Есть в истории личности, которые хотя и жили давным-давно, но принадлежат они нашему времени более чем своему. Это никого не удивляет, когда речь идет о философах, художниках или ученых, но это сверхудивительно, когда разговор заходит о технике и технологии. Популярность компьютерных технологий в последние десятилетия, подчинившая в определенном смысле многие другие области человеческой деятельности, все же оставляет место для  ностальгии по достижениям  древней истории, в которой мы сможем проследить много интересного  в деятельности изобретателей  первых компьютеров.

Совершим небольшое путешествие во времени. К югу от Каира, в захоронении, которому предположительно 2300 лёт, были обнаружены предметы, свидетельствующие, что египетская цивилизация в своем развитии ушла значительно дальше, чем когда-либо предполагалось…

В могиле, обнаруженной на старом кладбище около Бахарийского оазиса, найдены, помимо множества других предметов, свитки, представляющие собой образцы значительно более высокоразвитой письменности, чем древние иероглифы; предмет, похожий на коротковолновый радиоприемник; фрагмент шарфа фабричной выделки и то, что могло бы быть компьютерным микропроцессором.

Помимо этого, как сообщил глава экспедиции доктор археологии Захи Хавасс, он и его сотрудники обнаружили:более 200 мумий, на которых были надеты ожерелья с детально выгравированными изображениями египетского бога солнца Ра. Эти рисунки выполнены намного искусней и точней, чем все остальные ранее найденные художественные изображения того периода.Более 50 свитков папируса с надписями, выполненными на чрезвычайно сложном и богатом языке.

Доктор Хавасс сообщил, что ткань, из которой сделан шарф, по структуре очень похожа на материалы, которые производятся на современных фабричных ткацких станках.По-видимому,вскоре нам в корне придется изменить свои представления о жизни древних египтян… Случаются находки, действительно сильно меняющие наши представления о технических возможностях далеких цивилизаций. Одним из них является механизм с острова Антикиферы, или “древнегреческий компьютер”, как его называют.

И не без оснований. В 1900 году искатели жемчуга обнаружили у берегов греческого острова Антикиферы на глубине 42 метра античный корабль. Афинские археологи подняли его со дна моря и составили опись найденных на его борту вещей: глиняная посуда, вино, статуи, амфоры, мраморные и бронзовые фигурки. Очевидно, это был торговый корабль первого века до нашей эры, перевозивший предметы роскоши.

Но только через два года исследователи поняли, что является главным сокровищем этого купеческого судна. При просушке корабля одна из досок отвалилась, и стали видны остатки сложного механизма. Только через 70 лет ученые смогли понять, для чего когда-то использовалась эта груда слипшихся шестеренок

При помощи этого прибора размером с обувную коробку можно было точно определять время восхода Солнца, передвижение пяти известных в то время планет, фазы Луны и наступление равноденствия.

30 шестеренок были выточены из одного куска бронзы с небольшими вкраплениями олова. Сбоку прибор имел рукоятку. Повернув ее, моряки приводили в движение стрелки четырех циферблатов, показывавших положение планет на ночном небе. По сложности этот прибор сравним с первыми часовыми механизмами, – изобретенными на 1400 лет позже. Кроме того, в “антикиферской астролябии” присутствует шестереночная система передач: оси зубчатых колес приводятся в движение зубцами других колес. Этот принцип запатентован в 1828 году. Но историки представить не могли, что он был известен уже древним грекам! Может быть, этот прибор оставили в подарок гостеприимным землянам инопланетяне? Но он отображает движения только пяти планет Солнечной системы, известных в то время грекам. А пришельцы из космоса должны были знать, что на самом деле их девять. Далее  – ….

3000 лет до н. э. — в Древнем Вавилоне были изобретены первые счёты — абак.

