Historia informatyki- wykłady cz. 1

1500 – maszyna do dodawania Leonarda da Vinci

Leonardo da Vinci (1452-1519) - Malarz, rzeźbiarz, architekt, filozof, muzyk, poeta, odkrywca, matematyk, mechanik, anatom, geolog. W wieku 20 lat zaczął tworzyć szkice techniczne. Pracował w Mediolanie, Mantui, Wenecji, Florencji, Rzymie oraz we Francji.

W 1967 roku w Bibliotece Narodowej w Madrycie w dokumencie zwanym Codex Madrit datowanym na 1500 rok odkryto szkic maszynki do dodawania złożonej z kół zębatych. Pomysł oparty był na mechanizmie przeniesienia – pełny obrót jednego koła powoduje obrót o jedną dziesiątą koła sąsiedniego.

Szkic opatrzony jest komentarzem autora.

W 1968 roku dla IBM zbudowana została replika maszyny Leonarda da Vinci.

1617 – pałeczki Nepera

John Neper urodził się w 1550 r. w rodzinnej rezydencji Merchiston Castle na peryferiach Edynburga, Szkocja. – zmarł w roku 1617. Był potomkiem miejscowych notabli i badania prowadził w sekrecie.

Podejrzewano go o uprawianie czarnej magii. Zajmował się wieloma dziedzinami nauki. Wydał dzieło teologiczne, które wywołało wiele wrzawy w okresie największych tarć między protestantami i papistami.

Sam był żarliwym protestantem.

W 1614 opublikowano dzieło Nepera o logarytmach, które odbiło się szerokim echem w całej Europie. W 1617 w traktacie „Rabdologia” przedstawiony został system wspomagania mnożenia, nazwany później „pałeczkami Nepera”. Bardzo proste w konstrukcji i obsłudze, były przez ponad dwieście lat powszechnie używane (w postaci prostopadłościanów, walców lub tarcz). Wykorzystane zostały – jako element wspomagający - w pierwszych maszynach liczących konstruowanych w XVII wieku.

1623 – Zegar liczący Schickarda

Wilhelm Schickard (1592 –1635) –niemiecki duchowny, językoznawca, astronom i matematyk. Syn majstra stolarskiego. W wieku 18 lat otrzymał stypendium dla studentów teologii na uniwersytecie w Tybindze, a w roku następnym uzyskał magisterium. Był wikarym, uczył hebrajskiego. W roku 1617 poznał Keplera, co skłoniło go do zajęcia się astronomią i matematyką. Aż do śmierci Keplera (1630) wymieniali regularną korespondencję i często się spotykali.

Swoją maszynę liczącą, wykorzystującą pałeczki Nepera, skonstruował zapewne w Tybindze w 1623 roku – aby pomóc w obliczeniach niezbędnych Keplerowi. Mechanizm – oparty na kołach zębatych realizujący przeniesienia, wykonywała dwa działania – dodawanie i odejmowanie . Pałeczki Nepera pozwalały na wykonywanie mnożenia. „Zegar liczący” Shickarda spłonął w niespodziewanym pożarze w

kilka miesięcy po jego wykonaniu. Zachowały się szkice Shickarda i jego korespondencja z Keplerem.

Wilhelm Schickard zmarł w wyniku epidemii, wkrótce po swej żonie i trzech córkach.

1645 – Pascalina

Blaise Pascal (1623-1662) – francuski filozof, fizyk, publicysta i matematyk. Opracował metodę wyznaczania współczynników dwumianu dowolnego stopnia (trójkąt Pascala), wprowadził metodę indukcji matematycznej, zajmował się przekrojami stożkowymi, kombinatoryką i podstawami rachunku prawdopodobieństwa. Był prekursorem całkowych metod obliczania pól i objętości.

W 1641 roku zaprojektował maszynę arytmetyczną przeznaczoną do dodawania i odejmowania.

Zadowalająco działający mechanizm, nazwany „Pascaliną”, powstał w 1645 roku. Urządzenie nastawcze złożone było z tarcz poruszanych sztyftem, którego ruchy ograniczała blokada. Dla uproszczenia produkcji, zamiast przekładni zębatych użyto kół z kołeczkami, czyli miniatury kół latarniowych używanych w młynach. Problem przeniesień Pascal rozwiązał przy pomocy zapadek, umieszczonych pomiędzy kołami.

Dodawanie i odejmowanie odbywało się, wykorzystując obrót bębnów w tym samym kierunku – bębny wyposażone były w dwa rzędy cyfr – wzrastający, wykorzystywany przy dodawaniu i malejący do odejmowania.

Pascalina produkowana była jako maszyna do zwykłego dodawania i odejmowania liczb sześcio- lub ośmiocyfrowych, maszyna typu „monetarnego” – na denary, soldy i funty oraz maszyna dla geometrów na sążnie, stopy, cale i linie. Do dziś przetrwało osiem egzemplarzy.

1665 – maszynka dwudziałaniowa Morlanda

Samuel Morland (1625-1695) – angielski matematyk, polityk i wynalazca. Stworzył miniaturowy uniwersalny kalendarz mechaniczny, trygonometryczną maszynę liczącą (wprawianą w ruch korbką) dokonującą pewnych obliczeń metodą graficzną, opartą na podobieństwie trójkątów. W 1665 roku zaprojektował miniaturową maszynkę do dodawania i odejmowania. Kółeczka poruszane były sztyftem – zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara dla dodawania, a w odwrotnym dla odejmowania. Maszynka przystosowana była do liczenia franthingów, pensów, szylingów i funtów. Nie realizowała przeniesień.

Zaprojektował też (niezbyt udaną) maszynkę do mnożenia, wykorzystującą tarcze Nepera.

1672 – bęben o zębach nierównej długości

1694 – czterodziałaniowa maszyna licząca Leibniza

Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646-1716) – niemiecki filozof, matematyk, prawnik i dyplomata;

zajmował się także historią, językoznawstwem i teologią. W wieku 10 lat, czytał w oryginale dzieła greckich i rzymskich klasyków, jako 15-latek rozpoczął studia w Lipsku, gdy miał 16 lat opublikował swoją pierwszą rozprawę filozoficzną; w wieku 20 lat został doktorem praw i uzyskał uprawnienia profesorskie. Odrzucił jednak propozycję objęcia katedry prawa, wstąpił na służbę elektora mogunckiego i rozpoczął działalność polityczną. W wyniku starań Leibniza przyjęto w Niemczech kalendarz gregoriański.

Leibniz jest twórcą, niezależnie od angielskiego fizyka i matematyka I. Newtona, rachunku różniczkowego i całkowego. Zajmował się sumowaniem szeregów nieskończonych. Podał metodę przybliżonego całkowania graficznego i regułę wielokrotnego różniczkowania iloczynu (tzw. wzór Leibniza na n-tą pochodną iloczynu). Wprowadził też do matematyki wiele do dziś używanych symboli (np. kropkę do oznaczenia mnożenia, znak całki i różniczki) i terminów matematycznych (współrzędna, różniczka), podał sposób zapisywania proporcji, potęg i wyznaczników.

