Что общего у компьютера и ткацкого станка, какая компьютерная разработка обошлась дороже создания ядерного оружия и сколько комнат в “хрущевке” займет первая советская ЭВМ.
Машина Шиккарда — 1623 г.
Информация о первой в мире вычислительной машине дошла до нашего времени случайно — ее обнародовал в 1957 году директор Кеплеровского научного центра Франц Гаммер. Работая в штутгардской библиотеке, Гаммер обнаружил копию эскиза некоего счетного устройства. Дальнейшие исследования показали, что эскиз принадлежит математику и астроному Вильгельму Шиккарду (1592 — 1635). Нашлось также письмо Шиккарда легендарному астроному Иоганну Кеплеру, в котором он подробно описывал строение устройства и ссылался на этот чертеж.
Машина Шиккарда, чье устройство основано на зубчатом механизме, могла автоматически выполнять четыре математических действия над шестиразрядными числами. При жизни ученого было изготовлено два экземпляра машины, один из которых предназначался Кеплеру. Однако в 1624 году обе машины сгорели во время пожара. Восстановить копию машины по эскизам Шиккарда удалось лишь в 60-х годы XX века.
Суммирующая машина Паскаля — 1642 г.
О машине Шиккарда знал только сам ученый и его соратники. Куда большую известность приобрела суммирующая машина, которую изобрел французский математик Блез Паскаль (1623 — 1662) и которая три столетия считалась первым механическим вычислительным устройством. На изобретение машины Паскаля вдохновил его отец, который работал сборщиком налогов. Наблюдая за тем, какое количество расчетов приходится делать отцу, 19-летний Блез задумался, как можно автоматизировать эти операции. Так появилась суммирующая машина Паскаля или “Паскалина”.
Устройство представляло собой ящик с множеством шестеренок внутри и наборными колесами снаружи — каждое число соответствует десятичному разряду числа. Складываемые числа вводились с помощью поворота этих колес. Когда после цифры 9 колесо совершало полный оборот, оно сдвигало соседнее колесо, соответствующее старшему разряду, на одну позицию.
Основной недостаток машины состоял в том, что выполнять другие операции кроме сложения и вычитания на ней было очень неудобно, но главное достижение “Паскалины” — принцип связанных друг с другом зубчатых колес, который использовали в основе вычислительных устройств в последующие триста лет. Всего вышло более 50 вариаций суммирующей машины: Паскаль на протяжении десяти лет совершенствовал свое изобретение. Правда, коммерческого успеха машина не принесла — ученый продал чуть больше десятка устройств. В настоящее время сохранились только восемь.
Арифмометр Лейбница — 1673 г.
Новаторское устройство, позволяющее с легкостью производить все четыре основные математические операции, появилось на три десятка лет позже “Паскалины”. Его изобрел математик Готфрид Вильгельм Лейбниц и называлось оно арифмометр. Этот механический калькулятор имел схожий с устройством Паскаля принцип работы, только в конструкцию арифмометра также была включена движущаяся часть. Также у машины имелась ручка, с помощью которой можно было крутить ступенчатое колесо, находящееся внутри (впоследствии его заменили цилиндром). Движущийся механизм позволял быстрее складывать и упрощал умножение и деление.
История создания машины в чем-то похожа на историю “Паскалины” — Лейбниц познакомился с голландским астрономом Христианом Гюйгенсом и, увидев, сколько сложных расчетов ему приходится производить, начал думать над тем, как сэкономить время ученых. Презентация устройства прошла в 1673 году на заседании Лондонского королевского общества. Первая модель механического калькулятора была малоразрядной. Двенадцатиразрядная модель, которую можно использовать для сложных вычислений, появилась только в 1694 году.
Из-за очень высокой стоимости арифмометр был мало распространен, однако сам Лейбниц утверждал, что устройства у него постоянно заказывают. Одним из обладателей машины был Петр I, который постоянно общался с ученым и даже присудил ему титул тайного советника юстиции. Свой экземпляр устройства Петр подарил китайскому императору.