1492 год — Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

1623 год — Вильгельм Шиккард, профессор университета Тюбингена, разрабатывает устройство на основе зубчатых колес («считающие часы») для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Было ли устройство реализовано при жизни изобретателя, достоверно неизвестно, но в 1960 году оно было воссоздано и проявило себя вполне работоспособным.

1630 год — Ричард Деламейн создаёт круговую логарифмическую линейку.

1642 год — Блез Паскаль представляет «Паскалин» — первое реально осуществлённое и получившее известность механическое цифровое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычислителей, причём последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.

1673 год — известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц построил механический калькулятор, который при помощи двоичной системы счисления выполнял умножение, деление, сложение и вычитание.

1723 год — немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен на основе работ Лейбница создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того, в ней была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.

1786 год — немецкий военный инженер Иоганн Мюллер выдвигает идею «разностной машины» — специализированного калькулятора для табулирования логарифмов, вычисляемых разностным методом. Калькулятор, построенный на ступенчатых валиках Лейбница, получился достаточно небольшим (13 см в высоту и 30 см в диаметре), но при этом мог выполнять все четыре арифметических действия над 14-разрядными числами.

1801 год — Жозеф Мария Жаккард строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.

1820 год — первый промышленный выпуск арифмометров. Первенство принадлежит французу Тома де Кальмару.

1822 год — английский математик Чарльз Бэббидж изобрёл, но не смог построить, первую разностную машину (специализированный арифмометр для автоматического построения математических таблиц) (см. Разностная машина Чарльза Бэббиджа).

1855 год — братья Георг и Эдвард Шутц (англ. George & Edvard Scheutz) из Стокгольма построили первую разностную машину на основе работ Чарльза Бэббиджа.

1876 год — русским математиком П.Л.Чебышевым создан суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков. В 1881 он же сконструировал к нему приставку для умножения и деления (Арифмометр Чебышева).

1884—1887 годы — Холлерит разработал электрическую табулирующую систему, которая использовалась в переписях населения США ( 1890-м и 1900-м годах) и России в 1897.

1912 год — создана машина для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений по проекту российского ученого А.Н. Крылова.

1927 год — в Массачусетском технологическом институте (MIT) был изобретён аналоговый компьютер.

1938 год — немецкий инженер Конрад Цузе вскоре после окончания в 1935 году Берлинского политехнического института построил свою первую машину, названную Z1. (В качестве его соавтора упоминается также Гельмут Шрейер (нем. Helmut Schreyer)). Это полностью механическая программируемая цифровая машина. Модель была пробной и в практической работе не использовалась. Её восстановленная версия хранится в Немецком техническом музее в Берлине. В том же году Цузе приступил к созданию машины Z2.

1941 год — Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.

1942 год — в Университете штата Айова (англ. Iowa State University) Джон Атанасов (англ. John Atanasoff) и его аспирант Клиффорд Берри (англ. Clifford Berry) создали (а точнее — разработали и начали монтировать) первый в США электронный цифровой компьютер (англ. Atanasoff-Berry Computer — ABC). Хотя эта машина так и не была завершена (Атанасов ушёл в действующую армию), она, как пишут историки, оказала большое влияние на Джона Мочли, создавшего двумя годами позже ЭВМ Эниак.

В начале 1943 года успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ.

В конце 1943 года заработала английская вычислительная машина специального назначения Колосс. Машина работала над расшифровкой секретных кодов фашистской Германии.

В 1944 году Конрад Цузе разработал ещё более быстрый компьютер Z4.

1946 год стал годом создания первой универсальной электронной цифровой вычислительной машины Эниак.

