Многие из нас слышали о далеких временах, когда компьютеры были большими, а данные сохранялись с помощью листов картона с отверстиями. Но история появления компьютера началась гораздо раньше. Рассказываем, как примитивные механические вычислители превратились в современные компьютеры.
Первые сумматоры
Люди старались упростить расчеты с тех пор, как научились считать. Легко можно сложить два и два или сделать пару операций умножения, но если это нужно делать целыми днями — любой человек устанет и начнет ошибаться.
Поэтому еще в Древнем Вавилоне за три тысячи лет до нашей эры появились первые счетные доски — абаки. Удобное приспособление с камешками, которые нужно передвигать по линиям-углублениям, быстро распространилось по миру. Вскоре такими счетами стали пользоваться и в других древних культурах: Греции, Риме, Китае, Индии, арабских странах.
Постепенно люди осваивали более сложные технологии, и счетные устройства тоже становились совершеннее. Во второй половине II века до нашей эры изобрели механизм на базе зубчатых передач — его использовали для астрономических вычислений. В 1900 году греческий водолаз обнаружил древнеримский корабль, затонувший у берегов острова Андикитера. При разборе судна был найден механизм с различными шестеренками — позже его назвали «Антикитерский механизм».
Возраст находки установили по монетам, найденным на том же корабле. Ученые XX века изучали устройство, создавали искусные реконструкции, пытались определить автора. Возможно, им был Гиппарх Никейский — математик и величайший астроном античности, живший на острове Родос. Также подобное устройство создавал другой древнегреческий ученый и философ — Архимед.
Впоследствии многие известные ученые и изобретатели пытались создать собственные счетные машины. В эпоху Возрождения чертежи вычислительного устройства создал великий Леонардо да Винчи. В своих дневниках он описал тринадцатиразрядную суммирующую машину, состоящую из стержней и зубчатых колес. Да Винчи построил чертеж таким образом, что десять оборотов первого колеса должны были приводить к одному обороту второго.
Интересно, что сам ученый свою разработку не собрал — впервые устройство увидело свет только в 1969 году. Тогда специалисты компании IBM построили рабочую металлическую модель по чертежам Леонардо да Винчи. Сделано это было в рекламных целях, но при этом полностью подтвердило состоятельность задумки ученого эпохи Возрождения. Счетную машину Леонардо да Винчи можно считать первой предшественницей современного компьютера — прообразом электронного сумматора.
Позже, в XVII веке, известность обрела другая «бабушка» ЭВМ — «Паскалина». Ее создал французский математик Блез Паскаль. Эта счетная машина могла складывать и вычитать числа. Ученый развивал свой вычислитель: если первые прототипы могли оперировать пятиразрядными числами, то последний справлялся уже с восемью десятичными разрядами.
Интересно, что «Паскалине» даже посвящали стихи, а клерки выступали против нее, боясь потерять свои рабочие места, — совсем как сейчас из-за технологий искусственного интеллекта!
Еще одной вехой истории ЭВМ стал арифмометр, который придумал немецкий механик, логик и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц во второй половине XVII века. Устройство, которое он создал, помогало складывать, вычитать, умножать, делить и извлекать квадратный корень. А еще именно Лейбницу мы обязаны появлением двоичной системы счисления — она используется практически во всех современных компьютерах.
Прообраз ЭВМ
Прообраз ЭВМ придумали еще в XIX веке. Автором был британский математик Чарльз Бэббидж. В исследованиях ученому помогала близкая подруга и единомышленница Ада Лавлейс. Она создала подробное описание проекта аналитической машины Бэббиджа. В состав устройства входили:
- Пространство для хранения чисел — значений переменных, результатов операций.
- Механизм, который выполняет операции с числами из хранилища и сохраняет промежуточные данные.
- Прототип современного процессора — механизм, который выстраивает схему действий аналитической машины. Последовательность операций и значения переменных машина должна была считывать с двух типов перфокарт.
- Кроме этого, ученый предусмотрел необходимость устройств ввода и вывода информации — печать новых перфокарт.
Интересный факт: первое использование перфокарт было никак не связано с информатикой — в 1804 году французский ткач и изобретатель Жозеф Мари Жаккар создал новый станок для выработки крупноузорчатых тканей. Позднее эти ткани стали называть «жаккардовыми». Станок же стал первой в мире машиной, которая управлялась с помощью двоичного кода, записанного на перфокарте: отверстия в картоне отвечали за положение и прокидывание каждой основной нити.
Для Чарльза Бэббиджа аналитическая машина так и осталась теорией. Но его сын Генри продолжил исследования и поставил цель завершить работу. В 1888 году, спустя 17 лет после смерти отца, Генри собрал один из узлов аналитической машины. Позже, в начале XX века, сын ученого построил полноценную модель аналитической машины по чертежам отца — и она действительно заработала, а значит, задумка Чарльза Бэббиджа оправдала себя.
