В. Морозов - История инженерной деятельности

В 1672 г., находясь в Париже, Лейбниц познакомился с голландским математиком и астрономом Христианом Гюйгенсом. Видя, как много вычислений приходится делать астроному, он решил изобрести механическое устройство, которое облегчило бы расчеты. «Поскольку это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машины», – заметил Лейбниц.

В 1673 г. он изготовил механический калькулятор. «Арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница – двенадцатиразрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. «Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно» - с гордостью писал Лейбниц своему другу. Но прославился он прежде всего не этой машиной, а созданием дифференциального и интегрального исчисления. Он заложил также основы двоичной системы счисления, которая позднее нашла применение в автоматических вычислительных устройствах.

Прошло еще более ста лет и лишь в конце ХVIII в. во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники – «программное» управление ткацким станком с помощью перфокарт, созданным Жозефом Жакаром, и технология вычислений при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, который разделил численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, приведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой.

Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники – переход от ручного к автоматическому выполнению согласно составленной программе. Им был разработан проект аналитической машины – механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). Машина включала пять устройств – арифметическое (АУ), запоминающее (ЗУ), управления, ввода (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя). АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений: сложение и вычитание за 1 с., умножение и деление – за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода. Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы были составлены Адой Августой Лавлейс – дочерью Байрона.

Были изготовлены отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости построить не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50 тыс. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Беббидж. Гениальную идею Беббиджа осуществил Говард Айкен, американский ученый, создавший в 1944 г. первую в США релейно-механическую ВМ – Марк – I. Ее основные блоки – арифметики и памяти были использованы на зубчатых колесах! Если Беббидж намного определил свое время, то Айкен, использовал все те же зубчатые колеса, т.е. в техническом плане при реализации идеи Беббиджа использовал устаревшие решения. Еще десятью годами ранее, в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе, работавший над дипломным проектом, решил сделать (у себя дома) цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием – впервые в мире! – двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала! Она была двоичной, 22-х разрядной, с плавающей запятой, с памятью на 64 числа и все это на чисто механической (рычажной) основе! В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной ВМ, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

Пионерами электроники оказались и англичане – в 1942-43 гг. в Англии была создана (с участием Алана Тьюринга) ВМ «Колос». В ней было 2 тыс. электронных ламп! Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта.

Работы Цузе и Тьюринга были секретными. О них в то время знали немногие. Они не вызывали какого-либо резонанса в мире. И только в 1946 г., когда появилась информация об ЭВМ «ЭНИАК» (электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д. Мочли и П. Эккертом, перспективность электронной техники стала очевидной. (В машине использовалось 18 тыс. электронных ламп и она выполняла около трех тысяч операций в секунду). Однако машина осталась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.

Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили почти одновременно, в 1949-1952 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс, ЭДСАК, 1949 г. Сергей Лебедев, МЭСМ, 1951 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман ЭДВАК, 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.

В истории вычислительной техники есть немало интересных фактов и событий. К ним относится забытая «Мыслительная машина» профессора А. Н. Щукарева. В апреле 1914 г., за четыре месяца до начала Первой мировой войны профессор Харьковского технологического института Александр Николаевич Щукарев по просьбе 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. Присутствовавший на ней профессор А. Н. Соков откликнулся статьей с провидческим названием «Мыслительная машина» (журнал «Вокруг света», № 18, 1914 г.), в которой написал: «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».

«Машина логического мышления» А. Н. Щукарева представляла собой ящик высотой 40, длиной – 25 и шириной 25 см. В машине имелись 16 штанг, приводимых в движение нажатием кнопок, расположенных на панели ввода исходных данных (смысловых посылок). Кнопки воздействовали на штанги, те на световое табло, где высвечивался (словами) конечный результат (логические выводы из заданных смысловых посылок).