|
|
ПредисловиеСорок лет назад для обозначения новой научной дисциплины французом Филиппом Дрейфусом был введен термин «информатика». Независимо от него, год спустя этот термин был предложен Ф. Е. Темниковым в России. Синонимичный термин — «computer science» в эти же годы в США ввел Джордж Форсайт.
С тех пор новая научная дисциплина начала бурно развиваться. В подавляющем большинстве школ и гимназий, лицеев и колледжей, институтах и университетах мира стали преподавать информатику. Причем, несмотря на большое множество вариантов дефиниций новой дисциплины, предложенных в различных публикациях за прошедшие десятилетия, в настоящее время ее рассматривают как научную дисциплину, включающую три составляющих: hardware, software и knowledgeware. А проще говоря, под информатикой понимают все то, что связано с созданием и использованием компьютеров, компьютерных систем и сетей, иными словами, компьютерный мир является основой информатики.
Возникает естественный вопрос, а кто те люди — ученые, инженеры и изобретатели, которые заложили краеугольный камень в основание этого мира, кто своими трудами и исследованиями успешно способствовал его развитию.
Работая над книгой по истории компьютеров, вышедшей в 1996 году, автор параллельно, по крупицам, стал собирать сведения из различных источников об этих людях — пионерах компьютерной науки и техники. В результате появилась предлагаемая читателю новая книга.
Источниками, из которых были почерпнуты сведения о многих персоналиях, послужили многочисленные публикации отечественной и зарубежной компьютерной периодики; книга Р. С. Гутера и Ю. Л. Полунова «От абака до компьютера» о некоторых предшественниках компьютерной эпохи; книга Роберта Слейтера «Portraits in Silicon», основанная на интервью со знаменитыми личностями компьютерной истории Америки; книга воспоминаний известного советского ученого, члена-корреспондента Национальной академии наук Украины Б. Н. Малиновского «История вычислительной техники в лицах», посвященная отечественным ученым; статьи автора из рубрики «История информатики в лицах», которую он вел на протяжении ряда лет в журнале «Информатика и образование»; статьи автора из рубрики «Языки программирования», которую он вел вместе с М. П. Малыхиной в 1988–1991 годах в периодическом издании «Вычислительная техника и ее применение».
Конечно, автор отдает себе отчет в том, что далеко не все ученые и изобретатели, имеющие отношение к затрагиваемой проблеме и заслуживающие в связи с этим внимание, включены в книгу, но хочется надеяться, что все главные действующие лица компьютерной истории нами здесь представлены и никто не забыт. В дальнейшем, если будет предоставлена возможность переиздания книги, автор учтет все отзывы, замечания и пожелания читателей.
Книга адресована учащимся и учителям школ, гимназий и лицеев, студентам и преподавателям колледжей, институтов, академий и университетов в качестве пособия и справочного руководства при изучении дисциплины «Информатика», а также всем тем, кто интересуется историей и эволюцией компьютерного мира.
Автор выражает свою признательность и благодарность О. Харченко, Е. Петровой, Г. Ворошиловой, В. Частиковой, М. Янаевой за помощь в подготовке рукописи книги к изданию.
Автор благодарит рецензентов за ряд ценных замечаний, которые способствовали улучшению книги.
ВведениеВ наш век, когда наука столь глубоко изменяет человеческое существование, вполне естественен тот интерес, который возбуждает жизнь ученого, ход его мыслей, сущность его исследований.
Андре МоруаПрослеживая последовательность событий компьютерной истории, условно можно выделить несколько значимых периодов ее развития, а именно: период, предшествующий компьютерной эпохе; период создания первых компьютеров, появления первых языков программирования, становления компьютерной индустрии; период расцвета компьютерной индустрии, появления компьютерных систем и сетей, персональных компьютеров, создания операционных систем и объектно-ориентированных языков программирования, создания новых компьютерных технологий.
В соответствии с этими периодами и их фрагментами настоящая книга разделена на пять глав.
Первая глава посвящена предшественникам и концептуалистам. Эпоха, предшествующая компьютерам, исторически начиналась с механизации вычислений. Создателями первых механических калькуляторов были Блез Паскаль, Вильгельм Шиккард и Готфрид Вильгельм Лейбниц, причем Лейбниц, по-видимому, был первым, кто выдвинул идею использования двоичной системы счисления в арифметических машинах. Придавая большое значение двоичной системе, Лейбниц был склонен рассматривать ее как универсальный логический язык, однако далее арифметизации логики он не пошел. Решающий вклад в алгебраизацию логики сделал английский ученый Джордж Буль. Одним из основных принципов построения компьютера является принцип программного управления, и впервые его выдвинул в своем проекте Аналитической машины Чарльз Бэббидж, которого часто называют «дедушкой» компьютера. После Бэббиджа значительный вклад в технику автоматизации обработки информации внес Герман Голлерит, основоположник счетно-перфорационной техники — непосредственной предшественницы релейных компьютеров. Работая над проблемой Гильберта («проблема разрешимости»), английский математик Алан Тьюринг в 1936 году создал умозрительную машину («машину Тьюринга»), явившуюся по своему логическому устройству прообразом цифровых компьютеров, которые появились только десять лет спустя. И наконец, Клод Шеннон, работая над своей диссертацией, пришел к выводу, что булева алгебра может с успехом использоваться для анализа и синтеза переключателей и реле в электрических схемах. Считается, что работы Тьюринга и Шеннона стали поворотным моментом в истории информатики и компьютерной техники.