Устройство, собранное Генри Бэббиджем, состояло из арифметического блока и блока для печати перфокарт и полностью воплотило в жизнь записи Ады Лавлейс. Поэтому Чарльза Бэббиджа и его сына Генри можно считать первыми учеными, причастными к изобретению компьютера в его современном виде.
Первые ЭВМ: изобретение военных времен
Серьезным толчком к созданию ЭВМ стала Вторая мировая война. Разработка мощных электронно-вычислительных машин стала одной из приоритетных задач для многих стран, которые участвовали в войне.
ЭВМ были нужны для сложных вычислений, шифрования и дешифровки, анализа данных и управления военными операциями. Проектированием ЭВМ одновременно занимались ученые и изобретатели разных стран, поэтому сложно определить, кому принадлежит первенство в создании компьютера.
Исследования Конрада Цузе в Германии
В 1938 году немецкий инженер Конрад Цузе представил свою первую вычислительную машину — двоичный вычислитель, работающий на электричестве. Изобретатель назвал свою разработку Z1. Модель была экспериментальной и никогда не использовалась для решения практических задач. Цузе построил ее из подручных средств прямо в доме своих родителей, вложил собственные деньги и заручился финансовой поддержкой друзей.
Из-за невысокого качества деталей машина работала с перебоями и не могла выдать точный результат. Устройство состояло из многочисленных проводов и реле, а также имело клавиатуру. Вычислительная машина Z1 была ограниченно программируемой, ввод данных осуществлялся с помощью клавиатуры.
Когда началась война, Конрада Цузе призвали на военную службу, но он добился возможности продолжить разработки. Так в 1939 году свет увидела усовершенствованная демонстрационная модель вычислительной машины — Z2. В этот раз изобретатель использовал телефонные реле вместо обычных переключателей, повысив точность работы.
Ввод данных осуществлялся с помощью перфорированной ленты, Цузе использовал фотопленку. По сути, Z2 стала первой в мире аналоговой вычислительной машиной, которая была запущена в эксплуатацию. Но вскоре государство утратило интерес к разработке Цузе и прекратило финансирование.
Это не заставило ученого сдаться: уже в 1941 году он создал Z3 — первую в мире рабочую свободно программируемую вычислительную машину. Это устройство по своим свойствам было близко к современным компьютерам. Немецкая армия использовала его для расчетов при проектировании военных летательных аппаратов.
Все три машины, построенные Цузе, были полностью разрушены при бомбардировке Берлина в 1944 году. Но уже тогда ученый работал над компьютером Z4 и в 1950 году завершил свой проект. Для него он также разработал первый в своем роде высокоуровневый язык программирования — Plankalkul.
Джон Атанасов, Клиффорд Берри и их вычислительная машина
Разумеется, создать ЭВМ пробовали не только немецкие ученые. Американский физик Джон Атанасов пытался создать машину для решения систем алгебраических уравнений еще с 1937 года. В научном поиске к нему присоединился его аспирант Клиффорд Берри. Вместе они смогли разработать концепт вычислительной машины и в 1942 году успешно построили и протестировали ее.
В отличие от Z3 их устройство, названное ABC, Atanasoff Berry Computer, не было программируемым и выполняло только одну задачу — решение уравнений. ABC не получил широкого распространения и был забыт. Но в 1973 году Верховный суд США постановил отозвать патент у ЭВМ ENIAC, признав, что первым в мире «компьютером» является именно разработка Атанасова и Берри.
Машина Алана Тьюринга
В Великобритании разработку вычислительного устройства вел математик Алан Тьюринг. В 1936 году он описал абстрактную вычислительную машину, которая стала моделью компьютера, способного решить любую задачу. Она получила название «машины Тьюринга», а труды математика заложили основу теории искусственного интеллекта.
Кроме теоретических вычислений, Алан Тьюринг внес огромный вклад в победу во Второй мировой войне. Он вместе с другими учеными работал над дешифровкой немецкой шифровальной машины «Энигма».В конце концов группе удалось создать электромеханическую машину Turing Bombe — «Бомбу Тьюринга».
Первая «бомба Тьюринга» начала работу в 1940 году. В 1943 году Алан Тьюринг вместе с коллегами смог создать более сложную и совершенную дешифровальную машину — Colossus. Немецкие войска использовали аппараты Lorenz SZ для шифрования своих радиосообщений. Colossus стал первой цифровой ЭВМ и смог сократить время расшифровки перехваченных данных до нескольких часов. Для работы машины требовалось 1500 электронных ламп, а более поздняя версия, Mark II, и вовсе использовала 2500 ламп.
