КАК ПОЯВИЛСЯ КОМПЬЮТЕР? – ЧАСТЬ 2

Сложный зубчатый механизм творил настоящие чудеса — помимо выполнения четырех действий арифметики он умел извлекать квадратный корень! Казалось бы, столь явный шаг вперед не мог ускользнуть от внимания ученых, однако еще много лет созданный Лейбницем прибор пылился в его кладовой — для продолжения исследований и запуска товара на рынок не хватало денег. Лейбниц бросился на поиски спонсора за границу — в далекую Россию, где царствовал известный покровитель наук Петр Первый. Но удача ему так и не улыбнулась: «царь-плотник» отнесся к подаренному экземпляру арифмометра лишь как к диковинной игрушке, переправив его из запасника изобретателя в свой собственный.

Лишь в начале XVIII века дело сдвинулось с мертвой точки. Впрочем, некоторые относят начало эры коммерческих «считалок» аж к 1774 г. Первым дельцом в мире

IT-технологий стал некий Филипп-Маттхауз Хан, наладивший небольшое производство (а главное — сбыт) «считающих машин». Владельцами первых персональных «считалок» стало всего около десятка почтенных граждан — и все же это был настоящий прорыв!

Гораздо больше повезло французу Томасу де Кольмару, который сумел-таки запустить в начале XIX века по-настоящему массовое производство арифмометров — именно благодаря его заслугам арифмометры начали свое победоносное шествие по миру! И в конце XIX века они превратились в настоящий товар массового спроса — во многом, кстати, благодаря самому успешному их продавцу, Витгольду Однеру, во второй половине XIX века наладившему их массовое производство в России! Именно из нашей страны эти компактные и недорогие устройства разошлись по всему миру: на долгие десятилетия арифмометры Однера стали мировым стандартом…

Однако не от них произошли современные компьютеры — потомками однеров- ских арифмометров стали калькуляторы и кассовые аппараты. А новый принципиально важный шаг в сторону Компьютера был сделан задолго до него — еще в самом начале XIX века…

Но перед тем как рассказать об этом, остановимся еще на минутку. И подумаем о том, чего именно не хватало арифмометрам для того, чтобы стать пусть примитивными, но все же компьютерами.

Они могли легко оперировать со сложными числами, производя с ними все мыслимые арифметические действия, позволяли проводить многоступенчатые вычисления. Но все эти устройства были предназначены только для ОДНОГО набора действий, и научиться другому просто не могли. Для этого пришлось бы создавать абсолютно новое устройство…

А между тем уже существовали устройства куда более гибкие и обучаемые.

Вспомним простую шарманку, с которой ходил по дворам папа Карло, или ее более изящных родственников — музыкальные шкатулки. По сути, эти устройства, близкие к арифмометрам — они также работают по принципу «зубчато-колесного» двигателя или заменяющего его валика со шпеньками и также позволяют автоматизировать сложнейший процесс извлечения музыки: достаточно лишь покрутить ручку, чтобы полилась мелодия.

Но некоторые модели этих древних «мультимедиа-устройств» умели то, что оказалось не под силу арифмометрам: они могли обучаться. Достаточно было лишь заменить в шкатулке один шпеньковый барабан на другой — и из нее лилась уже другая мелодия…

А что, если это полезное свойство использовать не только в музыкальных игрушках?

Именно так и поступил лионский ткач Жозеф-Мари Жаккар, создавший первое в мире программируемое устройство — ткацкий станок, который мог самостоятельно, по заданной «программе» (подобной той, что заложена в музыкальной шкатулке), украшать ткань затейливыми узорами. При этом «программы», хранившиеся на металлической пластинке с отверстиями, можно было менять — и станок начинал работать уже по-иному! Свое изобретение Жаккар представил на Всемирной выставке в Париже (1804 г.) и сумел привлечь к нему немало внимания… Это событие вызвало бурю негодования у его коллег-ткачей, справедливо полагавших, что «станок с программным управлением» оставит их без работы! Увы, бурные протесты им не помогли — уже через 15 лет станки Жаккара стали использоваться на крупнейших фабриках Франции.

Пока творение французского ткача покоряло мир, на другой стороне Ла-Манша делал свои первые наброски чертежей скучающий английский аристократ и математик Чарльз Бэббидж, который решил построить нечто, названное им «разностной машиной». По сути, это и был первый настоящий прообраз современного компьютера — механическое устройство, способное выполнять расчеты высокой степени сложности (первоначально Бэббидж хотел создать нечто вроде механического аналога логарифмической линейки). Это была еще не революция — всего лишь усовершенствованный арифмометр… Но в начале 1833 г. Бэббидж принялся за новый проект — «Аналитическую машину». Взяв за основу творение Жаккара, математик хотел, чтобы его машина не просто считывала алгоритм своей работы с внешнего «носителя» (бумажной перфоленты), но и выводила результаты своей работы на такую же ленту! Кроме того, Бэббидж сразу же решил, что состоять его машина будет из нескольких различных блоков:

•      устройства для ввода и вывода данных;

•     «накопителя», в котором будут сохраняться промежуточные результаты;

•     «мельницы» для проведения вычислений;

•          направляющего устройства, которое будет контролировать работу «мельницы» и других устройств.