Во второй главе повествуется об изобретателях компьютеров. Первым стоит имя немецкого изобретателя Конрада Цузе, создавшего первый программируемый компьютер. Джон Атанасов и Клиффорд Берри были признаны изобретателями электронного компьютера — по решению суда 1973 года, хотя в 1996 году весь компьютерный мир отмечал пятидесятилетие первого электронного компьютера ENIAC, созданного Джоном Маучли и Джоном Преспером Эккертом. Джон П. Эккерт был первым, кто выдвинул идею хранимой в памяти программы, которая считается наиболее важной идеей компьютерной архитектуры.
В этой главе повествуется о Говарде Айкене, ученом, который воплотил идеи и неосуществленные проекты Чарльза Бэббиджа, хотя с этими проектами он познакомился гораздо позднее; о знаменитом математике Джоне фон Неймане, описавшем основные элементы и логическую структуру компьютера; о двух английских ученых Морисе Уилксе и Томе Килбурне, создателях первых компьютеров с хранимой программой, а также о Джее Форрестере, впервые разработавшем память на ферритовых сердечниках и создавшем систему ПВО SAGE. И наконец, в данной главе рассказывается об отечественных ученых: Сергее Алексеевиче Лебедеве — основоположнике отечественной вычислительной техники, Исааке Семеновиче Бруке — родоначальнике отечественных малых вычислительных и управляющих машин и о Николае Петровиче Брусенцове — создателе первого в мире троичного компьютера.
Выдающимся конструкторам компьютеров и компьютерных систем посвящена третья глава. В ней рассказывается о таких личностях компьютерной истории, как Джин Амдал, Гордон Белл, Сеймур Крей, Тед Хофф, Стив Джобс и Стив Возняк, Адам Осборн и Клайв Синклер — архитекторах и конструкторах мэйнфреймов, миникомпьютеров, суперкомпьютеров, микропроцессоров, персональных и портативных компьютеров.
Отечественные конструкторы вычислительных машин, систем и комплексов представлены такими известными именами, как Башир Искандарович Рамеев, Михаил Александрович Карцев, Николай Яковлевич Матюхин, Виктор Михайлович Глушков, Георгий Павлович Лопато.
В четвертой главе повествуется о знаменитых программистах, создателях популярных языков программирования, разработчиках операционных систем, среди которых такие известные личности, как Грейс Хоппер и Джон Бэкус, Алексей Андреевич Ляпунов и Андрей Петрович Ершов, Джон Маккарти и Никлаус Вирт, Джон Кемени и Томас Курц, Кен Томпсон и Деннис Ричи, Гари Килдалл и Алан Кэй, Бьорн Страуструп и Линус Торвальдс, Сеймур Пейперт и Джеймс Гослинг, Эдсгер Дейкстра и Дональд Кнут и др.
Создателям компьютерных технологий посвящена заключительная, пятая глава книги. В ней рассказывается о выдающемся американском ученом Ванневаре Буше, первом отце гипертекста, и Теде Нельсоне, которого называют вторым отцом гипертекста; Дениэле Бриклине, создателе первой электронной таблицы, и Дуге Энгельбарте, изобретателе компьютерной мыши; Нолане Бушнелле, изобретателе компьютерных игр, и Джароне Ланье, которого считают отцом виртуальной реальности; патриархе искусственного интеллекта — Марвине Минском и Роберте Меткалфе, изобретателе Ethernet; изобретателе электронной почты Рэе Томлинсоне и Тиме Бернерс-Ли, создателе Всемирной паутины.
Подытоживая вышесказанное, хотелось бы подчеркнуть, что все темы глав, повествующие о пионерах и архитекторах компьютерного мира, в широком смысле находятся во взаимосвязи и что компьютерная история еще до конца не написана.
ГЛАВА 1
Предшественники и концептуалисты
Блез Паскаль и Вильгельм Шиккард
Первые конструкторы механических калькуляторовОт горничной до герцогиниК математической машинеПроявлен всеми интерес.И вот однажды некто Блез ПаскальС большим проникновеньемИм рассказал про вычисленьяИ логику. И тем исторгГлубокий искренний восторг.И в благодарность за беседуБыл уподоблен Архимеду.Жан Лоре
Блез Паскаль
19 июня 1623 года в Клермон-Ферране родился человек, который сконструировал первый механический калькулятор — это был первый шаг человечества к электронному цифровому компьютеру сегодняшнего дня. Имя этого человека — Блез Паскаль.
