Pierwszy komputer – jaki był? Kto go skonstruował?

Człowiek z natury jest istotą leniwą, więc w przypadku kiedy może czegoś nie robić lub sobie uprościć, to stara się skonstruować narzędzia pozwalające mu na skrócenie czasu wykonywania monotonnych i powtarzających się czynności. Sumerowie żyjący już ponad 3000 lat p.n.e , którzy wykorzystywali do obliczeń gliniane tabliczki z rowkami, do których wkładano kamyki, Chińczycy ze swoim Suanpan, Grecy i Rzymianie używający Abakus (liczydło), czy Japończycy używający Soroban. 

(Chiński Sunpan źródło Wikipedia)

(Abakus źródło Wikipedia)

(Japoński Soroban źródło Wikipedia)

W starożytności również tworzono mechaniczne maszyny np. do obliczania pozycji ciał niebieskich, który został odkryty obok wyspy Antykithiry, który jest datowany na 150 – 100 r p.n.e. Do czasu XVIII-wiecznych zegarów nie jest znany żaden mechanizm o podobnym stopniu złożoności. Urządzenie jest prezentowane w kolekcji Narodowego Muzeum Archeologicznego w Atenach.

(Mechanizm z Antykithiry - największy fragment. źródło Wikipedia)

Twórcą pierwszej maszyny liczącej uznano Wilhelma Schickarda, niemieckiego matematyka, orientalistę, konstruktora i profesora Uniwersytetu w Tybindze. W 1623 roku skonstruował on jedną z na świecie pierwszych maszyn liczących, która potrafiła dodawać, odejmować, mnożyć i dzielić liczby całkowite. Maszyna powstała na zamówienie Jana Keplera (matematyka i astronoma), nazywana jest również Zegarem liczącym.

(Maszyna Schickarda. źródło Wikipedia)

Blaise Pascal w tym samym czasie (tj. około 1645r) również skonstruował jedną z pierwszych maszyn liczących nazwaną „Paskaliną”, niestety umożliwiała ona jedynie dodawanie i odejmowanie liczb. Pascal w chwili rozpoczęcia projektu (1642 r.) miał 19 lat. Motywacją jego projektu była chęć ułatwienia pracy ojcu, który był poborcą podatkowym. Do1652 roku wykonano w sumie około 50 Pascalin – część do liczenia w różnych systemach monetarnych, część do wspomagania pracy geodetów.

(Paskalina. źródło Wikipedia)

Na początku XIX wieku angielski matematyk Charles Babbage (1791-1871) konstruuje tak zwaną maszynę różnicową, do rozwiązywania określonych równań matematycznych. Babbage jest obecnie uważamy za najwybitniejszego twórcę maszyn liczących, żyjącego w epoce przedkomputerowej. Kolejnym jego dziełem jest model i próba realizacji maszyny analitycznej.

(Maszyna różnicowa - rekonstrukcja. źródło Wikipedia)

Maszyna różnicowa skonstruowana przez niego była rodzajem ulepszonego (jak na tamte czasy) „kalkulatora”, który wykorzystywał pewne fakty z matematyki; zasada działania opierała się o metodę różnicową.

Próbie skonstruowania tej maszyny Babbage poświęcił sporą część swojego życia, jednak projekt ostatecznie porzucił. Pierwszy kompletny egzemplarz maszyny został zbudowany dopiero w latach 1989-1991 według planów Babbage'a i XIX-wiecznymi środkami przez Muzeum Nauki w Londynie. Urządzenie okazało się w pełni sprawne i zdolne dokonywać obliczeń z dokładnością do 31 cyfr.

Babbage skonstruował też maszynę analityczną,  która okazała się koncepcją rewolucyjną. Co prawda, nie doczekała się ona realizacji praktycznej, jednak jej konstrukcja posłużyła późniejszym twórcom (głównie Johnowi von Neumannowi) do opracowania dzisiejszych komputerów.

(Maszyna analityczna rekonstrukcja. źródło Wikipedia)

Formalnie rzecz biorąc zaprojektowana przez Babbage'a maszyna analityczna mieściła się w późniejszej definicji komputera, będąc zdolną do wykonywania dowolnych ciągów instrukcji oraz operowania na danych. W praktyce, z uwagi na proponowaną technologię realizacji (napędzanie silnikiem lokomotywy parowej, czysto mechaniczna, wysokiej złożoności konstrukcja) istnieje wątpliwość, czy konstrukcja tego typu byłaby zdolna do sprawnej i bezawaryjnej pracy.

 W roku 1887 Herman Hollerith (1860-1929) zbudował w Baltimore maszynę liczącą, której zadaniem było znormalizowanie danych o umieralności ludności USA. Maszyna automatycznie odczytywała, porządkowała i grupowała dane według określonych kryteriów. Do wprowadzania danych do maszyny służyły specjalne karty perforowane. Występowanie danej cechy oznaczone było otworem wykonanym w odpowiednim miejscu karty. Maszyna pozwoliło 8-krotnie przyspieszyć prace obliczeniowe związane ze spisem powszechnym w roku 1890. Upojony odniesionym sukcesem w 1896 Hollerith założył przedsiębiorstwo Tabulating Machine Company, które w 1917 przekształciło się w International Business Machine, czyli dzisiejszą firmę IBM. Karty perforowane przez wiele dziesięcioleci stały się uniwersalnym nośnikiem informacji: danych do obliczeń, programów i wyników.

Tabulator Hermana Holleritha, który dał początek wielkiemu biznesowi w technice obliczeniowej, zakładając w 1896 r. firmę TMC (prekursora IBM).

W 1936 roku Konrad Zuse w Niemczech, tworzy maszynę liczącą Z1. W następnych latach powstają jej udoskonalone wersje - Z2 i Z3 oraz Z4. Maszyny te przeznaczone były oczywiście dla potrzeb militarnych. Obliczenia wykonywane były na liczbach zapisanych w systemie dwójkowym w tak zwanej reprezentacji zmiennoprzecinkowej. Sterowanie maszyną realizował program zapisany na taśmie perforowanej. W maszynach tych nie było części mechanicznych, były natomiast przekaźniki elektromagnetyczne. Ostatni model maszyny Zusego, Z4 działał aż do końca lat pięćdziesiątych.

(Maszyna Z1 - replika. źródło Wikipedia)

(Maszyna Z3 - replika. źródło Wikipedia)

Do lat 20-30 XX wieku w zasadzie sytuacja była klarowna jeżeli chodzi o osiągnięcia w zakresie maszyn liczących, gdyż potrzeba ich opracowania wynikała głównie z potrzeb wsparcia osiągnięć naukowych. Sprawa się komplikuje właśnie w tym okresie, który można określić jako okres przygotowania do największego konfliktu zbrojnego XX wieku czyli II Wojny Światowej. Niestety nadal ta część historii stanowi białą plamę ze względu na klauzule tajności, i nie można było lub nie można do tej pory ujawniać osiągnieć naukowych w zakresie technologii, które zostały w tamtym czasie wytworzone.

II wojna światowa i okres lat 30 zmieniła właśnie kierunek potrzeb związanych z rozwojem maszyn liczących, skierowano go z naukowego na militarny, wywiadowczy i kontrwywiadowczy. Pierwszym sygnałem związanym ze zmianą podejścia do ich wykorzystania była Enigma, którą wykorzystywano do szyfrowania przesyłanych wiadomości. Ten aparat ze względu na wykorzystanie go masowo do szyfrowania wiadomości przez wojska Niemieckie stał się głównym powodem szybkiego rozwoju maszyn liczących, ale po kolei.

Enigma ( zagadka) – niemiecka przenośna, elektromechaniczna maszyna szyfrująca, oparta na zasadzie obracających się wirników, opracowana przez Artura Scherbiusa, a następnie produkowana przez wytwórnię Scherbius & Ritter. Wytwórnia ta została założona w 1918 z inicjatywy Scherbiusa oraz innego niemieckiego inżyniera Richarda Rittera i zajmowała się konstrukcją i produkcją urządzeń elektrotechnicznych, między innymi silników asynchronicznych. Scherbius odkupił prawa patentowe do innej wirnikowej maszyny szyfrującej, opracowanej przez holenderskiego inżyniera Hugona Kocha.

(Enigma. źródło Wikipedia)

Enigma była używana komercyjnie od lat 20. XX wieku, a później została zaadaptowana przez instytucje państwowe wielu krajów. Podczas II wojny światowej maszyna ta była wykorzystywana głównie przez siły zbrojne oraz inne służby państwowe i wywiadowcze Niemiec, a także innych państw. Enigma należała do rodziny elektromechanicznych wirnikowych maszyn szyfrujących i była produkowana w wielu różnych odmianach.

Po raz pierwszy szyfrogramy zakodowane przy pomocy Enigmy udało się rozszyfrować polskim kryptologom w roku 1932. Prace Polaków, głównie Mariana Rejewskiego, Jerzego Różyckiego i Henryka Zygalskiego pozwoliły na dalsze prace nad dekodowaniem szyfrów. Wraz nimi Rajewski opracował techniki umożliwiające regularne odczytywanie szyfrogramów z Enigmy. Wkład Rejewskiego w złamanie kodu Enigmy polegał na opracowaniu katalogu kart i cyklometru, a po zmianie sposobu kodowania w 1938 roku zaprojektowaniu bomby kryptologicznej pozwalającej na dekodowanie stale unowocześnianych maszyn Enigma najpierw w Polsce, a po wybuchu wojny we Francji i Wielkiej Brytanii.

Bomba kryptologiczna, bomba Rejewskiego – urządzenie mechaniczno-elektryczne skonstruowane przez polskich kryptologów, Mariana Rejewskiego, Jerzego Różyckiego i Henryka Zygalskiego w celu automatycznego łamania szyfrogramów niemieckiej maszyny szyfrującej Enigma. Unikatowość urządzenia polegała zarówno na koncepcji mechanicznego łamania szyfrów, jak i na wyjątkowych koncepcjach matematycznych, które polscy kryptolodzy wykorzystali w celu złamania rzekomo niemożliwego do złamania mechanizmu szyfrującego.

Rejewski wykorzystał słabość stosowanej przez Niemców procedury szyfrowania - na początku wiadomości nadawano dwukrotnie zaszyfrowany kluczem dziennym klucz dla danej wiadomości. Początkowo, stosował stworzony ręcznie katalog zawierający wszystkie możliwe ustawienia bębenków. Gdy Niemcy dokonali drobnej zmiany w systemie przekazywania wiadomości i katalog stracił aktualność, Rejewski wpadł na pomysł stworzenia urządzenia, które na podstawie danych z danego dnia odtwarza ustawienia początkowe bębenków.

W Polsce skonstruowano 6 bomb, po jednej dla każdej możliwej permutacji 3 bębenków szyfrujących w Enigmie.

W grudniu 1938 Niemcy dokonali modyfikacji Enigm, która powodowała, że potrzebne było 10 razy więcej bomb. Polacy nie zdołali ich skonstruować, ze względu na brak danych o budowie 2 nowych bębenków szyfrujących.

Bomba została po raz pierwszy ujawniona 24 lipca 1939. Wtedy też jej działanie zostało wyjaśnione pracownikom wywiadów: brytyjskiego oraz francuskiego. Plany bomb oraz dwie repliki Enigmy zostały następnie przesłane do Paryża, a stamtąd do Londynu. Jesienią 1939 kryptoanalitycy z Bletchley Park zdołali skonstruować wystarczającą ilość bomb.

10 maja 1940 Niemcy zmienili protokół przesyłania klucza - klucz wiadomości zaczął być nadawany jedynie raz - i bomby Rejewskiego przestały być skuteczne.

W 1940 roku Alan Turing zaprojektował bombę kryptoanalityczną, atakującą inne słabości szyfru Enigmy. Dotarła ona do Bletchley Park 14 marca, lecz nie była dostatecznie szybka. Jej ulepszona wersja o nazwie Agnus Dei dotarła 8 sierpnia.

 (Bomby Kryptologiczne Bletchley Park. źródło Wikipedia)

W grudniu 1943 roku w Bletchley Park zostało skonstruowane i zaprezentowane pierwsze urządzenie elektroniczne pod nazwą Colossus, które to zasadą działania przypomina dzisiejsze komputery. Projektem Colossus kierowali Max Newman i Tommy Flowers (uznawany za konstruktora), uczestniczył w tym projekcie również Alan Turning. Colossus Mark I (był on pierwszą maszyną elektroniczną w pełni programowalną) został stworzony głównie do rozpracowania niemieckiej maszyny Lorenza i łamania jej szyfrów. W czerwcu 1944r tuż przed lądowaniem wojsk alianckich w Normandii został oddany do użytku ColossusMark II, który pracował do końca wojny.

(Colossus Mark II. źródło Wikipedia)

W latach 1943-45 w USA powstaje w podobnym czasie ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer – Elektroniczny, Numeryczny Integrator i Komputer). Jest to pierwsza maszyna w której użyto wyłącznie elementy elektroniczne (lampy elektronowe). Mimo, że w 1976 roku okazało się, że wcześniej w Anglii powstały maszyny Colos I i Colos II, ENIAC-a uznaje się dzisiaj za pierwszy komputer.

(ENIAC - źródło Wikipedia)

ENIAC-a programowało się ręcznie poprzez ustawianie przełączników i wymianę specjalnych tablic programowych. Jego długość wynosiła 15 metrów, a szerokość 9. Maluch ten ważył 30 ton i składał się z około 18000 lamp elektronowych. Ciekawostką był fakt, że liczby zapamiętywane były w układzie dziesiętnym, a nie dwójkowym jak to odbywa się dziś. ENIAC potrafił wykonać 5000 dodawań oraz od 50 do 360 dzieleń na sekundę. ENIAC był urządzeniem bardzo awaryjnym, a jego programowanie było bardzo uciążliwe.

Komputer ten był bardzo innowacyjny: posiadał właściwość przetwarzania równoległego i oddzielne funkcjonalnie moduły jednostki arytmetycznej i pamięci. Atanasoff spotykał się z konstruktorami ENIACa i pokazywał im konstrukcję własnego komputera. Mauchly i Eckert opatentowali konstrukcję ENIACa, opartą w dużym stopniu na ABC i w ten sposób pozbawili Atanasoffa pierwszeństwa. Po wieloletnim procesie sądowym wytoczonym przez tego ostatniego, w październiku 1973 roku sędzia federalny Earl R. Larson podjął decyzję unieważniającą patent ENIACa i przyznał Atanasoffowi miano wynalazcy komputera elektronicznego. 13 listopada 1990 roku prezydent G. Bush odznaczył tego wynalazcę medalem "National Medal of Technology".

W 1946 roku John von Neumann zaproponował architekturę, według której są budowane komputery do dnia dzisiejszego. W pamięci komputera przechowywane miały być zarówno dane podlegające danych przetwarzaniu, jak i program, który te dane miał przetwarzać. Dzięki temu porzucono wreszcie programowanie sprzętowe (przełączanie kabli, czy zworek) i zastąpiono je programowaniem wewnętrznym, poprzez umieszczenie w pamięci maszyny programu sterującego przetwarzaniem danych. Architektura ta wyróżniała następujące elementy składowe: pamięć złożoną z elementów przyjmujących stany 0 i 1, arytmometr wykonujący działania arytmetyczno-logiczne oraz jednostkę sterującą. Wszystkim sterował program umieszczany w pamięci. Stanowiło to całkowity przełom w stosunku do wcześniejszych koncepcji, w których program był zapisywany na kartach perforowanych i bezpośrednio z nich odczytywany i uruchamiany. W maszynie Neumannowskiej program i dane znajdowały się w pamięci fizycznej, a program mógł modyfikować zawartość pamięci i samego siebie. Program był ciągiem instrukcji pobieranych i rozpoznawanych przez jednostkę sterującą w takt zegara. Praca maszyny oparta była na modelu maszyny Turinga, Neumann znał jej schemat teoretyczny. W 1949 roku w oparciu o tę architekturę powstaje komputer EDSAC.

(EDESAC. źródło Wikipedia)

EDSAC był komputerem oparty na architekturze von Neumanna, skonstruowany przez zespół Maurice'a Wilkesa z University of Cambridge Mathematical Laboratory, na którym pierwszy program uruchomiono 6 maja 1949 r.

Pierwszym komputerem wykonującym zapisany program był Small-Scale Experimental Machine, ale EDSAC był pierwszą maszyną wykorzystywaną w praktyce – wykonywano na nim badania uniwersyteckie. Wykorzystywano w nim pamięć na rtęciowych liniach opóźniających (pamięć dynamiczną) i lampy próżniowe dla układów logicznych. W 1953 r. David Wheeler zaprojektował rejestr indeksowy, jako rozszerzenie oryginalnej konstrukcji EDSAC.

Milowym krokiem w rozwoju komputerów było powstanie komputerów osobistych. Pierwszym komputerem osobistym był Altair wyprodukowany w 1975 roku przez firmę MITS. Altair posiadał 8-bitowy procesor Intel 8080 i 256 bajtów pamięci (tak, tak, bajtów), nie miał ani klawiatury, ani monitora, ani jakiegokolwiek napędu. Znany nam wszystkim Bill Gates napisał dla niego język BASIC (ang. Beginner's All Purpose Symbolic Instruction Code). Altair zyskał ogromną popularność i był prekursorem całej serii komputerów ośmiobitowych. Praktycznie wszystkie komputery ośmiobitowe działały pod kontrolą systemu operacyjnego nazywanego CP/M (ang. Control Program/Monitor lub Control Program for Microcomputer), wyprodukowanego przez firmę Digital Research.

(Altair 8800. źródło Wikipedia)

Jednak absolutnym przełomem w historii komputerów, którego konsekwencje widoczne są po dziś dzień było powstanie w 1980 roku komputera IMB PC (ang. Personal Computer), czyli popularnie mówiąc dzisiejszego peceta.

(IBM PC 5150. źródło Wikipedia)

Przed powstaniem IBM PC powstał inny komputer domowy, bardziej przyjazny użytkownikowi, był nim Apple I, Zaprojektowany został przez Steve'a Wozniaka, jednego z założycieli firmy Apple i wszedł do sprzedaży w kwietniu 1976 za 666,66 USD. Był on prekursorem tak dziś popularnych, choć głównie w USA jabłuszek. Komputery Apple, które zmieniły nazwę na Macintosh jako pierwsze posiadały interfejs graficzny, który jest dzisiaj głównie znany z Windows (ale to już temat na inny wpis J ). Miały też inną architekturę. W odróżnieniu od innych ówczesnych komputerów przeznaczonych dla hobbystów, które były sprzedawane w formie "zrób to sam", Apple I był sprzedawany już w pełni złożony – na jego PCB zamontowanych było ponad 60 różnego typu układów scalonych. Aby jednak uzyskać w pełni funkcjonalny komputer, jego użytkownicy musieli jeszcze dodać obudowę, zasilacz, klawiaturę i monitor. Apple I był pierwszym powszechnie dostępnym komputerem korzystającym z klawiatury i monitora.

(Apple I. źródło Wikipedia)

Jak widać z historii wynalezienie komputera nie można  przypisać do konkretnej osoby, wynalezienie komputera jest efektem pracy wielu osób uzupełniających się w pomysłach, ludzi wielkich, jednych znanych innych nie, ale jesteśmy wdzięczni im za ich wkład w technikę jaką operujemy dzisiaj na własne potrzeby np. do bankowania/płacenia przez smartfona (np. IKO), tablet czy komputer (np. iPKO).

• facebook
• twitter
• google+
• wykop