Все началось с обезьяньей кости: девайсы, от которых произошел компьютер

В самом начале: счетные палочки и абаки

Потребность в приспособлениях для счета у человека появилась, по-видимому, тогда, когда количество объектов, которыми он распоряжался в экономической деятельности, превысило количество конечностей и пальцев, а также когда потребовалось записывать и передавать количество таких предметов. Скажем, если вам нужно посчитать, сколько у вас овец (одомашнены около 10 000 лет назад) в стаде и сколько мешков зерна вы собрали и обменяли, пальцами на руках не обойдешься. Так же дело обстоит, например, и с подсчетом фаз Луны, без которого крайне трудно засеять поле вовремя, что жизненно важно.

Для сохранения результатов подсчета большого количества единиц, а затем и для математических операций сначала использовали счетные палочки — предки тех, что в детских садах и начальной школе до сих пор применяют для обучения счету. Массовое распространение они приобрели в Древнем Китае более 2200 лет назад и послужили там основой для развития математического знания.

А в Месопотамии за 2500 лет до Рождества Христова уже использовали для вычислений абак — доску, на которой рядами в определенном порядке были выложены камешки или шарики. Позже абаки освоили в Древнем Египте, Греции и Риме и остальной Европе.

Как ни удивительно, абак и сегодня мало отличается от своих древних предков:

С помощью таких девайсов человечество довольно скоро научилось производить математические операции, в том числе с дробями. Но уже в Античности человек изобрел более изощренные механические приборы, помогающие вести подсчет.

Антикитерский механизм и другие астрономические приборы

Некоторые из древних приборов, использовавшихся для подсчета фаз Луны и предсказания других астрономических явлений, выглядят весьма изощренными даже по сегодняшним меркам. Самый известный из них — Антикитерский механизм.

Его изготовили, по-видимому, в середине I века до н. э. в Греции. Почти наверняка этот прибор использовался, чтобы описывать движение Солнца, Луны и иных небесных тел и предсказывать связанные с ними астрономические явления, в том числе затмения, а также, возможно, рассчитывать сроки проведения олимпиад. Антикитерский механизм, как предполагают археологи, состоял из 37 бронзовых шестерен, помещенных в деревянный ящик. Впрочем, как он работал и что умел, мы точно не знаем, как и не знаем, кто был его владельцем, заказчиком и создателем. Известно только, что вскоре после создания механизм оказался на торговом судне, которое не добралось до места назначения и затонуло в Эгейском море вблизи острова Антикитера. Остатки судна и механизма обнаружили только в начале XX века, и до сегодняшнего дня не утихают дискуссии о том, как древний девайс работал.

Как полагают ученые, механизмы такого рода существовали в Средиземноморье в те времена (III век до н. э. — I век н. э.) далеко не в единственном экземпляре. А аналоги были разработаны китайскими и арабскими учеными, хотя и несколькими столетиями позднее. В Европе механизмы подобной сложности в следующий раз были созданы только в XIV веке. Это были астрономические часы, построенные в Англии Ричардом Уоллингфордом, а в Италии — Джовании де Донди.

Первые механические калькуляторы XVII века

Следующим этапом развития механических помощников в вычислениях стало изобретение калькулятора, но не того электронного, что обитает сегодня в офисах, в основном на столах в АХО и бухгалтериях. Речь идет о вычислительной машине из шестеренок, колес, осей и тяг, призванной упростить работу с числами, — потомке астрономических часов. Первый прибор такого рода, названный в источниках считающими часами, придумал, по-видимому, немецкий астроном и математик Вильгельм Шиккард в 1623 году. Эскиз этого аппарата обнаружился в архиве только в середине прошлого века, а само устройство не сохранилось. До этого открытия считалось, что первым механическим вычислителем была «Паскалина» (Pascaline) Паскаля Блеза. Да-да, того самого Паскаля Блеза из школьных учебников!

Помимо прочего, этот математик, физик, философ, литератор, стоявший у истоков матанализа и теории вероятностей, в 1642 году разработал и построил суммирующую машину. На это его, тогда 19-летнего, сподвигло наблюдение за кропотливой и ответственной работой отца, сборщика налогов в городе Руане: тому приходилось складывать большое количество чисел. За десять следующих лет Паскаль Блез построил около полусотни экземпляров «Паскалины» и даже продал примерно пятую их часть.

Машины Бэббиджа

По мере развития и усложнения хозяйственной деятельности и науки усложнялись и математические вычисления. Со временем прогресс в ряде областей стал тормозиться из-за необходимости выполнения большого объема сложных расчетов (например, при вычислении движения небесных тел в ставшей общепринятой гелиоцентрической системе) — ученые тратили на них больше времени и сил, чем на новые идеи и открытия.

