Творцы механических, электромеханических и гидравлических счетных машин прошлого, разумеется, даже не догадывались, что все их самые смелые мечты однажды уместятся в микроскопической точке на кремниевой пластине. Эти люди просто делали свое дело и в конечном итоге прошли немалую часть пути, отделяющего эпоху канцелярских счетов от эры супер- и микрокомпьютеров.
Чем бы ни оказалось загадочное устройство, съеденные водой и солью останки которого были обнаружены больше ста лет назад на дне моря у греческого острова Антикифера, — древним арифмометром или календарем для вычисления олимпиад, — очевидно одно: полная, без пробелов, ранняя история вычислительных механизмов никогда не будет написана. Ведь вполне вероятно, целые главы этой истории скрыты от нас песками времени или толщей морской воды. Доподлинно известно, что некую схему счетного устройства на зубчатых колесах рисовал гениальный Леонардо, а уже в XVII веке свои работающие модели арифмометров создали Вильгельм Шикард, а также выдающиеся ученые и философы того времени — Блез Паскаль и Готфрид Лейбниц. Все эти машины, однако, были еще весьма примитивными устройствами, и их возможности не выходили за рамки четырех арифметических действий. При сложных расчетах калькуляторы Паскаля и Лейбница выполняли лишь вспомогательную функцию, а исходный результат во многом зависел от человека — его внимательности и аккуратности. Неизбежны были и ошибки, которые накапливались в навигационных таблицах и астрономических справочниках, что вело за собой катастрофы на море и многочисленные человеческие жертвы. Время все настойчивей требовало создания более совершенных вычислительных устройств, которые могли бы выполнять сложные расчеты в автоматическом режиме. Однако в распоряжении конструкторов ранней индустриальной эпохи была все та же старая добрая механика — зубчатые колеса и цилиндры.
Машины Чарльза Бэббиджа
Воплощению в жизнь идей Чарльза Бэббиджа помешали не только особенности характера гения, но и качество механики Викторианской эпохи. 1. Разностная машина. Машина проектировалась как калькулятор для автоматических вычислений путем аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Работа над “разностной машиной” началась в 1821 году, но после того, как в 1833 году опытный образец так и не заработал, Бэббидж лишился правительственных субсидий и забросил проект. В 1847–1849 годах ученый создал эскиз второй версии “разностной машины”. До воплощения в металл дело не дошло, однако усовершенствованная модель могла бы быть вполне работоспособной, что и было доказано в 1991 году, когда “разностную машину-2” построили и испытали. 2. Аналитическая машина. ее проектированию Бэббидж приступил в 1834 году, и работа над механическим компьютером продолжалась до самой смерти изобретателя в 1871-м. Если бы проект воплотился в жизнь, “аналитическая машина” представляла бы собой механического монстра длиной 30 м и шириной 10 м. Ввод данных для обработки и программ производился бы с помощью перфокарт. В качестве выводного устройства использовались бы принтер, самописец, а также устройство для набивания перфокарт. Язык программирования для “аналитической машины” напоминал современный ассемблер. 3. Суперпамять. В “аналитической машине” использовалась десятичная система, а элементом памяти было зубчатое колесо, находившееся в одном из десяти положений. Устройство памяти могло бы хранить до тысячи 50-значных чисел, что соответствует объему более 20 килобайт – больше, чем у первых компьютеров!
Первым вручить машине расчеты навигационных таблиц, основанных на тригонометрических функциях, решился сын лондонского банкира Чарльз Бэббидж (1791−1871). Едва не выбрав карьеру священника, он все же обратил свой взгляд в сторону рационального знания и стал одним из самых многосторонних ученых-новаторов своей эпохи.
14 июня 1822 года на заседании Аналитического общества Бэббидж прочел доклад «Наблюдения о применении машин в расчетах математических таблиц», в котором описал проект «разностной машины». По мнению ученого, это устройство должно было избавить человека от «утомительной монотонности» расчетов, оставив ему лишь функции контролера и наблюдателя. Возможность рассчитать новые точные таблицы для навигационных нужд и артиллерийской стрельбы показалась британскому правительству заманчивой, и Бэббидж получил под свой проект солидное финансирование. Для создания «разностной машины» ученый пригласил одного из лучших английских механиков Джозефа Клемента. Однако все пошло не так быстро, как хотел Бэббидж, и, быть может, главной причиной был он сам. «Разностная машина» представляла собой сложную систему узлов, состоящих из зубчатых колес и рычагов, которые должны были приводиться в действие паровой машиной. Пока в мастерской Клемента изготавливали в металле какой-нибудь элемент будущего устройства, Бэббидж уже успевал усовершенствовать его на бумаге, и механикам приходилось все начинать сначала. Стремление к абсолютному совершенству сыграло с изобретателем злую шутку.
Удачная копия
Построенный в 1991 году работающий экземпляр “разностной машины” находится в экспозиции лондонского Музея науки. Воссозданием этого памятника инженерной мысли было отмечено 200-летие со дня рождения Бэббиджа.
Драматическая история конструкторских исканий Бэббиджа хорошо известна: ни две версии «разностной машины», ни еще более амбициозный и революционный проект «аналитической машины» так и не были доведены до конца.
Но нельзя сказать, что идеи Бэббиджа совсем не пригодились XIX столетию: в 40−50-е годы два шведа — Пер Георг Шойц и Мартин Вибер — создали вполне работоспособные счетные устройства, вдохновившись проектом «разностной машины», которая все же была сложным калькулятором, но не компьютером в современном понимании. А вот идея «аналитической машины» явно опередила свое время лет на 70−80. Этот проект Бэббиджа стал единственной в своем роде попыткой создать универсальный программируемый компьютер с устройствами ввода-вывода, процессором и памятью на технологической базе Викторианской эпохи — эры механических автоматов и паровых машин.
Последний и первый
Интересный факт, в котором можно усмотреть некую иронию судьбы: два человека, оставившие след в истории Третьего рейха, в юности пытались начать карьеру художника. Одним из них был некто Адольф Гитлер, от воспоминаний о «достижениях» которого до сих пор содрогается мир. Другой же соотечественник и младший современник фюрера — Конрад Цузе (1910−1995) — напротив, заслужил благодарность человечества и лавры первооткрывателя.
Стрелки на дисплее