История создания ЭВМ: от машины Бэббидджа до квантовых компьютеров

Жизнь в XXI веке невозможно представить без компьютеров: без них зависнет банковская система, остановятся транспорт и промышленное производство, миллиарды людей останутся без связи. А как люди создали то, без чего теперь не могут обходиться?

История компьютера начинается издалека.  Можно вспомнить Жозефа Жаккара, придумавшего в 1801 году перфокарту для управления ткацким станком (и он же претендует, таким образом, на звание первого программиста). Можно упомянуть также арифмометр Томаса 1820 года, как первое механическое вычислительное устройство, получившее широкое распространение; разностную машину Бэббиджа (см. заглавное фото), как первую попытку создать программируемое вычислительное устройство; Аду Лавлейс, как первую программистку — математик Ада Лавлейс описала проект машины Бэббиджа и создала для нее первуюю программу, а также ввела в употребление понятия «цикл вычислений» и «рабочая ячейка».

Затем появились электромеханические машины, первой из которых стал табулятор Германа Холлерита, созданный в 1888-1890 годах, но использовавшийся очень долго. Он, в частности, был основным оборудованием советских машиносчетных станций, где широко применялся до 1970-х годов, а в качестве вспомогательного оборудования советских вычислительных центров дожил до середины 80-х.  Холлерит же основал в 1896 году и компанию Tabulating Machine Company, нынешнюю IBM.

История компьютера: электромеханические и электронные устройства

В 1937-41 годах немец Конрад Цузе создал серию вычислительных устройств, все еще электромеханических, но уже работавших на двоичной логике, применявших арифметику с плавающей запятой, и программируемых при помощи первого языка программирования, также изобретенного Цузе.

В 1943 году компьютерами всерьез занялась IBM, представив свой первый компьютер «Марк I», также еще электромеханический и уступавший по ряду параметров последней модели Цузе.

В 1946-57 годах появились первые чисто электронные устройства: ENIAC и EDVAC в Пенсильванском университете, SSEM, она же Baby в Манчестерском и EDSAC, а затем и EDSAC-2 в Кембриджском.  Реализованные на ламповой основе, они стали переходным звеном между электромеханическими вычислителями и программируемыми ЭВМ.

Компьютер ENIAC

Первый компьютер открытого стандарта

Наконец, 7 апреля 1964 г. фирма IBM совершила прорыв: объявила о создании семейства компьютеров System 360 — первой серии масштабируемых компьютеров открытого стандарта, с тем, чтобы один производитель компьютерного оборудования мог произвести оборудование, совместимое с оборудованием другого производителя. Появление System 360 установило стандарт байта, состоящего из 8 битов и ввело в употребление шестнадцатеричную систему счисления в программировании. Это было уже похоже на современные компьютеры, правда весьма отдаленно.  В той же примерно степени, в какой утконос похож на человека, хотя оба они – млекопитающие.

Первый персональный компьютер

В 1960 г. компания DEC представила первый мини-компьютер PDP-1, стоимость которого составляла неслыханно низкие $120 тыс. С учетом стоимости ENIAC, EDVAC, SSEM и EDSAC это было практически даром. PDP-1 стал первым коммерческим компьютером, оснащённым клавиатурой и монитором. Модель совершенствовалась и дешевела, так что к 1965 году мини-компьютер PDP-8 почти сравнялся по объему с крупным бытовым холодильником при ценнике в $20 тыс.

В 1963 г. Дуглас Энгельбарт из исследовательского института Стэнфорда изобрел компьютерную мышь, а в 1966 предложил систему из буквенной и цифровой клавиатуры, мыши и программы, поддерживающей вывод информации на экран в разных «окнах». Программа включала текстовой редактор, систему, разрешающую строить ссылки на информацию в сети и программу для коллективной работы.

Первый язык программирования — BASIC

В 1975 г. Билл Гейтс и Пол Аллен написали интерпретатор языка BASIC для компьютера Altair 8800 и основали компанию Micro-Soft для дальнейшей разработки программного обеспечения для компьютеров.

Первый PC для массового пользователя

1 апреля 1976 года Стив Джобс, Рональд Уэйн и Стив Возняк зарегистрировали фирму Apple Computer, Inc. и организовали кустарный выпуск Apple I – первого компьютера, предназначенного для личного пользования, продававшегося в собранном виде. Впрочем, «собранным» он был весьма условно: для получения рабочего компьютера пользователи должны были докупить корпус, источник питания, клавиатуру, монитор, плату для связи с кассетным магнитофоном для хранения данных и сам магнитофон. Но уже в июне 1977 года серийно выпускавшийся Apple II предлагал пользователям интегрированную клавиатуру, цветную графику, звук, пластиковый корпус, восемь слотов расширения и встроенный интерпретатор Бейсика. Это уже была машина для масс, а не только для любителей, учёных или инженеров.

На фото: реплика первого компьютера Apple 1 в историческом музее города Лос-Альтос, Калифорния

Наконец, в 1979 году руководство IBM решило попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров и в августе 1981 г. представило публике IBM 5150 – первый персональный компьютер привычного нам вида на архитектуре Intel x86. Правда, мышь в стандартный комплект все еще не входила — первым компьютером, в набор которого стандартно включалась мышь, стал Xerox 8010 Star Information System, представленный также в 1981 году.

На фото — рабочий компьютер Тима Бернерса-Ли в музее CERN

Затем процесс ускорился: в 1990 году появилась операционная система Windows 3.0; затем на протяжении несколькких лет приложения Word, Excel и PowerPoint объединили в пакет Office. В конце 90-х Тим Бернерс Ли разработал язык разметки HTML, протокол передачи HTTP и URL-адрес — таким образом, Тим Бернес и есть тот человек, кто придумал Интернет. С 1995 года в широком доступе появились веб-редакторы, позволившие людям создавать собственные сайты.

Квантовый компьютер — что это такое?

Сегодня ученые работают над квантовыми компьютерами. Обычный компьютер работает на основе транзисторов и кремниевых чипов, которые используют для обработки информации бинарный код: вся информация зашифрована в виде нулей и единиц. Бит, как единица информации, имеет два базовых состояния: 1 и 0. Изменение состояния очевидно: объект либо есть к конкретном месте (1), либо его там нет (0).

Работа квантового компьютера будет основана на принципе суперпозиции, а вместо битов будут использоваться кубиты (q-bit, квантовый бит). В качестве кубита может использоваться предмет, способный пребывать в обоих состояниях (1 и 0). Разницу между битом и кубитом можно очень упрощенно и абстрактно описать как разницу между переключателем (вверх-вниз, два состояния) и ручкой регулирования громкости (от нуля до максимума, все состояния). В качестве кубитов используют единичные электроны или протоны, охлажденные до сверх-низких температур, чтобы изолировать их от влияний других частиц. 

На фото: IBM Q System One 

Квантовому компьютеру не нужно тратить время на перебор всех возможных вариантов состояний, и потому он за пару минут способен решать задачи, занявшие бы тысячелетия у самых мощных классических компьютеров. Однако ответ на задачу всегда получается не точный, а вероятностный. Тем не менее, очень быстро решив одну и ту же задачу тысячи и миллионы раз, можно добиться практически 100%-ной вероятности верного ответа.

Первый в мире коммерческий квантовый компьютер IBM Q System One представлен IBM в январе 2019 года. Однако до сих пор не известно, сколько их вообще создано (похоже, один-два) и какова их цена. В целом квантовые компьютеры существуют пока в виде маломощных экспериментальных устройств. Ученые решают нетривиальные инженерные задачи: что использовать в качестве кубитов, как их охлаждать, контролировать, как проводить измерения.

Читайте также:

Быстрейший в мире суперкомпьютер ищет лекарство от коронавируса

Когда появилась первая в мире компьютерная игра