Filozoficzne koncepcje i metodologiczne badania Leibniza wywarły duży wpływ na rozwój nauki.

Pojmował on cały wszechświat jako samoorganizujący się automat; sądził, że matematyka jest najlepszym środkiem poznania rzeczywistości. Według Leibniza reguły myślenia można zredukować do reguł rachunku na symbolach, które będą oznaczać pojęcia i idee. Opis rzeczywistości przez kombinację symboli pozbawi nieokreśloności wszelkie sądy o świecie, a spory sprowadzi do argumentacji na wzór dowodów matematycznych. Myśl Leibniza zawierała istotne elementy logiki formalnej. Szczególne znaczenie miała idea sprowadzenia wnioskowania do szeregu operacji matematycznych na symbolach. Na takiej zasadzie działają współczesne maszyny matematyczne. Opublikował tylko niewielką część swoich prac; większość jego rękopisów została opublikowana w drugiej połowie XIX w.

W 1670 roku stworzył manuskrypt zawierający koncepcję maszyny liczącej, która miała nie tylko dodawać i odejmować, ale także mnożyć i dzielić – przez wielokrotne dodawanie i odejmowanie. Miała być wprawiana w ruch przy pomocy korbki (w jednym kierunku dla dodawania i mnożenia, a w drugą dla odejmowania i dzielenia). Aby rozwiązać problem przeniesienia, Leibniz w 1672 roku wpadł na pomysł

„bębna o zębach nierównej długości” (bęben Leibniza). Pierwszy egzemplarz maszyny Leibniza (zachowany do dziś) powstał w 1694 roku, drugi – w 1704. Na realizację tych projektów uczony poświęcił część majątku osobistego.

Rozwiązania Leibniza – urządzenie nastawcze, wizjer nastawienia, element zbierający i wózek ruchomy, a przede wszystkim bęben o zębach nierównej długości – wykorzystane zostały w większości późniejszych maszyn.

Dygresja: Omawiając wynalazki maszyn liczących, warto pamiętać, że powstawały one w okresie wielkich wynalazków rozpoczynających „wiek pary i elektryczności” oraz istotnie zmieniających przemysł i życie codzienne:

1628 – Anglia – Edward Sommerset wynajduje maszynę parową;

1656 – Holandia - Christian Huygens konstruuje pierwszy użyteczny zegar wahadłowy, początkując epokę dokładnego podawania czasu;

1746 – Holandia – na uniwersytecie w Lejdzie (Leiden) powstaje szklany kondensator tzw. butelka lejdejska 1752 – Ameryka – Benjamin Franklin (współtwórca Deklaracji Niepodległości Stanów Zjednoczonych)

wynajduje piorunochron;

1769 – Szkocja – James Watt patentuje swoją wersję silnika parowego

1775 – Włochy - Alessandro Volta wynajduje statyczne źródło energii elektrycznej tzw. elektrofor;

1789 – Włochy – Luigi Galvani odkrywa zjawiska elektrochemiczne.

XVIII wiek - następcy Leibniza

Giovanni Poleni (1683-1761) – włoski astronom i wynalazca, w 1709 roku zbudował maszynę liczącą wykonującą cztery działania, poruszaną ciężarkami – jak w zegarach. Bębny o nierównej długości zastąpił kołami o zmiennej liczbie zębów (chowały się). Mechanizm został zniszczony przez twórcę.

Antonin Braun (1685-1728) – austriacki wytwórca instrumentów optycznych i matematycznych, zbudował w 1727 roku czterodziałaniową maszynę opartą na kołach o zmiennej liczbie zębów, poruszaną przy użyciu korby. Urządzenie, charakteryzujące się niewielkimi rozmiarami i dużą niezawodnością, wykonujące obliczenia na liczbach 12-cyfrowych, pozostało ciekawostką na dworze wiedeńskim (mechanizm przetrwał do dziś)

Jakob Leupold (1674-1727) – niemiecki konstruktor maszyn i inspektor górniczy. Autor dziewięciotomowej pracy opisującej techniki stosowane przy budowie maszyn i urządzeń. W 1727 roku wymyślił przekładnię zazębianą czasowo (wykorzystaną później przez Stanhope’a).

Philipp Matthaüs Hahn (1739-1790) – niemiecki pastor, konstruktor zegarów i astronom. W 1770 roku postanowił zbudować maszynę liczącą. Pierwsza maszyna Hahna (1774), w kształcie koła, wykorzystywała 8 bębnów o zębach nierównej długości, typu Leibnizowskiego i mogła wykonywać cztery działania podając wynik jedenastocyfrowy. Jego maszyna, jako jedna z pierwszych, działała bez zakłóceń. Była produkowana na sprzedaż (także po śmierci Hahna) do 1820 roku. Egzemplarz numer cztery, wykonany w

1776 roku, w sto lat później eksponowany był na wystawie w Londynie i wciąż dawał prawidłowe wyniki (do 12 cyfr). Kilka egzemplarzy maszyny Hahna istnieje do dziś.

Johann Helfried Müller (1746-1830) – niemiecki inżynier wojskowy. W 1782 wymyślił maszynę arytmetyczną czterodziałaniową do pracy z liczbami czternastocyfrowymi, opartą na Leibnizowskich bębnach o zębach nierównej długości. Zbudowana w układzie kolistym i poruszana korbką, miała wymienne liczniki i mogła pracować w sytemach innych niż dziesiętny. Müller zaprojektował też dzwonek, odzywający się przy przekraczaniu pojemności licznika wyniku lub gdy próbowano odjąć liczbę większą od mniejszej.

W dodatku do książki opisującej jego kalkulator arytmetyczny Müller sugerował wykorzystanie w maszynie „metody różnic skończonych” wykorzystywanej później przez barona de Prony i Charlesa Babbage’a. Nie otrzymał jednak niezbędnej pomocy finansowej.

1775 - Demonstrator i maszyny liczące Stanhope’a

Charles Stanhope (1753-1816) – angielski polityk (poseł Izby Gmin), badacz naukowy i wynalazca. Jego najbardziej znane wynalazki to soczewki cylindryczne do mikroskopów, aparaty do strojenia instrumentów muzycznych, antyogniowe zabezpieczanie budynków, ulepszenia konstrukcji śluz oraz prasa drukarska z kadłubem żeliwnym.

Wynalazł „Demonstratora” – pierwszą na świecie maszynę logiczną – oraz dwa modele mechanicznych maszyn liczących. „Demonstrator” zaprojektowany został celem wspomagania rozwiązywania klasycznych sylogizmów logicznych, a nawet elementarnych zagadnień rachunku prawdopodobieństwa. Opis budowy i zastosowań został opublikowany (zgodnie z jego życzeniem) 60 lat po śmierci Stanhope’a. Obecnie istnieją dwa egzemplarze urządzenia.