В 1950 году  в Советском Союзе первая электронная вычислительная машина была создана в Киеве группой Лебедева в 1950 году. Тут надо вспомнить, что люди вообще считать-то толком научились не так давно – десятичная позиционная система получила повсеместное распространение в Европе не ранее XIV века, а в России – и вовсе после Петра. До этого считали на абаке (в России – на счетах), а числа записывались с помощью алфавита. Существование абака, как ни странно, тормозило изобретение механических устройств для счета, так как для них необходимо было глубокое понимание сущности производимых действий. Однако к началу XIX века идея массовой механизации вычислений уже витала в воздухе. Основным заказчиком таких устройств были, как и в наши времена, военные – проблема создания навигационных таблиц стояла в те времена достаточно остро. Для решения ее привлекались лучшие умы. Но и они не были застрахованы от ошибок. Рассказывают следующую занимательную историю: во время передышки в ходе англо-испанской войны некий испанский капитан нанес дружественный визит на английский военный корабль, где англичане подарили ему роскошное издание навигационных таблиц, составленных выдающимся физиком Томасом Юнгом.

Эти таблицы были, однако, совершенно ошибочными – Юнг забыл учесть високосные годы. Не подозревавший об этом испанец с благодарностью покинул «гостеприимных» хозяев и больше его не видел никто. Может быть, это один из первых случаев удачного применения дезинформации противника в истории тайной войны. Идея построения «разностной машины» для вычисления таблиц (не только навигационных, но и тригонометрических, логарифмических, таблиц сложных процентов и других, совершенно необходимых для развития зарождающегося индустриального общества) у Ч. Бэббиджа возникла еще в 1812 году, во время учебы в Кембриджском университете. Такое название она получила из-за использования метода «конечных разностей», широко применявшегося при ручном счете. Но сначала, как положено, некоторые даты из жизни нашего героя.

Чарльз Бэббидж (Charles Babbage) родился в 1791 году в Англии. Состояние его отца, банкира, не только позволило юному Чарльзу обучаться в частных школах и закончить Кембридж, но и сделало его относительно финансово независимым на всю оставшуюся жизнь. Любимым его чтением еще в школе был учебник алгебры. Поступив в 1810 году в знаменитый Тринити-колледж, Чарльз обнаружил, что уже знает математику лучше большинства своих сверстников. Положение в английской науке в то время несколько напоминало недавнюю историю России – существовало «единственно верное учение» Ньютона, а все остальное – иностранная «лженаука».

Бэббидж совместно с друзьями (Д. Гершелем, сыном знаменитого астронома, и Д. Пикоком) основал «Аналитическое общество», которому суждено было сыграть выдающуюся роль в английской математике. В 1815 году он женится и переезжает в Лондон. Всего у него было восемь детей за тринадцать лет брака, пятеро из которых умерли в детстве. В 1828 году умерла его жена. Бэббидж был весьма одаренным и разносторонним человеком.

Среди его друзей числятся Лаплас, Гумбольт, Био, он поддерживал близкие отношения с Дарвином, Мальтусом, Теккереем, Юнгом, Стефенсоном, Фурье, Пуассоном, Фуко, Дэви, Бесселем и многими-многими другими. Менее всего он соответствовал сложившемуся стереотипу гениального изобретателя как непризнанного гения. Вовсе нет, большинство его идей были вполне поняты современниками (хотя и не все, не всеми и не в полной мере), включая и главное дело его жизни – разностную, а затем аналитическую машину. Более того, правительство Англии, которое в то время обычно не финансировало научные исследования, в виде исключения периодически выделяло Бэббиджу определенные суммы. Причины практических неудач Бэббиджа (он сам считал себя неудачником и к концу жизни обозлился на все человечество, но уместно задать вопрос: можно ли по большому счету назвать неудачной деятельность этого человека?) лежат в иной области. Работать над созданием разностной машины Бэббидж начал вскоре после 1812 года. Прежде всего, у него возникло множество, как сейчас бы сказали, технологических проблем. Приходилось не только изобретать узлы и механизмы, но и способы их изготовления с достаточной точностью. Тем не менее, Бэббидж сумел к 1822 году построить действующую модель, на которой он рассчитал, в частности, таблицу квадратов.

