книгу «Інформатика. Дитяча енциклопедія» онлайн.

Аналітична машина, на думку вченого, повинна була:

• виконувати прості арифметичні дії;

• запам’ятовувати вхідні та проміжні дані, результати обчислень;

• запам’ятовувати послідовність вказівок, за якими треба розв’язувати завдання;

• виводити результати обчислень;

• автоматично припиняти обчислення після виконання завдання;

• повторювати цикл обчислень.

У новій машині передбачався пристрій «вітряк» (за сучасною термінологією – арифметичний пристрій), який виконував усі арифметичні дії. Вхідні дані та проміжні результати запам’ятовували на регістрах, які об’єднували у єдиний пристрій – «склад» (за сучасною термінологією – пам’ять). Інструкції (або команди) вводилися в аналітичну машину за допомогою перфокарт. На жаль, на той час подібний пристрій сприймався сучасниками як задум фантастичний і нереальний. Сам Беббідж також не міг уникнути технічних вад конструкції.

Аналітична машина мала бути не меншою за залізничний локомотив, її внутрішня конструкція являла собою хаотичне нагромадження сталевих, мідних та дерев’яних деталей, що приводились у дію паровим двигуном. Найменша нестабільність – і машина була зруйнована.

Машина Беббіджа

Аналітична машина Беббіджа так і не була побудована. Його машина набагато випереджала технічні можливості свого часу, і довести її створення до кінця було практично неможливо. Усе, що залишилося від неї для нащадків, – це стоси креслень та малюнків.

Брати Георг та Едвард Шойц зі Стокгольма побудували перший механічний комп’ютер (варіант 1922 року), який використовував роботи Ч. Беббіджа. Машину Шойців було нагороджено золотою медаллю на Всесвітній виставці в Парижі. Через рік британський уряд, який свого часу відмовився підтримувати проект Беббіджа, замовив одну з таких машин для урядової канцелярії.

Разом з Беббіджем працювала дочка великого поета Байрона – Августа Ада Лавлейс. Вона створила для машини декілька програм, які зберігались на спеціальних носіях – перфокартах. Ада довела, що машина спроможна не тільки вирішувати завдання числового характеру, але й виконувати операції над словами. На честь Ади Лавлейс названо одну з мов програмування – Ада. Аду Лавлейс вважають першим програмістом.

Августа Ада Лавлейс

Звичайно ж, у справу створення сучасного комп’ютера вклали свої відкриття не тільки математики та механіки. Без передачі електричних сигналів по дротах і платах неможливо уявити сучасну техніку. Ще 1836 року Самуель Морзе (1791–1872) запатентував свій винахід – телеграф. А 24 травня 1844 року він послав по дротах цитату з Біблії з Вашингтона до Балтимора на відстань 58 км (36 миль). Для зв’язку були використані два електричних дроти, а передача проводилась за допомогою азбуки Морзе. Широке використання телеграфу мало велике значення для розвитку економіки та промисловості.

Англійський математик Джордж Буль (1815–1864) вивчав закони логіки, ввів у вжиток новий розділ математики. Його назвали булевою алгеброю. Кожна величина у ній може приймати тільки одне з двох значень: хибність або істина, 0 або 1. Звичайно ж, булева алгебра – зручний інструмент для двійкового комп’ютера.

Американський логік Чарлз Сандерс Пірс познайомив у 1867 році з алгеброю Джорджа Буля американську наукову громадськість, коротко виклавши сутність цієї системи у своїй доповіді для Американської академії наук і мистецтв. Протягом двох наступних десятиліть Пірс витратив чимало часу та сил, модифікуючи й розширюючи булеву алгебру. Він усвідомив, що бінарна логіка Буля добре підходить для опису електричних схем, що перемикаються. Наприклад, струм у ланцюгу може або протікати, або бути відсутнім, подібно до того, як твердження може бути або істинним, або хибним. Електричний перемикач багато в чому діє як логічний вентиль. Він пропускає струм (що відповідає значенню «істина») або ні. Самого Пірса значно більше цікавила логіка, ніж електрика. І хоча пізніше він придумав просту електричну логічну схему, її не було зібрано.