Obie maszyny liczące Stanhope’a wykonywały po cztery działania, przy czym mnożenie i dzielenie uzyskiwano przez powtarzanie dodawania i odejmowania. Konstrukcja wykorzystuje rozwiązania Leibniza.

Pierwszy model, zbudowany w 1775 roku, pracował na liczbach 12-cyfrowych. Działań dokonywano ruchem wózka, umieszczonego w tylnej części kadłuba. W każdym ruchu wózka aktywny był tylko jeden kierunek – w stronę operatora przy dzieleniu i do tyłu przy mnożeniu. Przy ruchu „jałowym” system zapadek unosił ruchomą część, wyłączając ją z zasięgu przekładni liczących. Głównym elementem mechanizmu był walec z zębami zazębiającymi się czasowo, wynaleziony przez Leupolda jako ulepszenie Laibnizowskiego bębna o zębach nierównej długości.

W drugiej maszynie, zbudowanej w 1777 roku, przesuw wózka zastąpiony został obrotem koła głównego, zaopatrzonego w korbkę. Kierunek obrotu zależał od wykonywanego działania. W 1790 roku Stanhope wykonał także ulepszoną wersję kieszonkowej maszynki do dodawania Morlanda.

Maszyny Stanhope’a miały zastosowanie praktyczne i były produkowane na sprzedaż. Dwie takie maszyny wykorzystywał (do 1905) Charles Babbage i jego syn.

1800 – krosno uniwersalne Jacquarda wykorzystujące karty perforowane

Od końca XVII wieku powstawały projekty maszyn tkackich wymagających coraz mniejszej ilości pracy rąk ludzkich. W 1725 roku mistrz tkacki Basile Bouchon wpadł na pomysł wybierania za pomocą specjalnych igieł i karty dziurkowanego papieru pętlic nicielnicy przy kolejnym przebiegu czółenka.

Pierwsze krosno zdolne do całkowicie zautomatyzowanego działania zaprojektował inżynier mechanik Jacues de Vaucanson w 1745 roku. Pomysł nie doczekał się praktycznej realizacji.

W 1800 roku Joseph-Marie Jacquard zbudował krosno uniwersalne, wykorzystujące karty perforowane. Po protestach tkaczy z Lyonu sąd rozjemczy kazał publicznie połamać prototyp. Jacquard zdołał stopniowo przekonać rzemieślników – w 1812 roku we Francji pracowało już 10 000 krosien Jacquarda. Wynalazek wzbogacił Lyon. Po śmierci wynalazcy w 1834 roku na jednym z krosien za pomocą 24 000 kart perforowanych wykonano z jedwabiu jego portret o wymiarach 1,5 m na 1,5 m.

Od Bouchona do Jacquarda, dzięki papierowi, a następnie seriom perforowanych tekturek, powstał środek komunikacji między człowiekiem a maszyną – opartej na najprostszym języku „dziurka” i „brak dziurki”. Od tej informacji bazowej konstruktorzy przejdą niebawem do wyrażania wartości cyfrowych i programowania.

1822 – Arytmometr Thomasa de Colmar

Charles-Xavier Thomas (Thomas de Colmar) (1785-1870) – francuski biznesmen. Kierował towarzystwem ubezpieczeniowym w Paryżu, był komisarzem armii w czasie wojny hiszpańskiej i wynalazcą. W latach 1808-1812 opracował założenia konstrukcji „Arytmometru” – czterodziałaniowej maszyny wprawianej w ruch pociągnięciem rzemienia.

Pierwszy egzemplarz, ukończony w 1822 roku (za pieniądze Thomasa) pracował na liczbach trzycyfrowych, dając wyniki co najwyżej sześciocyfrowe. Konstrukcja opierała się na walcach o zębach nierównej długości Leibniza. Maszyna okazała się pewna i użyteczna.

W ciągu dalszych 30 lat Thomas wprowadzał udoskonalenia Arytmometru. Ulepszeń dokonywali też syn i wnukowie wynalazcy, bowiem kolejne wersje arytmometrów produkowane były od 1823 do 1878 roku. Około 1850 roku standardem były maszyny 16-20-cyfrowe. Wśród klientów figurowały Domy Towarowe Luwru, Towarzystwo Małych Powozów, Kasa Depozytowo-Konsygnacyjna, dyrekcje ministerstw Wojny i Marynarki, rozmaite towarzystwa ubezpieczeniowe i spółki kolei żelaznych.

Sprzedano około 1500 egzemplarzy maszyny (60% na eksport) oraz licencje technologiczne. Nazwa firmowa „Arytmometr” stała się aż do początków XX wieku synonimem maszyny liczącej.

Arytmometr Thomasa stanowi prototyp kalkulatorów biurowych, ręcznych a potem elektrycznych, używanych powszechnie w XX wieku.

Dygresja: Praktyczne wynalazki XIX wieku

1800 – Włochy - Alessandro G.A. Volta wynajduje baterię

!821 – Anglia – Michael Faraday konstruuje silnik elektryczny 1831 – Ameryka – Joseph Henry buduje przekaźnik elektryczny 1829 – Ameryka – Joseph Henry buduje silnik elektromagnetyczny

1837 – Ameryka – Samuel Morse patentuje telegraf elektromagnetyczny i tworzy alfabet Morse’a 1850 – Anglia – Francis Galton wynajduje dalekopis

1875 – Ameryka – Alexander Graham Bell konstruuje telefon

1879 – Ameryka – Thomas Alva Edison konstruuje swoją wersję żarówki

1894 – Włochy – Gugliemo Marconi wynajduje bezprzewodowy telegraf – początek ery radia

Pierwszy przekaźnik elektryczny zbudowany został w 1831 r. przez amerykańskiego wynalazcę- samouka Josepha Henry’ego. Dawał możliwość nieograniczonego przedłużania linii elektrycznych poprzez ciąg przekaźników zasilanych bateriami i połączonych elektromagnesami. Zastosowanie przekaźników umożliwiło dynamiczny rozwój technik przekazywania informacji – przede wszystkim telegrafu i telefonu – oraz udoskonalanie maszyn liczących.

Telegraf czyli urządzenie komunikacyjne, które pozwala na transmisję krótkich komunikatów przy pomocy umownych znaków, stosowany był od XVIII wieku (telegraf optyczny Chappe’a). W XIX wieku wynaleziono (i stosowano) kilka rodzajów telegrafu elektrycznego. Najpraktyczniejszy rodzaj telegrafu jest dziełem Amerykanina Samuela Morse’a. W 1840 roku Morse wprowadził stosowany do dzisiaj kod telegraficzny złożony z kropek i kresek (krótkie i długie impulsy) - tzw. alfabet Morse'a. Próbną linii telegrafu jego pomysłu (Waszyngton – Baltimore) otwarto 24 maja 1844 roku. W 1847 roku aparatów

Morse'a użyto po raz pierwszy w Europie na liniach Hamburg - Cuxhaven i Brema - Bremerhaven. W 1850 Anglicy - bracia Brett - położyli linię telegraficzną przez kanał La Manche, w 1854 roku położono kabel Korsyka - Sardynia, w 1860 roku Tulon - Algier. Po wielu próbach i niepowodzeniach dzięki energii C. W.

