Historia komputerow.pdf

“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat

Wielu socjologów uważa, że nic nie zmieniło tak życia współczesnego człowieka jak komputery.

Można się oczywiście sprzeczać na temat ważności różnych wynalazków i ich wpływu na naszą

codzienność, ale nie można zanegować faktu, że komputery na dobre i złe opanowują coraz to nowe

dziedziny życia człowieka, a ich głównym zadaniem staje się wspomaganie działań człowieka. Dzisiejsze

komputery to nie tylko maszyny liczące wspomagające prace badawcze ale także: kasy fiskalne w

naszym sklepie, urządzenia sterujące miliardami połączeń telefonicznych, pomagające w

skomplikowanych operacjach bankowych i wykonujące wiele innych działań w przemyśle, medycynie

oraz wkraczające coraz częściej do naszych domów. Dla pełnego zrozumienia znaczenia komputerów

istotne, a mam nadzieję, że również ciekawe, jest poznanie historii ich rozwoju oraz wpływu na rozwój

cywilizacji.

Prawie 5000 lat temu w środkowej Azji powstało urządzenie liczące nazywane abacus

i uznawane za pierwsze mechaniczne urządzenie tego typu. Po polsku nazywamy

je liczydłami i o dziwo - liczydła w niektórych regionach

świata używane są do dzisiaj. Zbudowane w postaci

nanizanych na sztywny pręt przesuwanych w trakcie

wykonywania operacji kuleczek lub talerzyków liczyło w

kombinowanym systemie dwójkowo-piątkowym. Liczydła

straciły nieco swą popularność wraz z upowszechnieniem

papieru i pióra. Niemniej jednak przetrwały w niektórych

biurach do połowy lat 50-tych naszego wieku ze względu

na niewielką cenę i prostotę. Jako ciekawostkę można

podać fakt, że w "zawodach" zorganizowanych w 1946

r. w Japonii biegły rachmistrz posługujący się liczydłami

był szybszy we wszystkich działaniach za wyjątkiem mnożenia od rachmistrza

posługującego się arytmometrem.

Wiemy, że Leonardo da Vinci był geniuszem, którego pomysły wykraczały daleko

poza jego epokę, ale mało kto wie, że próbował on również skonstruować maszynę

liczącą. 13 marca 1967 roku amerykańscy naukowcy pracujący w Madrycie w Bibliotece

Narodowej Hiszpanii napotkali dwie nieznane dotąd prace Leonarda da Vinci nazwane

"Codex Madrid" . Dotyczyły one maszyny liczącej. Dr Roberto Guatelli znany ekspert

w dziedzinie twórczości Leonarda, tworzący także repliki jego prac postanowił razem

ze swoimi asystentami odtworzyć również i tą maszynę. Dokonano tego w 1968 r.

jednak dzisiejsze dzieje tej repliki są nieznane i nie wiadomo gdzie ona się znajduje.

Specjaliści zarzucali Guatellemu, że w swojej rekonstrukcji nadmiernie kierował się

intuicją i współczesną wiedzą oraz, że wyszedł poza projekt Leonarda. Tak więc

Leonardo da Vinci - geniusz epoki renesansu wniósł również wkład w rozwój maszyn

liczących.

Na zdjęciach: oryginalne zapiski Leonarda da Vinci oraz replika maszyny jego pomysłu

zdjęcie Codex : RRZN/RVS, University of Hannover, Germany|

zdjęcie repliki: Mr. Joseph Mirabella, New York, USA.

“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat

W roku 1642, Blaise Pascal (1623 -1662), mający wówczas

18 lat syn francuskiego poborcy podatkowego, skonstruował

maszynę liczącą, nazwaną "Pascaline", która miała ułatwić

ojcu obliczanie i sumowanie zebranych podatków. Pascal

pracował nad nią wiele lat, ulepszał ją i wykonał sam

kilkanaście egzemplarzy tego urządzenia. Maszyna Pascala

miała tylko możliwość dodawania liczb ośmiocyfrowych

W 1694 r. niemiecki matematyk i filozof, Gottfried Wilhem

von Leibniz (1646 -1716), wykorzystał doświadczenia

Pascala do stworzenia maszyny, która mogła również

wykonywać operacje mnożenia. Podobnie jak jego

poprzednik, Leibniz wykorzystał do wykonywania operacji

system odpowiednio sprzężonych mechanicznie i

obracających się przekładni, krążków i dźwigni. Znając z

notatek i opisów rozwiązanie Pascala mógł on udoskonalić

jego konstrukcję.

