Винахід перших комп’ютерів

Програмовані комп’ютери вперше почали використовувати для вирішення військових завдань, що стояли перед США, Німеччиною, Англією у Другій світовій війні. Такі пристрої були потрібні для найрізноманітніших цілей, від обчислення траєкторій бомб до дешифровки ворожих радіопередач. Саме війна стимулювала створення якісніших і швидших засобів обчислень. До вирішення цієї проблеми були залучені найблискучіші фахівці. Першими «комп’ютерами» були люди, головним чином жінки. Вони складали довгі «конвеєри» з механічних рахункових машин. Уявіть собі «роботу» програми таким чином: кожна з жінок, що сидять у ряд, працює на своїй станції, виконуючи певну частину обчислень траєкторії бомби, і передає відповідь своїй сусідці для виконання наступного кроку.

Але у військових умовах швидкість та точність однаково важливі, а комп’ютер гарантував і те, і інше. Крім того, війна відкривала фінансові можливості, які в інших умовах могли і не виникнути. Комп’ютер військових років вже був більшою мірою електричною, ніж механічною машиною, використовуючи електрику не тільки для управління механічними компонентами, але і для самих обчислень. Ця машина могла не тільки отримувати результати, але і автоматично використовувати ці результати для інших обчислень.

Після війни комп’ютери не змінили свого амплуа, тобто застосовувалися також, у першу чергу саме для оборонних завдань, особливо в СРСР. Вони створювалися для розв’язку серйозних математичних проблем і першими програмістами у більшості своїй були люди, які складали та виводили рівняння. Фізики та математики ретельно розробляли алгоритми. Вони готували докладну і точну документацію, аналізували рішення своїх колег і шукали математичні докази. Ніколи більше в історії розробки програмного забезпечення для вирішення задачі програмування фахівці не підходили так методично.

Проте, за сучасними мірками проблеми, які вирішували ці талановиті першопроходці, були відносно простими. З іншого боку, не можна сказати, що алгоритми і математичні обчислення були тривіальними. Але на той час застосовувалися лише базові команди і операції. Сучасних операційних систем з тисячами вбудованих функцій та служб тоді ще не існувало.

Незважаючи на поєднання старих добрих зубчастих коліс з новомодними електромеханічними реле, «обчислювачі» залишалися всього лише обчислювачами. Потрібна була поява принципово нової схеми роботи, щоб вивести ці пристрої на якісно новий рівень. І ця схема була розроблена німецьким інженером Конрадом Цузе.

Одним з перших комп’ютерів, який по праву можна вважати програмованим, був створений німецьким інженером Конрадом Цузе (1910-1995). Ще у школі, він створив машину для розміну грошей. Починаючи з 1934, будучи студентом технічного ВНЗ, він приступив до створення універсальної обчислювальної машини, яка була б програмованою, і могла вирішувати задачі будь-якого рівня складності.

Почавши спочатку з десяткової системи, Цузе віддав перевагу все ж таки двійковій системі. І тут він проявив неабиякі здібності. Знаючи про роботи Буля не більше, ніж про машину Беббіджа, він, проте, використовував у задуманому ним комп’ютері принципи булевої алгебри. В кінці 30-х – початку 40-х років ним було побудовано у домашніх умовах декілька рахункових машин і комп’ютерів для здійснення складних інженерних розрахунків (Z1, Z2 – перша буква від прізвища Zuse). У роботі йому допомагали лише кілька друзів, знайомі виділили Цузе невелику суму грошей на його дослідження. Слід зазначити, що тоді як за розробниками американських автоматичних обчислювальних систем стояли цілі університети, Міністерство оборони США і такі могутні компанії, як IBM, Цузе діяв самостійно, на свій страх і ризик.

Машина Цузе складалася з кількох блоків: керуючий пристрій, обчислювальний блок на основі електромеханічних реле, пристрій введення-виведення і, нарешті, пам'ять! Останнє варто відзначити особливо: саме Цузе створив перший зразок механічної «оперативної пам'яті» (на основі рухливих металевих стрижнів) і отримав на нього патент в 1936 р. Таким чином, його пристрій був здатний зберігати у своїй пам'яті проміжні результати розрахунків, а значить, і виконувані ним операції могли бути набагато сложніші.

Машини Цузе управлялися за допомогою програми на перфорованій стрічці, яка виготовлялась з бракованої кіноплівки (через дефіцит паперу у роки війни). Як основні елементи машин використовувалися електромеханічні реле.

Перша в історії працююча програмнокерована
універсальна обчислювальна машина Z-3 (1941 р.)

Конрад Цузе згадував, що машинні команди можуть зберігатися в тій самій пам'яті, що і дані – передбачивши тим самим те, що пізніше стало відомо як архітектура фон Неймана і було вперше реалізовано тільки в 1949 р.

Після таких успіхів Цузе отримав офіційну підтримку німецького уряду на розробку нового комп’ютера для військових цілей – конструювання літаків та ракет. У 1941 році Цузе організував власну фірму Zuse Ingenieurburo und Apparatebau – першу у світі комерційну компанію, яка ставила на меті тільки розвиток комп’ютерних технологій. У цьому ж році (1941), на два роки випередивши Ейкена, Цузе перший серед винахідників комп’ютерів зумів побудувати третю діючу машину – Z3, яка була заснована на електромеханічних реле, яка працювала у двійковій системі числення, замість звичної нам десяткової системи числення. Z3 складалася з 600 реле рахункового пристрою та 2000 реле пристрою пам’яті. Числа можна було «записати» у пам’ять (64 слова по 22 біта) та «прочитати» звідти за допомогою електричних сигналів, які проходили через реле. Реле або пропускали сигнал, або не пропускали. Машина читала програму механічно крок за кроком (лінійно) і проводила від 15 до 20 обчислювальних операцій за секунду.