Fielda połączono też w latach 1857 - 1866 transatlantyckim podwodnym kablem telegrafu Europę z Ameryką.

Telefon ,w Bostonie w stanie Massachusetts w 1876 roku, wynalazł Alexander Graham Bell (współpracując z Thomasem A. Watsonem). Zasadniczym elementem telefonu była cienka membrana, która drgała pod wpływem ludzkiego głosu. Membranę Bell umieścił w polu magnetycznym elektromagnesu. Pod wpływem drgań zmieniało się pole magnetyczne, a przez to powstawały niewielkie skoki napięcia. Na drugim końcu przewodu drgania prądu były ponownie zamieniane na drgania membrany. Pierwsze telefony nie miały tarcz. Wszystkie rozmowy odbywały się za pośrednictwem operatora, który łączył mówiącego z żądanym numerem. Tarcze pojawiły się na początku XX wieku, umożliwiając automatyczne połączenie

między niektórymi numerami. Już w 1878 roku powstała w New Haven (USA) pierwsza na świecie ręczna centrala telefoniczna. Graham Bell zamierzał sprzedać swój wynalazek, jednak towarzystwo Western Union Telegraph Company odrzuciło ofertę zakupu praw do wynalazku za sumę 100.000 dolarów. Wobec tego Bell i jego wspólnicy założyli w lipcu 1877 r. własne przedsiębiorstwo, od którego wywodzi się obecna American Telephone and Telegraph Company.

Tablice logarytmiczne i metoda różnic skończonych. Obliczenia prowadzone w XVII i XVIII wieku oparte były na wykorzystaniu logarytmów. Niezbędne były zatem, możliwie dokładne, a przede wszystkim bezbłędne tablice logarytmiczne. Obliczenia dokonywane były ręcznie (zazwyczaj dwu- lub trzykrotnie przez różnych rachmistrzów dla uniknięcia błędów), co wymagało dużej ilości czasu.

Maszyna różnicowa Charlesa Babbage’a

Charles Babbage (1791-1871) – angielski matematyk, astronom i konstruktor maszyn. Podczas studiów na uniwersytecie w Cambridge zdobył gruntowne wykształcenie w zakresie matematyki, astronomii, mechaniki i ekonomii. Wraz z Johnem Herschlem i Georgem Peacockiem wydał (w 1814) dwutomowy podręcznik matematyki, przyjęty przez angielskie szkolnictwo.

Zirytowany dużą ilością błędów w tablicach astronomicznych, którymi się posługiwał, Babbage stworzył koncepcję maszyny obliczającej i drukującej różnorodne tablice, niezbędne astronomom, marynarzom, rachmistrzom i bankierom, wykorzystując metodę różnic skończonych. Prototyp, o pojemności 6 cyfr, pracujący na 2 rzędach różnic, zbudował własnoręcznie w 1822 roku.

W 1823 roku Babbage uzyskał poparcie rządowe i pomoc finansową w kwocie 1500 funtów.

Wynalazca oceniał, że maszyna powstanie w ciągu dwóch lub trzech lat i kosztować będzie około 3000 funtów. Miała pracować na sześciu rzędach różnic, przetwarzać liczby 20-cyfrowe, a następnie drukować formy stereotypowe w szybkością 44 cyfr na minutę.

Będąc perfekcjonistą, Babbage projektował osobiście każdy rodzaj części a nawet narzędzia do ich wykonania. Aby zdobyć doświadczenie podróżował do wielu fabryk Anglii i Szkocji. Konstrukcję przedłużały konflikty z głównym konstruktorem, Josephem Clementem, a także kłopoty zdrowotne i rodzinne wynalazcy. W 1833 roku Clement zerwał umowę, zdemontował specjalistyczny park maszynowy i zarekwirował wszystkie plany znajdujące się w jego posiadaniu. Pozbawiony planów Babbage wpadł na zupełnie nowy pomysł maszyny liczącej. Snuł plany „maszyny analitycznej” o praktycznie nieograniczonej potędze obliczeniowej. W 1842 roku rząd ostatecznie zrezygnował z projektu maszyny różnicowej.

Zbudowana już część maszyny i wszystkie związane z nią rysunki zostały złożone w King’s College w Londynie. Publicznie maszyna pokazana została dopiero na Wystawie Międzynarodowej w Londynie w 1862 roku (po prezentacji maszyny Scheutzów). Eksponowana jest do dziś w Muzeum Nauk w South Kensington w Londynie.

Projekt maszyny analitycznej

W 1883 i 1884 roku, wykorzystując przymusową przerwę w pracy nad maszyną różnicową, Charles Babbage wymyślił sposób przenoszenia liczb z kolumny wyników do kolumny najmniejszej różnicy.

Wynalazca uświadomił sobie, że wszystkie rejestry mechaniczne w kolejnych rzędach różnic, były w gruncie rzeczy identyczne. Pętla – powodująca przeniesienie rzędu cyfr z ostatniej do pierwszej kolumny - pozwalała przeprowadzać praktycznie nieograniczoną ilość sumowań.

Następnym krokiem było oddzielenie funkcji „liczenia” od funkcji „pamięci”. W ten sposób powstał projekt uniwersalnej maszyny, wykonującej różnorodne zadania, w zależności od kierującego nią programu. Głównymi elementami maszyny analitycznej były:

a) jednostka obliczeniowa, nazwana „młynem”, przeznaczona do wykonywania działań arytmetycznych, rejestrowania wyników i przechowywania wyników pośrednich;

b) pamięć, czyli „magazyn”, z mechanizmem umożliwiającym wprowadzanie liczb do pamięci i wyprowadzaniem ic do młyna;

c) urządzenia kontrolne – trzech walców na których można było zakodować instrukcje obliczania lub przenoszenia danych (program wykonalny);

d) licznik – odnotowujące liczbę podstawowych działań wykonywanych przez maszynę;

e) wymienny zestaw programów zewnętrznych – kodowanych na kartach perforowanych. Babbage zaprojektował trzy rodzaje kart: karty operacyjne niosące instrukcje „dodać”, „odjąć”, „przenieść” itd.;

karty liczbowe, kodujące dane oraz karty zmiennych, zawierające informacje matematyczne potrzebne przy rozwiązywaniu zadań (na przykład wartość numeryczną litery w danym równaniu algebraicznym).

f) urządzenia bezpośredniego wydruku.

