Historia maszyn cyfrowych.

Historia maszyn cyfrowych.





Od najdawniejszych czasów ludzie posługiwali się liczbami.

Nawet najprymitywniejsze plemiona wykonywały złożone obliczenia, które były potrzebne w rolnictwie, handlu i żegludze. Przyrządy, pomagające w takich obliczeniach, wywodzą się z używanych w prehistorii kamieni do liczenia, które z czasem przekształciły się w liczydła.

Dopiero w XVII wieku niemieccy i francuscy rzemieślnicy wynaleźli lepszy przyrząd-pierwszą

maszynę do dodawania, działającą w oparciu o koła zębate. W XIX wieku Anglik Charles Babbage zaprojektował maszynę napędzaną parą, która mogła obliczyć pierwiastek kwadratowy, pierwiastek sześcienny i inne funkcje potęgowe. Chociaż Babbage nigdy nie doprowadził do wyjścia swojej

„ maszyny analitycznej” ze stadium modelu, zastosował jednak wiele takich reguł, jakie obecnie używane są we współczesnych komputerach.

Wraz z odkryciem elektryczności pojawiły się elektryczne kalkulatory oparte o karty perforowane i przekaźniki. Pierwszego współczesnego komputera nie opracowała jedna osoba, lecz był on wynikiem eksperymentów z lat 30-tych i 40-tych XX wieku, przeprowadzonych w Anglii, Stanach Zjednoczonych i Niemczech. Elektroniczny Numeryczny Integrator i Komputer -ENIAC, zbudowany z lamp elektronowych w 1946 roku na Uniwersytecie Pensylwanii, jest najlepiej znanym wczesnym modelem komputera.

W ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat komputery wkroczyły w codzienne życie na więcej sposobów niż ludzie mogli sobie kiedykolwiek wyobrazić.

Historia matematyki rozpoczęła się od chwili, kiedy ludzie musieli zacząć radzić sobie z liczbą większą niż jeden. Członkowie wczesnych plemion koczowniczych liczyli i zapisywali zwierzęta w swoich stadach, chociaż nie znali systemu zapisu liczb. Aby liczyć, podnosili oni kamyki lub ziarna i wkładali je do worka. Do dużych liczb używali różnych palców, symbolizujących liczby 10 i 20.

Rozwinęli oni koncepcję liczby jako jako symbolu, nie związanego z liczonymi rzeczami.

Gdy rejestrowanie i obliczenia stało się bardziej złożone, ludzie wynaleźli przyrządy, które im w tym pomagały. Jednym z pierwszych takich przyrządów było liczydło. Prawdopodobnie wymyślone zostało w Babilonii, jednak jego pochodzenia nie można dokładnie określić. Na pewno wiadomo, że było znane wcześniej niż w czasach starożytnych Greków i Rzymian. Na początku liczydło było powierzchnią piasku, tabliczką woskową lub płytką kamienną, ze znakami wskazującymi pozycję liczby i kamykami służącymi do liczenia. Rzymianie nazywali takie kamyki „calculi” skąd wywodzi się angielskie słowo „calculation” (obliczenie). Z początkiem średniowiecza na Środkowym Wschodzie pojawiło się liczydło „orientalne” – ramka w kształcie pudełka zawierająca koraliki na prętach. Jest ono ciągle szeroko używane w Azji i na Środkowym Wschodzie.

Intelektualna burza siedemnastego wieku doprowadziła matematyków na szczyty pomysłowości w wynalazkach, które miały ułatwić pracę przy niekończących się obliczeniach. W roku 1614 John Napier, szkocki teolog i matematyk, odkrył logarytmy i sprowadził złożone zagadnienia mnożenia do prostszego problemu dodawania. W roku 1617, zapisując tablice do mnożenia na zbiorze sztabek, jeszcze bardziej uprościł on mnożenie dużych liczb. W ciągu kilku lat logarytmy Napiera weszły w użycie w postaci suwaka logarytmicznego, co sprawiło, że jego sztabki stały się przestarzałe.

W roku 1642, we Francji, Blaise Pascal, 19-letni syn poborcy podatków, eksperymentował z mechaniczną maszyną do dodawania, aby pomóc w pracy swojemu ojcu. Wymyślił on maszynę napędzaną przez współ zależne przekładnie zębate, która mogła obliczyć duże liczby. Chociaż wynalazek ten, zwany sumatorem Pascala, stał się szeroko znany jako pierwsza maszyna dodająca, jednak w rzeczywistości niemiecki profesor Wilhelm Schickard zbudował pierwszy kalkulator już w roku 1623. Inny Niemiec, dyplomata i matematyk baron Gottfried Wilhelm von Leibniz, zastąpił w 1673 roku wynalazek Pascala łatwiejszym w użyciu kalkulatorem.

W dziewiętnastym wieku, na długo przed nastaniem ery elektroniki, Anglik Charles Babbage doszedł tak blisko do rozwiązań stosowanych w komputerach, że dziś jest znany jako „ojciec” komputerów.