Джордж Буль

У Росії теж продовжувалися пошуки зручних арифметичних машин. У 1846 році петербурзьким учителем музики Куммером запропоновано механічний пристрій для автоматизації обчислень (обчислювач Куммера). Цей пристрій серійно випускався (з різними модифікаціями) до 70-х років XX століття. Ще одна механічна машина, яка знайшла широке використання, – арифмометр. Його механічне клацання довгий час було чути там, де була потреба в численних розрахунках. Сорок моделей оригінальних механізмів створив видатний російський математик та механік П.Л. Чебишев. І серед них – арифмометр (1878), особливістю якого був оригінальний пристрій для перенесення десятків із молодших розрядів до старших. Для свого часу це була найдосконаліша лічильна машина. Ідеї, покладені в основу цього арифмометра, стали базовими для багатьох сучасних лічильних пристроїв. У 1875 році петербурзький інженер В. Т. Однер сконструював зручний механічний арифмометр, який мав зубчатку зі змінним числом зубців. Арифмометр Однера дозволив проводити обчислювальні операції зі швидкістю до 250 дій з чотиризначними цифрами на годину. За короткий проміжок часу цей арифмометр завоював увесь світ і на Всесвітній виставці в Парижі, яка була проведена на початку нового XX століття, був нагороджений золотою медаллю. Промисловий випуск арифмометрів у Росії почався в 1894 році. Їх модифікація, яка мала назву «Фелікс», випускалася до 70-х років XX століття.

У 1876 році Александер Грейам Белл сконструював аналоговий телефон. У 1878 році Томас Едисон винайшов вуглеводний мікрофон, яким користуються і зараз, після чого почалося широке використання телефонного зв’язку.

Американський інженер Герман Холлеріт (1860–1929), син німецького емігранта, сконструював у 1884 році табулятор – електричну обчислювальну машину, яка автоматизувала процес обробки даних при проведенні перепису населення. У США перепис населення проводився кожні 10 років. Із зростанням населення це стало дуже складним процесом. Так, у 1887 році все ще підбивали підсумки перепису 1880 року. Багато хто розробляв методи швидкої обробки підрахування підсумків. Уперше машина Холлеріта була випробувана 1887 року. У 1890 році вона перемогла в конкурсі машин для обробки даних перепису населення США. У цій машині використовувалися перфокарти. Дані про кожного мешканця зберігалися на окремій перфокарті. Розташування і число отворів відповідало таким відомостям, як вік, сімейний стан тощо. Карта вставлялася в машину, де на неї натискали кінці дроту. Коли дріт співпадав з отвором, він замикав коло струму і лічильник пересувався на одну поділку. Винахід Холлеріта настільки прискорив методи обробки даних, що підсумки перепису 1890 року було підбито всього через шість тижнів. Заснована Холлерітом у 1887 році фірма спеціалізувалася на випуску перфораторів. Ця фірма існує і сьогодні. Вона носить назву IBM і є одним з найбільших у світі виробників комп’ютерів.

Герман Холлеріт

У Массачусетському технологічному інституті (МІТ) у 1927 році розробили аналоговий комп’ютер.

У 1928 році в США емігрант з Росії Володимир Зворикін створив електронну катодну трубку (CRT). Її принципи досі використовуються в телевізорах та моніторах.

Хоча прообразом ЕОМ вважають аналітичну машину Ч. Беббіджа (1833), її безпосереднім попередником можна назвати електромеханічну цифрову обчислювальну машину на електромагнітних реле, створену у 1937 році американським ученим Г. Ейкеном.

Першу ж обчислювальну машину на електричних реле створив у 1925 році американський учений В. Буш, у 1930 році він розробив диференціальний аналізатор на електронних лампах.

У 1936 році англієць Алан Тьюринг опублікував роботу «Про обчислювальні числа», заклавши, таким чином, основи теорії алгоритмів. А. Тьюринг ввів можливість створення універсальної обчислювальної машини, яка керується програмою, чого так і не зміг домогтися Беббідж. Ця машина отримала назву «машина Тьюринга».

Під час Другої світової війни багато країн працювали над створенням обчислювальних машин. Учені різних країн не знали про розробки одне одного, тому багато робіт Тьюринга були в той час невідомі. А. Тьюринг очолював групу створювачів першого електронного комп’ютера для Британської розвідки під час Другої світової війни. У 1942 році машина була створена, але всі відомості про неї були засекречені до 1975 року.

У 1936 році випускник одного з американських університетів Клод Шеннон ліквідував розрив між алгебричною теорією та її практичним додатком. Свої ідеї стосовно зв’язку між двійковими числами, булевою алгеброю та електричними схемами Шеннон розвинув у докторській дисертації, опублікованій 1938 року. Ця робота вважається поворотним пунктом в історії розвитку сучасної інформатики та обчислювальної техніки. Ідеї ще однієї фундаментальної праці «Математична теорія зв’язку» згодом лягли в основу нової галузі науки – теорії інформації.

За визначенням Клода Шеннона, найменша одиниця інформації у двійковому коді, який застосовується в сучасних комп’ютерах, – це біт.