Babbage zdefiniował także pojęcie „cyklu”, porządkującego rytm działania maszyny. Najmniejsza jednostka, cykl podstawowy , odpowiadała ilości czasu niezbędnej do przejścia cyfry dziesiętnej na kolejną pozycję na tym samym kole (dodawanie wymagało ok. 20 cykli). Była to pierwsza próba taktowania maszyny. Jako środek energii uruchamiającej maszynę analityczną Babbage rozważał ciężarki (jak w zegarach) lub maszynę parową.

Najlepszy opis maszyny analitycznej i jej programowania pochodzi z artykułu zredagowanego przez hrabinę Adę Lovelace z domu Byron – przyjaciółki i współpracownicy Babbage’a. Drobiazgowo zaprojektowana (choć nigdy nie skonstruowana) maszyna, była szeroko dyskutowana w świecie nauki i wpłynęła na konstruktorów maszyn pierwszej połowy dwudziestego wieku.

Kolejne maszyny różnicowe- kontynuatorzy dzieła Babbage’a

Georg i Edward Scheutzowie – szwedzcy konstruktorzy maszyny różnicowej. Georg Schuetz (1785- 1873), sztokholmski autor i wydawca, zbudował w 1834 roku makietę maszyny różnicowej, aby zrozumieć zasadę jej działania. Jego syn Edward (1821-1880) zbudował na tej podstawie działający model (dla trzech rzędów różnic, z drukarką mechaniczną). Zachęceni powodzeniem, zdobywszy fundusze (z publicznej subskrypcji), Scheutzowie zbudowali w 1853 roku „Tabulator”, pracujący na liczbach 15-cyfrowych, na czterech rzędach różnic. Zdobyli też patent.

„Tabulator” został zakupiony przez obserwatorium Dudley z Albany, stolicy stanu New York.

Drugi egzemplarz pracował w Anglii ( w biurze Register Office) do 1914 roku.

Martin Wiberg (1826-1905) szwedzki wynalazca, zbudował w 1859 „biurową” wersję maszyny różnicowej, o pojemności identycznej jak maszyna Schuetzów. Wykorzystywał ją do układania wielu tablic matematycznych.

George B. Grant (1849-1917) – amerykański przemysłowiec i inżynier. W 1876 zbudował (sfinansowaną dzięki darowiznom) maszynę różnicową, która mogła być poruszana z zastosowaniem pasa transmisyjnego.

Drugi egzemplarz, wykonany na zamówienie, był wykorzystywany przez 20 lat. Grant produkował też biurowe maszyny liczące.

Henry Prevost Babbage – syn Charlesa Babbage’a, generał. Kontynuował plany maszyny analitycznej ojca.

Zbudował uproszczoną jej wersję – w 1888 roku maszyna wydrukowała tabelę 44 pierwszych wielokrotności liczby π. Przy trzydziestym drugim mnożniku błąd techniczny spowodował omyłkę w rachunku.

Mechanografia, czyli automatyzacja przetwarzania danych

Dygresja: Spisy powszechne w Stanach Zjednoczonych. Zgodnie z Konstytucją Stanów Zjednoczonych (1787) we wszystkich stanach Federacji, co dziesięć lat, przeprowadzić należało spis powszechny, ustalający skład ludnościowy stanu. W pierwszym spisie, z 1790 roku, doliczono się 3 893 637 osób. Kolejne spisy powszechne dynamicznie rozwijającego się kraju, zawierające coraz więcej pytań spisowych, dostarczały wielu interesujących danych statystycznych, ale ręczna obróbka tych danych zajmowała coraz więcej czasu.

Na opracowanie danych z 1870 roku potrzebowano siedmiu, a z 1880 roku (50 262 000 osób) dziewięciu lat.

Zagrażało to samej idei spisów powszechnych i wymagało zmiany metod opracowywania danych.

Herman Hollerith (1860-1929) - amerykański wynalazca stosujący karty perforowane i elektryczno- mechaniczne urządzenia opracowujące dane statystyczne. Hollerith, inżynier górnik po Uniwersytecie Columbia, jeszcze jako student pracował przy raporcie o przemyśle żelaza i stali, opracowując dane ze spisów powszechnych. Postanowił zmechanizować przetwarzanie danych. W 1884 roku opatentował system składający się z kart perforowanych i elektryczno-mechanicznych „tabulatorów”, analizujących dane zawarte na kartach. Karty perforowane Holleritha miały postać prostokątów z o rozmiarach 13,7x7,5 cm, wykonanych z brunatnego bristolu. Na środku karty umieszczane były dane osoby spisywanej. Wzdłuż trzech boków prostokąta rozmieszczono trzy strefy informacji z wydrukowanymi polami, szerokości czterech rzędów dziurek. Do robienia dziurek przewidziano użycie szczypiec (jak do biletów kolejowych).

Elektryczny czytnik składał się z płyty stałej i płyty ruchomej. Płyta stała miała tyle zagłębień, ile było kratek na karcie. W każdym wgłębieniu znajdowało się kilka kropel rtęci. Płyta ruchoma zaopatrzona była w 240 metalowych igieł zamocowanych na sprężynach. Igły napotykające karton karty, odpychane były do góry. Igły napotykające perforację stykały się z rtęcią, zamykając obwód elektryczny i posyłając impuls do licznika, połączonego z danym zagłębieniem. Od 1887 roku sprzęt Holleritha był wykorzystywany w szefostwie wojskowej służby medycznej do prowadzenia statystyki zdrowia personelu wojskowego.

Biuro Spisowe USA rozpisało konkurs na wykonanie i opracowanie danych spisu z 1890 roku.

Konkurs polegał na opracowaniu 10 491 formularzy zebranych w 4 dzielnicach Saint Louis w 1880 roku.

Oceniano czas zużyty na transkrypcję informacji z formularzy i przetworzenia uzyskanych danych oraz dokładność wyliczeń. Wyniki jednoznacznie wykazały wyższość elektrycznego sprzętu Holleritha.

Dane ze spisu 1990 maszyny zaczęły zbierać w lipcu 1990 roku. Liczbę ludności (62 622 250) podano 16 sierpnia. Całkowite rozpracowanie spisu, w sposób znacznie pełniejszy niż danych ze spisu 1880, zajęło niespełna siedem lat. Hollerith wypożyczał swój sprzęt za opłatą 1000 $ rocznie, dodając karty (niemal po cenie kosztu). Jednocześnie przystępował do konkursów na spisy powszechne w Kanadzie i krajach europejskich.

W 1889 roku pokazał swój „sprzęt statystyczny” na Wystawie Międzynarodowej w Paryżu. W latach 1890-91, podczas spisu powszechnego w Austrii, używane były maszyny zbudowane na patencie Holleritha, wykonane w Austrii. W 1892 Hollerith obsługiwał spis powszechny w Kanadzie, zaś w 1893 – spis rolny w USA. Od 1896 na sprzęcie Hermana Holleritha opracowywano spis powszechny w Rosji.

