y historia komputerow, Studia i nauka, INFORMATYKA
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright
Wielu socjologów uważa, że nic nie zmieniło tak życia współczesnego człowieka jak komputery.
Można się oczywiście sprzeczać na temat ważności różnych wynalazków i ich wpływu na naszą
codzienność, ale nie można zanegować faktu, że komputery na dobre i złe opanowują coraz to nowe
dziedziny życia człowieka, a ich głównym zadaniem staje się wspomaganie działań człowieka. Dzisiejsze
komputery to nie tylko maszyny liczące wspomagające prace badawcze ale także: kasy fiskalne w
naszym sklepie, urządzenia sterujące miliardami połączeń telefonicznych, pomagające w
skomplikowanych operacjach bankowych i wykonujące wiele innych działań w przemyśle, medycynie
oraz wkraczające coraz częściej do naszych domów. Dla pełnego zrozumienia znaczenia komputerów
istotne, a mam nadzieję, że również ciekawe, jest poznanie historii ich rozwoju oraz wpływu na rozwój
cywilizacji.
Prawie 5000 lat temu w środkowej Azji powstało urządzenie liczące nazywane
abacus
i uznawane za pierwsze mechaniczne urządzenie tego typu. Po polsku nazywamy
je liczydłami i o dziwo - liczydła w niektórych regionach
świata używane są do dzisiaj. Zbudowane w postaci
nanizanych na sztywny pręt przesuwanych w trakcie
wykonywania operacji kuleczek lub talerzyków liczyło w
kombinowanym systemie dwójkowo-piątkowym. Liczydła
straciły nieco swą popularność wraz z upowszechnieniem
papieru i pióra. Niemniej jednak przetrwały w niektórych
biurach do połowy lat 50-tych naszego wieku ze względu
na niewielką cenę i prostotę. Jako ciekawostkę można
podać fakt, że w "zawodach" zorganizowanych w 1946
r. w Japonii biegły rachmistrz posługujący się liczydłami
był szybszy we wszystkich działaniach za wyjątkiem mnożenia od rachmistrza
posługującego się arytmometrem.
Wiemy, że
Leonardo da Vinci
był geniuszem, którego pomysły wykraczały daleko
poza jego epokę, ale mało kto wie, że próbował on również skonstruować maszynę
liczącą. 13 marca 1967 roku amerykańscy naukowcy pracujący w Madrycie w Bibliotece
Narodowej Hiszpanii napotkali dwie nieznane dotąd prace Leonarda da Vinci nazwane
"Codex Madrid"
. Dotyczyły one maszyny liczącej. Dr Roberto Guatelli znany ekspert
w dziedzinie twórczości Leonarda, tworzący także repliki jego prac postanowił razem
ze swoimi asystentami odtworzyć również i tą maszynę. Dokonano tego w 1968 r.
jednak dzisiejsze dzieje tej repliki są nieznane i nie wiadomo gdzie ona się znajduje.
Specjaliści zarzucali Guatellemu, że w swojej rekonstrukcji nadmiernie kierował się
intuicją i współczesną wiedzą oraz, że wyszedł poza projekt Leonarda. Tak więc
Leonardo da Vinci - geniusz epoki renesansu wniósł również wkład w rozwój maszyn
liczących.
Na zdjęciach: oryginalne zapiski Leonarda da Vinci oraz replika maszyny jego pomysłu
zdjęcie Codex : RRZN/RVS, University of Hannover, Germany|
zdjęcie repliki: Mr. Joseph Mirabella, New York, USA.
“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat
W roku 1642,
Blaise Pascal
(1623 -1662), mający wówczas
18 lat syn francuskiego poborcy podatkowego, skonstruował
maszynę liczącą, nazwaną "Pascaline", która miała ułatwić
ojcu obliczanie i sumowanie zebranych podatków. Pascal
pracował nad nią wiele lat, ulepszał ją i wykonał sam
kilkanaście egzemplarzy tego urządzenia. Maszyna Pascala
miała tylko możliwość dodawania liczb ośmiocyfrowych
W 1694 r. niemiecki matematyk i filozof,
Gottfried Wilhem
von Leibniz
(1646 -1716), wykorzystał doświadczenia
Pascala do stworzenia maszyny, która mogła również
wykonywać operacje mnożenia. Podobnie jak jego
poprzednik, Leibniz wykorzystał do wykonywania operacji
system odpowiednio sprzężonych mechanicznie i
obracających się przekładni, krążków i dźwigni. Znając z
notatek i opisów rozwiązanie Pascala mógł on udoskonalić
jego konstrukcję.