Dopiero ok. roku 1820 francuski konstruktor Xavier Thomas de Colmar skonstruował

urządzenie nazywane potem popularnie arytmometrem, które mogło wykonywać cztery

podstawowe operacje matematyczne. Arytmometry były powszechnie używane do I

wojny światowej, a w wielu krajach w znacznie ulepszonej postaci (już jako urządzenia

elektryczne) można je było spotkać w biurach i urzędach jeszcze w latach 60-tych

naszego stulecia.

Jakkolwiek wielu konstruktorów ulepszało później pomysł Colmara to te trzy postacie, a

więc Pascal, Leibniz i Colmar uważane są za głównych twórców i prekursorów

mechanicznych urządzeń liczących w okresie nazywanym czasem erą mechaniczną w

konstrukcji komputerów.

Człowiekiem, który wniósł ogromny wkład w rozwój techniki komputerowej był

angielski matematyk Charles Babbage (1791-1871). Impulsem do jego pomysłu było

znalezienie zbyt wielu błędów w obliczeniach, które sprawdzał dla Królewskiego

Towarzystwa Astronomicznego. Babbage podobno powiedział wtedy: " Dzięki Bogu - to

można wyliczyć wykorzystując maszynę parową.. " Te słowa rozpoczęły okres

automatyzacji obliczeń matematycznych. W 1812 r, Babbage zauważył naturalną

harmonię pomiędzy maszyną, a matematyką: maszyna może wykonywać powtarzające

się działania bez błędów, a przecież wiele obliczeń matematycznych np. tworzenie

tablic matematycznych często wykorzystuje powtarzające się wielokrotnie te same

kroki obliczeń. Głównym problemem było oczywiście dostosowanie możliwości maszyny

do potrzeb matematyki. Babbage pierwszy próbował rozwiązać ten problem proponując

w 1822 r. skonstruowanie maszyny, nazwanej "Difference Engine", która mogłaby

rozwiązywać równania różniczkowe . Napędzana parą (ale nigdy nie skończona !) i

ogromna jak lokomotywa maszyna miała w założeniu "pamiętać" program obliczeń i

automatycznie drukować wyniki. Po dziesięciu latach pracy nad swoim wynalazkiem,

Babbage wpadł na pomysł skonstruowania uniwersalnego komputera,(nie kończąc

“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat

poprzedniego pomysłu), zdolnego rozwiązywać różnorodne zagadnienia matematyczne,

który nazwał "roboczo" maszyną analityczną . Współpracowniczka Babbage'a i

asystentka, Augusta Ada King - Lovelace (1815 -1842), córka poety lorda Byron'a,

wniosła ogromny wkład do pracy nad tym wynalazkiem. Była ona jedną z niewielu osób

rozumiejących tak dobrze jak sam Babbage istotę działania maszyny. Znajomość idei

twórcy pozwoliła Adzie na stworzenie instrukcji (pierwowzoru programu) dla

konstruowanej maszyny i stąd też współcześnie uznaje się ją za pierwszą programistkę

maszyn cyfrowych. Dowodem uznania jej wkładu pracy w rozwój techniki

komputerowej jest nazwanie jej imieniem ADA , języka programowania stworzonego w

Departamencie obrony USA . "Parowy komputer" Babbage'a, aczkolwiek nigdy nie

został w pełni skończony i może zostać uznany za prymitywny jak na dzisiejsze

standardy, to jednak na owe czasy był konstrukcją przełomową. Zawierał kilka tysięcy

części i posiadał "urządzenie wejściowe" mogące odczytywać wprowadzane na kartach

perforowanych instrukcje dla maszyny oraz "pamięć" zdolną pamiętać 1000 liczb 50-

cyfrowych. Zawierał także urządzenie pozwalające na zmianę kolejności obliczeń i

urządzenie wyjściowe - drukujące wyniki obliczeń.

Babbage zapożyczył pomysł wprowadzania instrukcji na

kartach perforowanych z opracowanej wcześniej

maszyny Jacquard'a. Jak wiemy Babbage nigdy nie

doprowadził swojego pomysłu do końca i nie była to

wyłącznie jego wina - jego wynalazek przerastał bowiem

możliwości technologiczne epoki o ponad 100 lat. Ale jak

to bywa w życiu - z czasem niemożliwe staje się możliwe

- w 1991 roku naukowcy z Londyńskiego Muzeum Nauki

na podstawie zachowanych notatek i rysunków

Babbage'a skonstruowali działający model jego

wynalazku, który można w tymże muzeum oglądać.

Składa się on z ok 4000 części i waży ok 3 ton. Jest to

potężna maszyna o wymiarach 3,3x0,45x2,1[m].