Pracowało przy nim 900 000 ankieterów, spisano 129 211 113 osób (w 44 językach). Szczegółowe analizy zajęły 9 lata „czytniki-sortery” Holleritha udowodniły swoją uniwersalność.

Sprzęt ten obsługiwał też spis powszechny Stanów Zjednoczonych z 1900 (75 994 575 osób) .Pracowało wówczas 311 tabulatorów, 20 sorterów, 1021 dziurkarek, zużyto 120 milionów kart.

Od 1888 roku Hollerith prowadził firmę Hollerith Tabulating System, gdzie wykańczał maszyny, dostarczane przez podwykonawców. Był jedynym właścicielem swych patentów i swego przedsiębiorstwa.

W 1896 roku zarejestrował spółkę Tabulating Machine Co.W 1911 roku sprzedał TM Co. Charlesowi Flintowi, który przekształcił ją w Computing Tabulating and Recording Co. W 1924 CTR zmieniło nazwę na International Business Machines.

Sam Herman Hollerith, wycofawszy się z kierowania rozrastającą się firmą, do końca życia pozostał cenionym wynalazcą i konsultantem.

Konkurenci Holleritha i kontynuatorzy jego dzieła. W Austrii, Otto Schaeffler, współpracujący z Hollerithem podczas obsługi spisu z 1981 roku, w 1895 roku opatentował „system programowany Schaefflera”, składający się z 77 liczników, 100 przekaźników, 240 czujników perforacji i 5 baterii elektrycznych. Kolejne spisy obsługiwały maszyny austriackie.

Przedstawiciel francuskich służb spisowych współpracujących z Hollerithem podczas spisu z 1896 roku, inżynier Lucien March zaprojektował maszyny francuskie, przeznaczone do obsługi Francuskiego Spisu Powszechnego w 1901 roku. Francuskie „liczniki-klasyfikatory” eliminowały używanie kart perforowanych i zapewniały bezpośredni wydruk wyników. Dane wprowadzano z 60-przyciskowej klawiatury.

W USA, James Powers, pracownik amerykańskiego Biura Spisowego, otrzymał zadanie stworzenia sprzętu, który pozwalałby przetworzyć dane ze spisu 1910 roku (i następnych) bez maszyn TM Co, nie

naruszając patentów Holleritha. Powers zaprojektował 240-klawiszową dziurkarkę elektryczną, pozwalającą zredukować personel spisowy oraz półautomatyczny tabulator z licznikami drukującymi. Nie udała mu się konstrukcja maszyn sortujących. Budował też maszyny mechanograficzne przeznaczone do stosowania w statystyce i zarządzaniu firmami handlowymi. Wynalazca norweski Friedrik Rosing Bull w latach 1923-24 zmontował pierwsze „maszyny statystyczno-rachunkowe wykorzystujące karty perforowane i liczniki elektromagnetyczne”, tabulatory drukujące i sortery pionowe. Patenty te pozwoliły najpierw w Norwegii, a potem w Szwajcarii rozwinąć produkcję jedynego europejskiego przedsiębiorstwa, które mogło konkurować z amerykańskim sprzętem mechanograficznym.

Sprzęt mechanograficzny, wykorzystywany z początku jedynie do sortowania i filtrowania danych spisowych, na początku XX wieku stał się użytecznym narzędziem wspomagającym handel, administrację i zarządzanie biznesem

Podczas pierwszej wojny światowej sprzęt mechanograficzny był wykorzystywany

• - w USA - przy organizacji zaopatrzenia kraju i wojsk

• - w USA - dla przyśpieszenia tempa produkcji wojennej

• - w Niemczech - do przygotowania rajdów floty podwodnej na konwoje alianckie przemierzające Atlantyk

Ojciec automatyki – Leonardo Torres y Quevedo

Leonardo Torres y Quevedo (1852-1936) – hiszpański inżynier i wynalazca. Zajmował się projektowaniem sterowców, zdalnym kierowaniem ruchem statków i sterowców, a także konstruowaniem maszyn liczących (oraz grających w szachy). Zaprojektował kilka maszyn analogowych, które pozwalały rozwiązywać wiele typów równań wykorzystując dodawanie jednomianów metodą logarytmów Gaussa. Zbudował doświadczalny aparacik cyfrowy (1914), wyposażony w mikroskopijną pamięć, który obliczał wartość wyrażenia postaci x=(p*q) – a, dla bardzo małych liczb. Skonstruował całkowicie automatyczny arytmometr elektromagnetyczny, pokazany na wystawie w Paryżu w 1920 roku.

Był autorem słynnego Eseju o automatyce (1914), w którym twierdził, że „Trzeba, by automaty naśladowały żywe odruchy, wykonując czynności stosownie do odbieranych wrażeń i dostosowując swe zachowanie do okoliczności.”

Projekty maszyn liczących ery przekaźników

Uczony francuski Rajmund Valtat, zwolennik notacji binarnej w maszynach liczących w latach trzydziestych XX wieku proponował by wewnętrzne operacje rachunkowe maszyny wykonywane były w systemie dwójkowym. Konwersje z systemu dziesiętnego na dwójkowy i odwrotnie miały być dokonywane automatycznie, by operator mógł pracować w systemie dziesiętnym.

Plany najbliższego współczesnym rozwiązaniom elektromechanicznego kalkulatora powszechnego użytkuprzedstawił w 1938 roku (w swojej pracy doktorskiej) FrancuzLouis Couffignal . Kalkulator Couffignala składał się z:

• klawiatury dziesiętnej na wejściu

• konwertora dziesiętno-dwójkowo-dziesiętnego

• rejestru ogólnego, złożonego z przekaźników (zapamiętywanie liczb w formie binarnej)

• jednostki mnożącej

• rejestru sumującego

• numerycznej tabeli funkcji (stanowiącej jednostkę kontrolną maszyny)

• rejestru porównawczego, kierującego – zgodnie z programem – liczbę idącą z rejestru ogólnego do jednostki mnożącej lub do rejestru sumującego

• jednostki wejścia/wyjścia, łączącej klawiaturę dziesiętną z dziurkarką kart i z elektryczną maszyną do pisania

Maszyna Turinga

.

„Maszyną Turinga”. W 1937 roku, pracując nad koncepcją obliczalności funkcji matematycznych opisał maszynę logiczną złożoną z:

„jednostki kontrolnej”, mogącej przyjmować dowolny z wcześniej określonych „trybów pracy”

dowolnie długiej, pokratkowanej taśmy, której każda kratka może pozostawać pusta lub zawierać jeden symbol z ustalonego wcześniej zbioru

ruchomy czytnik/pisak, który w danym momencie może czytać, wymazywać lub zapisywać symbol w aktualnej kratce, w zależności od trybu jednostki kontrolnej i czytanego symbolu oraz przypisać inny stan jednostce kontrolnej

Turing wykazał, że każdy rozstrzygalny problem może być rozwiązany przez taką maszynę. Pojęcie maszyny Turinga w informatyce funkcjonuje jako uniwersalny model stosowania algorytmów. Alan Turing

pracował też w czasie wojny nad złamaniem kodu „Enigmy, był także w zespole projektującym pierwsze angielskie komputery powojenne. W latach pięćdziesiątych zajmował się problemami związanymi ze sztuczną inteligencją.