Ткацкий станок Жаккарда — 1804 г.
Среди далеких предков компьютера были не только калькуляторы, но и ткацкий станок. Французский изобретатель Жозеф Мари Жаккард размышлял о том, как можно автоматизировать производство ткани со сложным узором. С этой целью он придумал первый в истории носитель информации — перфокарту. Ими он оснастил ткацкий станок. Колода перфорированных карт, соединенных в цепь, задавала узор: сочетание просеченных и непросеченных мест на карте позволяло поднимать и опускать нити основы ткани в нужной последовательности. Каждая нить при этом управлялась в отдельности.
Это изобретение оказало мощнейшее влияние на трансформацию мануфактурного производства в промышленное. Жаккардовый станок моментально распространился на производстве: в 1812 году, всего через восемь лет после создания устройства, во Франции работало уже десять тысяч таких станков, а в 1825 году — тридцать тысяч. Изобретатель получил от Наполеона I пенсию размеров в 3000 франков, а в 1819 году его наградили Крестом Почетного Легиона.
Арифмометр Кальмара — 1821 г.
Первая коммерчески успешная вычислительная машина появилась в 1820 году. Его создал француз Шарль Ксавье Тома (1785 — 1870), известный под псевдонимом Шарль де Кальмар — в честь эльзасского города Кальмар, в котором он родился. Изобретательство не было основным занятием Кальмара: он работал в области страхования и основал компании Soleil и Aigle. Ему было нужно сократить огромное количество счетоводов, и тогда он решил использовать имеющиеся наработки Лейбница, Паскаля и других ученых для создания собственной вычислительной машины.
В 1820 году де Кальмар получил пятилетний патент на производство арифмометра с механизмом, основанном на ступенчатом колесе Лейбница. Устройство превосходило все существующие на тот момент вычислительные машины, так как могло совершать операции над тридцатиразрядными числами. При жизни де Кальмар выпустил три модели устройства — вариации 1848 и 1858 годов ускорили и упростили операции умножения и деления.
Активные продажи арифмометра начались только в 50-х годах XIX века. До своей смерти в 1870 году Шарлю де Кальмару удалось продать порядка тысячи устройств — это можно считать большим успехом. Выпуск вычислительных машин значительно вырос в 1870-х годах, на рынке появилась конкуренция, но арифмометры де Кальмара имели лучшую репутацию.
Марк I — 1941 г.
В XX веке началась эпоха компьютеров. Первая машина такого рода появилась в США в 1941 году и, по сути, являлась усовершенствованным арифмометром. Проект создания большой счетной машины предложил в 1937 году математик из Гарварда Говард Эйкен. Спонсорами проекта выступили компания IBM и военно-морской флот США.
Марк I получился колоссальным — он состоял из 750 тысяч деталей, 800 километров проводов и 3304 реле. Весил первый компьютер 4 тонны, его длина составляла 16 метров, а высота достигала 3 метров. Устройство предназначалось для автоматизации баллистических артиллерийских расчетов. Программирование осуществлялось с помощью перфорированной ленты, известной со времен ткацкого станка Жаккара. Помимо основных математических действий компьютер выполнял тригонометрические функции и вычислял логарифмы. Умножение Марк I выполнял за 6 секунд, деление — за 15. Первые тесты устройства прошли в феврале 1944 года, запуск компьютера состоялся 7 августа того же года.
Марк I прослужил 15 лет, за это время он поучаствовал во Второй мировой войне (с его помощью Корабельное бюро ВМС США производило вычисления) и в создании атомной бомбы (на нем участники программы США по разработке ядерного оружия писали программу, позволяющую изучать направленный внутрь взрыв бомбы).
ENIAC — 1946 г.
Первый цифровой компьютер появился в 1946 году и работал в тысячу раз быстрее, чем Марк I. ENIAC (электронный цифровой интегратор и вычислитель) первоначально также предназначался для решения баллистических задач, однако впоследствии оказалось, что спектр его применения намного шире: от математического моделирования термоядерного взрыва и расчета чисел “пи” и “е” с точностью до двух тысяч знаков после запятой до точного прогноза погоды.
Компьютер создавали под руководством Джона Мокли и Джона Преспера Эккерта из Пенсильванского университета по заказу американской армии. Разработка проходила в строжайшей секретности. Получившаяся машина весила порядка 30 тонн и включала в себя 7200 кремниевых диодов, 70000 резисторов, 10000 конденсаторов и более 17000 различных ламп. Это была самая сложная система, когда-либо созданная человечеством. ENIAC оперировал десятичными числами длиной до 20 разрядов, выполняя 357 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду.
МЭСМ — 1951 г.
В Советском Союзе необходимость создания собственной электронно-вычислительной машины осознали уже после ввода в эксплуатацию ENIAC. Главными инициаторами первого советского киберпроекта были ученые-ядерщики. Осенью 1948 года под предводительством Сергея Лебедева в тайной лаборатории киевского Института электротехники АН УССР начинается работа над МЭСМ — Малой электронной счетной машиной.
Над устройством работали два года. В конце 1951 года его ввели в регулярную эксплуатацию. Первый советский компьютер использовал двоичную систему счисления и выполнял около трех тысяч операций в минуту. Запоминающее устройство было 31-разрядным. МЭСМ занимала площадь в 60 квадратных метров, что соответствует площади трехкомнатной квартиры в “хрущевке”. В первой половине 50-х это была самая быстрая и практически единственная постоянно используемая ЭВМ в Европе.
С 1952 года запустилось масштабное производство МЭСМ. Машины выполняли сложные вычисления в области термоядерных процессов, сверхзвуковой авиации, космических полетов и в других стратегически важных сферах.
PDP-8 — 1965 г.
В 1960-х годах в мире вычислительных устройств случилась еще одна революция. В США был представлен очень маленький компьютер — размером всего лишь с холодильник. К тому же, он был очень дешевым — всего $20 тысяч, а не несколько миллионов. PDP-8, как можно понять из названия, не первый мини-компьютер — у него было семь предшественников. Но все они были больше и дороже, так что только восьмое поколение PDP (программируемых процессоров данных) получило коммерческих успех: к 1972 году было выпущено более 16 тысяч таких компьютеров. Также для PDP-8 было написано более тысячи программ, это абсолютный рекорд для того времени.
Компьютер за секунду выполнял 380 тысяч операций сложения 12-разрядных чисел или 340 тысяч операций деления. PDP-8 обладал оперативной памятью в 4 Кбайт, но ее можно было расширить до 48 Кбайт. Шина компьютера позволяла подключать до 20 различных устройств. Чаще всего PDP-8 использовали в университетах и лабораториях.
IBM System/360 — 1965-1971
Линейка мейнфреймов от компании IBM, анонсированная в 1964 году, максимально приблизила ЭВМ к эпохе персональных компьютеров. Революция System/360 заключалась в том, что благодаря этой разработке компьютеры медленно начали перетекать из университетов и научных центров в бизнес.
Компания с самого начала позиционировала эти компьютеры как устройства для более широкой аудитории. Разные модели линейки отличались по цене, размерам и производительности, но программное обеспечение для них было одинаковым. Это позволяло бизнесу приобретать недорогие модели и при необходимости менять их на более производительные. Для обеспечения совместимости устройств впервые в компьютерной индустрии был использован микрокод. Также начиная с System/360 был введен стандарт восьмибитных байтов. Другие производители в то время рассматривали ограничение байта до четырех или шести бит.
На разработку семейства было потрачено $5 млрд — это в 2,5 раза больше, чем США потратили на разработку ядерного оружия в рамках Манхэттенского проекта. В 1960-е годы больше ушло разве что на программу “Аполлон”. Компания IBM сильно рисковала — в случае неудачи они оказались бы банкротами. Однако ставка на демократизацию компьютерной промышленности сработала: за первые три месяца IBM получили предзаказов на $1.2 млрд и в течение пяти лет продали 33 тысячи компьютеров. До появления первого персонального компьютера оставалось чуть меньше десяти лет.