Первые аналитические машины

Основная идея профессора Кембриджского университета Чарльза Беббиджа заключалась в создании аналитической машины, которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. Для этого она должна была уметь выполнять программы, вводимые с помощью перфокарт и иметь устройство для запоминания данных и промежуточных результатов (зачатки памяти).

Наряду с разделением «процессора» и «памяти», в аналитической машине были реализованы возможности условных переходов, разветвляющих алгоритм вычислений, и организации циклов для многократного повторения одной и той же подпрограммы.

Ч. Бэббидж продвинулся настолько, что сумел глубоко заинтересовать и привлечь к программированию своей гипотетической машины дочь Джорджа Байрона Августину Аду Кинг, графиню Лавлейс, обладавшую бесспорным математическим дарованием и вошедшую в историю как «первый программист» (язык «Ада»).

В аналитической машине предусматривались три вида вывода полученных результатов: печатание одной или двух копий, изготовление стереотипного отпечатка, пробивки на перфокартах. Завершая работу над проектом своей вычислительной машины в 1835 г., Чарльз Беббидж в письме, адресованном президенту Королевской академии наук, писал: «Я сам удивляюсь могуществу составляемой мной машины». Разумеется, он имел в виду лишь область вычислений, так как другие применения вряд ли в те времена можно было предвидеть.

Идеи Бэббиджа в полной мере удалось реализовать лишь в середине XX столетия в современных компьютерах. Хотя были и другие попытки создания аналитических машин.

В 1832 г. коллежский советник Министерства внутренних дел российской империи Семен Николаевич Корсаков подал в Императорскую Академию наук в Санкт-Петербурге описание изобретенной им машины, вернее ряда устройств, которые он сам называл «машина для сравнения идей». На современном языке ее можно было бы охарактеризовать как «систему для информационного поиска» или даже «средство для создания баз данных». Основным «носителем информации» в этих устройствах также стали перфокарты, хранившиеся в специальных картотеках. Они могли автоматически (механически) сортироваться и сравниваться по определенным признакам. В его разработках реализованы почти все принципы, составившие основу известного «Табулятора Холлерита», созданного более чем пятьдесят лет спустя.

В 1890 г. в США Г. Холлерит изобрел табулятор, который успешно был использован для обработки результатов переписи населения. Это устройство использовал лучшие идеи предшественников. Источником энергии в нем были электрические батареи, а механические счетчики управлялись электрическими импульсами, которые возникали при замыкании контактов через отверстия перфокарт. Слабые токи впервые использовались для ввода чисел и управления работой машины.

В то же время, что и Холлерит, петербургский изобретатель В.Т. Однер (1874) разработал надежную и удобную в эксплуатации машину (арифмометр Однера), особенностью конструкции которой являлось в применение зубчатых колес с переменным числом зубцов − «колес Однера». В каждом колесе было девять зубцов, угол между двумя зубцами принимался за единицу разряда чисел. Для каждого разряда отводилось отдельное колесо.

В апреле 1914 г., за четыре месяца до начала Первой мировой войны, профессор Харьковского технологического института Александр Николаевич Щукарев по просьбе Московского Политехнического музея приехал в Москву и прочитал лекцию «Познание и мышление». Лекция сопровождалась демонстрацией созданной А.Н. Щукаревым «машины логического мышления», способной механически осуществлять простые логические выводы на основе исходных смысловых посылок.

Лекция имела большой резонанс, а в журнале «Вокруг света» за 1914 г. появилась статья с провидческим названием «Мыслительная машина», в которой написано: «Если мы имеем арифмометры, складывающие, вычитающие, умножающие миллионные числа поворотом рычага, то, очевидно, время требует иметь логическую машину, способную делать логические выводы и умозаключения одним нажиманием соответствующих клавиш. Это сохранит массу времени, оставив человеку область творчества, гипотез, фантазии, вдохновения – душу жизни».

Итак, началась эра вычислительных машин, первыми из которых стали машины релейного типа.

В 1943-44 гг. Говард Айкен (США) создает машину по разработкам Бэббиджа – «Марк-1»: вычислительная машина с автоматическим управлением последовательностью операций. В ней использовались механические элементы для представления чисел и электромеханические – для управления работой машины. Числа хранились в регистрах, состоящих из десятизубых колес. Всего использовалось 72 регистра, плюс дополнительная память из 60 регистров. Умножение и деление производилось в отдельном устройстве. Машина имела встроенные релейные блоки для вычисления функций.

В середине 50-х годов в СССР Н.И. Бессонов создает одну из самых совершенных вычислительных машин релейного типа – РВМ-1. Однако скорость выполнения арифметических операций в таких машинах была недостаточно высока, невысока была и их надежность. Главным их недостатком было отсутствие возможности хранения в памяти программ, но этот недостаток будет устранен существенно позже. Необходимо было искать новые пути совершенствования вычислительной техники.

В XX веке перед вычислительной техникой была поставлена задача существенно более сложная, чем увеличение скорости счета (хотя и это было необходимо). Технические применения, связанные с решением различных задач, требовали автоматизации вычислений. Особенно остро в выполнении трудоемких и точных расчетов нуждались такие области науки и техники, как аэродинамика больших скоростей, гидротехника, космическая баллистика, ядерная энергетика, управление летательными аппаратами и т.д. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим с большими скоростями. Начались разработки электронных вычислительных машин (ЭВМ).

М.А. Бонч-Бруевичем (1918) и английскими учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (1919). Триггерные схемы постепенно стали широко применяться в электронике для переключения релейной коммутации и т.д.