TIKowy Belfer: Krótka historia maszyny liczącej...

października 23, 2016

Krótka historia maszyny liczącej...

Zawsze fascynowała mnie historia komputera. Urządzenie to nie powstało zbyt dawno, ale trzeba zdać sobie jednak sprawę, że przodkami współczesnych komputerów były maszyny liczące, a zanim one powstały różnorodne narzędzia, które służyły człowiekowi do wykonywania prostych obliczeń.
Kiedyś pokusiłam się do zebrania tych informacji - dzisiaj dzielę się nimi z Wami. Mam świadomość, że nie są to szczegółowe informacje, ale z pewnością są wystarczające, aby przybliżyć ten jakże ciekawy temat.

X wiek p. n. e.

W wykopaliskach między Mezopotamią i Indiami odnaleziono ślady systematycznych metod znajdowania wyniku najprostszych operacji za pomocą specjalnie przygotowanych i poukładanych kamieni. Początkowo kamienie układano w rzędach na piasku tworząc w ten sposób plansze obliczeniowe, które nazywano abakami (abakusami). Abak był używany przez starożytnych Egipcjan, Greków i Rzymian. Później zaczęto nawlekać kamienie na pręty, tworząc liczydła, czyli kompletne i przenośne przyrządy do obliczeń. Liczydła przeżywały swój renesans w wiekach średnich - wtedy np: ukształtował się japoński soroban.

Soroban

http://figur8.net

2300 lat temu powstał jeden z najstarszych algorytmów – algorytm Euklidesa – służy on do obliczania największego dzielnika dwóch liczb.

Euklides nie użył określenia algorytmu. Pochodzi ono bowiem od nazwiska arabskiego matematyka Muhammada ibn Musa al-Chwarizmi’ego żyjącego na przełomie VIII i IX wieku. Jest on uznawany za prekursora metod obliczeniowych w matematyce. Upowszechnił on system dziesiętny i stosowanie zera.

Muhammad ibn Musa al-Chuwarizmi
http://www.yesiknowthat.com

XVII wiek - rok 1623

Wilhelm Schickard (1592-1635) niemiecki matematyk zbudował pierwszą maszynę do liczenia wykonującą proste działania arytmetyczne. Niestety jedyny egzemplarz tej maszyny spłonął w niewyjaśnionych okolicznościach. Dzięki temu, że Schickard zawarł jej opis w liście do Johannesa Keplera, któremu ta maszyna miała pomóc w jego astronomicznych rachunkach, można było odtworzyć replikę owej maszyny.

Dwadzieścia lat później Blaise Pascal (1623-1662) chcąc dopomóż swojemu ojcu, który był poborcą podatkowym, skonstruował maszynę liczącą nazwaną Pascaliną. Wyprodukowano około 50 egzemplarzy tej maszyny -część z nich była przeznaczona do obliczeń w różnych systemach monetarnych, a część - dla różnych miar odległości i powierzchni (dla geodetów). Za pomocą tej maszyny można było wykonywać dwa działania: dodawanie i odejmowanie. Ponadto Pascal umieścił w swojej maszynie mechanizm przenoszenia cyfr i mogły być w niej przechowywane niektóre wyniki obliczeń.

Blaise Pascal

http://www.fiz.boost.pl

Pascalina

www.esamealex.altervista.org

Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) - niemiecki matematyk i filozof - przypisuje się mu zbudowanie pierwszej mechanicznej maszyny mnożącej. W swojej maszynie Leibniz użył wielu części, które później wykorzystano w maszynach biurowych. Podobnie jak w przypadku maszyn Schickarda i Pascala, maszyna Leibniza wymagała wykonywania wielu manualnych operacji w trakcie obliczeń. Jednak nie można było na niej w pełni automatycznie i w całości wykonać prostego działania na dwóch liczbach.

Gottfried Wilhelm Leibniz

http://www.earlymoderntexts.com

Maszyna Leibniza

www.computerhistory.org

XVIII wiek

Automatyzację procesu przetwarzania danych zapoczątkował wynalazek tkacza - Francuza J. M. Jacquarda, pokazany w 1801r. na wystawie w Paryżu. Wykorzystał on do sterowania krosnem kart dziurkowanych, na których był zakodowany wzór tkanej tkaniny.

Krosno Jacquarda

https://pl.wikipedia.org

Abraham Stern (1769-1842) z zawodu zegarmistrz wykonał serię maszyn, które poza czterema działaniami podstawowymi, wyciągały także pierwiastki kwadratowe. Jedna z jego maszyn, raz uruchomiona, potrafiła wykonać za pomocą mechanizmu zegarowego wszystkie operacje bez ingerencji człowieka. Niestety były to konstrukcje bardzo delikatne - stąd mało praktyczne.

XIX wiek

Za najwybitniejszego twórcę maszyn liczących, żyjącego przed erą elektroniczą, uważa się angielskiego matematyka Charlesa Babbage'a (1791-1871). Babbage zaprojektował maszynę, która miała wykonywać obliczenia według schematów różnicowych i przeznaczona była głównie do automatyzacji tworzenia tablic astronomicznych. Swoją pierwszą maszynę nazwał maszyną różnicową (1822).