W okresie gdy Babbage pracował nad konstrukcją swojej maszyny inny

matematyk - George Boole (1815 - 1864) zajmował się pracami

teoretycznymi w dziedzinie logiki. W latach 1847 i 1854 opublikował on

prace pozwalające na prezentacje wyrażeń logicznych za pomocą wyrażeń

algebraicznych znane dzisiaj jako "Algebra Boole'a" które położyły

podwaliny teoretyczne pod przyszłe konstrukcje komputerów.

Na podstawie prac Boole'a inny angielski matematyk Augustus DeMorgan określił

operacje logiczne nazywane dzisiaj prawami lub przekształceniami DeMorgana. Prace

tych obu matematyków, aczkolwiek bardzo ważne pozostały jednak niezauważone

przez większą część wieku.

W roku 1889, amerykański wynalazca, Herman Hollerith (1860-1929), wykorzystał

również pomysł maszyny Jacquard'a do obliczeń matematycznych. Jego zadaniem stało

się znalezienie najszybszego sposobu na obliczenie wyników spisu ludności w USA.

Poprzedni spis rozpoczęty w 1880 r. trwał siedem lat. Hollerith użył kart perforowanych

do zakodowania i wprowadzania danych do maszyny obliczającej mechanicznie wyniki.

Każdy otwór w karcie reprezentował jedną cyfrę, a kombinacja 2 otworów

przedstawiała literę. Na jednej karcie można było zakodować ok. 80 danych. Karty

“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat

perforowane używane były w wielu zastosowaniach aż do 1960 roku. W ten sposób

wyniki spisu dzięki pomysłowi Hollerith'a udało sie obliczyć w ciągu sześciu tygodni, a

nie jak poprzednio w ciągu 10 lat. Hollerith wprowadził swój pomysł do świata biznesu

tworząc firmę, która po połączeniu kilku innych firm w 1924 roku stała się jedną z

najważniejszych i mających ogromny wkład w rozwój techniki komputerowej, a

mianowicie IBM (International Business Machines).

Oczywicie rozwój techniki komputerowej to prace teoretyczne z jednej strony i postęp

technologiczny z drugiej strony. W dziedzinie technologii znaczny postęp rozpoczął się

wraz z odkryciem i praktycznym wykorzystaniem zjawiska emisji termoelektronowej,

które umożliwiło konstrukcję lamp elektronowych, najpierw diody a następnie w 1906

r. przez Lee de Forest'a (1873 -1961) triody. Lampa ta mogła pełnić zarówno funkcje

wzmacniacza jak i przełącznika.

Pod koniec lat lat 30-tych Claude E. Shannon doszedł do wniosku, że algebra Boole'a

jest idealnym systemem dla maszyn liczących. Jego główne tezy pokazywały w jaki

sposób boolowska koncepcja PRAWDY i FAŁSZU może być zastosowana do opisania

funkcji przełączających realizowanych przez układy elektroniczne.

Jednym z inżynierów, którzy w tym okresie wnieśli znaczny

wkład w rozwój techniki komputerowej był Vannevar Bush

(1890-1974). Skonstruował on w 1931 r. kalkulator

rozwiązujący skomplikowane równania różniczkowe, które

od dłuższego czasu sprawiały inżynierom i naukowcom wiele

problemów. Konstrukcja maszyny była jednak dosyć

skomplikowana i zawierała setki przekładni i dźwigni

używanych do ustawienia liczb i określenia wzajemnych

relacji między nimi.

Jednym z pierwszych naukowców, którzy przystąpili do budowy komputera był J. V.

Atanasoff (ur. w 1903 r.) - profesor fizyki i matematyki w Iowa State College

(obecnie Iowa State University). John V. Atanasoff i absolwent tej uczelni Clifford

Berry , zaproponowali koncepcję w pełni elektronicznego komputera, który działałby w

oparciu o algebrę Boole'a (a dokładniej, którego układy elektroniczne działały by w

oparciu o zasady algebry Boole'a zdefiniowanej w połowie XIX w.) W 1937 r . Atanasoff

zbudował maszynę, która miała służyć jego studentom i asystentom do rozwiązywania

układów równań różniczkowych cząstkowych. W 1941 r. wraz z Berry'm zakończyli

sukcesem pracę nad maszyną, która mogła rozwiązać układ 29 równań z 29

niewiadomymi. Maszyna ta jednak nie miała możliwości programowania i była raczej

rozbudowanym kalkulatorem.

W początkach II Wojny Światowej rządy wielu krajów starały się o przyspieszenie

rozwoju techniki komputerowej zdając sobie sprawę, że może to zwiększyć

strategiczne znaczenie ich krajów oraz wpłynąć na szybsze zakończenie wojny.