Сохранившиеся портреты позволяют представить внешний облик Блеза Паскаля: он хрупок и невысок ростом; вьющиеся волосы ниспадают на плечи; белый отложной воротник подчеркивает нездоровую бледность лица, черты которого скорее некрасивы, нежели привлекательны: покатый лоб, нос с горбинкой, пухлые губы… пожалуй, замечательны лишь темные, внимательные глаза…
Известный сегодня как один из наиболее выдающихся физиков и математиков своего времени — создавший теорию вероятностей, а также как один из самых больших мистических авторов в христианской литературе, Паскаль больше всего известен как создатель первого калькулятора.
Блез Паскаль — один из трех оставшихся в живых детей Этьенна Паскаля, второго президента суда помощников в Клермоне, и его жены, Антуанетты Бегон. Дедушка Блеза, Мартин Паскаль, был казначеем Франции. В возрасте одного года Блез серьезно заболел туберкулезом, который сопровождался некоторыми осложнениями. Надо сказать, что плохое здоровье осталось у него на всю жизнь.
Когда Блезу было четыре года, умерла его мать. Этьенн Паскаль все реже занимается работой и все больше уделяет внимания образованию своего сына. В 1631 году Этьенн передал свою работу коллеге, заложил большинство собственности в правительственные облигации и переехал в Париж с сыном и двумя дочерьми. Он непрерывно занимался с сыном, что постепенно привело Блеза к его потрясающим достижениям в физике и математике.
Свои гениальные способности Паскаль проявил рано, уже в 11 лет он проводил эксперименты по записи на бумагу звуков, вызванных касанием вибрирующих объектов. В то время как естественное любопытство ребенка тянуло его к предмету геометрии, неортодоксальные методы обучения его отца требовали изучения сначала латинского и греческого языков. Этьенн Паскаль старался спрятать все его учебники по математике и просил своих друзей не упоминать математику в присутствии его сына. Однако он оставил Блезу одну область математики — геометрию.
Занимаясь только этой областью, Блез стал выводить круги и линии и записывать наблюдения относительно их связей. Без помощи преподавателя молодой Блез обнаружил для себя базисные аксиомы геометрии. Все также без помощи преподавателя молодой Блез пошел далее и доказал 32-ю аксиому Евклида, которая гласит, что сумма углов треугольника равна двум прямым углам.
Когда Блезу исполнилось 16 лет, семейные обстоятельства изменились и послужили поводом к разработке Блезом механического калькулятора. В это же время он пишет трактат «Опыт о конических сечениях». Одна из теорем, приведенных в данном трактате, до сих пор остается в числе основных теорем проективной геометрии и так и называется — теорема Паскаля.
Правительственные облигации, в которые Этьенн Паскаль вложил свои сбережения, внезапно обесценились, и возникшие финансовые потери вынудили семейство уехать из Парижа.
В Руане, куда прибыло семейство, Этьенн Паскаль был назначен королевским специальным уполномоченным в Верхней Нормандии для налоговых сборов, которые требовали больших арифметических вычислений. В это время Блез готовился писать краткое изложение всех областей математики, но его отец постоянно требовал, чтобы сын помог ему в суммировании бесконечных столбцов чисел. Это создавало значительные проблемы молодому человеку и в то же время привело его к созданию концепции калькулятора.
В 19 лет, сформулировав свою концепцию, Блез Паскаль начинает разрабатывать различные модели калькулятора. И в 1645 году он изумил всю Европу своей усовершенствованной, рабочей моделью автоматического, механического калькулятора.
«Паскалина», или «Паскалево колесо», подобно механическим калькуляторам XX века, идентифицировала цифры в колесиках. Когда каждое колесико заканчивало свое вращение, оно в свою очередь сдвигало соседнее колесико на десятую часть вращения, таким образом, происходило суммирование каждой подсчитанной цифры. Одна из вершин блока представляла собой ряд окон, через которые можно было считывать результат.
«Паскалево колесо»
Например, для сложения 236 и 422 нужно было сначала повернуть все диски так, чтобы во всех окнах появились нули. При использовании десятичной системы — для единиц запускается третий диск с правой стороны — пользователь должен был поднять рычажок до отметки 6. После этого диск начинал вращаться по часовой стрелке до тех пор, пока рычажок не останавливала полоска, как при наборе номера телефона.
Следующий диск слева, для десятков, запускается и вращается до 3, пока не остановится. И наконец, последний слева диск, представляющий сотни, вращается до 2, пока тоже не остановится. В это время числа 2, 3 и 6 появляются в окнах и читаются слева направо. Если повторить процесс для 422, в окнах читалась бы сумма 658.
Для вычитания металлическая полоска, зафиксированная выше окон, перемещается вперед, раскрывая второй набор окон, которые являются продлением первого набора. Для вычитания числа 1 от 3 пользователь поворачивает диски, пока число 3 не появится в окне. После набора числа 1 остаточный член 2 автоматически появляется на индикаторе.
«Паскалина» стала использоваться только после того, как было сконструировано более 50 моделей, некоторые были сделаны из древесины, другие из слоновой кости, эбенового дерева и меди. По крайней мере, 10 из них, как известно, существуют до сих пор. Соединяющие стержни, плоские металлические полосы и плоские и изогнутые цепочки, конусы и концентрические и эксцентрические колеса — все это использовалось в течение многих попыток, которые закончились, наконец, легким полированным медным блоком, размером приблизительно 14x5x3 дюймов.
Машина, которая могла только складывать и вычитать, была основана на чрезвычайно точных, связанных между собой, механизмах. Наиболее сложным механизмом соединения было устройство переноса десятков, которое одним вращением одного колеса двигало одну цифру на колесе следующего более высокого разряда. Наличие такого механизма, позволяющего вычислителю не тратить внимание на запоминание переноса из младшего разряда в старший, — вот концепция машины Паскаля, на основе которой создавались механические калькуляторы все последующие 300 лет.
Изобретение Паскаля удивило Европу и принесло его создателю огромную славу и небольшое богатство, к которому он и его отец стремились.
Хотя Паскаль сделал машину очень простой в эксплуатации, потенциальные покупатели чувствовали, что она слишком сложна и может быть использована только самим Паскалем. И в тоже время обыватели забеспокоились — не приведет ли использование «паскалева колеса» к безработице среди бухгалтеров и других клерков? На этот вопрос при жизни Паскаля не нашлось ответа. И даже несмотря на то, что машину увековечили в прозе и в стихах, она не пользовалась большим спросом.
В возрасте 30 лет, когда многие его научные достижения уже состоялись, Паскаль оценивал их как «игры и отклонения его юности», писала его сестра Жильберта. Оставшиеся девять лет своей жизни он посвятил Богу, писал различные трактаты на религиозные темы. В 1658 году его здоровье сильно ухудшилось, но он продолжал работать над религиозными сочинениями, не возвращаясь больше к математике и калькулятору.
В 1662 году, в возрасте 39 лет, Блез Паскаль умер от кровоизлияния в мозг. Великий математик, похоронивший свои таланты из уважения к тому, что, как он расценил, было реальной целью его жизни, произнес свои последние слова: «Бог никогда не сможет отказаться от меня!»
Более 300 лет считалось, что автором первого калькулятора является Блез Паскаль. Правда, иезуит Иоганн Цирман в своей книге «Дисциплина математика» (1640 год) писал о счетной машине, которую он якобы изобрел и успешно демонстрировал во время своих лекций в Амстердаме и Левене. Однако машину отца Иоганна никто никогда не видел, и пальма первенства осталась за Паскалем.
Но только до тех пор, пока в 1957 году ни произошло событие, которое поколебало первенство «паскалева колеса». Вот что пишут по этому поводу авторы книги «От абака до компьютера» Р. С. Гутер и Ю. Л. Полунов.
«Работая в городской библиотеке Штутгарта, директор Кеплеровского научного центра доктор Гаммер обнаружил фотокопию эскиза неизвестной ранее счетной машины (оригинал хранился в архиве Кеплера, находящемся в Пулковской обсерватории близ Петербурга).
Ему удалось установить, что этот эскиз представляет собой отсутствующее приложение к опубликованному ранее письму, адресованному Кеплеру, от профессора университета в Тюбингене Вильгельма Шиккарда. В письме от 25 февраля 1624 года Шиккард, ссылаясь на чертеж, описывает внешнее устройство придуманной им счетной машины, которую он назвал „часами для счета“: „ааа — верхние торцы вертикальных цилиндров, на боковых поверхностях которых нанесены таблицы умножения; цифры этих таблиц при необходимости могут наблюдаться в окнах ввв. скользящих пластинок. К дискам ddd крепятся изнутри машины колеса с десятью зубьями, каждое из которых находится в таком зацеплении к себе подобным, что если любое правое колесо повернется десять раз, то находящееся слева от него колесо сделает один поворот или, если первое из упомянутых колес сделает 100 оборотов, третье слева колесо повернется один раз. Для того чтобы зубчатые колеса вращались в одном и том же направлении, необходимо иметь промежуточные колеса… Цифры, которые имеются на каждом колесе, могут наблюдаться в отверстиях ссс среднего выступа. Наконец, на нижнем выступе имеются вращающиеся головки еее, служащие для записи чисел, которые появляются при вычислениях — они видны в отверстиях fff…“
Теперь стало более понятным другое письмо Шиккарда Кеплеру (от 20 сентября 1623 года), на которое прежде исследователи почти не обращали внимания. В нем Шиккард сообщал, что осуществил механически то, что Кеплер делал алгебраически. Он сконструировал машину, состоящую из 11 полных и 6 неполных колес. Машина сразу и автоматически проделывает сложение и вычитание, умножение и деление. Кеплер был бы приятно удивлен, пишет Шиккард, если бы увидел, как машина сама накапливает и переносит влево десяток или сотню и как она вычитает то, что держит в уме…
Гаммеру удалось обнаружить еще один чернильный набросок машины Шиккарда и письменные указания механику Вильгельму Пфистеру, изготовлявшему машину, а также собрать некоторые биографические сведения об ученом.
Вильгельм Шиккард
Вильгельм Шиккард (1592–1636) появился в Тюбингене в 1617 году как профессор кафедры восточных языков местного университета. В том же году он вступает в переписку с Кеплером и рядом немецких, французских, итальянских и голландских ученых по вопросам астрономии. Заметив в 25-летнем ученом незаурядные математические способности, Кеплер настоятельно советует ему заняться математикой. Последовав этому совету, Шиккард достиг больших успехов на новом поприще и в 1631 году занял кафедру математики и астрономии. В 1636 году Шиккард и его семья погибли от чумы. Труды ученого были забыты в смутное время Тридцатилетней войны.
Следуя найденным Гаммером материалам, ученые Тюбингенского университета в начале 60-х годов построили действующую модель машины Шиккарда.
Кроме суммирующего механизма, в машине Шиккарда имелось множительное устройство, расположенное в верхней, вертикальной, части машины и представлявшее собой неперовские палочки, свернутые в цилиндр.
Была ли построена машина Шиккарда при жизни ее изобретателя? К сожалению, на этот счет нет достоверных сведений. Из упоминавшегося выше письма Шиккарда от 25 февраля 1624 года следует, что один наполовину готовый экземпляр машины, находившейся у механика Пфистера, сгорел во время трехдневного пожара, „поэтому я пишу тебе, чтобы отвести душу, т. к. переживаю потерю очень тяжело и не имею времени быстро создать новую машину“, — добавляет Шиккард.
На вопрос, использовал ли Паскаль в своей „паскалине“ идеи Шиккарда, следует ответить отрицательно. Документы говорят о том, что никаких сведений о счетной машине 1623 года не дошло до научных кругов Парижа, и, следовательно, Паскаль был полностью независимым в своем изобретении. Некоторые элементы (в частности, способ ввода чисел в машину) у Шиккарда и Паскаля в принципе идентичны, однако основной узел машины — механизм передачи десятков — выполнен у Шиккарда значительно проще и надежнее».
Машина Шиккарда
Вероятно, Вильгельма Шиккарда следует считать одним из предшественников механизации счета, но не изобретателем счетной машины, т. к. его машину никто не видел, распространения она не получила и, в отличие от калькулятора Паскаля, влияния на последующее развитие калькуляторов не оказала.
Справедливости ради, необходимо отметить, что и машина Шиккарда была не первой. Это обнаружилось в 1967 году, когда в Национальной библиотеке Мадрида были найдены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. Среди чертежей первого тома имелся эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с 10 зубчатыми колесами. Построенная в наше время по найденному эскизу машина оказалась работоспособной.
Готфрид Лейбниц
Создатель арифметической машины и проекта двоичного вычислителяПосле Лейбница, быть может, уже не было человека, который бы полностью охватывал всю интеллектуальную жизнь своего времени.
Норберт Винер
Готфрид Лейбниц
Готфрид Вильгельм Лейбниц родился 21 июня 1646 года в Лейпциге, Германии, в семье профессора философии и морали Лейпцигского университета. С раннего возраста он уже имел неограниченный доступ к библиотеке своего отца, где мог много читать. Когда Готфриду исполнилось шесть лет, его отец умер, не успев передать молодому сыну своей страсти к хронологии. К десяти годам Лейбниц изучил книги Цицерона, Плиния, Геродота, Ксенофана и Платона. В более зрелом возрасте он подтвердил, что древние писатели оказали огромное влияние на его мировоззрение. Еще в детстве он установил для себя два правила: точность и ясность мысли и доведение начатого дела до конца. Эти два правила привели его к изучению логики — одной из страстей всей его жизни.
Занимаясь самообразованием, Лейбниц в возрасте 15 лет уже был готов поступить в университет Лейпцига. Изучая латинский язык с восьми лет и греческий с двенадцати, он понимает, что классическое обучение больше не удовлетворяет его, и обращается к логике.
Тогда Готфрид Лейбниц поступает в университет Лейпцига на факультет правоведения. Изучая право, он все же находит время для исследования записей таких философов, как Кеплер, Галилей, Декарт и Луллий. Заметив, что современная философия понятна только тем, кто знаком с математикой, Лейбниц все лето 1663 года проводит в университете Йены, налегая на математическую основу, которая, как он считает, должна привести его к более глубоким знаниям.
В возрасте 17 лет Лейбниц получает степень бакалавра. В 1666 году, будучи уже полностью готовым к получению степени доктора правоведения, он решает оставить университет. На факультете все недоумевали (ведь Лейбниц в 20 лет знал гораздо больше в области правоведения, чем все его преподаватели) и считали главной причиной его ухода — молодость.
А Лейбниц, оставив учебу в Лейпциге, уезжает в Нюрнберг, где в университете Альтдорфа уже в следующем году получает степень доктора за свой новый (исторический) метод обучения правоведению. Он не только получает ученую степень, но и признание общества, университет просит его занять должность профессора правоведения, от которой Лейбниц, по неизвестным причинам, отказывается.
Вскоре после получения ученой степени Лейбниц отправляется в путешествие, через Франкфурт и Майнц, в Голландию, где перед ним открывается огромный мир, великий ум пленяют философия и теология, дипломатия и политика, математика и алхимия.
Здесь Лейбниц поражает всех своим новым методом обучения правоведению, и после знакомства с бароном фон Бойнебургом ему поручаются различные дипломатические задания.
В 1672 году, в возрасте 26 лет, Лейбница приглашают в Париж — место встреч европейских ученых — для объяснения его нового метода. Здесь созревают его первые грандиозные идеи: сочинения по натурфилософии и теологии, дифференциальное и интегральное исчисление, созданные им под плодотворным влиянием той атмосферы, которая царила вокруг великого Гюйгенса. В этот период Лейбниц начинает интересоваться механическими приспособлениями. К парижскому времени относится и его общение со Спинозой, и он делает первые наброски «теодицеи».
Теодицея — термин, предложенный самим Лейбницем для обозначения философского учения, пытающегося объяснить, как совместить существование в мире зла с признанием «всеблагости» и «всемогущества» Бога. В 1710 году Лейбниц написал трактат под таким названием.
К парижскому времени относятся его первые размышления о двоичной системе счисления. Лейбниц сделал вклад в символическую логику, сформулировал принципиальные свойства логического сложения и логического умножения, отрицания, тождества. Но только через два столетия английский математик Джордж Буль пришел к выводу, что любые логические действия и преобразования относятся непосредственно к области алгебры. В значительной степени благодаря работам Лейбница и Буля сегодняшние компьютеры выполняют все логические операции.
Кроме символической логики, которая играет важную роль в современных вычислениях, Лейбниц также видел преимущество двоичной системы счисления в приведении требуемых арифметических действий к самой простой форме. Французский математик Пьер-Симон Лаплас напишет столетием позже: «Лейбниц видел в двоичной арифметике изображение создания, единица и ноль выражают все числа в системе счисления».
В 1676 году Лейбниц поступает на службу к курфюрсту Ганноверскому. В маленьком городке, резиденции курфюрста, изобретательный ум посвящает свой досуг самым разнообразным занятиям. Наряду с экспериментальным и теоретическим исследованием понятия кинетической энергии, Лейбниц занимается (1678 год) также работой над техническими проектами, в том числе потерпевшим неудачу проектом откачивания воды из рудников в Гарце при помощи ветряных мельниц. Построена, наконец, и арифметическая машина (1694 год), которая обошлась Лейбницу в 24 000 талеров.
Арифметическая машина Лейбница
Можно понять гордость Лейбница, писавшего тогда Томасу Бернету: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая совершенно отлична от машины Паскаля, поскольку дает возможность мгновенно выполнять умножение и деление над огромными числами». Арифметическая машина Лейбница была первой в мире машиной, предназначенной для выполнения четырех действий арифметики.
Над этой машиной он начал работать еще в 70-е годы. И первое описание «арифметического инструмента» сделано им в 1670 году: через два года он составил новое эскизное описание, на основе которого был, по-видимому, изготовлен тот экземпляр, который ученый продемонстрировал в феврале 1673 года на заседании лондонского Королевского общества. Лейбниц признал, что «инструмент» несовершенен, и обещал улучшить его, как только вернется в Париж. Действительно, в 1674–1676 годы он внес существенные усовершенствования в машину, но к ее окончательному варианту пришел лишь в 1694 году. Впоследствии Лейбниц еще несколько раз возвращался к своему изобретению; последний вариант был предложен им в 1710 году.
Лейбниц пытался сначала лишь улучшить машину Паскаля, но понял, что для выполнения операций умножения и деления необходим совершенно иной принцип, который позволил бы: обойтись одной установкой множимого; вводить множимое в счетчик (т. е. получать кратные и их суммы) одним и тем же движением приводной ручки. Лейбниц блестяще разрешил эту задачу, предложив использовать цилиндр, на параллельно образующей боковой поверхности которого расположено 9 ступенек различной длины. Этот цилиндр впоследствии получил название «ступенчатого валика».
Идея Лейбница — идея ступенчатого валика — нашла свое воплощение и в дальнейших разработках механических вычислителей, вплоть до XX столетия.
Интересно, что один из первых экземпляров «арифметического инструмента» Лейбниц намеревался подарить Петру I, но машина оказалась неисправной, а механик ученого не смог ее починить в короткий срок. Лейбница живо интересовал молодой царь далекой Московии, которого он считал выдающимся реформатором. Петр встречался и переписывался с Лейбницем, обсуждал с ним проект организации Академии наук в Петербурге и развертывания системы образования в России.
В период работы над арифметической машиной Лейбниц продолжает заниматься также двоичной системой счисления. В рукописи на латинском языке, подписанной 15 марта 1679 года, Лейбниц разъясняет, как выполнить вычисления в двоичной системе счисления, в частности умножение, а позже разрабатывает в общих чертах проект вычислительной машины, работающей в двоичной системе счисления. Вот что он пишет: «Вычисления такого рода можно было бы выполнять и на машине. Несомненно, очень просто и без особых затрат это можно сделать следующим образом: нужно проделать отверстия в банке так, чтобы их можно было открывать и закрывать. Открытыми будут те отверстия, которые соответствуют 1, а закрытыми — соответствующие 0. Через открытые отверстия в желоба будут падать маленькие кубики или шарики, а через закрытые отверстия ничего не выпадет. Банка будет перемещаться и сдвигаться от столбца к столбцу, как того требует умножение. Желоба будут представлять столбцы, причем ни один шарик не может попасть из одного желоба в какой-либо другой, пока машина не начнет работать…» В дальнейшем в многочисленных письмах и в трактате «Explication de I’Arithmetique Binairy» (1703 год) Лейбниц снова и снова возвращался к двоичной арифметике.
Впоследствии идею Лейбница об использовании двоичной системы счисления в вычислительных машинах забыли на 250 лет, и только в 1931 году цифровые шестеренки с восемью позициями (23 = 8) запатентует во Франции Р. Вальта. В 1936 году он покажет преимущества двоичных вычислительных устройств. Вслед за Вальта то же самое сделают Л. Куффиньяль во Франции и Э. Филлипс в Англии.
Как Лейбниц успел сделать так много в различных областях науки? Просто он имел способность работать в любом месте, в любое время и при любых условиях. Он много читал, записывал и постоянно думал. Он не имел фиксированного времени для приема пищи, но когда в ходе его занятий возникала удобная возможность, он отвлекался, чтобы поесть. Он бездействовал немного, часто проводил ночь в своем кресле, а иногда и в течение нескольких дней. Это позволяло ему совершать огромную работу, но это вело и к болезни.
Современников Лейбница поражали его фантастическая эрудиция, почти сверхъестественная память и удивительная работоспособность.
Но не эти качества определяли гениальность Лейбница. Главным было его умение в любой проблеме увидеть, схватить то, что составляло ее сущность, основу. Он, как никто другой, умел обобщать. Эта ненасытная потребность обобщения заставляла его всю жизнь искать универсальный метод научного познания.
После создания арифметической машины, в 1675 году, Лейбниц возвратился к изучению математики и посвятил все свое свободное время созданию основ дифференциального и интегрального исчисления.
Лейбниц стал служить в Немецком доме Брунсвик историком, библиотекарем и главным советником. В 1687–1690 годах исторические исследования привели его в Австрию и Италию. Во время своего пребывания в Италии Лейбниц посетил Рим и был приглашен Папой Римским на место библиотекаря в Ватикане. Так как эта должность требовала принятия католической веры, Лейбниц отклонил предложение Папы. Вместо этого он предпринял попытку воссоединения протестантских и католических церквей, которые раскололись ещё в начале столетия. Но после некоторых усилий Лейбниц был вынужден забыть об этом проекте.
В более поздние годы Лейбниц обратился к философии, и завершающим философским его сочинением стала «Монадология». Последнее, значительное событие в его жизни произошло в 1700 году, в Берлине, где он организовал Берлинскую Академию Наук и стал ее первым президентом.
Последние годы Лейбница были омрачены болезнью и непониманием окружающих, он страдал подагрой. 14 ноября 1716 года, в возрасте 70 лет, он скончался. Его смерть осталась незамеченной в Лондоне и Берлине, и единственным человеком, проводившим его в последний путь, был его секретарь. Где он похоронен — неизвестно.
Однако последующие поколения по достоинству оценили заслуги Лейбница. И сегодня, конечно, Лейбниц предстает перед нами как один из самых великих умов своего времени.
Джордж Буль
Отец булевой алгебрыЧистая математика была открыта Булем в работе, которую он назвал «Законы мышления».
Бертран Рассел
Джордж Буль
Все механизмы, шестеренки, вакуумные лампы и печатные платы — все это еще не компьютер.
Важны также разработки Паскаля и Лейбница, о которых мы вам уже рассказали, и Бэббиджа, о достижениях которого мы расскажем в следующей главе. Эти разработки требовали первоначальной теории логики для того, чтобы, в конечном счете, вдохнуть жизнь в машины, которые «думают».
Расширив общий метод Лейбница, сформулированный на 188 лет раньше, в котором все истинные причины были сведены к виду вычислений, английский математик Д. Буль в 1854 году заложил основу того, что мы сегодня знаем как математическую логику, опубликовав работу «Исследование законов мышления».
В этой работе, изданной, когда ему было 39 лет, Буль свел логику к чрезвычайно простому типу алгебры, алгебры логики высказываний, которая представляла собой систему символов и правил, применяемую к различным объектам (числам, буквам, предложениям).
Его теория логики, основанная на трех основных действиях — AND (и), OR (или), NOT (не), — должна была стать в XX веке основой для разработки переключающих телефонных линий и проекта ЭВМ. Так же, как и идеями Лейбница, булевой алгеброй пренебрегали в течение многих лет после того, как она была создана.
Важность работы, признанной логиком де Морганом, современником Буля, заключалась в следующем: «Символические процессы алгебры, созданные как инструменты числового вычисления, компетентно выражают каждый закон мысли и обладают грамматикой и словарем всего того, что содержит систему логики. Мы это и не предполагали, пока это не было доказано в „Законах мышления“».
Джордж Буль родился 2 ноября 1815 года в Линкольне (Англия), в семье бедного башмачника. Хотя он был современником Ч. Бэббиджа, но происходил не из привилегированного класса, как Бэббидж.
Выходец из слоя общества, дети которого фактически были лишены посещения университета, Джордж должен был заниматься самостоятельно.
Хотя промышленная революция уже произошла в Англии, знание древних языков было показателем уровня образования джентльмена. Конечно, никакой латинский или греческий не преподавали в школе, которую посещал Буль. Буль сам изучил греческий и латинский, пользуясь поддержкой малообразованного отца, и в возрасте 12 лет сумел перевести оду Хорейса на английский язык. Ничего не понимая в качестве техники перевода, гордый отец Буля все-таки напечатал его в местной газете. Некоторые специалисты заявляли, что 12-летний мальчик не мог сделать такой перевод, другие отмечали серьезные технические дефекты перевода. Решив совершенствовать свои знания латинского и греческого, Буль провел следующие два года в серьезном изучении этих языков, и снова без чьей-либо помощи.
Хотя этих знаний было недостаточно, чтобы превратиться в истинного джентльмена, такая тяжелая работа дисциплинировала его и способствовала классическому стилю созревавшей булевой прозы.
Известно, что его отец оставил школу после трех лет обучения, и в то же время удивительно, что Буль получил раннее математическое образование от своего отца, который был самоучкой в этой области.
В возрасте 16 лет для Буля стало необходимостью начать трудовую жизнь, чтобы помочь своим родителям. Получив работу «младшего учителя», или ассистента учителя в начальной школе, Буль должен был провести 4 года, преподавая в двух различных школах.
Всегда думая о перспективе занимаемого места в жизни, Буль начал рассматривать несколько путей, открытых для него. Его первоначальное преподавание было всегда на уровне, однако он не считал это профессией, хотя она и была почетна. Буль стал священнослужителем.
Когда он не преподавал, то проводил время в серьезном изучении французского, немецкого и итальянского языков, в подготовке к церковной жизни. Неудачи, бедность его семейства еще раз разрушили планы Буля; родители убеждали его отказаться от религиозной жизни ввиду их ухудшающегося финансового положения.
Отзывчивый, как всегда, к советам родителей, Буль решил открыть собственную школу. Ему было 20 лет. Преподавая, Буль считал себя также студентом и приступил к изучению полного курса высшей математики. Он проштудировал «Математические начала» Ньютона, «Аналитическую механику» Лагранжа, труды Лапласа и других авторов.
Свои математические исследования Буль начал с разработки операторных методов анализа и теории дифференциальных уравнений, а затем подобно де Моргану, с которым к этому времени подружился, занялся математической логикой.
В своей первой основной работе «Математический анализ логики, являющийся опытом исчисления дедуктивного рассуждения» 1847 года Буль отчетливо показал так называемое количественное истолкование объектов логики и необходимость нового подхода к решению проблем логики.
Этот подход требовал изменения и расширения символического языка алгебры: выбора символики, операций и законов, определяющих эти операции и отражающих специфику объектов исследования, — т. е. по существу создания нового исчисления. Буль писал: «Те, кто знаком с настоящим состоянием символической алгебры, отдают себе отчет в том, что обоснованность процессов анализа зависит не от интерпретации используемых символов, а только от законов их комбинирования. Каждая интерпретация, сохраняющая предложенные отношения, равно допустима, и подобный процесс анализа может, таким образом, при одной интерпретации представлять решение вопроса, связанного со свойствами чисел, при другой — решение геометрической задачи и при третьей — решение проблемы динамики или статики. Необходимо подчеркнуть фундаментальность этого принципа».
С публикацией «Математического анализа…» взгляды и блестящая интуиция этого тихого, простого человека стали ясны его друзьям — математикам, которые советовали ему поступить в Кембридж, для получения общепринятого математического образования.
Буль неохотно отверг эти предложения, потому что его родные полностью существовали на его заработок. Не жалуясь на особенности своего обучения от случая к случаю, Буль, наконец, получил небольшой перерыв в 1849 году, когда его назначили профессором математики в недавно открытом Королевском колледже.
Это назначение позволило ему посвятить больше времени «Законам мышления…» — второй его основной работе, которую он непрерывно оттачивал и усовершенствовал в течение еще 5 лет, до публикации в 1854 году.
Как писал Буль в первом параграфе книги: «Цель данного трактата:
Наш
сайт является помещением библиотеки. На основании Федерального
закона Российской федерации
"Об авторском и смежных правах" (в ред. Федеральных законов от 19.07.1995
N 110-ФЗ, от 20.07.2004
N 72-ФЗ) копирование, сохранение на жестком диске или иной способ сохранения
произведений
размещенных на данной библиотеке категорически запрешен.
Все материалы представлены исключительно в ознакомительных целях.
 |
|
Copyright © UniversalInternetLibrary.ru - читать книги бесплатно