Babbage konstruował swoją maszynę przez ponad 10 lat - niestety z powodów rodzinnych i finansowych oraz z braku porozumienia z głównym konstruktorem-wykonawcom zaprzestał dalszych prac nad maszyną różnicową. Zmontowaną część maszyny - podobno nadal sprawną, można oglądać w Muzeum Nauki w Londynie. Kompletny egzemplarz maszyny różnicowej według projektu Babbage'a został ukończony w 1991 roku, dla uczczenia dwusetnej rocznicy urodzin Babbage'a.

Maszyna różnicowa

http://ciekawostkihistoryczne.pl

Maszyna analityczna

https://pl.wikipedia.org

W trakcie prac nad maszyną różnicową, Babbage zajął się pomysłem zbudowania doskonalszej maszyny liczacej, maszyny analitycznej.(1833) W tym projekcie Babbage zawarł wiele pomysłów, zrealizowanych dopiero we współczesnych komputerach: rozdzielił pamięć od jednostki liczącej, wprowadził urządzenie kontrolne, sterowane poleceniami na kartach dziurkowanych (podobnie ja u Jacquarda). Był to więc pierwszy pomysł kalkulatora sterowanego programem zewnętrznym. Niestety, ówczesny poziom mechaniki precyzyjnej (maszyna miała mieć ponad 50 tys. części) nie pozwolił nawet na rozpoczęcie realizacji tego projektu.

W latach trzydziestych XIX wieku powstała idea tworzenia wymiennych programów dla automatycznych maszyn liczących - pomysł ten przypisuje się Adzie Auguście hrabinie Lovelace (1815-1852), córce poety angielskiego lorda Byrona. Jest uznawana za pierwszą w historii programistkę. W 1833 roku poznała Charlesa Babbage'a, zmagającego się wtedy z budową maszyny analitycznej. Nie czekając na jej skonstruowanie zajęła się sporządzaniem opisów jej użytkowania do rozwiązywania konkretnych zadań obliczeniowych. Opisy te nazwalibyśmy dzisiaj programami.

Ada Augusta

https://pl.wikipedia.org

ok. 1890 roku

Amerykanin Herman Hollerith (1860-1926) skonstruował pierwsze na świecie elektromechaniczne maszyny licząco-analityczne. Hollerith chcąc zautomatyzować prace statystyczne związane ze spisem ludności przeprowadzanym wtedy w Stanach Zjednoczonych co dziesięć lat, sięgnął po elektryczność, jako źródło impulsów i energii i skonstruował czytnik-sorter kart dziurkowanych, na których były zapisywane wyniki spisu. Hollerith założył przedsiębiorstwo, z którego w 1924 roku powstała firma IBM.

Maszyna Hermana Holleritha

http://www-03.ibm.com

XX wiek

W pierwszej połowie XX wieku pojawiły się pierwsze maszyny elektroniczne, zwane jeszcze wtedy maszynami matematycznymi. Ich twórcami byli bowiem głównie matematycy, a przeznaczeniem - złożone obliczenia matematyczne.

Matematyk angielski Alan Turing (1912-1954) podał w 1936 roku opis teoretycznej konstrukcji - uniwersalnej maszyny, znanej dzisiaj jako maszyna Turinga. Maszyna ta jest w stanie rozwiązać dowolny problem, dla którego można podać algorytm. Budowa tej maszyny jest bardzo prosta: składa się z głowicy i przesuwającej się pod nią taśmy. Obliczenia za pomocą takiej maszyny polegają na przeprowadzeniu zapisanej symbolami taśmy od stanu początkowego do stanu końcowego, który również można opisać układem symboli na taśmie.

W latach wojny Turing uczestniczył w konstruowaniu pierwszego brytyjskiego komputera Collos, który był wykorzystywany do łamania kodów niemieckich maszyn Enigma.

rok 1941

Niemiecki inżynier Konrad Zuse (1910-1995) zakończył pracę nad maszyną Z3, wykonywała ona obliczenia na liczbach binarnych, sterowane programem zewnętrznym, podawanym za pomocą perforowanej taśmy filmowej. W 1945r. maszyna Z3 została zniszczona podczas bombardowania. Następna maszyna zbudowana przez Zusego, Z4, działała do końca lat pięćdziesiątych.

Replika maszyny Z1 i jej autor Konrad Zuse

www.mkgajwer.jgora.net

Maszyna Z3 i jej autor Konrad Zuse

http://www.german-way.com

rok 1944

Howard H. Aiken (1900-1973) na Uniwersytecie Harvarda skonstruował maszynę liczącą MARK I, zwaną również ASCC (ang. Automatic Sequence Controlled Computer). Obok mechanizmu liczącego, maszyna dysponowała również urządzeniami wejścia/wyjścia, pamięcią dla danych oraz urządzeniem sterującym. Wykonywała ona trzy dodawania na 1 s. Jedno mnożenie trwało 6 s., dzielenie zaś 15 s. Maszyna mogła zapamiętać 72 liczby dwudziestotrzycyfrowe.