Amerykański matematyk Claude Elwood Shannon(1916-2001), zajął się badaniem cyfrowych obwodów komutacyjnych w ramach swojej pracy doktorskiej (1938). Jako podstawowe przyjął boole’owskie operatory I, LUB oraz NIE.

Wartość logiczną zdania wyraził przez jedną z dwóch pozycji przełącznika lub przekaźnika: otwartą lub zamkniętą, czynną lub bierną. Analogicznie wyrażał liczby zapisane w systemie dwójkowym. Impulsy reprezentujące cyfry binarne do przetworzenia miały być przesyłane do odpowiednich obwodów. Każdy z tych impulsów otwierał lub zamykał kilka przekaźników obwodu komutacyjnego przeznaczonego do wykonania potrzebnej funkcji. Na wyjściu z obwodu końcowe impulsy przedstawiały w systemie binarnym wynik operacji.

Claude Shannon uważany jest także za twórcę teorii informacji, pojęć komunikacji, przekazu i szumu oraz roli kodera i dekodera informacji.

Komputery analogowe Vannevara Busha

Vannevar Bush(1890-1974) - był amerykańskim inżynierem, wynalazcą, teoretykiem wczesnego okresu informatyki oraz wybitnym organizatorem życia naukowego w USA. W Massachusetts Institute of Technology, gdzie kierował pracami nad przesyłem energii elektrycznej, zbudował w 1925 roku prototyp maszyny różnicowej. W 1930, korzystając z funduszy MIT, opracował kolejną maszynę, którą nazwał Analizatorem różniczkowym, zwaną też komputerem analogowym. Służyła do obliczania rozwiązań równań różniczkowych. Podstawą urządzenia były integratory mechaniczne, które mogły być łączone w pożądany sposób poprzez skomplikowane konfiguracje wałków. Całość poruszały silniki elektryczne.

Wyniki wyprowadzane były w postaci graficznej.

W 1935 Vannevar Bush zaangażował MIT w budowę dużego, hybrydowego kalkulatora analogowego mającego możliwość sterowania za pomocą programu z taśmy perforowanej.

Przedsięwzięcie łączyło elementy mechaniczne, elektryczne i elektroniczne, było bardzo złożone i kosztowne. Kalkulator składał się z 150 silników, 45 integratorów i około 200 mil przewodów, a ważył około 100 ton. Świadomy ograniczeń techniki analogowej, Bush stwierdził że przyszłość maszyn cyfrowych prowadzi do rachunku cyfrowego.

W 1945 roku Vannevar Bush opublikował esej pt. „As we May Think”, w którym opisał teoretyczny komputer –Memex (Memory Extend), urządzenie podłączone elektrycznie do biblioteki, potrafiące wyświetlać zawarte w niej książki i filmy i zdolne do automatycznego przechodzenia od zawartych w nich odniesień do innych prac. Idea ta, która bezpośrednio wpłynęła na prace Douglasa Engelberta, doprowadziła także Teda Nelsona do koncepcji hipertekstu i hipermediów.

Amerykańskie komputery przekaźnikowe

George Robert Stibitz (1904-1995) - amerykański matematyk i fizyk, pionier techniki komputerowej. Od 1930 roku pracował w laboratoriach Bell Telephone. Zajmował się możliwościami ulepszenia elementów magnetycznych przekaźników telefonicznych. Stibitza zafrapowały ogromne możliwości kryjące się w przekaźnikach: w sposób doskonały mogły one materializować dwa stany binarne, 1 i 0, a także przedstawiać podstawowe stwierdzenia logiczne (nie znał wówczas prac prowadzonych w MIT przez Shannona) .

W listopadzie 1937r zbudował eksperymentalny sumator binarny – Model K –który mógł dodać dwie liczby binarne. Świecąca się lampka oznaczała wartość 1, wygaszona – 0. Do konwersji liczb z systemu dziesiętnego na dwójkowy Stibitz postanowił użyć sposobu, wykorzystywanego przez inżynierów telefonii

„zapis dziesiętny kodowany dwójkowo”. Laboratoria Bella podjęły w tym czasie poważne badania teoretyczne w dziedzinie transmisji telefonicznej. Rachunki przeprowadzano na liczbach zespolonych.

Stibitz opracował plan kalkulatora zdolnego przetwarzać liczby 8-cyfrowe. Wprowadzenie i wyprowadzenie danych następowało za pomocą dalekopisu.

Na początku 1940 r. Laboratoria Bella dokonały publicznej prezentacji Complex Number Computer podczas Amerykańskiego Stowarzyszenia Matematyków. Zainstalowali terminal dalekopisowy w Dartmouth College w Hanowerze (New Hampshire); dane do kalkulatora (Nowy Jork – 330 km w linii prostej) przekazywane były specjalną linią telefoniczną. Przez kilka godzin uczestnicy zjazdu testowali maszynę. Kolejne modele Complex Number Computer (od II do V) budowane były w latach czterdziestych na zlecenie Ministerstwa Obrony Stanów Zjednoczonych.

Howard Hathaway Aiken (1900-1973) - amerykański inżynier, profesor uniwersytecki, pionier informatyki, twórca komputera Mark I. Postanowił zbudować maszynę mechanizującą obliczenia związane z równaniami różniczkowymi nieliniowymi. Zdołał zainteresować projektem szefa IBM Thomasa J.

Watsona, który zgodził się udzielić przedsięwzięciu Aikena poparcia finansowego oraz technologii IBM, pod warunkiem że budowa prowadzona będzie w fabryce firmy, w Endicott, pod nadzorem wyznaczonych inżynierów firmy.

Automatic Sequence Controlled Calculator (Kalkulator Automatyczny Sterowany Sekwencyjnie) ukończony w styczniu 1943 r. był próbowany w Endicott, a następnie przewieziony do Cambridge i zamontowany na nowo w podziemiach laboratorium Cruft w Harvardzie. Od maja 1944, na trzy miesiące przed oficjalną inauguracją, pracował dla składów broni marynarki.

ASCC miał 16 metrów długości, 2,60 m wysokości i 60 cm szerokości. Ważył 5 ton, składał się z 863 km przewodów elektrycznych, tysięcy komutatorów i przełączników, 175 000 połączeń elektrycznych i 3 mln punktów lutowania. Wprowadzanie danych następowało bądź za pośrednictwem kart lub taśm perforowanych, bądź za pomocą 60 rejestrów złożonych z 24 przełączników dziesiętnych ustawianych ręcznie przed przystąpieniem do pracy (960 czynności). Wyniki pośrednie przekazywane były na kartach lub taśmach perforowanych, a wyniki ostateczne – przez elektryczne maszyny do pisania.