В том же году он обратился с письмом к президенту Королевского общества – знаменитому химику Гэмфри Дэви – с предложением построить значительно бульшую машину, позволяющую с достаточной точностью вести расчет навигационных, астрономических и тригонометрических таблиц. Он предвидел масштабы необходимых затрат, но, как выяснилось позднее, все же ошибся почти на порядок. В 1823 году при содействии Дэви, который подтвердил реальность проекта, правительство Англии выделило первые 1500 фунтов с обязательством со стороны Бэббиджа построить машину за три года. Через десять лет машина все еще не была построена, хотя истрачено было 17 000 фунтов правительственных денег и 13 000 собственных денег Бэббиджа – огромное состояние по тем временам! История разностной машины, возможно, имела бы более счастливый конец, если бы не одно обстоятельство, из-за которого имя Бэббиджа и осталось навсегда в истории науки и технологии. Около 1833 года ему пришла в голову идея усовершенствованной машины – «аналитической», после чего он разностную машину практически похоронил. И это была первая в истории идея ЦВМ. В одной из прошлых статей я писал, чем калькулятор отличается от компьютера – первый работает, подобно музыкальному автомату, по раз и навсегда заданной программе, а компьютер теоретически может выполнять таких программ бесконечное множество. Именно этим отличалась разностная машина от аналитической.

Аналитическая машина Бэббиджа содержала все узлы сегодняшнего компьютера: ОЗУ на регистрах из колес (Бэббидж назвал его «store» – склад), АЛУ – арифметико-логическое устройство (он предложил для него название «mill» – мельница), устройство управления и устройства ввода-вывода, последних было даже целых три: печать одной или двух копий (!), изготовление стереотипного отпечатка и пробивка на перфокартах. Перфокарты (изобретение отнюдь не Бэббиджа, они использовались в ткацких станках Жаккара к тому времени уже несколько десятилетий) служили и для ввода программы и данных в машину. ОЗУ имело емкость 1000 чисел по 50 десятичных знаков (то есть около 20 Кбайт), что более чем прилично – для сравнения укажем, что ЗУ одной из первых ЭВМ «Эниак» (1945 г.) имело объем всего 20 десятиразрядных чисел, а знаменитый Aplle II (1980 г.) поступал в продажу чаще всего с 48 Кбайт общей памяти – для программ и данных. АЛУ имело, как мы бы сейчас сказали, аппаратную поддержку всех четырех действий арифметики. Можете себе представить – 1834 год! Еще не изобретены фотография и электрические генераторы, и в помине нет телефона и радио, только-только начали прокладывать первые железные дороги и телеграфные линии. Радиоактивность, которая повлечет за собой всю цепочку событий, приведших в том числе и к достижениям современной технологии полупроводников, откроют только в 1890-х годах. На морях безраздельно господствует парус, на суше – друг человека лошадь. А тут – ЦВМ! И ведь конструкцией дело не ограничилось.

На исторической сцене появляется другой персонаж, а именно Ада Августа Лавлейс, дочь Байрона и первая в истории программистка. Она прожила короткую жизнь, умерев в 1852 году в возрасте 37 лет, но счастливую, не в пример жизни ее матери, вынужденной расстаться с мужем, когда Аде не исполнилось и месяца. Ада с малолетства поражала современников своим быстрым математическим умом. Кроме того, в отличие от Бэббиджа, на дух не переносившего никакой лирики, Ада прилично играла на нескольких инструментах. Окружающие поощряли математические занятия Ады, в том числе и ее муж, граф Лавлейс, что само по себе не очень обычно для тех времен.

В 1842 году итальянец Менабреа (впоследствии – премьер-министр Италии!) опубликовал описание аналитической машины Бэббиджа на итальянском языке. Сам Бэббидж не был расположен к популяризации своих идей – еще одна черта неутомимого характера, ему было жаль времени. Поэтому он активно приветствовал появление английского перевода работы Менабреа, сделанного Адой Лавлейс, с которой к тому времени уже был прекрасно знаком и проводил некоторые совместные работы. Пожалуй, именно Ада наиболее глубоко понимала сущность и перспективы идей Бэббиджа, и потому последний предложил ей сделать свои комментарии к переводу. Вот эти-то комментарии, оставшиеся единственной печатной работой Ады, значительно превысившие как по объему, так и по значению сам оригинал, и вошли в историю как пример первого описания ЦВМ и инструкций по программированию к ней.

Естественно, здесь не место для подробного разбора этой уникальной работы. Но некоторые моменты заслуживают упоминания. Разбирая возможности аналитической машины в сравнении с разностной, Ада указывает, что нет никаких причин для ограничения операций только действиями над числами: «Она позволяет осуществить полное управление при выполнении действий над алгебраическими и цифровыми символами», и еще: «Она может выдавать результаты трех видов: символические? численные? и алгебраические в буквенных обозначениях». В примечании B рассматривается ЗУ и предлагается система для символического обозначения данных, содержащихся в памяти: кружок – число, квадратик – символ и т. д. (чем не прообраз современного ассемблера?). В примечании D дана программа машинного расчета системы уравнений с двумя неизвестными. Программа представлена в виде таблицы, и при этом часто используется вполне современная символика, включая термин «рабочая ячейка». В примечании E рассматривается краеугольное понятие программирования – цикл операций и даже цикл циклов! В число управляющих команд была включена даже команда условного перехода. В процессе знакомства с работой молодой леди приходится себе все время напоминать, что это было в эпоху графа Монте-Кристо и начала покорения Дикого Запада.

Бэббидж в 1838 году упоминал о возможности, как бы мы сейчас сказали, моделирования химических процессов на ВМ и о «шахматных способностях» вычислительных машин! Даже создание библиотек программ они тогда обсуждали? То, что и Бэббидж, и Ада прекрасно понимали, что именно они создали, доказывает довольно подробный разбор теоретических возможностей машины. Это дало основания отцу современной информатики А. Тьюрингу ввести в своей знаменитой брошюре «А может ли машина мыслить?» (1956 г.) целый раздел под названием «Возражения леди Лавлейс».

Так почему же хотя бы разностная машина так и не была построена Бэббиджем, а ведь еще при его жизни появилось несколько действующих экземпляров других конструкторов? Причин много, и одна из них – технологическая. Тогда не умели обрабатывать металл с нужной степенью точности, с достаточной производительностью – а машина Бэббиджа содержала не одну тысячу только зубчатых колес. Вероятно, и в наше время, когда англичане любовно воспроизвели дифференциальную машину по сохранившимся чертежам, эта задачка была не из легких.

А тогда, как уже упоминалось, ему самому пришлось изобретать новые технологии. Интересно, что процесс создания его машины привел к заметному прогрессу в области тогдашней металлообработки. В частности, при прямом участии Бэббиджа были изобретены поперечно-строгальный, токарно-револьверный станки, калибры, методы изготовления зубчатых колес и даже высказана идея стандартизации деталей при массовом производстве. На разработке узлов разностной машины оттачивал мастерство выдающийся механик XIX столетия Уинворт.

Другой причиной неудач послужил его упрямый характер. Бэббидж был совершенно по-английски «принципиально принципиален». С Королевским обществом он рассорился в самом начале, упрямо выдвигая передовые, но неприемлемые для того времени идеи политического характера. С его президентом, упомянутым Дэви, он разругался в 1826 году, когда тот фактически предал его при выдвижении кандидатур на пост секретаря общества. Если Бэббиджу что-то не нравилось, он не стеснялся заявлять об этом во всеуслышание, и более того – пытался бороться до победного, даже в пустяках: к примеру, он не переносил уличных музыкантов и хотел добиться законодательного запрета на их деятельность.

Еще в молодости он отправил знаменитому поэту Теннисону письмо, в котором критиковал его за строки: «Каждую минуту умирает человек,/Но каждую минуту человек рождается». По мнению Бэббиджа, их следовало переписать так: «Каждое мгновение умирает человек,/Но 1,16 человека рождается…» (Несомненно, профессор Челленджер и подобные ему литературные персонажи во многом срисованы с Бэббиджа.) Просто удивительно, несмотря на весь его максимализм (как водится, он часто не замечал за собой того, чего требовал от других), у него все-таки было столько друзей. И его самолюбие и упрямство ни в коей мере не помешали ему приветствовать появление действующей разностной машины шведских изобретателей Шютцев, что случилось уже в 1854 г. Впрочем, массовое производство разностных машин так никогда и не было налажено – слишком велика сложность и дешевле, очевидно, все-таки считать вручную.

Бэббидж думал, что можно преодолеть все трудности, было бы желание. Он шел от идеи к ее воплощению, нимало не считаясь с практическими возможностями своего времени. Но какое счастье, что наш герой оказался таким упертым, иначе мы были бы лишены одной из самых замечательных страниц в истории науки и техники. Стоит вспомнить хотя бы о пресловутых 50 разрядах данных – такое число было востребовано на практике только в 50-х годах ХХ столетия.

Последний экземпляр разностной машины, построенный в 1933 году (потом уже началась эра ЭВМ) в Англии, значительно уступал теоретической разработке Бэббиджа. И все-таки Бэббидж не был фанатом одной идеи, пусть даже она стала главным делом его жизни. Просто удивительно, сколь разносторонним был круг его интересов – кроме механизации вычислений, он занимался безопасностью движения на железнодорожном транспорте; световой сигнализацией для военных нужд; теорией функционального анализа: экспериментальными исследованиями электромагнетизма; вопросами шифрования; оптикой; геологией; религиозно-философскими вопросами; теорией и практикой машиностроения и многим-многим другим.

Весьма известен политэкономический труд Бэббиджа «Экономика машин и производства», высоко оцененный как современниками, включая К. Маркса, так и потомками, например Кейнсом. В этой книге он, в частности, придумал метод сетевых графиков и предвосхитил современное исследование операций. Он был одним из основателей Лондонского статистического общества. В числе изобретений Бэббиджа – спидометр, офтальмоскоп, солнечный коронограф, устройство для наведения артиллерийских орудий, сейсмограф? Но главным была аналитическая машина, которой он продолжал заниматься все годы – он всего год не дожил до своего восьмидесятилетия и застал начало новой электронной эры, если ее считать с прокладки первых телекоммуникационных линий – телеграфный кабель между Европой и Америкой поражал воображение современников ничуть не меньше, чем сто лет спустя первые полеты в космос.

Работу над аналитической машиной продолжил его сын Генри, но настоящее развитие идеи Бэббиджа получили сто лет спустя после появления той самой работы Ады Лавлейс.

Значение деятельности Бэббиджа и Лавлейс далеко не историческое. Их работы ни в коем случае не принадлежат к историческим курьезам, и когда создавались первые электронные вычислительные машины, их создатели уже знали, куда идти – за сто лет до того им была указана столбовая дорога, с которой никто так и не свернул. Конечно, были и продолжаются попытки создания компьютеров, основанных на других принципах (нейрокомпьютеры, квантовые компьютеры), но все, что мы видим в повседневной жизни – начиная от персоналки на рабочем месте операционистки в Сбербанке и заканчивая «мозгами» мобильного телефона – построено точно так же, как это задумали один упрямый математик и одна светская молодая леди более ста пятидесяти лет назад? Полтора века отделило чертежи машины различий Чарльза Бэббиджа, предка современных компьютеров, от ее воплощения.

Но, несмотря на минувшие с той поры 150 лет, когда этот компьютер был перспективным концептом, интерес к проекту не угасает.

Уже второй экземпляр механического компьютера весом в несколько тонн и стоимостью под миллион долларов доставлен заказчику.