2.2 Відкриття, що передують створенню комп’ютерів
Комп'ютера - найбільшого винаходу ХХ століття. Для його створення мали відбутися відкриття у галузі фізики, математики, техніки.
По-перше, наприкінці XIX століття набула розвитку математична фізика. Потрібні стали машини, здатні робити багаторазово повторювані обчислення.
По-друге, в 1800 році американський винахідник Т. Едісон відкрив явище термоелектронної емісії, що послужило основою для створення в 1904 англійським фізиком Дж. Флемінгом діода, приладу, що володіє односторонньою провідністю електричного струму. Дещо пізніше був створений ще один вакуумний прилад – тріод.
По-третє, англійський математик Дж. Буль ще в 1884 описав правила логіки, згодом названої його ім'ям - булева алгебра. Відповідно до логіки алгебраїчні елементи можуть набувати лише двох значень – істина (1) або брехня (0) . Завдяки цій логіці стало можливим конструювання логічних схем.
І, по-четверте, 1918 року український вчений М.О. Бонч - Бруєвич і незалежно від нього англійські вчені створили електронне реле, яке могло бути в одному з двох станів – 0 або 1 і на базі якого було створено тригер.
Можна сказати, що до ХХ століття все було підготовлено до створення комп'ютера. Вище перелічені події мали велике значення, вони створили передумови появи комп'ютера.
2))) Винаходи Беббіджа
[редагувати]Мала різнизна машина
Вперше Беббідж задумався про створення механізму, який дозволив би проводити автоматично складні обчислення з великою точністю у1812. На ці думки його наштовхнуло вивчення логарифмічних таблиць, при перерахунку яких були виявлені численні помилки в обчисленнях, обумовлені людським фактором. Щетоді він почав осмислювати можливість проведення складних математичних розрахунків за допомогою механічних апаратів.
Також дуже великий вплив на Беббіджа надали роботи французького вченого барона де Проні, який запропонував ідею поділу праці при обчисленні великих таблиць (логарифмічних, тригонометричних та ін). Він пропонував поділити процес обчислення на три рівні. Перший рівень – кілька видатних математиків, які готують математичне забезпечення. Другий рівень – освічені технологи, які організовували рутинний процес обчислювальних робіт. А третій рівень займали самі обчислювачі, від яких вимагалося лише вміння складати та віднімати. Ідеї Проні навели Беббіджа на думку про заміну третього рівня (обчислювачів) механічним пристроєм.
Проте Беббідж не відразу почав займатися розвитком ідеї побудови обчислювального механізму. Лише у1819 році, коли він зацікавився астрономією, він більш точно визначив свої ідеї та сформулював принципи обчислення таблиць різницевим методом за допомогою машини, яку він згодом назвав різницею. Ця машина мала виробляти комплекс обчислень, використовуючи лише операцію складання. У1819 роціЧарльз Беббідж приступив до створення малої різницевої машини, а в1822 роцівін закінчив її будівництво і виступив перед Королівським Астрономічним товариством з доповіддю про застосування машинного механізму для обчислення астрономічних та математичних таблиць . Він продемонстрував роботу машини з прикладу обчислення членів послідовності. Робота різницевої машини була заснована на методі кінцевих різниць. Мала машина була повністю механічною і складалася з безлічі шестерень і важелів. У ній використовувалася десяткова система числення. Вонаоперувала 18-розрядними числами з точністю до восьмого знака після коми та забезпечувала швидкість обчислень 12 членів послідовності за 1 хвилину. Мала різницева машина могла вважати значення багаточленів 7-го ступеня.
За створення різницевої машини Бебідж був нагороджений першою золотою медаллю Астрономічного товариства. Однак мала різницева машина була експериментальною, оскільки мала невелику пам'ять і не могла бути використана для великих обчислень.
[редагувати]Велика різницева машина
У1822 роціБеббідж задумався про створення великої різницевої машини, яка дозволила б замінити величезну кількість людей, які займаються обчисленням різних астрономічних, навігаційних та математичних таблиць. Це дозволило б заощадити витрати на оплату праці, а також позбутися помилок, пов'язаних із людським фактором.
Зі своєю пропозицією профінансувати створення великої різницевої машини Чарльз Беббідж звернувся до Королівського та Астрономічного товариств. І ті, й інші відгукнулися на цю пропозицію позитивно. У1823 роціБеббідж отримав 1500 фунтів стерлінгів і приступив до розробки нової машини. Він планував сконструювати машину за три роки. Однак Бебідж не врахував складності конструкції, а також технічні можливості того часу. І вже до1827 рокубуло витрачено 3500 фунтів стерлінгів (понад 1000 особистих грошей). Хід роботи зі створення різницевої машини дуже сповільнився.