Джон Мокли, Джон Эккерт и ENIAC
В 1943 году группа ученых из Пенсильванского университета приступила к разработке первой ЭВМ — ENIAC. Ее главной задачей была автоматизация расчета баллистических таблиц. До появления компьютера их рассчитывали только вручную, с помощью настольных арифмометров. Машина была запущена в 1946 году и ускорила вычисления в 2600 раз. Джон Мокли в своих разработках опирался на опыт и исследования Джона Атанасова.
ЭНИАК стал первым электронным цифровым вычислителем, который можно было перепрограммировать для решения самых разных задач. Но с современным программированием работа ЭНИАК не имела почти ничего общего: для смены программы операторам приходилось переключать кабели. Сама машина была громоздкой, занимала много места, работать с ней было неудобно. Но в 40-е годы XX века эти неудобства с лихвой компенсировались мощностью ЭВМ.
Брук, Рамеев, Лебедев и первая советская ЭВМ
СССР тоже вел разработку вычислительных машин. Начиная с 1948 года исследователи пытались создать аналог ENIAC. Советский ученый-электротехник Исаак Семенович Брук и его ученик Башир Искандарович Рамеев запатентовали свое изобретение — цифровую ЭВМ.
Дата получения свидетельства — 4 декабря 1948 года — считается началом развития информатики в СССР. В отличие от ENIAC, изобретение советских ученых работало не на лампах, которые не отличались высокой надежностью, а на полупроводниковых диодах — такое решение применили впервые. Саму вычислительную машину ЭВМ М-1 строили под руководством Исаака Брука в 1950–1951 годах.
В 1948 году разработкой ЭВМ начала заниматься также научная группа Сергея Алексеевича Лебедева в Киеве. Их малая электронная счетная машина работала на лампах, как и ENIAC, но не имела внешней памяти. Разработка группы Лебедева не пошла в серийное производство, но опередила М-1 на несколько месяцев и стала первой ЭВМ в Советском Союзе. Долгое время она служила пособием для обучения программистов. Сергей Лебедев в последствие руководил созданием 15 новых типов ЭВМ, использующих как лампы, так и интегральные схемы.
Первый персональный компьютер
В 1980-х годах изобретатели перешли к идее «компьютера для домохозяек» — небольшого и простого в использовании устройства, которое сможет использовать человек без специальной подготовки. Тогда и появились первые ПК, похожие на те, что мы знаем сегодня.
Американские компании Apple и Microsoft сыграли ключевую роль в создании и развитии персонального компьютера. Apple основали Стив Джобс, Стивен Возняк и Рональд Уэйн в 1976 году. Они выпустили первый персональный компьютер Apple I. Затем последовал Apple II, который стал популярным благодаря своей простоте использования и широким возможностям.
Microsoft основали Билл Гейтс и Пол Аллен в 1975 году. Они создали одну из первых операционных систем — MS-DOS. Она стала стандартной для многих персональных компьютеров того времени. Microsoft также выпустила серию программного обеспечения, включая пакет офисных приложений Office.
В 1984 году Apple представила Macintosh, первый персональный компьютер с графическим интерфейсом пользователя — это в корне изменило способ взаимодействия людей с компьютерами. Теперь использование ПК было простым и интуитивно понятным. В это же время Microsoft выпустила операционную систему Windows, которая стала конкурентом Macintosh.
Обе компании продолжали развивать свои продукты, улучшая производительность и функциональность персональных компьютеров. Эта эпоха стала золотым веком для индустрии компьютеров и в значительной степени определила будущее цифровой эры.
Коротко о том, как появился компьютер
С глубокой древности люди старались упростить счет и сделать расчеты более точными. За тысячи лет человечество прошло путь от простейших приспособлений, таких как абак, до мощных компьютеров. Но самое бурное время в истории развития компьютеров пришлось на XX век. Тяжелая война в середине столетия подхлестнула ученых из разных стран создавать вычислительные машины для получения технологического преимущества.
В СССР первые ЭВМ появились немного позже — их строительство началось уже после войны, в 1948 году. Параллельно над созданием работали две группы ученых — в Москве и в Киеве. Группа Сергея Лебедева опередила своих «конкурентов» Исаака Брука и Башира Рамеева всего на несколько месяцев.
Развитие информационных технологий привело к тому, что в 1980-х годах для работы с компьютером больше не были нужны ни ученая степень, ни специальное образование.
А сейчас можно не только легко пользоваться компьютером, но и научиться им управлять: развитие компьютеров и языков программирования сделало IT более доступной сферой. Разработчикам больше не нужно использовать перфокарты, переключать кабели — достаточно выучить язык и набраться практического опыта.