MARK I

www.eldiariodenewyork.com

Zbudowany w 1947 roku komputer MARK II był już w pełni maszyną elektroniczną. W maszynach tych można było pamiętać około 100 liczb kilkunastocyfrowych, a działania trwały od 0,2 do kilku sekund.

Okres drugiej wojny światowej był decydujący dla rozwoju automatycznych maszyn cyfrowych. Wraz z rozwojem techniki zbrojeniowej powstało zapotrzebowanie na szybko liczące maszyny cyfrowe.

rok 1946

Na Uniwersytecie Pensylwania uruchomiono pierwszą elektroniczną maszynę liczącą ENIAC (ang. Elektronic Numerical Integrator and Computer). Jej twórcami byli John P. Eckert (1919-1995) i John W. Mauchly (1907-1980). Ta wielka maszyna matematyczna wyposażona była w lampy elektronowe i liczyła 2000 razy szybciej niż komputer na przekaźnikach. ENIAC zajmował powierzchnię 140m2,miał przeszło 18000lamp elektronowych, 1500 przekaźników, pobierał prąd elektryczny o mocy 150 kW i ważył prawie 30 ton. Koszty instalacji w specjalnie zaprojektowanych budybku wynosił ok. 2 mln dolarów. Maszyny na lampach elektronowych określa się w elektronice jako komputery pierwszej generacji.

ENIAC

https://en.wikipedia.org

www.cmlab.csie.ntu.edu.tw

Również w 1946r. amerykański matematyk węgierskiego pochodzenia John von Neumann (1903-1957) zainspirował prace nad projektem EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Cimputer), których celem było zbudowanie komputera bez wad poprzednich konstrukcji. Model komputera zaproponowany przez von Neumanna, zwany dzisiaj architekturą von neumanowską, składa się z: arytmometru (procesora), pamięci, centralnego zegara i wprowadzania danych oraz wyprowadzania wyników. Program jest przechowywany w pamięci komputera, tam gdzie znajdują się dane. Jednostka sterująca komputera pobiera kolejne rozkazy programu i w takt zegara wykonuje je na danych z pamięci.

EDVAC

www.thocp.net

rok 1949

Na Uniwersytecie Manchester w Anglii skonstruowano pod kierunkiem Maurice'a V. Wilkesa pierwszy komputer lampowy z programowalną pamięcią - EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Była ona pierwszą uruchomioną i wykorzystywaną automatyczną maszyną o nowej strukturze, dominującej po dzień dzisiejszy w elektronicznych cyfrowych maszynach liczących.

UNIVAC 1 - pierwszy komputer produkowany seryjnie (1951r.)

Powstały w 1951 roku Univac 1 był pierwszym ogólnodostępnym komputerem, produkowanym seryjnie, każdy, kto dysponował milionem dolarów mógł go kupić, wyprodukowano 49 sztuk. W porównaniu z ENIAC’iem był mniejszy i można go było swobodnie programować. Jego wielkość to 7,5 x 15 m, wyposażony był w 5600 lamp, 18,000 diod, 300 przekaźników. Częstotliwość zegara wynosiła 2.25 MHz, miał wewnętrzną pamięć 1000 słów lub 12 znaków. Pobór prądu to 120 KW. Prędkość obliczeń wynosiła 0,525 milisekund dla dodawania i odejmowania, 2,15 ms dla mnożenia i 3,9 ms dla dzielenia.

UNIVAC

http://www.computermuseum.li

rok 1955

W Bell Laboratory w USA rozpoczęła pracę pierwsza licząca maszyna tranzystorowa Tradic skonstruowana przez J.H. Felkera. Jest ona znana jako komputer drugiej generacji. Do licznych zalet tego komputera należy zaliczyć: niewielkie rozmiary, wysoką niezawodność, mały pobór prądu, niewysoką cenę oraz wykonywanie ok. 1300 dodawań na sekundę.

TRADIC

http://www.astrosurf.com

Dalsze osiągnięcia doprowadziły w 1962 roku do skonstruowania komputerów trzeciej generacji, wykonujących 160000 dodawań na sekundę.

rok 1968

Dzięki zastosowaniu monolitycznych układów scalonych uzyskano dalszą miniaturyzację, która doprowadziła do powstania komputerów czwartej generacji, wykonujących ok 300000 dodawań na sekundę.

rok 1971

Amerykańska firma Texas Instruments rozpoczęła seryjną produkcje mikroprocesorów. Mikroprocesor przyczynił się do powszechnego stosowania kalkulatorów, komputerów osobistych, notesów elektronicznych i szeregu innych urządzeń.

początek lat 80-tych

W ośrodkach naukowych Japonii i USA rozpoczęto prace nad komputerami piątej generacji. Główna idea towarzysząca projektantom takich systemów sprowadza się do przekonania, że komputer powinien wykonywać czynności właściwe człowiekowi. Taki komputer musi być wyposażony w sztuczną inteligencję.