Как появились электронно вычислительные машины

В конце XVIII в. в результате полувекового поиска в Англии были созданы прядильные и ткацкие станки. С тех пор в наиболее развитых странах началось бурное развитие ткацкого производства. Развитие ткачества вызвало к жизни двигатель, а появление механических паровых двигателей способствовало развитию горнодобывающей промышленности.

Жаккардов ткацкий станок. В 1801 г. французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар создал машину для выработки крупноузорчатых тканей. Для управления нитями в нем применялись специальные карты с отверстиями

Так, создание первых машин привело к промышленному перевороту и вызвало быстрый прогресс техники и науки.

Дальнейшее развитие промышленности потребовало строительства крупных зданий, развития транспортных средств и создания быстродействующих механизмов. Для осуществления этого нужно было выполнять много сложных и точных расчетов. Чтобы облегчить и тем самым ускорить труд счетных работников, стали изобретать приборы, таблицы, счетные машины.

Первые действующие счетные машины были далеки от совершенства, а практика, наука и техника требовали ускорять выполнение расчетов. Изобретатели стали учить машины считать быстрее: поставили на них моторы, заставили записывать и запоминать результаты вычислений, усовершенствовали управляющие устройства и пр. Постепенно счетные машины стали совершеннее, значительно выросло их быстродействие. Но жизнь требовала еще больших скоростей, так как количество вычислений росло не по дням, а по часам. Ведь только при расчете прогноза погоды на завтрашний день требуется ежедневно выполнять около трех миллионов математических операций, т. е. столько, что их не успевает выполнить за рабочий день коллектив в 1000 человек. А, например, при запуске ракеты, чтобы выправить отклонение при ее полете, нужно производить многочисленные сложные расчеты почти мгновенно.

Вот почему потребовались счетные машины, которые могли бы выполнять в секунду тысячи операций с числами по заранее составленной программе, в которой указывается, какие действия и в каком порядке нужно выполнить.

В 1833 г. английский математик и естествоиспытатель, инженер и изобретатель Чарлз Беббидж (1791—1871) приступил к разработке проекта и постройке такой механической быстродействующей программирующей вычислительной машины. По замыслу, она должна была по команде автоматически определять последовательность операций в зависимости от произведенных ранее вычислений.

В отличие от арифмометров она должна была работать по заранее составленной программе, которая представляла собой полосу картона с пробитыми в ней отверстиями, т. е. перфокарту.

Машина для автоматизации вычислений — аналитическая машина Чарлза Беббиджа

Дочь знаменитого английского поэта Джорджа Байрона Ада Лавлейс (1815—1852), обладавшая незаурядными способностями к математике, узнав о работе Ч. Беббиджа по созданию автоматической вычислительной машины, серьезно заинтересовалась его идеями.

Она разработала ряд важных положений по составлению программ для будущей машины и опубликовала первую статью по теории программирования. Многие ее мысли и предложения сохранили свое значение и в современном программировании. Леди Лавлейс по праву считают основоположником теории программирования.

В продолжение 15 лет на работы Ч. Беббиджа по созданию изобретенной машины было израсходовано 20 000 фунтов стерлингов. Затем английское правительство прекратило отпуск средств. Работа по созданию вычислительной машины была остановлена. Однако главная причина прекращения работ по созданию машины была не в средствах, а в низком уровне развития науки и техники того времени.

Основополагающие принципы работы электронно-вычислительной машины были высказаны в 1937 г. физиком Джоном Винсентом Атанасовым (1903—1995) — болгарином по происхождению, проживавшим в США. Он предложил применить двоичную систему счислелия и использовать комбинации схем из электронных ламп — конденсаторов и реле.

Лишь в 1945 г. физикам Дж. Мокли и Дж. Эккерту удалось сконструировать и построить первую в мире электронно-вычислительную машину, названную ЭНИАК. Она могла рассчитывать только таблицы для артиллерийской стрельбы.

Первая в мире универсальная электронная вычислительная машина ЭНИАК

В нашей стране в 1950 г. была создана и начала действовать малая ЭВМ. Коллективом инженеров и ученых под руководством академика С. А. Лебедева (1902— 1974) была создана и стала работать БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина). Она работала на электронных лампах (их было около 4000 шт.) и выполняла в секунду 5000 математических действий. БЭСМ-1 в то время была лучшей в Европе, но при работе требовала очень много электроэнергии, часто останавливалась от перегрева ламп и занимала много места. Изобретатели начали поиски путей совершенствования машины; в результате были построены БЭСМ второго, третьего и более позднего поколения. Они работают по заранее составленной программе.

Программу для компьютера (ЭВМ) разрабатывает программист. Он вносит в нее все необходимые данные и указывает последовательность действий, которые должна выполнить машина. В программе обязательно надо указать, как поступить с полученным при вычислениях результатом — запомнить его, а затем включить в операцию на последующем этапе или использовать в ближайшей операции.

Составленную программу закладывают (вводят) в машину, и после команды ЭВМ автоматически выполняет все указания, предусмотренные в программе, и в кратчайший срок выдает окончательный результат на экране ЭВМ (его называют дисплеем) или в виде отпечатанного на машинке текста. Невероятное быстродействие ЭВМ позволяет буквально в считанные доли секунд найти и дать поправку, например, для уточнения пути полета уже запущенной ракеты.

По своим способностям современные ЭВМ — это машины-богатыри в сравнении с БЭСМ-1.

Современные ЭВМ (компьютеры) независимо от того, являются они персональными или представляют целый комплекс единой системы программно-совместимых ЭВМ, работают по предложенной им заранее подготовленной программе или отдельным командам. Все они:

1) быстро и безошибочно производят вычисления;

2) запоминают и классифицируют нужные данные, как числовые, так и текстовые;

3) выбирают, какие действия и в какой последовательности выполнять в зависимости от полученного результата в предшествующем расчете, т. е., проверив результат выполнения заданного условия, автоматически определяют, что следует делать дальше в соответствии с программой или поданной командой;

4) повторяют многократно или один-два раза некоторую заданную серию команд;

находят в памяти и используют в нужном месте различные сведения, необходимые при выполнении заданной программы;

5) записывают, печатают на бумаге или показывают на экране (дисплее) результат выполнения всей программы или каждой ее части.