Чарльз Петцольд - Код. Тайный язык информатики

Даже в моей программе для умножения есть ошибка. Если вы запустите ее дважды, то при втором выполнении машина умножит A7h на 256 и прибавит произведение к уже полученному результату. Это связано с тем, что после первого выполнения программы в ячейке 1003h будет находиться значение 0. Когда вы запустите программу во второй раз, к этому значению будет прибавлено число FFh. Значение в ячейке 1003h будет отлично от 0, поэтому программа будет продолжать работу до тех пор, пока значение в этой ячейке не станет равным 0.

Наша машина может выполнять умножение, однако аналогичным образом она может выполнять и деление. Ранее я утверждал, что такая машина может использовать эти примитивные функции для вычисления квадратных корней, логарифмов и тригонометрических функций. Все, что ей требуется, — это оборудование для сложения и вычитания, а также способ реализации условного перехода для выполнения нужного кода. Любой программист скажет, что все остальное можно сделать с помощью программного обеспечения.

Разумеется, это программное обеспечение может быть довольно сложным. Существуют целые книги с описанием алгоритмов , используемых программистами для решения конкретных задач. К обсуждению этой темы мы пока не готовы. Ранее мы работали с целыми числами и не касались вопроса представления десятичных дробей в компьютере. Об этом поговорим в главе 23.

Я уже несколько раз упоминал, что все компоненты для создания таких устройств появились более ста лет назад. Однако компьютер, описанный в этой главе, вряд ли мог быть собран в то время. Многие из концепций, использованных в его конструкции, не были очевидны и в середине 1930-х годов, когда разрабатывались первые релейные компьютеры. Их начали осознавать примерно в 1945 году. До этого люди все еще пытались создавать компьютеры на основе десятичных, а не двоичных чисел. Кроме того, компьютерные программы не всегда хранились в памяти — иногда они были закодированы на бумажной ленте. На заре компьютерной эры память была очень дорогой и громоздкой. Создание массива RAM емкостью 64 килобайт из пяти миллионов телеграфных реле казалось такой же абсурдной идеей, как и сейчас.

Пришло время рассмотреть все, что мы узнали, в контексте истории развития вычислений и вычислительной техники. Возможно, мы обнаружим, что нам не придется собирать этот сложный релейный компьютер. Как я упоминал в главе 12, на смену реле пришли такие электронные устройства, как вакуумные лампы и транзисторы. Вероятно, мы также найдем, что кто-то уже создал устройство, эквивалентное нашему процессору и памяти, умещающееся на ладони.

На протяжении всей записанной истории люди изобретали различные умные устройства и машины, стремясь хоть немного упростить процесс математических вычислений. Несмотря на то что человеческий вид, по-видимому, обладает врожденными способностями к вычислению, в этом нам часто требуется помощь. Нередко мы ставим такие сложные задачи, с которыми не можем справиться самостоятельно.

Развитие систем счисления можно считать самым ранним инструментом, помогавшим людям вести учет товаров и имущества. Представители многих культур, в том числе древние греки и американские индейцы, по-видимому, использовали для счета мелкие камешки и зерна. В Европе это привело к изобретению счетных досок, на востоке — счетов.

Несмотря на то что счеты обычно ассоциируются с азиатскими культурами, они, по-видимому, были завезены торговцами в Китай примерно в 1200 году н. э.

Никто никогда по-настоящему не получал удовольствия от умножения и деления, однако мало кто предпринимал какие-либо действия для решения этой проблемы. Шотландский математик Джон Непер (1550–1617) был одним из таких людей. Он изобрел логарифмы для упрощения счетных операций. Произведение двух чисел — это сумма их логарифмов. Так что, если нужно перемножить два числа, вы находите их в таблице логарифмов, складываете числа из таблицы, а затем ищете в таблице число, логарифм которого соответствует полученной сумме. Построение таблиц логарифмов на протяжении последующих 400 лет занимало одни величайшие умы, в то время как другие разрабатывали небольшие устройства, заменяющие такие таблицы. Долгая история логарифмической линейки началась со счетной линейки, созданной Эдмундом Гюнтером (1581–1626) и усовершенствованной Уильямом Отредом (1574–1660). История этой линейки практически завершилась в 1976 году, когда компания Keuffel & Esser презентовала последнюю произведенную линейку Смитсоновскому институту в Вашингтоне (округ Колумбия). Причиной ее заката послужило изобретение ручного калькулятора.

Кроме того, Непер изобрел еще одно счетное устройство для облегчения умножения, состоящее из рядов чисел, выгравированных на кости или роге, благодаря чему оно получило название «кости Непера». Самый первый механический калькулятор в какой-то мере представлял автоматизированную версию костей Непера, созданную примерно в 1620 году Вильгельмом Шиккардом (1592–1635). Другие калькуляторы, сконструированные из сцепляющихся шестеренок и рычагов, являются почти такими же старыми приспособлениями. Среди наиболее выдающихся изобретателей механических калькуляторов можно выделить двух математиков и философов: Блеза Паскаля (1623–1662) и Готфрида Вильгельма Лейбница (1646–1716).

Наверняка вы помните, какую сложность создавал перенос бита как в первоначальном 8-битном сумматоре, так и в компьютере, который, помимо всего прочего, автоматизировал операцию сложения чисел, имеющих более восьми разрядов. Поначалу этот перенос кажется просто небольшим трюком, использующимся при сложении, однако в случае с сумматорами перенос бита — основная проблема. Если вы разработали сумматор, который делает все, кроме переноса бита, считайте, что вы ни на шаг не приблизились к цели!

Ключевой фактор при оценке старых вычислительных машин — насколько успешно они справлялись с переносом. Например, конструкция механизма переноса, разработанная Паскалем, не позволяла машине производить вычитание. Для того чтобы вычесть одно число из другого, необходимо было дополнение до девяти, которое я продемонстрировал в главе 13. Эффективные механические калькуляторы, которыми могли пользоваться люди, появились только к концу XIX века.

Одним из любопытных изобретений, которому предстояло значительно повлиять на историю вычислений, а также на текстильную промышленность, был автоматический ткацкий станок, разработанный Жозефом Жаккаром (1752–1834). В станке Жаккара, созданном в 1804 году, для задания узора ткани использовались металлические карты с пробитыми в них отверстиями (вроде перфокарт для самоиграющих пианино). Величайшим достижением Жаккара стал его черно-белый автопортрет в шелке, на создание которого потребовалось около десяти тысяч карт.