Недавно встретил соседа. Я иногда, по-соседски, черпаю умные мысли из бездонного моря его эрудиции. Недавно зашёл разговор о компьютерах. Мне интересно было узнать, как так люди вдруг взяли и придумали компьютер.
Я: Мне вот очень интересно, как людям пришла в голову мысль создать компьютер. Понятно, что всё познавалось постепенно: научились пользоваться огнём, придумали колесо, сообразили, как применять энергию сжатого пара, открыли электричество, радио. Но это всё – результат наблюдения за окружающим миром: то молния угодит в сухое дерево, то яблоко упадёт на голову. В общем, наглядно. Но компьютер… Вроде - не очевидная штука.
Сосед: Представь, что ты живешь во времена, когда компьютеров еще нет. Чтобы посчитать что-то важное, например, сколько семян нужно засеять на поле, чтобы прокормить всю деревню, люди используют счетные палочки или камешки. Это утомительно, долго и иногда скучно до ужаса. Вот и начинают люди думать, как бы сделать этот процесс проще и быстрее.
Первыми "компьютерами" можно считать абаки и счётные доски, которые появились еще в древние времена. Они помогали людям вести учет и делать простые расчеты. Но человеческая лень и желание сделать всё еще проще и быстрее не знают границ, поэтому ученые начали мечтать о машинах, которые могли бы считать за них.
В 19 веке Чарльз Бэббидж вдруг решает: "А почему бы не создать машину, которая могла бы автоматически выполнять вычисления?" И начинает конструировать свою Аналитическую машину, которая по сути была первым в истории проектом компьютера. Она должна была выполнять сложные вычисления и даже программироваться с помощью перфокарт. Правда, до конца свою машину он так и не построил, но идея была брошена в массы.
Я: В чём была идея Бэббиджа? Какую задачу он возлагал на свою Аналитическую машину? Каков был принцип её работы?
Сосед: Бэббидж стремился создать универсальное устройство, способное автоматизировать процесс вычислений любой сложности, тем самым исключая человеческий фактор и связанные с ним ошибки, которые были распространены в табличных вычислениях того времени (например, в астрономических таблицах, таблицах логарифмов и т.д.). Его мотивацией было желание автоматизировать создание этих таблиц, сделав процесс более эффективным и надежным.
Принцип работы
Аналитическая машина Бэббиджа была поистине революционной, поскольку она включала в себя многие концепции, лежащие в основе современных компьютеров:
- Программируемость. Машина могла выполнять любую вычислительную задачу, для которой была запрограммирована. Программирование осуществлялось с помощью перфокарт, аналогичных тем, что позже использовались в ткацких станках Жаккарда. Это позволяло изменять задачи, которые машина могла выполнять, без изменения её физической конструкции.
- Память. Машина обладала механической "памятью" для хранения переменных, что позволяло ей работать с промежуточными результатами вычислений.
- Арифметический и логический блок. Включал в себя механизмы для выполнения арифметических операций (сложение, вычитание, умножение и деление) и некоторых логических операций.
- Управление. Машина могла автоматически переходить от одного шага вычислений к другому, следуя алгоритму, закодированному на перфокартах.
Несмотря на гениальность идеи, Бэббидж так и не смог полностью реализовать свою Аналитическую машину во время своей жизни, в основном из-за технических и финансовых трудностей. Однако его передовые идеи оказали огромное влияние на последующие поколения изобретателей и легли в основу развития современных компьютеров. Ада Лавлейс, английская математичка, которая работала с Бэббиджем, иногда называется первым программистом за свои заметки о том, как программа могла бы быть создана для Аналитической машины для вычисления последовательности Бернулли. Эти заметки содержали элементы, похожие на современные программы, включая циклы и условия ветвления.
Я: Кстати, о перфокартах. Я, когда учился в институте, делал какие-то курсовые работы с этими картами, потом в них пробивались в определённом порядке дырочки, и мы несли их в вычислительный центр на проверку. Но в чём смысл этих дырок? Как программа с них передавалась и куда?
Сосед: Перфокарты — это один из первых и самых фундаментальных носителей информации, использованных в вычислительной технике для ввода, хранения и обработки данных. Смысл дырочек в перфокартах заключался в том, что они представляли собой код, по которому компьютер мог интерпретировать данные или инструкции программы. Рассмотрим более подробно, как это работало.
Принцип работы
- Кодирование информации. В перфокартах информация кодировалась с помощью комбинаций пробитых и не пробитых мест. Каждая колонка на карте могла представлять один символ, число или инструкцию, в зависимости от того, какие именно позиции (строки) в этой колонке были пробиты. Существовали различные кодировки, но одна из самых распространённых — это код Hollerith, названный в честь его изобретателя, Германа Холлерита, который использовал перфокарты для обработки данных переписи населения США в 1890 году.
- Чтение перфокарт. Специальное устройство, перфокартопробивная машина, использовалось для создания перфокарт, а перфокарт-ридер — для их чтения. При чтении карты она проходила через устройство, которое с помощью механических или оптических сенсоров определяло, где пробиты дырочки, и преобразовывало эти данные в электрические сигналы, понятные компьютеру.
- Обработка данных и выполнение программ. После того, как данные считывались с перфокарт, они передавались в компьютерную систему для обработки. Это могли быть как числовые данные для обработки, так и последовательности команд для выполнения определённой программы. В зависимости от назначения, перфокарты могли использоваться для различных задач — от бухгалтерского учёта до управления машинным оборудованием и выполнения научных расчётов.
Значение перфокарт
Перфокарты имели огромное значение в истории информационных технологий. Они не только позволяли автоматизировать обработку больших объемов данных задолго до появления современных компьютеров, но и заложили основы для развития понятий программирования и хранения данных. С развитием электронных компьютеров и появлением более совершенных носителей информации, таких как магнитные ленты и диски, значение перфокарт постепенно уменьшилось, но их вклад в развитие вычислительной техники остаётся неоценимым.
Я: То есть, комбинация отверстий и не пробитых участков перфокарты воспринималась как массив единиц и нулей? Код в двоичной системе?
Сосед: Да, верно в том смысле, как компьютеры интерпретируют данные, но в случае с перфокартами ситуация немного отличается от чисто двоичного представления, характерного для современных цифровых компьютеров.
Перфокарты использовались для кодирования информации задолго до того, как стандартизировалось использование двоичной системы в компьютерной технике. В то время как современные компьютеры действительно работают с двоичной системой (где данные представлены единицами и нулями), перфокарты кодировали информацию посредством физически пробитых отверстий и их отсутствия, но не всегда напрямую в двоичном коде.
В перфокартах каждое отверстие или его отсутствие в определенной позиции карты могло соответствовать определенной цифре, букве или символу в соответствии с используемой кодировочной схемой. Например, в системе Германа Холлерита, использовавшейся для переписи населения США в 1890 году, комбинации отверстий представляли различные числовые и текстовые данные, но не в форме двоичного кода, как мы привыкли думать о цифровых данных сегодня.
Однако, концептуально, можно сказать, что перфокарты действительно использовали бинарную концепцию, где наличие отверстия представляло одно состояние (аналогично "1" в двоичной системе), а его отсутствие — другое состояние (аналогично "0"). Эти данные затем читались механически или оптически и преобразовывались в электрические сигналы для дальнейшей обработки компьютером.
С развитием электронных компьютеров и стандартизацией двоичной системы, как основы для обработки и хранения данных, принцип кодирования информации стал строго двоичным, полностью основываясь на единицах и нулях.
Я: Перфокарты изобрели, что было дальше?
Сосед: Изобретение Чарльза Бэббиджа может быть связано с различными техническими достижениями того времени, включая механические калькуляторы и ткацкие станки с программным управлением, но его идеи о машинах, способных выполнять любые вычисления посредством программирования, были значительно более амбициозными и футуристическими. После работы Бэббиджа и идеи использования перфокарт для программирования, развитие компьютерной техники продолжило двигаться вперёд, приводя к эре электронных компьютеров. Давай рассмотрим ключевые этапы этого пути.
1.Электромеханические и Электронные Компьютеры
- Релейные и электромеханические компьютеры. В 1930-х и 1940-х годах начали появляться компьютеры, использующие электромеханические реле для выполнения вычислений. Одним из примеров является Z3, созданный Конрадом Цузе в 1941 году в Германии, который считается одним из первых полностью автоматизированных, программируемых компьютеров.
- Электронные лампы. Переход от механических и релейных компьютеров к электронным был обусловлен использованием электронных ламп, что значительно увеличило скорость вычислений. ENIAC (Электронный числовой интегратор и компьютер), разработанный в 1945 году в США, стал одним из первых электронных общеназначных компьютеров.
2.Транзисторы и Интегральные Схемы
- Транзисторы. В 1947 году был изобретён транзистор, что стало революцией в электронике. Транзисторы были меньше, надёжнее и эффективнее электронных ламп. Это позволило создавать более маленькие, дешёвые и эффективные компьютеры.
- Интегральные схемы. Следующим шагом стало создание интегральных схем (микросхем), что позволило размещать тысячи транзисторов и других компонентов на одном кремниевом чипе. Это ещё больше уменьшило размеры компьютеров и снизило их стоимость, делая их доступными для широкого круга пользователей и предприятий.
3.Персональные Компьютеры и Интернет
- Персональные компьютеры. В 1970-х и начале 1980-х годов начался массовый выпуск персональных компьютеров (ПК), таких как Apple II, IBM PC и Commodore 64. Эти устройства стали доступны обычным потребителям, что способствовало распространению информационных технологий в быту и на работе.
- Интернет. Развитие сетевых технологий и создание Интернета радикально изменили способы использования компьютеров, позволив людям общаться, обмениваться данными и иметь доступ к информации с любой точки мира.
Таким образом, путь к современной компьютерной эре был долгим и многоэтапным, включая разработку и совершенствование механических устройств, электромеханических и электронных компьютеров, а затем и персональных компьютеров, что в конечном итоге привело к созданию глобальной сети Интернет.
Я: Спасибо, уважаемый сосед. Я узнал много нового.
Сосед: Пожалуйста! Обращайся, если возникнут вопросы.
Я: Обязательно. Если, конечно, мою статью будут читать. Иначе нет смысла тратить время.
P.S. У меня есть много вопросов, а у соседа – много ответов. Я с удовольствием буду с вами делиться информацией, если увижу интерес. Пишите, подписывайтесь, комментируйте! Всем - Добра!