Наверное, Бэббидж в конце концов прекратил бы работу над этой грандиозной идеей (опередившей свое время лет на 50), если бы в дело не вмешалась женщина — юная Ада Лавлейс, дочь лорда Байрона. Увлеченная математикой до безумия, она буквально гнала Бэббиджа вперед, не только придавая его идеям законченную и гармоничную форму, но и подбрасывая ему новые ценные мысли. Собственно, именно Ада Лавлейс всего за пару лет разработала принципы программирования и даже написала несколько программ для не существующей еще машины Бэббиджа…

Ни Бэббидж, ни Ада так и не увидели свое детище в работе — «аналитическая машина» так и осталась на бумаге, в виде горы чертежей и набросков. И лишь в XX веке она была построена группой американских студентов — как дань памяти «отцу компьютеров»…

На создание своей так и не родившейся машины Чарльз Бэббидж потратил половину своей жизни. А всего через двадцать лет после того, как его душа покинула наш мир, его идеи были воплощены в жизнь молодым американским инженером Германом Холлеритом. И это уже было устройство новой эпохи — от него не веяло пышностью и неповоротливостью технического средневековья. Функционально, удобно — и практично!

Стоит, правда, заметить, что в отличие от «анализирующей машины» Бэббиджа табулятор Холлерита не был универсальным устройством. Да и к «вычислителям» его можно отнести с трудом. Фактически, единственное, что умело делать устройство — прогонять через себя бумажные пластинки-карты с пробитыми в определенном порядке отверстиями и считывать с них результаты с помощью металлических игл (если игла попадала в отверстие и касалась металлической подложки, цепь замыкалась и на счетчике результатов прибавлялась единица). Свою машину Холле- рит создал специально для подсчета результатов переписи населения США, и идею с перфокартами ему, по легенде, подсказал железнодорожный кондуктор, прокомпостировавший билет прямо перед носом разбуженного изобретателя.

Если вдуматься, нового в изобретении Холлерита было немного. Да, он одним из первых использовал электричество при вычислениях — но такие попытки делались и ранее. Да, он использовал перфокарты в качестве носителей информации, но это за

столетие до него уже сделал Жаккар.

Главная заслуга Холлерита не в этом, и даже не в том, что с его подачи вычислительное устройство было впервые применено для решения задач общенационального масштаба. Гораздо более ценна его задумка — кодировать на перфокартах статистические данные: состав семьи, вероисповедание, пол опрашиваемых… Благодаря ему вычислитель впервые работал не просто с цифрами, а с закодированными данными! И сегодня, когда наши компьютеры с легкостью переваривают не только числа, но и текст, графику или звук, мы должны с благодарностью вспомнить о Холлерите.

Кстати, через несколько лет после завершения знаменитой переписи Холле- рит возглавил небольшую компанию по производству и продаже вычислительных устройств Tabulating Machine Company, которая еще через два десятилетия получила название International Business Machines. Сокращенно — IBM. Стало быть, именно Холлерит стал в некотором роде «крестным отцом» наших современных персоналок, появившихся на свет именно благодаря этой компании.

Но до рождения компьютеров оставалось еще восемь десятилетий — и несколько поколений вычислительных устройств.

Перенесемся еще на три десятилетия вперед…

Этот «скачок» совершенно не значит, что между созданием табулятора Холлери- та и интересующим нас концом тридцатых годов ничего не происходило. Конечно, выпускались десятки моделей все новых и новых вычислителей, считающие устройства становились все совершеннее, но… и только. Несмотря на сочетание старых добрых зубчатых колес с новомодными электромеханическими реле, «вычислители» оставались всего лишь вычислителями…

Нужно было появление принципиально новой схемы работы, чтобы вывести эти устройства на качественно новый уровень. И эта схема была придумана немецким инженером Конрадом Цузе, еще в 1938 г. создавшим первый вычислитель нового поколения — Z1, а через два года — улучшенные модификации Z2 и Z3.

Как и неосуществленный проект Бэббиджа, машина Цузе состояла из нескольких блоков: управляющее устройство, вычислительный блок на основе 2600 электромеханических реле, устройство ввода-вывода и, наконец, память! Последнее стоит отметить особо: именно Цузе создал первый образец механической «оперативной памяти» (на основе подвижных металлических стержней) и получил на него патент в 1936 г. Таким образом, его устройство было способно сохранять в своей памяти промежуточные результаты расчетов — а значит, и выполняемые им операции могли быть намного сложнее.