Konrad Zuse (1910-1995), pracował w latach trzydziestych jako konstruktor dla

Henschel Aircraft Company w Berlinie. W początkach II Wojny Światowej zbudował

kilka automatycznych kalkulatorów, które miały pomagać mu w jego pracach

konstruktorskich. Jego dokonania dały mu nieoficjalny tytuł "Twórcy współczesnego

komputera".

“Od liczydła do PC – czyli krótka historia maszyn liczących” (c) Copyright Wiesław Sornat

* Zuse zwrócił uwagę na fakt, że jednym z najtrudniejszych problemów w trakcie

wykonywania skomplikowanych obliczeń kalkulatorów mechanicznych jest

przechowywanie danych pośrednich w taki sposób aby można je było

wykorzystywać do dalszych obliczeń. Zuse zakładał również, że taki

automatyczny kalkulator będzie posiadał trzy podstawowe podzespoły:

- układy sterujące

- pamięć

- kalkulator do obliczeń arytmetycznych

* Zuse skonstruował pierwsze trzy komputery w czasie II Wojny Światowej ale

jego dokonania nie zainteresowały władz nazistowskich Niemiec, gdyż Niemcy

byli tak pewni zwycięstwa, że uważali badania Zuse'go za zbędne. Zuse wyjechał

więc do Szwajcarii a następnie do Stanów Zjednoczonych gdzie założył swoją

firmę.

* Mechaniczny kalkulator nazwany Z1 (1936 r.) był modelem testowym w którym

Zuse chciał sprawdzić swoje rozwiązania technologiczne. Od strony

oprogramowania należy zwrócić uwagę na wykorzystanie binarnego systemu

liczenia, arytmetykę zmiennoprzecinkową i moduły lub przekaźniki pracujące w

oparciu o algebrę Boole'a. Nie wszystkie pomysły udało się konstruktorowi

wprowadzić w życie w swoich prototypach ale jego idee były głęboko

przemyślane.

* W 1939 r. Zuse ukończył maszynę Z2 - pierwszy w pełni działający komputer

elektromechaniczny wykorzystujący przekaźniki.

* Komputer Z3 (ukończony pod koniec roku 1941), powstał z odpadków różnych

materiałów dostarczanych przez studentów i różne działy Uniwersytetu. Był to w

zasadzie pierwszy w świecie w pełni programowalny elektroniczny komputer. Z3

działał w oparciu o przekaźniki i co było niespotykane w poprzednich

konstrukcjach wykorzystywał system binarny oraz mógł wykonywać operacje

zmiennoprzecinkowe. Ze względu na kłopoty z papierem (były to przecież lata

wojny) zamiast niego jako nośnika do przechowywania danych i zapisu

programów Zuse używał starych filmów.

* Pierwszy algorytmiczny język programowania nazwany "Plankalkül", został

opracowany przez Konrada Zuse, w 1946 r. Używając go napisał on program do

gry w szachy. Język ten pozwalał na użycie tablic i rekordów oraz i

przyporządkowywanie zmiennym wartości podanego wyrażenia algebraicznego.

* Komputer Z4 ukończony w 1949 r. , już w Szwajcarii na Politechnice w Zurichu

gdzie był używany do 1955 r. Komputer posiadał mechaniczną pamięć o

pojemności 1024 słowa oraz kilka czytników kart perforowanych.

Anglicy w 1943 skonstruowali komputer Colossus rozszyfrowujący tajne kody za

pomocą których Niemcy szyfrowali wiadomości. Nie był to jednak komputer

powszechnego zastosowania (jak wspomniano wyżej jego zastosowania ograniczały się

jedynie do deszyfracji tajnych wiadomości), a po drugie jego istnienie było ściśle

utajnione jeszcze 10 lat po zakończeniu wojny.

W roku 1944 amerykański inżynier Howard H. Aiken (1900 -1973), pracujący dla IBM

skonstruował pierwszy w pełni elektroniczny kalkulator. Jego zadaniem było obliczanie

trajektorii pocisków dla Marynarki Wojennej USA. Maszyna miała ok. 15 m. długości i

2,5 m wysokości, a ważyła ok 5 ton i zawierała ok. 800 km przewodów łączących ze

sobą poszczególne elementy i układy. Skonstruowany we współpracy Harvardu i IBM

nazwany MARK I zbudowany był w oparciu o przekaźniki; wykorzystywał elektryczne

sygnały sterujące, ale elementami wykonawczymi (przełączającymi) były przekaźniki.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: