История появления механических компьютеров

Первую в мире счетную машину создал в 1942 году Блез Паскаль (Франция), в честь которого позднее назвали язык программирования. Это было механическое устройство с ручным приводом, операции производились при помощи шестеренок (доступны были только вычитание и сложение).

Через 30 лет математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц представил более сложную механическую машину, которая также была способна выполнять операции деления и умножения. Еще спустя 150 лет Чарльз Бэббидж (профессор математики, работал в Кембриджском университете), сконструировал разностную машину, предназначенную для расчета специальных таблиц для морской навигации. Устройство могло только складывать и вычитать и работало только с одним алгоритмом – метод конечных разностей на базе полиномов. Использовался нестандартный способ вывода результата – он выдавливался на специальной медной дощечке при помощи стального штампа.

Вскоре Бэббидж начал разработку аналитической машины, которая состояла из 4 основных блоков – вычислительный узел, память, устройство ввода (использовались перфокарты) и вывода. Память могла размещать до 1000 слов (50 разрядов каждое), которые использовались для хранения результата и переменных. Устройство также было механическим.

Поскольку устройство программировалось на элементарном ассемблере, для полноценного функционирования требовалось программное обеспечение. Для разработки ПО Бэббидж нанял Аду Августу Лавлейс, которую можно заслуженно считать первым программистом.

Однако изобретать так и не смог до конца отладить свое устройство – подразумевалось использование многих тысяч шестеренок, выполненных с высокой точностью. В те году данную задачу было очень сложно реализовать.

Позднее в Америке Джон Атанасов (колледж штата Айова) Джордж Стиббиц (сотрудник Bell Labs) начали работу над счетной машиной нового типа. Устройство использовало память на основе конденсаторов и двоичную арифметику. Чтобы предотвратить потерю заряда в конденсаторах памяти, они периодически обновлялись – аналогичный принцип использует современные ОЗУ. Данный компьютер также не смог дойти до конечного этапа разработки.

Устройство Джорджа Стиббица полноценно функционировало, но было явно примитивнее машины Атанасова. Рабочий прототип был продемонстрирован общественности в 1940 году на конференции, которая прошла в Дартмунском колледже.

Пока велись работы над автоматическими счетными машинами, молодой специалист Говард Айкен в Гарварде работал над своей докторской диссертацией, которая требовала большого объема ручных вычислений. После завершения работы Айкен осознал, насколько важно внедрение автоматизированных вычислений. После изучения работ Бэббиджа, он принял решение создать аналогичное устройство, но вместо шестеренок использовать реле.

Работа над первой версией компьютера (получила название «Mark I») была закончена в 1944 году. Доступны были 72 слова, каждое по 23 десятичных разряда. Время операции составляло порядка 6 секунд, а для ввода и вывода данных использовалась классическая перфолента. К этому времени Айкен уже завершил работу над устройством «Mark II», но вычислительные устройства на базе реле уже устарели, поскольку началась эра электроники.