По современным меркам, скорость работы вычислителя Цузе была невелика — она составляла около 5 Гц, что в миллионы раз меньше сегодняшних персоналок! Зато этот компьютер мог понимать простейшие программы, вводимые с перфоленты.

По вполне понятным причинам, довести свою разработку до совершенства Цузе не смог, хотя после войны продолжил работу в области компьютеростроения. А вот его американскому коллеге Говарду Эйкену повезло больше: созданный им в 1943 г. вычислитель Mark I исправно нес службу на благо военного ведомства США (в частности, ему было поручено рассчитывать баллистические таблицы для артиллерии).

В этом же году группа ученых во главе с Джоном Мочли и Преспером Эккертом начала работу над другой машиной, которой было суждено стать Первым Компьютером в истории (вы заметили, что на протяжении всей главы автор упорно отказывался употреблять это слово в отношении более древних устройств?). Речь идет о знаменитом ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Calculator), первой вычислительной машине, сердцем которой стали электронные лампы (около 18 ООО), первом представителе первого поколения ЭВМ. Этот гигантский компьютер занимал площадь около 300 квадратных метров и мог работать без перерыва лишь несколько десятков минут: лампы то и дело перегорали, а выход из строя одной из них означал остановку всей машины.

Жизнь ENIAC была недолгой: он устарел уже к 1949 г., когда на свет появился его наследник — компьютер EDSAC, первая машина, способная сохранять программу в своей памяти. Еще через два года появился UNIVAC — первый компьютер, снабженный памятью на магнитных лентах. Одновременно с ним родилось и новое устройство — принтер, который использовался для вывода полученных результатов.

К началу пятидесятых годов относится и расцвет отечественной компьютерной индустрии. В 1950-1952 гг. группа Киевского института электротехники под руководством академика Лебедева создает уникальные компьютеры МЭСМ (Малая электронно-счетная машина) и БЭСМ (Большая электронно-счетная машина), признанные самыми мощными компьютерами в мире.

А летом 1948 г. родилось устройство, которому было суждено стать сердцем всех НАСТОЯЩИХ компьютеров, вытеснив электронные лампы — транзистор! Именно транзисторы стали теми кирпичиками, из которых выросли современные процессоры.

Работает это нехитрое устройство по принципу… ну, скажем, таможни. Транзистор нахально усаживается на пути у электрического тока и делает вид, что он очень грозный и неприступный — мол, ни одного электрона через свое брюхо он не пропустит. Но помимо двух контактов — входного и выходного — у транзистора есть еще один — «затвор». И если этому контакту предложить мзду в виде электрического сигнала — заметим, куда более слабого, чем входной поток! — то «затвор» гостеприимно распахнется: путь свободен! Этот фокус становится возможным благодаря хитрому материалу — «полупроводнику», который начинает пропускать через себя ток лишь при определенных условиях. При разработке первых транзисторов использовались дорогостоящие германиевые кристаллы, позднее их изменили на дешевый кремний.

Первоначально роль таких «переключалок» выполняли электронные лампы, устроенные по тому же принципу: здесь тоже есть два контакта, а роль «затвора» выполняет металлическая сетка. Но лампочка уж больно прожорлива, громоздка, энергию кушает по-слоновьи… А самое главное, живет недолго (у самых продвинутых ламп срок службы измеряется часами, а их, лампочек, в старых компьютерах были многие тысячи).

Вот почему изобретение в 1948 г. крохотного транзистора (его «отцами» стали американские физики Уолтер Браттайн и Джон Бардин) стало настоящей революцией: теперь работу большой и капризной лампы мог выполнять элемент величиной с ноготь! Устроен транзистор достаточно просто: как и в лампе, здесь есть два контакта (вход и выход), а между ними помещается «затворная» зона. Все это богатство расположено на подложке из диэлектрика — кремния, «удобренного» специальными добавками.

С переходом на транзисторы компьютеры стремительно уменьшились в размерах: «вычислитель», ранее требовавший помещения размером с заводской цех, стал умещаться в небольшой комнате! Так, в 1955 г. Фирма Bell Laboratories создает первый транзисторный компьютер второго поколения TRADIC, содержащий 800 транзисторов и 10 ООО диодов, а в 1960 г. компания DEC выпустила легендарный «мини»-компьютер PDP-1, умещавшийся в углу небольшой комнаты.

Но эволюция компьютеров на этом не остановилась: размеры транзисторов постоянно уменьшались… И 12 сентября 1958 г. в электронном мире произошла новая революция: сотрудник компании Texas Instruments Джек Килби придумал элементы, объединяющие множество транзисторов — интегральные схемы. Первая из них содержала всего пять транзисторов, позднее их число увеличилось до десятков и даже сотен!