Dopiero ok. roku 1820 francuski konstruktor
Xavier Thomas de Colmar
skonstruował
urządzenie nazywane potem popularnie arytmometrem, które mogło wykonywać cztery
podstawowe operacje matematyczne. Arytmometry były powszechnie używane do I
wojny światowej, a w wielu krajach w znacznie ulepszonej postaci (już jako urządzenia
elektryczne) można je było spotkać w biurach i urzędach jeszcze w latach 60-tych
naszego stulecia.
Jakkolwiek wielu konstruktorów ulepszało później pomysł Colmara to te trzy postacie, a
więc
Pascal, Leibniz i Colmar
uważane są za głównych twórców i prekursorów
mechanicznych urządzeń liczących w okresie nazywanym czasem erą mechaniczną w
konstrukcji komputerów.
Człowiekiem, który wniósł ogromny wkład w rozwój techniki komputerowej był
angielski matematyk
Charles Babbage
(1791-1871). Impulsem do jego pomysłu było
znalezienie zbyt wielu błędów w obliczeniach, które sprawdzał dla Królewskiego
Towarzystwa Astronomicznego. Babbage podobno powiedział wtedy: "
Dzięki Bogu - to
można wyliczyć wykorzystując maszynę parową..
" Te słowa rozpoczęły okres
automatyzacji obliczeń matematycznych. W 1812 r, Babbage zauważył naturalną
harmonię pomiędzy maszyną, a matematyką: maszyna może wykonywać powtarzające
się działania bez błędów, a przecież wiele obliczeń matematycznych np. tworzenie
tablic matematycznych często wykorzystuje powtarzające się wielokrotnie te same
kroki obliczeń. Głównym problemem było oczywiście dostosowanie możliwości maszyny
do potrzeb matematyki. Babbage pierwszy próbował rozwiązać ten problem proponując
w 1822 r. skonstruowanie maszyny, nazwanej "Difference Engine", która mogłaby
rozwiązywać równania różniczkowe . Napędzana parą
(ale nigdy nie skończona !)
i
ogromna jak lokomotywa maszyna miała w założeniu "pamiętać" program obliczeń i
automatycznie drukować wyniki. Po dziesięciu latach pracy nad swoim wynalazkiem,
Babbage wpadł na pomysł skonstruowania uniwersalnego komputera,(nie kończąc
“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat
poprzedniego pomysłu), zdolnego rozwiązywać różnorodne zagadnienia matematyczne,
który nazwał "roboczo" maszyną analityczną . Współpracowniczka Babbage'a i
asystentka,
(1815 -1842), córka poety lorda Byron'a,
wniosła ogromny wkład do pracy nad tym wynalazkiem. Była ona jedną z niewielu osób
rozumiejących tak dobrze jak sam Babbage istotę działania maszyny. Znajomość idei
twórcy pozwoliła Adzie na stworzenie instrukcji (pierwowzoru programu) dla
konstruowanej maszyny i stąd też współcześnie uznaje się ją za pierwszą programistkę
maszyn cyfrowych. Dowodem uznania jej wkładu pracy w rozwój techniki
komputerowej jest nazwanie jej imieniem
ADA
, języka programowania stworzonego w
Departamencie obrony USA . "Parowy komputer" Babbage'a, aczkolwiek nigdy nie
został w pełni skończony i może zostać uznany za prymitywny jak na dzisiejsze
standardy, to jednak na owe czasy był konstrukcją przełomową. Zawierał kilka tysięcy
części i posiadał "urządzenie wejściowe" mogące odczytywać wprowadzane na kartach
perforowanych instrukcje dla maszyny oraz "pamięć" zdolną pamiętać 1000 liczb 50-
cyfrowych. Zawierał także urządzenie pozwalające na zmianę kolejności obliczeń i
urządzenie wyjściowe - drukujące wyniki obliczeń.
Babbage zapożyczył pomysł wprowadzania instrukcji na
kartach perforowanych z opracowanej wcześniej
maszyny Jacquard'a. Jak wiemy Babbage nigdy nie
doprowadził swojego pomysłu do końca i nie była to
wyłącznie jego wina - jego wynalazek przerastał bowiem
możliwości technologiczne epoki o ponad 100 lat. Ale jak
to bywa w życiu - z czasem niemożliwe staje się możliwe
- w 1991 roku naukowcy z Londyńskiego Muzeum Nauki
na podstawie zachowanych notatek i rysunków
Babbage'a skonstruowali działający model jego
wynalazku, który można w tymże muzeum oglądać.
Składa się on z ok 4000 części i waży ok 3 ton. Jest to
potężna maszyna o wymiarach 3,3x0,45x2,1[m].
W okresie gdy Babbage pracował nad konstrukcją swojej maszyny inny
matematyk -
George Boole
(1815 - 1864) zajmował się pracami
teoretycznymi w dziedzinie logiki. W latach 1847 i 1854 opublikował on
prace pozwalające na prezentacje wyrażeń logicznych za pomocą wyrażeń
algebraicznych znane dzisiaj jako "Algebra Boole'a" które położyły
podwaliny teoretyczne pod przyszłe konstrukcje komputerów.
Na podstawie prac Boole'a inny angielski matematyk
Augustus DeMorgan
określił
operacje logiczne nazywane dzisiaj prawami lub przekształceniami DeMorgana. Prace
tych obu matematyków, aczkolwiek bardzo ważne pozostały jednak niezauważone
przez większą część wieku.
W roku 1889, amerykański wynalazca,
Herman Hollerith
(1860-1929), wykorzystał
również pomysł maszyny Jacquard'a do obliczeń matematycznych. Jego zadaniem stało
się znalezienie najszybszego sposobu na obliczenie wyników spisu ludności w USA.
Poprzedni spis rozpoczęty w 1880 r. trwał siedem lat. Hollerith użył kart perforowanych
do zakodowania i wprowadzania danych do maszyny obliczającej mechanicznie wyniki.
Każdy otwór w karcie reprezentował jedną cyfrę, a kombinacja 2 otworów
przedstawiała literę. Na jednej karcie można było zakodować ok. 80 danych. Karty
“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat
perforowane używane były w wielu zastosowaniach aż do 1960 roku. W ten sposób
wyniki spisu dzięki pomysłowi Hollerith'a udało sie obliczyć w ciągu sześciu tygodni, a
nie jak poprzednio w ciągu 10 lat. Hollerith wprowadził swój pomysł do świata biznesu
tworząc firmę, która po połączeniu kilku innych firm w 1924 roku stała się jedną z
najważniejszych i mających ogromny wkład w rozwój techniki komputerowej, a
mianowicie
IBM (International Business Machines).
Oczywicie rozwój techniki komputerowej to prace teoretyczne z jednej strony i postęp
technologiczny z drugiej strony. W dziedzinie technologii znaczny postęp rozpoczął się
wraz z odkryciem i praktycznym wykorzystaniem zjawiska emisji termoelektronowej,
które umożliwiło konstrukcję lamp elektronowych, najpierw diody a następnie w 1906
r. przez
Lee de Forest'a
(1873 -1961) triody. Lampa ta mogła pełnić zarówno funkcje
wzmacniacza jak i przełącznika.
Pod koniec lat lat 30-tych
Claude E. Shannon
doszedł do wniosku, że algebra Boole'a
jest idealnym systemem dla maszyn liczących. Jego główne tezy pokazywały w jaki
sposób boolowska koncepcja PRAWDY i FAŁSZU może być zastosowana do opisania
funkcji przełączających realizowanych przez układy elektroniczne.
Jednym z inżynierów, którzy w tym okresie wnieśli znaczny
wkład w rozwój techniki komputerowej był
Vannevar Bush
(1890-1974). Skonstruował on w 1931 r. kalkulator
rozwiązujący skomplikowane równania różniczkowe, które
od dłuższego czasu sprawiały inżynierom i naukowcom wiele
problemów. Konstrukcja maszyny była jednak dosyć
skomplikowana i zawierała setki przekładni i dźwigni
używanych do ustawienia liczb i określenia wzajemnych
relacji między nimi.
Jednym z pierwszych naukowców, którzy przystąpili do budowy komputera był
J. V.
Atanasoff
(ur. w 1903 r.) - profesor fizyki i matematyki w Iowa State College
(obecnie Iowa State University). John V. Atanasoff i absolwent tej uczelni
Clifford
Berry
, zaproponowali koncepcję w pełni elektronicznego komputera, który działałby w
oparciu o algebrę Boole'a (a dokładniej, którego układy elektroniczne działały by w
oparciu o zasady algebry Boole'a zdefiniowanej w połowie XIX w.) W 1937 r . Atanasoff
zbudował maszynę, która miała służyć jego studentom i asystentom do rozwiązywania
układów równań różniczkowych cząstkowych. W 1941 r. wraz z
Berry'm
zakończyli
sukcesem pracę nad maszyną, która mogła rozwiązać układ 29 równań z 29
niewiadomymi. Maszyna ta jednak nie miała możliwości programowania i była raczej
rozbudowanym kalkulatorem.
W początkach II Wojny Światowej rządy wielu krajów starały się o przyspieszenie
rozwoju techniki komputerowej zdając sobie sprawę, że może to zwiększyć
strategiczne znaczenie ich krajów oraz wpłynąć na szybsze zakończenie wojny.
Konrad Zuse
(1910-1995), pracował w latach trzydziestych jako konstruktor dla
Henschel Aircraft Company w Berlinie. W początkach II Wojny Światowej zbudował
kilka automatycznych kalkulatorów, które miały pomagać mu w jego pracach
konstruktorskich. Jego dokonania dały mu nieoficjalny tytuł "Twórcy współczesnego
komputera".
“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat
* Zuse zwrócił uwagę na fakt, że jednym z najtrudniejszych problemów w trakcie
wykonywania skomplikowanych obliczeń kalkulatorów mechanicznych jest
przechowywanie danych pośrednich w taki sposób aby można je było
wykorzystywać do dalszych obliczeń. Zuse zakładał również, że taki
automatyczny kalkulator będzie posiadał trzy podstawowe podzespoły:
- układy sterujące
- pamięć
- kalkulator do obliczeń arytmetycznych
* Zuse skonstruował pierwsze trzy komputery w czasie II Wojny Światowej ale
jego dokonania nie zainteresowały władz nazistowskich Niemiec, gdyż Niemcy
byli tak pewni zwycięstwa, że uważali badania Zuse'go za zbędne. Zuse wyjechał
więc do Szwajcarii a następnie do Stanów Zjednoczonych gdzie założył swoją
firmę.
* Mechaniczny kalkulator nazwany Z1 (1936 r.) był modelem testowym w którym
Zuse chciał sprawdzić swoje rozwiązania technologiczne. Od strony
oprogramowania należy zwrócić uwagę na wykorzystanie binarnego systemu
liczenia, arytmetykę zmiennoprzecinkową i moduły lub przekaźniki pracujące w
oparciu o algebrę Boole'a. Nie wszystkie pomysły udało się konstruktorowi
wprowadzić w życie w swoich prototypach ale jego idee były głęboko
przemyślane.
* W 1939 r. Zuse ukończył maszynę Z2 - pierwszy w pełni działający komputer
elektromechaniczny wykorzystujący przekaźniki.
* Komputer Z3 (ukończony pod koniec roku 1941), powstał z odpadków różnych
materiałów dostarczanych przez studentów i różne działy Uniwersytetu. Był to w
zasadzie pierwszy w świecie w pełni programowalny elektroniczny komputer. Z3
działał w oparciu o przekaźniki i co było niespotykane w poprzednich
konstrukcjach wykorzystywał system binarny oraz mógł wykonywać operacje
zmiennoprzecinkowe. Ze względu na kłopoty z papierem (były to przecież lata
wojny) zamiast niego jako nośnika do przechowywania danych i zapisu
programów Zuse używał starych filmów.
* Pierwszy algorytmiczny język programowania nazwany "Plankalkül", został
opracowany przez Konrada Zuse, w 1946 r. Używając go napisał on program do
gry w szachy. Język ten pozwalał na użycie tablic i rekordów oraz i
przyporządkowywanie zmiennym wartości podanego wyrażenia algebraicznego.
* Komputer Z4 ukończony w 1949 r. , już w Szwajcarii na Politechnice w Zurichu
gdzie był używany do 1955 r. Komputer posiadał mechaniczną pamięć o
pojemności 1024 słowa oraz kilka czytników kart perforowanych.
Anglicy w 1943 skonstruowali komputer
Colossus
rozszyfrowujący tajne kody za
pomocą których Niemcy szyfrowali wiadomości. Nie był to jednak komputer
powszechnego zastosowania (jak wspomniano wyżej jego zastosowania ograniczały się
jedynie do deszyfracji tajnych wiadomości), a po drugie jego istnienie było ściśle
utajnione jeszcze 10 lat po zakończeniu wojny.
W roku 1944 amerykański inżynier
Howard H. Aiken
(1900 -1973), pracujący dla IBM
skonstruował pierwszy w pełni elektroniczny kalkulator. Jego zadaniem było obliczanie
trajektorii pocisków dla Marynarki Wojennej USA. Maszyna miała ok. 15 m. długości i
2,5 m wysokości, a ważyła ok 5 ton i zawierała ok. 800 km przewodów łączących ze
sobą poszczególne elementy i układy. Skonstruowany we współpracy Harvardu i IBM
nazwany
MARK I
zbudowany był w oparciu o przekaźniki; wykorzystywał elektryczne
sygnały sterujące, ale elementami wykonawczymi (przełączającymi) były przekaźniki.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]