Одним из способов решения этой проблемы стало разделение труда математиков: формулы расчета разрабатывали одни люди, более одаренные и/или умелые, а подставляли в них числа — другие, менее умелые и более многочисленные. Так, к примеру, организовал работу по проверке логарифмических таблиц французский математик Гаспар де Прони в последнее десятилетие XVIII века.

А британскому инженеру и математику Чарльзу Бэббиджу в начале 1820-х пришла в голову даже более радикальная идея: заменить низкоквалифицированных расчетчиков универсальной машиной. Ее разработкой он и занялся. В 1822 году Бэббидж построил первый (тестовый) образец. Машину эту он назвал разностной (англ. difference engine), так как она была в конечном итоге предназначена для расчета конечных разностей (будьте осторожны, переходя по ссылке: как это нередко бывает с комплексными научными понятиями, попытка разобраться в вопросе может превратиться в падение в кроличью нору разъяснений).

Демонстрация работы девайса Бэббиджа произвела большое впечатление на ученых и администраторов от науки, и британская корона выделила изобретателю деньги на постройку полнофункционального образца. К 1832 году часть машины была собрана и доказала свою работоспособность, но дальше дело встало. Почему так долго и почему процесс застопорился? Потому что, по расчетам Бэббиджа, финальная полнофункциональная версия должна была весить примерно 15 тонн и состоять из 25 000 деталей (образец 1832 года состоял из 2000 деталей), так что выделенные на постройку деньги кончились, здоровье создателя пошатнулось, а энтузиазм иссяк.

К 1842 году работы по созданию разностной машины были свернуты, и следующие три десятка лет до своей смерти Бэббидж занимался теоретическими исследованиями, в том числе разработкой аналитической машины — прообраза будущего компьютера, устройства, способного в соответствии с заданной программой выполнять арифметические и логические операции. А еще он познакомился с Адой Лавлейс, дочерью поэта Байрона и первой в истории программисткой, писавшей программы для аналитической машины. Также Бэббидж изобрел спидометр.

Параллельно с машинами Бэббиджа шло развитие аппаратов, способных производить простейшие арифметические операции (сложение, вычитание, умножение и деление). Они со временем, во второй половине XIX века, получили название арифмометров и надолго стали помощниками всех, кто по долгу службы регулярно вел подсчеты.

Первый электромеханический программируемый полностью автоматический цифровой компьютер

Электричество пришло в мир вычислений еще в начале XX века, но первого программируемого полностью автоматического цифрового компьютера человечеству пришлось ждать несколько десятилетий.

Его создателем стал Конрад Цузе. В 1935 году в возрасте 20 лет он окончил Берлинский технический университет и устроился инженером-конструктором на авиастроительное предприятие Henschel. Цузе в рамках служебных обязанностей приходилось проводить многочисленные расчеты — вручную и на арифмометре. Там-то он и задумался о том, как бы научить таким расчетам машину. И, немного поразмышляв, взялся за создание машины — прямо в берлинской квартире, где он жил с родителями.

Вскоре было собрано почти полностью механическое устройство из 20 000 деталей общей массой в тонну. Задачи в устройство вводились с целлулоидной перфоленты; памятью ей служили металлические ленты. Все это скромно называлось Z1, работало со второго раза на третий и по сути было программируемым калькулятором. Но удивительно не это, а то, что Цузе создал свою машину независимо от ведущих математиков и инженеров своего времени и, судя по всему, не был даже знаком с их работами.

В 1939-м его призвали на военную службу и чуть не отправили на фронт, но затем все-таки оставили в тылу и выдали денег на создание там же, в родительской квартире, Z2 — аналога Z1, но не механического, а на телефонных реле (оставшихся после разборки списанного оборудования телефонных станций). Предполагалось, что аппарат ускорит расчеты, необходимые для создания германских боевых самолетов и планирующих бомб. Работал девайс еще хуже, чем его предшественник, но именно в тот день, когда проходила его демонстрация для высоких армейских чинов, все прошло по плану, и работа Цузе продолжилась. Наконец, 12 мая 1941 более быстрый и несравненно более надежный Z3 был представлен руководителям научно-прикладных работ люфтваффе. Сегодня Z3 считается, как сказано выше, первой программно управляемой и свободно программируемой вычислительной машиной с возможностью вычислений в двоичном коде с плавающей запятой и всеми свойствами современного компьютера.