Появление интегральных микросхем породило новый вид вычислительных машин — компьютеры третьего поколения, ЭВМ, способные выполнять 300 млн операций в секунду. Именно для них были созданы первые операционные системы. Одними из самых успешных компьютеров третьего поколения стали вычислители серии IBM System/360 — то был первый по-настоящему массовый компьютер, продававшийся в количестве более 10 000 экземпляров в год! Для компьютеров этой серии выпускалось около 40 периферийных устройств, при этом впервые все модификации компьютеров и устройства были полностью совместимы между собой.

Но и этому поколению компьютеров оставалось жить недолго: уже в 1971 г. компания Intel представила новую разработку, объединившую на одном кристалле более двух тысяч транзисторов! Так родился микропроцессор — а вместе с ним родилось четвертое поколение компьютеров — то самое, с которым мы и работаем сегодня. Правда, нынешние процессоры работают чуть-чуть быстрее своих предков: если в первом процессоре Intel 4004 содержалось всего лишь 2300 транзисторов, то в новейшем Core 2 Duo их уже почти 300 млн, а размер одного транзистора в современном процессоре не превышает 65 нанометров. Для наглядности поясним, что на кончике человеческого волоса может поместиться более 1000 транзисторов!

Сегодня мы стоим на пороге появления компьютеров нового, пятого поколения, основанного на нанотехнологиях: в них роль хранителей и обработчиков информации возьмут на себя уже не кремниевые процессоры, а особые органические молекулы! Удивляться тут нечему: достаточно вспомнить об одном из самых емких запоминающих устройств на нашей планете — молекуле ДНК, которая обладает рекордной плотностью записи информации: для хранения одного гена она использует комбинацию всего лишь 32 атомов! Для сравнения — в современной памяти на основе кремниевых микросхем для хранения одного-единственного бита используется более 20 атомов!

А если пойти еще дальше, до самого теоретического предела — носителя, где один бит информации соответствует одному-единственному атому? Возможно и это — правда, пока только в теории. Американский ученый Ричард Фейнман, один из авторов концепции «атомной памяти», подсчитан, что используя «идеальный» носитель, можно сохранить всю созданную человечеством информацию на крохотном кубике с размером граней не более 0,1 мм!

И пусть до создания подобной «умной песчинки» еще далеко, решимость приблизиться к идеалу не покидает ученых…

Впрочем, какими бы не были компьютеры, все они устроены по одному и тому же принципу сформулированному еще полвека назад американским ученым Джоном фон Нейманом.

«Компьютер фон Неймана» включает в себя следующие устройства:

•          процессор, состоящий из АЛУ (арифметическое логическое устройство), через которое проходит поток данных, и УУ (устройство управления), через которое проходит поток команд;

•     память, в которой хранятся в единой цифровой форме и команды, и данные;

•     устройства ввода(^вывода.

Устройство, удовлетворяющее всем этим требованиям, появилось лишь в начале 50-х годов (хотя «первым компьютером» в литературе чаще всего называют «вычислитель» ENIAC, созданный в 1946 г.).

Что же касается наших любимых «персоналок», то у их истории есть сразу три отправные точки:

•          1975 — Появление прервого мини-компьютера Altair, на толстой шкуре которого оттачивал свои зубки юный Билл Гейтс (история его романа с «Альтаи- ром» весьма душещипательно показана в мелодраме «Пираты Силиконовой Долины», который я вам анстоятельно рекомендую).

•          1976 — Гаражный проект двух Стивов — Возняка и Джоббса. Плодом их романа стал неказистый деревянный уродец под названием Apple I — из этого «семечко» выросло могучее древо самых популярных «персоналок» на половине планеты.

•          1981 — Под впечатлением успехов Apple компания IBM с примкнувшим к ней Биллом Гейтсом выпускает легендарную IBM PC с не менее легендарной операционной системой DOS на борту. Их потомками мы сегодня и пользуемся: IBM PC положил начало семейству «IBM PC-совместимых» персоналок, на одной из которых вы, вероятнее всего, сейчас и работаете. Ну а из DOS со скрипом, муками и «глюками» выросла знакомая вам операционная система Windows, изучением которой мы займемся чуть погода, когда разберемся с «железом».

На этом с огромным сожалением прервем наш исторический экскурс и перейдем к практике. Возьмемся за скальпели… точнее, за отвертки, и постараемся загллянуть внутрь компьютера. Ибо программы программами, а минимальные знания «железа» нам очень даже пригодятся.

Источник: Леонтьев В. П. Новейшая энциклопедия компьютера 2011. — М.: OЛMA Медиа Групп, 2010. — 960 е.: ил. — (Новейшая энциклопедия.)

Похожие посты:

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий