История ЭВМ в истории ее создателей

Ада Августа Лавлейс (1815-1852)

Графиня Ада Лавлейс, дочь поэта Байрона, изучала астрономию, латынь,

музыку и математику. Совместно с английским

математиком Чарльзом Бэббиджем она работала над

созданием арифметических программ для его счетных

машин. Ее работы в этой области были опубликованы в

1843 году. Однако в то время считалось неприличным для женщины издавать свои сочинения под полным именем и, Лавлейс поставила на титуле только свои инициалы. Поэтому ее математические труды, как и работы многих других женщин-ученых, долго пребывали в забвении.

В материалах Бэббиджа и комментариях Лавлейс намечены такие понятия, как подпрограмма и библиотека подпрограмм, модификация команд и индексный регистр, которые стали употребляться только в 50-х годах нашего века. Сам термин библиотека был введен Бэббиджем, а термины рабочая ячейка и цикл предложила Ада Лавлейс.

Графиню Лавлейс называют первым программистом; в ее честь назван язык программирования АДА.

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage) (1792-1871) Чарльз Бэббидж был сыном богатого банкира из Дэвона (Англия) и очень талантливым математиком. В течение 13 лет он заведовал кафедрой математики Кембриджского университета (когда-то этот пост занимал Ньютон), но не прожил при университете ни дня и не прочел там ни одной лекции. Бэббидж был одним из основателей Королевского астрономического общества, автором всевозможных сочинений на самые различные темы от политики до технологии производства. Он принимал участие в создании различных приборов, в частности, тахометра, и приспособлений, например предохранительной решетки для железнодорожного локомотива, которая позволяла отбрасывать с пути случайно попавшие туда предметы. Бэббидж занимался и такими серьезными проблемами, как расчет смертности населения и реформа почтовой службы. Однако главной страстью Бэббиджа была борьба за безукоризненную математическую точность. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов Неппера, которыми широко пользовались при вычислениях астрономы, математики, штурманы дальнего плавания. В 1821 году приступил к разработке своей вычислительной машины, которая помогла бы выполнить более точные вычисления.

В 1822 году была построена пробная модель Разностной машины, способной рассчитывать и печатать большие математические таблицы. Работа модели основывалась на принципе, известном в математике как «метод конечных разностей»: при вычислении многочленов используется только операция сложения и не выполняется умножение и деление, которые значительно труднее поддаются автоматизации. При этом предусматривалось применение десятичной системы счисления, а не двоичной, как в современных компьютерах. Это было очень сложное, большое устройство и предназначалось для автоматического вычисления логарифмов.

На протяжении следующих десятилетий Бэббидж работал над своим изобретением. В 1834 году он пришел к идее создания еще более мощной машины - Аналитической, которая не просто должна была решать математические задачи одного определенного типа, а выполнять разнообразные вычислительные операции в соответствии с инструкциями, задаваемыми оператором. В этой машине он использовал идею программного управления Жаккарда с помощью перфокарт.

Бэббидж развил эту идею, применив ее для автоматизации вычислений, и реализовал управление в зависимости от текущего результата вычислений.

Аналитическая машина должна была иметь такие компоненты, как «мельница» и «склад» (арифметическое устройство и память), состоящие из механических рычажков и шестеренок. Память машины вмещала до 100 сорокоразрядных чисел. Эти числа должны были храниться в памяти, пока до них не дойдет очередь в арифметическом устройстве. Результаты операции либо отправлялись в память, чтобы также ждать своей очереди, либо распечатывались.

Если Разностная машина имела сомнительные шансы на успех, то Аналитическая машина и вовсе выглядела нереалистичной. Ее просто невозможно было построить и запустить в работу. В своем окончательном виде машина должна была быть не меньше железнодорожного локомотива. Ее внутренняя конструкция представляла собой беспорядочное нагромождение стальных, медных и деревянных деталей, часовых механизмов, приводимых в действие паровым двигателем. Аналитическая машина так и не была построена. Все, что дошло от нее до наших дней, - это ворох чертежей и рисунков, а также небольшая часть арифметического устройства и печатающее устройство, сконструированное сыном Бэббиджа.

Наивысшим достижением Чарльза Бэббиджа и вместе с тем его величайшей болью была разработка принципов, положенных в основу современных компьютеров, за целое столетие до того, как появилась техническая возможность их реализации. Он потратил несколько десятилетий, крупные правительственные субсидии и значительную часть собственных средств в попытках создать вычислительную машину, работающую на этих принципах. Интересно, что в процессе работы над проектом Аналитической машины Бэббидж нашел подходы к созданию значительно менее громоздкого устройства Разностной машины №2.

По иронии судьбы Разностной машине повезло больше. Шведский издатель, изобретатель, переводчик Пер Георг Шойц, прочтя как-то об этом устройстве, построил его слегка видоизмененный вариант, воспользовавшись ценными советами Бэббиджа. В 1854 году это устройство прошло испытание в Лондоне, а годом позже Разностная машина Шойца была удостоена золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Спустя еще несколько лет английский инженер Данкин по заказу британского правительства, отказавшего в свое время в поддержке Бэббиджу, сделал копию шведской машины для правительственной канцелярии.

В чем же суть достижений Чарльза Бэббиджа и его ученицы и помощницы Ады Лавлейс?

Идея программного управления процессом вычислений.

Предложение использовать перфокарты для ввода и вывода данных и для управления, а также для обмена и передачи чисел в самой машине.

Изобретение системы предварительного переноса для ускорения расчетов.

Применение способа изменения хода вычислений, получившего в дальнейшем название условного перехода.

Введение понятия циклов операций и рабочих ячеек.

В 1985 году сотрудники Музея науки в Лондоне решили выяснить, возможно ли на самом деле построить вычислительную машину Бэббиджа. После нескольких лет напряженной работы старания увенчались успехом. В ноябре года Разностная машина №2 впервые произвела серьезные вычисления.

Джон Фон Нейман (1903-1957) Неймана как выдающегося физика и математика было уже хорошо известно в широких научных кругах, все высказанные положения в отчете приписывались ему. Более того, архитектура первых двух поколений ЭВМ с последовательным выполнением команд в программе получила название «фон Неймановской архитектуры ЭВМ».

Клод Эльвуд Шеннон логическую организацию своей машины. Постепенно у Шеннона стали вырисовываться контуры устройства компьютера. Если построить электрические цепи в соответствии с принципами булевой алгебры, то они могли бы выражать логические отношения, определять истинность утверждений, а также выполнять сложные вычисления.

Электрические схемы, очевидно, были бы гораздо удобнее шестеренок и валиков, щедро смазанных машинным маслом у «дифференциального анализатора». Свои идеи относительно связи между двоичным исчислением, булевой алгеброй и электрическими схемами Шеннон развил в докторской диссертации, опубликованной в 1938 году.

Джон Непер (John Naiper) (1550-1617) чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления логарифмическая линейка. Неппер же придумал в 1617 году (год его смерти) другой - не логарифмический- способ перемножения чисел. Инструмент получил название «палочки Непера».

Грейс Мюррей Хоппер (Grace Murray Hopper)(1906-1992) курсов в университете Нью-Йорка.

В декабре 1943 года, в самый разгар второй мировой войны, она приняла присягу и в мае 1944 года поступила на службу в ВМФ США. Получив в июне года звание младшего лейтенанта, Грейс Хоппер была включена в отдел ВМФ, который занимался разработкой программ для компьютера ASCC (Mark-1), детища Говарда Айкена.

При работе на компьютере Mark-1 Грейс Хоппер и ее группой впервые были введены некоторые приемы, которые стали в дальнейшем широко использоваться в программистской практике. В частности, первыми инструментами, которые экономили труд программистов, были подпрограммы. Так вот, в августе 1944 года для Mark-1 была написана первая подпрограмма для вычисления sin(x). Термин подпрограммы был введен позже – Англия, Морис Уилкс.

Еще одно фундаментальное понятие техники программирования впервые ввели Грейс Хоппер и ее группа – отладка. Причем случилось это при курьезных обстоятельствах. Жарким летним днем 1945 года неожиданно произошла остановка компьютера. Обнаружилась неисправность одного реле, контакты которого были заблокированы мотыльком, неизвестно каким образом туда попавшим. Вспоминает Грейс Хоппер: «Когда к нам зашел офицер, чтобы узнать, чем мы занимаемся, мы ответили, что очищаем компьютер от насекомых (debuging). Термин debuging (отладка) с тех пор прижился и стал использоваться для обозначения поиска неисправностей в компьютере, особенно в программном обеспечении».

В 1949 году Грейс Хоппер перешла на работу старшим математиком во вновь образовавшуюся фирму Маучли- Эккперта (создатели электронного компьютера ENIAC), где приняла участие в разработке программных средств коммерческого компьютера UNIVAC-1.

Для облегчения процесса составления программ на машинном языке, вместо записи команд в двоичной системе счисления в то время использовалась восьмеричная система счисления. Грейс Хоппер тоже освоила эту систему:

научилась складывать, вычитать, умножать и делить в ней. Однажды даже заполнила баланс своего банковского счета в восьмеричной системе счисления.

Выручил брат-банкир, напомнив ей, что банки все-таки работают в десятичной системе счисления. «Я столкнулась с проблемой жизни в двух мирах, - вспоминала Грейс Хоппер, - вероятно, это было одной из причин, побудивших меня по возможности избавиться от восьмеричных чисел».

В 1949 году Джон Моучли создал систему под названием Short Code, которая являлась примитивным языком программирования высокого уровня. В ней программист записывал решаемую задачу в виде математических формул, а затем, используя таблицу перевода символ за символом, преобразовывал эти формулы в двухлитерные коды. В дальнейшем специальная программа компьютера превращала эти коды в двоичный машинный код. Система, разработанная Джоном Маучли, была по существу одним из первых примитивных интерпретаторов, т.е. в последующие годы одним из двух типов трансляторов. Эта система оказала большое влияние на Грейс Хоппер. «Short Code был первым шагом к чему-то такому, что давало программисту возможность писать программы на языке, отличном от машинного», - писала Грейс Хоппер.

Второй шаг предстояло сделать ей.

В 1951 году Грейс Хоппер создала первый компилятор и ею же был введен сам этот термин. Компилятор Грейс Хоппер осуществлял функцию объединения и в ходе трансляции производил организацию подпрограмм, выделение памяти компьютера, преобразование команд высокого уровня (в то время псевдокодов) в машинные команды. Конечно, между компилятором, созданным Грейс Хоппер, и сегодняшними сходство небольшое, но начало было положено.

Свой первый компилятор Грейс Хоппер назвала А-0, затем по мере его расширения и улучшения в последующие годы появились его версии А-1, А-2, АВ 1954 году группа под руководством Грейс Хоппер разработала систему АТ-3, включающую язык программирования и компилятор, которая в дальнейшем получила название MATH-MATIC и продавалась компанией Remington Rand вместе с компьютером UNIVAC-1.

Приступив к созданию нового языка и компилятора, Грейс Хоппер со своей группой, выбрали около 30 английских слов типа: add (сложить), compare (сравнить), transfer (переслать) и т.п., а затем разработали компилятор, который транслировал программы, написанные на этом языке, в машинный код.Для адекватного распознания компилятором выбранных слов Грейс Хоппер придумала способ, который сохранился в операторах будущих языков: каждое слово (название оператора) содержит неповторимую комбинацию из первой и третьей букв, поэтому компилятор при генерации машинного кода может игнорировать все остальные буквы в слове. Создание «необычного» (по тем временам) языка и компилятора, который получил название В-0, было завершено в 1956 году. В 1958 году система В-0 поступила на рынок под новым названием FLOW-MATIC. В отличие от ФОРТРАНа – языка для научных приложений, FLOW-MATIC был первым языком для задач обработки коммерческих данных.

Создание универсального, машинно-независимого языка высокого уровня для деловых применений и бизнеса стало очередной задачей, за разрешение которой в начале 1959 года взялась энергичная Грейс Хоппер. Она обратилась за поддержкой в Министерство обороны США, которое вскоре организовало конференцию по языкам программирования. Эта конференция, получившая в дальнейшем название CODASYL (Conference on Data Systems Language), организовала три группы по разработке нового универсального языка. К осени 1959 года создание языка было завершено, и он получил имя COBOL (Common Business Oriented Language). Одним из основных консультантов при создании языка была Грейс Мюррей Хоппер.

В 1967 году Хоппер вернулась на действительную службу в ВМФ и к 1980 году стала капитаном Управления вычислительной техники в Вашингтоне. В 1983 году она получила звание капитана первого ранга, а в ноябре 1985 года – звание контрадмирала. В 1982-1986 годах она была старейшим действующим офицером американской армии. После отставки из армии в 1986 году она еще некоторое время работала консультантом фирмы DEC.

Заслуги Грейс Хоппер в программировании оценены по достоинству. Более университетов и колледжей присвоили ей различные звания. Грейс Хоппер была обладательницей первой награды по информатике «Человек года», присуждаемой Ассоциацией управления и обработки данных.

Гейтс Уильям (William Henry Gates III) (28.09. 1955) Лейксайд, частную школу, известную своей интенсивной программой в области науки. Весной 1968 года директор школы решил, что надо знакомить детей с миром компьютеров. Но компьютеры все еще были очень большими и слишком дорогими, чтобы простая школа могла позволить себе один из них, поэтому вместо покупки техники школа арендовала компьютерное время у General Electric.

Билл Гейтс, Пол Аллен и несколько лэйксайдских студентов (которые впоследствии будут первыми сотрудниками Microsoft) готовы были оставаться в компьютерном зале днями напролет, часами писать программы и читать компьютерную литературу. Вскоре Гейтс и компания стали прогуливать уроки и не делать домашние задания и, что хуже всего, они использовали все купленное компьютерное время за несколько недель.

В конце 1968 года в Сиэтле открылась компания Computer Center Corporation, которая предложила школе компьютерное время по приемлемым ценам. Гейтс с друзьями сразу же стали исследовать новые компьютеры. Вскоре юные «хакеры»

вызвали пару сбоев, взломали систему безопасности и заодно подправили файлы, в которых хранилась информация о том, кто и когда использовал компьютерное время. К их огорчению они были пойманы и в наказание отлучены от компьютеров.

Но это не оставило юных энтузиастов. Билл Гейтс, Пол Аллен и их друзьяпрограммисты объединились в Lakeside Programmers Group. Первую возможность применить свои знания им предоставила Computer Center Corporation. Она наняла студентов искать ошибки и слабые места в их программном обеспечении в обмен на компьютерное время. Они целыми днями просиживали за компьютерами и читали компьютерную литературу, а через некоторое время сотрудники фирмы стали обращаться к ним за консультациями.

В марте 1970 года Computer Center Corporation обанкротилась и друзьям пришлось искать другое место, где можно было бы использовать компьютеры. В конечном счете они обнаружили, что в Университете Вашингтона, где работал отец Пола Аллена есть несколько компьютеров. Гейтсу и компании удалось уговорить «нужных» людей, и они стали время от времени пользоваться университетскими компьютерами. В 1971 году их наняла компания Information Sciences Inc. для разработки программы составления платежных ведомостей. У друзей появилось компьютерное время и источник доходов.

В 1972 году Билл Гейтс и Пол Аллен основали компанию Traf-O-Data, которая производила компьютеры на основе процессора Intel 8008 и программное обеспечение для них. Компьютеры предназначались для регистрации движения автомобилей на скоростном шоссе. Предприниматели заработали $20 тыс. на этом проекте, но когда Билл окончил школу и поступил в колледж, компания закрылась.В 10-11 классе администрация школы Лэйксай предложила Гейтсу компьютеризировать школьное расписание. Гейтс вместе с Алленом написали программу.

Вскоре после этого они нашли себе работу в компании TRW. Там были проблемы с компьютерами, аналогичными тем, что стояли в Computer Center Corporation. Полу и Биллу было поручено найти и исправить ошибки в программном обеспечении. Именно тогда Гейтс и Аллен стали задумываться о создании собственной компании по разработке программного обеспечения...

В декабре 1974 года Пол шел навестить Билла и купил новый выпуск одного из компьютерных журналов. На обложке Popular Electronics он увидел изображение Altair 8080, а под ним было написано: «Первый комплект для сборки микрокомпьютера, успешно конкурирующий с коммерческими моделями».

Аллен сломя голову побежал к дому Гейтса. Прочитав журнал, они оба поняли, какие возможности открылись перед ними: рынок вот-вот наполнится разными моделями новых мощных машин, для которых обязательно потребуется программное обеспечение.

Через пару дней Билл позвонил в MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Systems) создателям компьютера Altair и сказал, что он и Аллен написали программное обеспечение для Altair. Это была ложь - они не написали ни строчки кода. Но в MITS, конечно об этом не знали, и сразу же захотели увидеть это программное обеспечение. Гейтс и Аллен засели за разработку компилятора, который они пообещали. Почти весь код сделал Билл, тогда когда Пол сделал программу для эмуляции Altair на компьютерах PDP-10, которые стояли в школе.

Через пару недель все было готово. Аллен полетел в MITS для того, чтобы продемонстрировать программу. Первый раз он увидел Altair своими глазами и всем сердцем надеялся, что код Гейтса заработает. Ведь он неправильно смоделировал Altair на PDP-10, то презентация была бы очень короткой...

Однако мастерство и интуиция друзей не пропали зря, и все прошло нормально. MITS купил у Гейтса и Аллена права на программу.После удачной сделки Билл Гейтс убедился во мнении, что рынок программного обеспечения появился на свет. В этом же году он основал Microsoft.

Фирма IBM позволила Гейтсу в 1980 году написать программное обеспечение для микропроцессора Intel 8088. Создав среду MS-DOS, Билл сохранил право продавать ее любым фирмам. Уже в 80-х годах Microsoft был монополистом в разработке операционных сред и занимал ведущее место в разработке прикладных программ.

Билл - трудоголик. С 9-00 до 0-30 он работает (перерыв только на обед). После этого дома около часа он читает книги. Билл равнодушно относится к одежде (его обычна одежда - свитер и джинсы), пище (его обычная еда «фаст-фуд»). Гейтс нетерпим к служащим, уступающим ему в умственных способностях или способностях к труду. Гейтс имеет абсолютную зрительную память, он может, пробежав глазами многостраничный текст, воспроизвести его абсолютно достоверно. Самого его называют вечным двигателем.