Pierwsze urządzenie zbudowane według projektu technicznego Babbage’a, maszyna różnicowa, było napędzane przez silnik parowy. Obliczała ona tablice logarytmów metodą różnic skończonych i zapisywała wynik na metalowej blaszce. Działający model wyprodukowany przez niego w 1822 roku był sześciocyfrowym kalkulatorem zdolnym do przygotowania i drukowania tablic numerycznych. W roku 1833 Babbage zapowiedział projekt bardziej uniwersalnego urządzenia o większych możliwościach, „ maszyny analitycznej”. Zaprojektował on nową maszynę mającą wykonywać szeroką gamę zadań obliczeniowych na stu 40-cyfrowych liczbach z „magazynu”. „Młyn” złożony z kół i zębów miał operować liczbami. Operator mógłby instruować maszynę lub, używając współczesnego określenia, programować ją poprzez dziurkowanie serii kart.

Pomysł kart dziurkowanych nie był nowy. Francuski tkacz jedwabiu Joseph-Marie Jacquard jako pierwszy o nich dla potrzeb swojego automatycznego krosna do jedwabiu. Jacquard stworzył tak dokładną i wyrafinowaną technologię, że tkanie skomplikowanych jedwabnych wzorów wymagało instrukcji wydziurkowanych na 10000 kart. Niestety, chociaż Babbage stworzył dokładne projekty i udoskonalił technikę produkcji chcąc pokazać, że maszyna analityczna może zostać zbudowana, jednak zabrakło mu pieniędzy i zasobów, aby zrealizować swoje plany. Mimo, że Babbage nigdy nie był w stanie dokończyć maszyny analitycznej, wymyślił on podstawowe zasady działania współczesnego komputera.

Herman Hollerith zbudował pierwsze w świecie urządzenie do przetwarzania danych w celu wykonaniu obliczeń i zestawień spisu ludności Stanów Zjednoczonych w roku 1890. Pracując przy spisie z roku 1880, Hollerith dokładnie poznał wolną procedurę obliczania. Armia urzędników pracowała ręcznie latami, aby przeliczyć dane z 1880roku. Do chwili, zanim pracownicy przeanalizowali, zorganizowali i opublikowali dane, były one już nieaktualne od ponad pięciu lat.

Wykorzystując pomysł kart perforowanych, Hollerith opracował karty o wymiarach 7,5 na 12,5 centymetra z dwunastoma rzędami po 20 otworów, które oznaczały wiek osoby, jej płeć, miejsce urodzenia, stan cywilny, liczbę dzieci itp. Akwizytorzy zbierali dane do spisu i przenosili odpowiedzi na karty, dziurkując odpowiednie otwory. Karty były wprowadzane do urządzenia rejestrującego i za każdym razem, gdy metalowa igła trafiała w otwór, zamykał się obwód elektryczny i informacja była zapisywana w zespole tarcz rejestrujących. Elektryczny system tabulacyjny Holleritha, jak nazywano aparat, przeprowadził przy spisie w roku 1890 obliczenia dla 62 622 250 osób.

Holerith udoskonalił później swój wynalazek dodając do wyposażenia przystawki, w postaci automatycznych podajników kart. Firma, którą założył aby produkować maszyny, stała się częścią korporacji znanej dzisiaj jako IBM.

Idee Charlesa Babega’a stały się rzeczywistością 70 lat po jego śmierci, kiedy badacze Uniwersytetu Harward, kierowani przez Howarda Aikena, rozpoczęli w roku 1941 pracę nad maszyną liczącą Mark I. Mark I wykorzystywał zespół przekaźników elektro mechanicznych, które działały jako przełoczniki dwustanowe. W całości Mark I mierzył 2,4 na 15,2 metra. Przeprowadzając trzy operacje dodawania i odejmowania albo jedną operację mnożenia na sekundę, mógł rozwiązać w ciągu jednego dnia problemy matematyczne, które zabierały jednej osobie z sumatorem sześć miesięcy pracy. Jednak Mark I został wkrótce wyprzedzony przez elektroniczny numeryczny integrator i komputer (ENIAC), oparty na przełącznikach zbudowanych z lamp elektronowych. J.P.Eckert i John Mauchuly z Uniwersytetu Pensylwanii zaprezentowali elektroniczny komputer 14 lutego 1946 roku. EANIAC mógł liczyć tysiąc razy szybciej niż jakiekolwiek wcześniejsze urządzenie, dokonując 5000 działań

dodawania i odejmowania, 350 mnożenia lub 50 dzielenia na sekundę. Jednak EANIAC był również około dwa razy większy niż Mark I. Ta ogromna maszyna wypełniała 40 szaf; zawierała 100000 części włączając w to około 17000 lamp elektronowych; ważyła 27 ton, mierzyła 5,5 na 24,4 metra.