Крім того, на процес конструювання машини великий вплив зробили трагічні події в житті Беббіджа в1827. Цього року він поховав батька, дружину та двох дітей. Після цих подій у нього погіршилося самопочуття, і він не міг займатися конструюванням машини. Щоб відновити здоров'я, він поїхав уподорож по континенту.
Після подорожі до1828 рокуБеббідж продовжив розробку, але грошей вже не було. Він звертався до багатьох товариств та уряду з проханням про допомогу. Лише у 1830 році він отримав від уряду ще 9000 фунтів стерлінгів, після чого продовжив конструювання різницевої машини.
У 1834 році роботи зі створення машини було припинено. На той момент вже було витрачено 17000 фунтів державних грошей та 6000 особистих. З1834по1842 рікуряд обмірковував, надавати підтримку проекту чи ні. А в1842 роцівідмовилося фінансувати проект. Різнисна машина так і не була добудована.
Велика різницева машина мала складатися з 25 000 деталей, важити майже 14 тонн і бути 2,5 метра заввишки. Крім того, різницева машина мала бути оснащена друкарським пристроєм для виведення результатів. Пам'ять була розрахована на 1000 50-розрядних чисел.
Можливо, причиною невдачі створення різницевої машини, поряд із трагічними подіями1827 рокута недостатнім рівнем технологій того часу, стала зайва різнобічність Беббіджа. Він піднімався з експедицією на Везувій, занурювався на дно озера у водолазному дзвоні, брав участь у археологічних розкопках, вивчав залягання руд, спускаючись у шахти. Майже рік він займався безпекою залізничного руху та зробив дуже багато спеціального обладнання — у тому числі створив спідометр. Крім того, під час конструювання різницевої машини він розробив чимало обладнання для обробки металу. У 1851 році Чарльз Беббідж зробив спробу сконструювати покращену версію різницевої машини - "Розносну машину 2". Але цей проект не був вдалим.
Одна з 6 демонстраційних моделей обчислювальної частини різницевоїмашини Чарльза Беббіджа, зібрана після його смерті сином Генрі з деталей, знайдених у лабораторії.
У1891 роцібула побудована «Розносна машина 2», яка знаходиться зараз у Лондонському науковому музеї.
Незважаючи на невдачу з різницевою машиною, Беббідж в 1834 році задумався про створення програмованої обчислювальної машини, яку він назвав аналітичною (прообраз сучасного комп'ютера). На відміну від різницевої машини, аналітична машина дозволяла вирішувати ширший ряд завдань. Саме ця машина стала справою його життя та принесла посмертну славу. Він припускав, що побудова нової машини вимагатиме менше часу і коштів, ніж доробка машини різницевої, так як вона повинна була складатися з більш простих механічних елементів. З1834 рокуБеббідж почав проектувати аналітичну машину.
Архітектура сучасного комп'ютера багато в чому схожа на архітектуру аналітичної машини. В аналітичній машині Беббідж передбачив такі частини: склад (store), фабрика або млин (mill), керуючий елемент (control) та пристрої введення/виведення інформації.
Склад призначався зберігання як значень змінних, із якими проводяться операції, і результатів операцій. У сучасній термінології це називається пам'яттю.
Млин (арифметико-логічний пристрій, частина сучасного процесора) повинен був здійснювати операції над змінними, а також зберігати в регістрах значення змінних, з якими в даний момент здійснює операцію.
Третій пристрій, якому Беббідж не дав назви, здійснювало управління послідовністю операцій, розміщенням змінних до складу та вилученням їх зі складу, а також виведенням результатів. Воно зчитувало послідовність операцій та змінні з перфокарт.Перфокарти були двох видів: операційні карти та карти змінних. З операційних карток можна було скласти бібліотеку функцій. Крім того, за задумом Беббіджа, Аналітична машина повинна була містити пристрій друку та пристрій виведення результатів на перфокарти для подальшого використання.
Для створення комп'ютера в сучасному розумінні залишалося лише придумати схему зі збереженою програмою, що було зроблено через 100 роківЕккертом,МочлііФон Нейманом.
Тільки після смерті Чарльза Бебіджа його син, Генрі Бебідж, продовжив розпочату батьком справу. У1888 роціГенрі зумів побудувати за кресленнями батька центральний вузол аналітичної машини. А в1906 роціГенрі спільно з фірмою Монро побудував діючу модель аналітичної машини, що включає арифметичний пристрій та пристрій для друкування результатів. Машина Бебіджа виявилася працездатною, але Чарльз не дожив до цих днів.