Первый компьютер: история создания

Первый компьютер — это собирательное понятие, обозначающее одну из первых вычислительных машин, способных выполнять автоматические вычисления по заданной программе. В историографии нет единого мнения о том, какое устройство считать первым компьютером, так как критерии включают в себя наличие электронных компонентов, программного управления, универсальность и возможность хранения программы в памяти. Наиболее часто это звание оспаривают несколько машин, созданных в 1930–1940-х годах в разных странах, в том числе в СССР.

История развития вычислительной техники

Предшественники и механические счётные машины

До появления электронных компьютеров существовали механические и электромеханические устройства для вычислений. В XVII веке Блез Паскаль и Готфрид Лейбниц создали механические сумматоры. В XIX веке Чарльз Бэббидж разработал проект Аналитической машины — первой универсальной вычислительной машины с программным управлением на перфокартах. Однако из-за технологических ограничений своего времени машина не была построена при жизни Бэббиджа. В 1930-х годах Конрад Цузе в Германии создал электромеханический компьютер Z3 (1941), который считается первым работающим программно-управляемым вычислителем, но он был не полностью электронным.

Электронные компьютеры 1940-х годов

Переход к полностью электронным вычислителям произошёл в годы Второй мировой войны. Основными претендентами на звание «первый компьютер» являются:

• ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer, США, 1945) — первый полностью электронный цифровой компьютер общего назначения. Он использовал 18 000 вакуумных ламп, весил около 30 тонн и занимал площадь 167 м². ENIAC программировался переключением кабелей и установкой переключателей, что делало его настройку трудоёмкой.
• МЭСМ (Малая электронная счётная машина, СССР, 1950) — первая в СССР и континентальной Европе полностью электронная вычислительная машина, созданная под руководством Сергея Алексеевича Лебедева. МЭСМ была запущена в 1950 году и могла выполнять до 50 операций в секунду.
• EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator, Великобритания, 1949) — первый компьютер с архитектурой фон Неймана, в котором программа хранилась в памяти, что упростило процесс программирования.

Архитектура фон Неймана

В 1945 году математик Джон фон Нейман опубликовал отчёт, в котором описал принципы построения вычислительных машин, ставшие основой для большинства последующих компьютеров. Ключевые идеи: хранение программы и данных в одной памяти, последовательное выполнение команд, двоичная система счисления. Первым компьютером, реализовавшим эту архитектуру, стал EDSAC (1949), хотя проект EDVAC (США) был разработан раньше, но построен позже.

Первые компьютеры в мире

Z3 (Германия, 1941)

Конрад Цузе построил Z3 — электромеханический компьютер, работавший на реле. Он мог выполнять операции с плавающей запятой и был программно-управляемым, но не был полностью электронным. Z3 считается первым функционирующим программно-управляемым вычислителем, но не электронным компьютером.

ENIAC (США, 1945)

ENIAC был создан в Пенсильванском университете для расчёта таблиц стрельбы. Он использовал десятичную систему счисления и программировался путём физического переключения кабелей. ENIAC продемонстрировал возможность электронных вычислений, но его программирование было крайне трудоёмким. В 1948 году на ENIAC была установлена система, позволяющая хранить программу в памяти.

МЭСМ (СССР, 1950)

Сергей Лебедев начал разработку МЭСМ в 1948 году в Киеве. Машина была построена на вакуумных лампах, имела память на триггерах и могла выполнять операции с фиксированной запятой. МЭСМ использовалась для решения научных и инженерных задач, в том числе для расчёта ядерных реакций. В 1951 году была запущена в эксплуатацию.

EDSAC (Великобритания, 1949)

EDSAC, созданный в Кембриджском университете под руководством Мориса Уилкса, стал первым компьютером с хранимой программой. Он использовал ртутные линии задержки для памяти и мог выполнять около 700 операций в секунду. EDSAC послужил прототипом для многих коммерческих машин.

Первые компьютеры в России

МЭСМ (1950)

Как уже упоминалось, МЭСМ была первой электронной вычислительной машиной в СССР. Она была создана в Институте электротехники АН УССР. МЭСМ имела 6 000 вакуумных ламп и потребляла около 25 кВт электроэнергии. Машина работала до 1957 года, затем была модернизирована.

БЭСМ (1952)

Большая электронная счётная машина (БЭСМ) — следующая разработка Лебедева. Она была запущена в 1952 году и стала одной из самых производительных машин в Европе того времени (до 10 000 операций в секунду). БЭСМ использовалась для научных расчётов, в том числе в космической программе.

Стрела (1953)

Первая серийная электронная вычислительная машина в СССР. Выпускалась с 1953 года на заводе САМ в Москве. «Стрела» была построена на вакуумных лампах и имела память на магнитном барабане. Она использовалась для расчётов в атомной и ракетной промышленности.

Классификация первых компьютеров

По типу элементной базы

• Электромеханические (Z3) — использовали реле и механические переключатели.
• Электронные (ENIAC, МЭСМ, EDSAC) — использовали вакуумные лампы.

По способу программирования

• С жёсткой программой (ENIAC до 1948 года) — программирование путём переключения кабелей.
• С хранимой программой (EDSAC, МЭСМ) — программа хранилась в памяти, что позволяло легко её изменять.

По назначению

• Специализированные (для расчёта таблиц стрельбы, баллистики).
• Универсальные (для решения широкого круга научных и инженерных задач).

Устройство и характеристики

Основные компоненты

Первые компьютеры состояли из:

• Арифметико-логического устройства (АЛУ) — выполняло операции сложения, вычитания, умножения, деления.
• Устройства управления (УУ) — координировало работу всех блоков.
• Памяти — хранила данные и программы. Использовались ртутные линии задержки, магнитные барабаны, триггеры.
• Устройств ввода-вывода — перфокарты, перфоленты, телетайпы, световые панели.

Характеристики

• ENIAC: 18 000 ламп, 30 тонн, 167 м², 5 000 операций в секунду.
• МЭСМ: 6 000 ламп, 25 кВт, 50 операций в секунду.
• EDSAC: 3 000 ламп, 700 операций в секунду, память 512 слов.

Применение и значение

Первые компьютеры использовались для:

• Расчёта артиллерийских таблиц и баллистики (ENIAC).
• Решения задач ядерной физики (МЭСМ, БЭСМ).
• Метеорологических прогнозов (ENIAC).
• Разработки первых программ и алгоритмов.

Их создание заложило основы современной вычислительной техники: доказало возможность автоматизации сложных вычислений, стимулировало развитие полупроводниковой электроники и привело к появлению компьютерной индустрии.

Критика и споры

Вопрос о том, какой компьютер считать первым, остаётся дискуссионным. Критерии различаются: некоторые историки считают первым Z3 (программное управление), другие — ENIAC (электронность), третьи — EDSAC (хранимая программа). В советской историографии первым компьютером часто называли МЭСМ, подчёркивая её приоритет в континентальной Европе. В западной литературе первенство чаще отдают ENIAC или EDSAC. Споры усугубляются тем, что многие проекты разрабатывались параллельно и независимо.

Интересные факты

• ENIAC потреблял столько же электроэнергии, сколько небольшой городок (около 150 кВт).
• МЭСМ была собрана в здании бывшего монастыря в Феофании (под Киевом).
• Первая программа для EDSAC была написана для вычисления квадратов чисел.
• Конрад Цузе создал первый высокоуровневый язык программирования Plankalkül в 1940-х годах, но он не был реализован.

Источники

• Лебедев С. А. «Малая электронная счётная машина». — Киев: Изд-во АН УССР, 1951.
• Goldstine H. H. «The Computer from Pascal to von Neumann». — Princeton University Press, 1972.
• Ceruzzi P. E. «A History of Modern Computing». — MIT Press, 2003.
• Wilkes M. V. «The Design of the EDSAC». — Cambridge University Press, 1949.
• Zuse K. «The Computer — My Life». — Springer-Verlag, 1993.