Похожие машины в течение Второй мировой войны создавались также в США и Великобритании, правда, там первым направлением их применения был взлом вражеских шифров. Этим, скажем, занимались британские машины серии «Колосс» (Colossus), причем в них использовались электронные лампы, а не электромеханические реле, но задания им задавали переключателями на панели, а не в виде программ на перфоленте. А американский компьютер Атанасова — Берри (Atanassoff — Berry Computer), задуманный в 1939 году и воплощенный в 1942-м, хоть и был первой вычислительной машиной без движущихся частей (тоже работал на электронных лампах), но не был программируемым и предназначался для решения линейных уравнений.

Ранние компьютеры 1940-х годов прошлого века в силу происходивших тогда событий были либо доступными лишь для узкого круга пользователей (почти исключительно инженеров и ученых, работавших на военных), либо попросту секретными. Но сразу после окончания Второй мировой ситуация стала меняться — компьютеры первых поколений стали доступны для покупки и аренды гражданским научно-исследовательским институциям — как коммерческим, так и некоммерческим.

На звание первого коммерчески доступного цифрового компьютера с поддержкой программирования есть два претендента. Первый — разработка уже знакомого нам Конрада Цузе, аппарат Z4, достроенный в 1945-м, после капитуляции Германии, — усовершенствованная (помимо прочего, за счет упрощения ввода и вывода информации) версия Z3. Цузе продал его Высшей технической школе Цюриха в 1950-м.

Второй — британский Ferranti Mark 1. В отличие от Z4, он был электронным и работал не на реле, а на электронных лампах (4050 штук), программу хранил в оперативной памяти, данные — на магнитном барабане, а весил 4,5 тонны. Второй его экземпляр компания Ferranti продала канадскому Университету Торонто.

Первые персональные компьютеры

Музей компьютерной техники в Калифорнии (США) и ряд других институций, авторитетных в области истории компьютерной техники, называют первым персональным компьютером весьма странное на взгляд сегодняшнего пользователя устройство — Kenbak-1, которое появилось в продаже в 1971-м. Программы в него вводились с помощью кнопок на передней панели, а результат их выполнения выводился с помощью лампочек над ними.

Первым же портативным персональным компьютером считается IBM 5100 1975 года. В данном случае под портативным мы понимаем такой компьютер, который при перемещении с места на место достаточно просто подключить к электросети, не пересобирая и не перекоммутируя всю установку. Так вот, IBM 5100, весивший всего 25 кг, даже снабжали специальным кейсом (не входил в комплект и приобретался отдельно), но цена, начинавшаяся с 8975 долларов, и необходимость владеть языком программирования APL сильно ограничивали круг его пользователей. Зато IBM 5100 стал прародителем устройства, по которому до сих пор называют целый класс компьютеров. Речь идет об IBM Personal Computer (он же IBM 5150, он же IBM PC) — устройстве, которое, появившись в продаже в 1981-м, оказало огромное влияние на рынок ПК. Кстати, он стоил 1565 долларов, то есть примерно 5000 сегодняшних долларов.

Не правда ли, некоторые из этих девайсов весьма напоминают современные моноблоки?

Первый лэптоп с батареей

В 1981-м был представлен не только IBM PC, но и первый в истории лэптоп — компьютер, который мог работать от батареи, весил всего 1,6 кг и умещался буквально на коленях пользователя. Девайс назывался Epson HX-20, создали его в Японии. Но с ним была проблема, даже несколько. Во-первых, его LCD-экран был монохромным и позволял отображать 4 строчки по 20 символов (при разрешении 120×32 пикселя), во-вторых, у него не было операционной системы в привычной нам сегодня форме, а все взаимодействия с ним осуществлялись с помощью языка EPSON BASIC; накопителем данных служила микрокассета. При этом он был оборудован встроенным матричным принтером, мог работать до 50 часов без подзарядки, имел в комплекте простейший текстовый редактор и поддерживал подключение внешних устройств, в том числе монитора. Но публике он не понравился в силу ограниченных возможностей, даже несмотря на низкую цену (всего 795 долларов).

Первым же лэптопом в современном понимании этого слова — складным и с экраном в крышке — сегодня считают устройство GRiD Compass от американской компании GRiD. Оно появилось в продаже в 1982-м и при цене в 8000−10 000 долларов не имело никаких шансов стать массовым продуктом, хотя было оборудовано электролюминесцентным (ELD) экраном с разрешением 320×240 пикселей и встроенным модемом, имело крепкий корпус из сплава на основе магния и поддерживало подключение внешних устройств. Главным его покупателем стало Правительство США, а пользователями, помимо прочего, — астронавты НАСА и американские военные, в том числе на поле боя.

В обложке использованы изображения Национального археологического музея Афин и Смитсоновского музея дизайна Купер Хьюитт