Від механічних до квантових (9 фото)

За прогнозами футуролога Рея Курцвейла, до 2029 року штучний інтелект зможе пройти тест Тьюринга — і неможливо відрізнити свідомість машини від людського.





За прогнозами футуролога Рея Курцвейла, до 2029 року штучний інтелект зможе пройти тест Тьюринга — і неможливо відрізнити свідомість машини від людського. А квантові комп'ютери вже давно перестали бути чимось дивовижним. За останні півстоліття технології настільки швидко змінювалися, що сьогодні нам складно уявити собі «прадідуся» сучасного смартфона або ноутбука — пристрій вагою 30 т, який займав кілька кімнат.

Коли з'явився перший комп'ютер

Люди з давніх-давен стикалися з необхідністю вирішувати завдання, які вимагали складних обчислень. Потрібно було проводити землемірні роботи, торгувати, збирати податки, керувати запасами врожаю, подорожувати. Спочатку вважали на пальцях, камінні, вузликах, а потім придумали перші рахунки та логарифмічні лінійки. До речі, саме слово «комп'ютер» (від англ. compute - «обчислювати») тривалий час використовували для позначення людини, яка робить розрахунки.

У середні віки вже стало зрозуміло, що без спеціальних машин не обійтися. Так з'явилися перші підсумовуючі пристрої та арифмометри. Прообраз майбутнього електронного суматора - найважливішого елемента майбутніх ЕОМ - описав ще Леонардо да Вінчі. У 1969 році фахівці з IBM відтворили по кресленнях машину да Вінчі і вкотре переконалися в геніальності вченого.

Далі була лічильна машина Вільгельма Шиккарда, підсумовує машина Блеза Паскаля (знаменита «Паскаліна»), лічильна машина Готфріда Вільгельма Лейбніца та аналогічні винаходи інших учених.

Звідки узялася взагалі ідея програмувати обчислювальні операції? Все просто: потрібно було весь час співналаштовувати механізми годинника з системою дзвонів. Крім того, схожі завдання виникали і в інших галузях, наприклад, у швейній промисловості. В 1804 з'явилися перфокарти Жозефа Жаккара для ткацьких верстатів, які вважаються першим пристроєм для запам'ятовування та введення інформації.

Але найближче до створення комп'ютера підійшов у XIX столітті професор математики Кембриджського університету Чарлз Бебідж, який розробив основні принципи побудови обчислювальних машин, серед яких програмне управління, використання перфокарт та поділ інформації на різні типи. А першим в історії програмістом називають соратницю Бебіджа Аду Лавлейс – дочку знаменитого поета Байрона. На жаль, реалізувати всі ідеї професора Кембриджу так і не вдалося — це вимагало занадто великих витрат, проте його внесок у розвиток обчислювальної техніки важко переоцінити. Дві його машини - різницева (1822) і аналітична (1830) - випередили свій час.

Минуло ще майже сто років, перш ніж з'явився повноцінний комп'ютер у звичному розумінні цього слова. Першою у світі ЕОМ вважається машина ЕNIАС – проект американських учених Джона Моучлі та Джона Еккерта, який вони представили у 1942 році. Але ЕNIАС виник не сам по собі: приблизно в той самий час з'явилося кілька машин, які з застереженням теж можуть претендувати на звання першого комп'ютера.

Хитромудра машина Семена Корсакова

У XIX століття був свій Чарлз Бебідж - Семен Корсаков, дворянин, успішний державний діяч, який, крім гомеопатії, захоплювався ще й винаходом інтелектуальних машин.

В 1832 Корсаков опублікував брошуру «Накреслення нового способу дослідження за допомогою машин, що порівнюють ідеї» і представив її Академії наук. Для зберігання та кодування інформації він пропонував використовувати перфокарти — ті дерев'яні пластинки з отворами, які тоді застосовувалися лише у ткацьких верстатах Жаккарда.

Усього машин було п'ять: лінійний гомеоскоп із нерухомими деталями, лінійний гомеоскоп із рухомими деталями, плоский гомеоскоп, ідеоскоп та простий компатор. Усі машини допомагали не лише впорядковувати, а й порівнювати великі обсяги даних. Сам Корсаков використав їх для складання бази ліків із гомеопатії. Вчений ставив питання «Як знайти потрібні ліки для пацієнта?». І знайшла відповідь: потрібно «набрати» на дерев'яній платівці всю картину хвороби, наприклад нудота, біль голови, температура, і порівняти, чи збігатимуться висувні штирі з отворами перфокарти.

Але тоді ніхто не оцінив ідеї Корсакова, винахід відхилили, хоча подібним чином вже тоді можна було класифікувати практично будь-яку інформацію, зокрема військові відомості. Сам учений також розумів, що час для його машин ще не настав.

Хто винайшов комп'ютер

Незважаючи на те, що основоположником ідеї першого механічного комп'ютера вважається Чарлз Бебідж, тільки в 40-ті роки XX століття люди всерйоз замислилися про необхідність будувати потужні машини, здатні автоматично виконувати складні технічні розрахунки. І для цього була вагома причина — Друга світова війна. Вміння кодувати та декодувати великі обсяги інформації давало незаперечну перевагу у військових діях. Розробки велися у різних країнах, тому роль батька-засновника комп'ютера претендували відразу кілька учених.

Конрад Цузе

Німецького інженера Цузе часто називають винахідником комп'ютера. Він першим об'єднав у обчислювачі арифметичні та логічні операції, запровадив термін «машинне слово», а також винайшов мову програмування Plankalkul. У 1938 році була готова його машина із програмним управлінням Z1. Сьогодні її відтворена модель зберігається у Музеї обчислювальної техніки у німецькому Падеборні.

Z1 вчений будував у вітальні будинки батьків, вона містилася на площі приблизно 4 кв.м і була повністю механічною, на важільній основі. Далі були моделі Z2, де вже застосовувалися електромагнітні телефонні реле, та Z3, яка множила два числа за п'ять секунд. Останню використовували для проектування крилатих ракет "Фау".

Саме Z3 вважають першим працездатним комп'ютером, що програмується. Z4 мала стати ще потужнішою машиною, але в 1942 році керівництво Третього рейху було впевнене, що війна скоро закінчиться, і вкладати гроші в довгострокові проекти не вважало за потрібне.

Під час бомбардувань Берліна всі машини Цузе були знищені, за винятком недобудованої моделі Z4, яку вчений встиг вивезти до Альп. Іноді про машини Цузе говорять як про «комп'ютери Гітлера» (через джерело фінансування), але при цьому сам Цузе членом партії не був і, з чуток, ідеологію фашизму не поділяв.

Джон Атанасов

Американський фізик Джон Атанасов в 1939 опублікував концепцію сучасної обчислювальної машини, де розрахунок проводиться за допомогою логічних (а не математичних) дій і де використовувалася двійкова система обчислення.

У тому ж році разом із напарником Кліффордом Е.Беррі він будує машину ABC (Atanasoff Berry Computer), здатну вирішувати лінійні рівняння з кількома десятками невідомих. Її називають першим електронним комп'ютером. Оперативний пристрій ABC був виконаний на барабані, що обертається з конденсаторами, а арифметичний - на радіолампах. Дані запроваджувалися за допомогою перфокарт. Але проект так і не був закінчений, тому що США вступили у війну і Атанасов перейшов на службу до військово-морської лабораторії.

При цьому в 1973 окружний суд США в Міннеаполісі визнав, що основні ідеї Дж. Моучлі, реалізовані пізніше в ЕNIАС, були отримані від Атанасова.

Алан Тьюрінг

Усі, хто хоч трохи цікавиться інформатикою та IT, зустрічали термін «машина Тьюринга». Алан Т'юрінг — англійський математик, автор того самого тесту, який успішно має пройти штучний інтелект до 2029 року.

24-річний Т'юрінг в 1936 випускає роботу, де описує пристрій для вирішення проблеми математичної логіки, створює першу модель універсальних обчислень. По суті він пояснив, що машина може вирішити будь-яке завдання за умови, що її (завдання) можна алгоритмізувати.

Машина Т'юрінга складається з програми, стрічки з осередками, автомата або головки для читання та запису. Дані подаються на стрічку, яка поділена на комірки, кожна з яких містить символ, або є порожньою. Машина може обробляти символи, прати або записувати їх відповідно до інструкцій усередині пам'яті. Запис, обчислення та зрушення – саме ці три операції повторює машина Тьюринга. Цей алгоритм навіть сьогодні використовують із оцінки можливостей квантових комп'ютерів.

Джон Моучлі та Джон Екерт

Американці Моучлі та Еккерт у 1945 році презентували комп'ютер ЕNIАС (Electronic Numerical Integrator and Calculator) – перший електронний цифровий обчислювач для широкого спектру завдань, працював повністю на електронних схемах.

Проект, розроблений ще 1942 року, лежав без діла, доки не зацікавилися американські військові. В умовах суворої таємності машину вагою 30 т, що займала площу майже 300 кв. м, збирали понад двісті фахівців.

ЕNIАС працював на лампах (їх було 17 468!) та міг виконувати 5 тис. операцій складання за секунду. Щоправда, лампи весь час доводилося міняти, бо вони перегорали, і це суттєво ускладнювало взаємодію з комп'ютером.

Перша у світі ЕОМ — ЕNIАС — була готова вже після завершення Другої світової війни, і її одразу задіяли у роботах зі створення водневої бомби.

Перший комп'ютер у СРСР

У нашій країні історія обчислювальної техніки розпочалася у 1948 році. Автори першого проекту автоматичної цифрової обчислювальної машини – Ісаак Брук та Башир Рамєєв. 4 грудня вони отримали авторське свідоцтво на винахід, тому ця дата вважається неофіційним днем ​​народження інформатики.

Рамєєв і Брук надихнулися ідеєю ЕNIАС, але наголошували на тому, що електронні лампи, що нескінченно ламалися, варто замінити на мініатюрні напівпровідникові діоди, які згодом можна буде використовувати не тільки для стаціонарних, але і пересувних комп'ютерів. Проте обчислювальну машину М-1 вдалося зібрати лише у грудні 1951 року.

А 1948 року Сергій Лебедєв — директор Інституту електротехніки Академії наук у Києві — починає працювати над малою електронною рахунковою машиною МЕСМ, яка в підсумку й отримає статус першої в Спілці електронної цифрової обчислювальної машини, її випустять на кілька місяців раніше, ніж М-1.

МЕМ розміщувалася на площі 60 кв. м. 6 тис. електронних ламп та триадресна система команд дозволяли виконувати 50 операцій на секунду, але зовнішня пам'ять у машини була відсутня. МЕСМ не почали запускати у серійне виробництво, проте більшість перших радянських програмістів навчалися саме на ній. Пізніше під керівництвом Лебедєва було створено 15 типів ЕОМ — від лампових до суперкомп'ютерів на інтегральних схемах.

Перший персональний комп'ютер

У 1980-х роках минулого століття почалася епоха персональних комп'ютерів — малогабаритних машин, якими могли скористатися люди без профільної освіти.

Щоб зменшити в рази апаратну частину комп'ютера, знадобилися мікропроцесори. Вперше їх почала випускати компанія Intel у 1971 році. За вартістю $200 чотирибітний Intel 4004 перевершував за продуктивністю ЕNIАС - виконував 60 тис. операцій на секунду.

Перший персональний комп'ютер, який набув масового поширення, випустила в 1981 році компанія IBM. Модель PC 5150 мала об'єм пам'яті 64 кілобайти, а жорсткий диск у ньому замінювали маленькі дисководи.

Але ще 1977 року було представлено один із успішних персональних комп'ютерів того часу — Apple II, який потім у різних варіаціях успішно продавався протягом 16 років.

Першим радянським ПК вважається ПЕОМ "Агат" 1982 року, де за основу було взято мікропроцесор, схожий на той, що стояв в Apple II. Але навіть після цього в країні не виникло комп'ютерного буму, як у США. Мабуть, вважалося, що радянським громадянам високотехнологічні машини вдома просто не потрібні — це ж не холодильник і телевізор. Однак це не зупинило народних умільців — інженери-самоучки, виявляючи чудеса кмітливості, збирали власні комп'ютери за кресленнями, які були опубліковані в іноземних журналах.

Простий компаратор



Фото АЦВМ М-1





Модель машини Тюрінга



Фото обчислювальної машини Z4-1



Квантовий комп'ютер IBM 2020