Тим самим, Z3 стала першим працюючим комп'ютером, який керувався програмою. У багатьох відношеннях Z3 була подібна сучасним машинам, в ній вперше була представлена низка нововведень, таких як арифметика з плаваючою крапкою. Заміна складної в реалізації десяткової системи на двійкову, зробила машини Цузе більш простими і, а значить, більш надійними.

Ще у 1937 році Конрадом Цузе для збільшення діапазону чисел, що подані в арифметиці двійкових чисел, а також для підвищення точності цього подання чисел було запропоновано подання чисел у плаваючій, нормалізованій формі – число x подається у вигляді: x = m × p^k, де m – мантиса числа, k – цілий порядок числа, p^-1 ≤ |m| < 1, p – основа системи числення.

К. Цузе також були запропоновані арифметичні операції над числами з плаваючою крапкою. Наприклад, нехай дано два числа: x = m×p^k і y= n×p^l і (k > l). Тоді можна перевірити, що результати виконання операцій будуть однакові:

x +y = (m + n× p^l-k)× p^k, x - y = (m - n× p^l-k)×p^k

x×y = (m× n) × p^k+l, x / y= (m / n) × p^k-l.

Для завдання складних алгоритмів обчислень Z3 дозволяла використовувати розроблений Конрадом Цузе так званий «набір інструкцій», що включав близько десяти основних та кілька десятків додаткових команд, і був справжнісінькою мовою програмування. У грудні 1941 року Z3 був введений в експлуатацію і одразу же взятий на озброєння виробниками військових літаків. Саме за допомогою Z3 обраховувалися аеродинамічні та балістичні характеристики перших німецьких ракет.

У цей же час Цузе приступив до спорудження Z4, в якій всі механічні частини повинні бути замінені на електронні лампи. Під час бомбардувань Берліна всі машини Цузе, окрім Z4, були знищені. Роботи над Z4 продовжувалися три роки, і до грудня 1944 року цей проект був практично завершений. Проте до цього моменту хід війни змінився далеко не на користь Німеччини.

Під час одного з нальотів радянської авіації на Берлін перший екземпляр ЕОМ Z3 був повністю зруйнований (вчені відновили його тільки в середині 60-х років), а коли у травні 1945 року до столиці Німеччини увійшла радянська армія, Цузе був вимушений тікати разом з вже зібраним комп’ютером Z4 на південь країни. У післявоєнні роки Цузе, не маючи ні засобів, ні можливості продовжувати роботу над комп’ютером, винайшов ефективний спосіб програмування комп’ютерів – систему числових та символьних позначок, яка була побудована на основі логіки. Лише у 1949 Цузе приступив до комерційного виробництва комп’ютерів на основі Z4.

Уникнувши, таким чином, плачевної долі свого «молодшого» побратима, Z4, що розроблялася для військових потреб гітлерівської Німеччини, у 1950 році зайняла своє місце в офісі одного з цюріхських банків, де протягом п’яти років проводила цілком мирні фінансові обрахунки та обробляла дивіденди на рахунках вкладників.

Британські та американські військові експерти уважно ознайомилися з розробками Цузе, і незабаром він був запрошений до співпраці американськими виробниками ЕОМ. Проте Цузе ввічливо відмовився від пропозиції працювати на своїх колишніх супротивників і відновив власну компанію Zuse Ingenieurburo und Apparatebau, яка під маркою Zuse KG налагодила випуск комерційних комп’ютерів. Цією фірмою були створені та широко використовувалися у 50-х роках в Німеччині ЕОМ Z5, Z11, Z22 і Z23. Але Zuse KG почала зазнавати фінансових труднощів і у 1962 році була продана компанії Brown Boveri and Co., а трохи пізніше увійшла до складу корпорації Siemens.

Конрад Цузе називав себе аполітичною людиною як під час війни, так і після неї. Справою всього свого життя він вважав розвиток комп’ютерних технологій у Німеччині і висловлювався з деякою гіркотою про те, що йому так і не вдалося здійснити свою мрію – створити переносний персональний комп’ютер для ділових людей, шкодуючи про те, що у цьому його зуміли випередити американські розробники. Конрад Цузе помер в Німеччині, в Хюхнфельде, у 1995 році, доживши до вісімдесяти п’яти років. З його смертю закінчилася ціла епоха у розвитку європейських інформаційних технологій.

Через війну роботи Цузе довгий час залишалися невідомими за межами Німеччини. Але по обидві боки Атлантики були і інші вчені, які, як і Цузе, зрозуміли ефективність двійкової системи числення та символьної логіки для проведення обчислень, проте перехід від десяткової системи до двійкової не одразу отримав визнання. Але очевидні переваги та перспективність автоматизованих обчислювальних систем, що «воювали» під час Другої світової на боці Німеччини, не могли залишитися непоміченими колишніми країнами-союзниками, що вже неабияк відстали від німців у цій сфері технологій. Проте в Радянському Союзі подальший розвиток ЕОМ був фактично зупинений з ідеологічних міркувань: уряд СРСР зарахував кібернетику у розряд псевдонаукової єресі, внаслідок чого еволюція комп’ютерів у даній окремо взятій країні на деякий час стала нездійсненною. І пальма першості в області високих технологій перейшла до американців.

По суті, ідеї Цузе, що були закладені у комп’ютерах Z1-Z4, є основними у комп’ютерних технологіях, які будуть пов’язані з ім’ям Джона фон Неймана.

---

Дата добавления: 2015-11-14