Operacje dodawania, odejmowania przeniesienia lub zerowania trwały 0,3 sekundy, mnożenie 4 do 6 sekund, dzielenie 11 do 16 sekund. Była maszyną wysoce niezawodną (pracowała bez awarii 95% procent czasu). ASCC pracował w systemie dziesiętnym. Przez pierwsze dwa lata nie miał przełączeń warunkowych. Budowa ASCC kosztowała ponad 300 tysięcy dolarów. Znaczna część wydatków została pokryta z funduszy marynarki. Cały projekt ASCC pochłonął blisko milion dolarów.

Niezręczność H. Aikena, który podczas oficjalnej inauguracji kalkulatora w sierpniu 1944 nie wspomniał nic o wkładzie technicznym i finansowym wniesionym przez IBM, wywołał konflikt z Thomasem Watsonem. Nastąpiło zerwanie stosunków między przemysłowcem a uniwersytetem. ASCC został przemianowany na Harvard Mark I. Po nim laboratorium rachunkowe w Harvardzie zbudowało, na zamówienie ośrodka balistycznego, komputery Mark II (1947 r). Mark III (1950 r) i Mark IV (zawierał już części elektroniczne).

Po zerwaniu stosunków z Harvardem T. Watson wyraził zgodę na budowę Selective Sequence Electronic Calculator – maszyny w 100% IBM-owskiej. Zbudowany w Endicott SSEC rozpoczął pracę w 1948 roku na parterze budynku IBM w Nowym Jorku. Był jedynym cywilnym kalkulatorem amerykańskim z lat 1948-1952, który można było wynająć (300$ za godzinę). Wbrew nazwie SSEC był bardziej maszyną przekaźnikową niż elektroniczną. Pracował w systemie dziesiętnym. Miał przełączenia warunkowe. Został zdemontowany w 1952 roku, pokonany przez maszyny elektroniczne.

Maszyny niemieckie Konrada Zusego

Konrad Zuse (1910-1995), niemiecki inżynier budowlany i konstruktor, w połowie lat trzydziestych, zmęczony czasochłonnymi obliczeniami potrzebnymi w pracy inżyniera, stworzył (nie znając prac Turinga) teoretyczny model maszyny zdolnej do przeprowadzenia dowolnej sekwencji działań, pod warunkiem, że ktoś potrafi je wyrazić skończonym ciągiem operacji.

Praktyczny model maszyny Zuse postanowił zbudować przy wykorzystaniu przekaźników i oprzeć na arytmetyce dwójkowej. Na przełomie 1937 i 1938 roku zbudował sumator dwóch liczb binarnych a

następnie „Versuchmodell I” (zwany V1), czyli model doświadczalny numer 1. Zdecydował że w swojej maszynie będzie stosował tylko dwa symbole: L – dla oznaczenia zdania prawdziwego, cyfry jeden i znaku + oraz O – dla zdania nieprawdziwego, cyfry zero i znaku -.

W 1939 roku Zuse połączył pamięć mechaniczną z V1 z nową przekaźnikową jednostką, tworząc Versuchmodell II (V2). Kolejny model – V3 - pracował na 22-cyfrowych liczbach binarnych w trybie zmiennoprzecinkowym. Posiadał 64 liczbową pamięć. Wprowadzanie danych odbywało się przy pomocy 35-milimetrowych taśm filmowych, odpowiednio perforowanych. Po zakończeniu obliczeń następowała automatyczna konwersja wyniku do systemu dziesiętnego.

W 1941 roku Zuse otrzymał pilne zamówienie na maszynę liczącą (bez oprogramowania) mogącą przyspieszyć prace nad realizacją latających bomb Henschel 293. Kalkulator o nazwie S1 działał od 1942 do 1944 roku, zastępując ponad 100 osób pracujących na maszynach liczących. Udoskonalony model S2 mógł samodzielnie odbierać sygnały elektryczne aparatów pomiarowych, zintegrowanych z prototypem.

W 1944 roku pracował nad modelem maszyny V4, pracującej na 1024 liczbach binarnych – 32- cyfrowych. Ze względu na ciągłe bombardowania Berlina model ukończono w Götingen, a następnie przewieziono do miejscowości Hopferau w Bawarii. Po kapitulacji Niemiec, ukrywając istnienie V4 przed amerykańskimi władzami okupacyjnymi, skupił się na pracach teoretycznych dotyczących języka algorytmicznego (Plankalkull). W 1949 roku V4 (przemianowana na Z4) została wynajęta przez Szwajcarów, gdzie pracowała do 1959 roku.

Komputery europejskie czasów II wojny światowej

Próby złamania kodu Enigmy. Maszyny szyfrujące „Enigma”, pracujące na szyfrach poligramowych, gdzie poszczególne litery alfabetu podstawiane są w miejsce innych, konstruowane były w Niemczech od lat dwudziestych. Kluczami były ustawienia - pozycje kół - rotorów kodowych (w standardowej wersji trzech), z których wynikał sposób zamiany każdej litery. Tylko ktoś dysponujący identyczna maszyną mógł złamać ten kod. W latach trzydziestych wzrastające zagrożenie wojną zmusiło służby wywiadowcze pozostałych państw europejskich do prób złamania szyfrów niemieckich.

Od 1935 r. polscy specjaliści próbowali rozgryźć przejmowane depesze niemieckie, stosując klasyczne metody matematyczne. Ich doświadczenia, połączone z sukcesami wywiadu francuskiego, pozwoliły sporządzić replikę Enigmy. Pierwsza maszyna deszyfrująca – polska „Bomba” – składała się z sześciu replik Enigmy, rozmieszczonych wokół wspólnej osi napędowej tak, aby jak najszybciej można było zbadać wszystkie kombinacje kluczy. W ciągu dwóch godzin mogły być przeanalizowane wszystkie

możliwe kombinacje. Niestety, w grudniu 1938 r. Luftwaffe zamontowała w swych Enigmach czwarty i piąty rotor – „Bomby” potrzebowały teraz 20 godzin.

Kiedy Polacy przekazali Anglikom plany i instrukcje obsługi swoich „Bomb”, do pracy przystąpił Alan Turing. „Bomba” Turinga została ukończona w pierwszych miesiącach 1940 r. w Bletchley Park, daleko od zagrożonego bombardowaniami Londynu. Wyglądała jak metalowa szafa 2,5 m wysoka, wypełniona rotorami, tablicami połączeń i wskaźnikami świetlnymi. Dzięki niej, w kwietniu 1940 r., w chwili inwazji na Danię i Norwegię, Anglicy mogli już rozszyfrować niektóre depesze niemieckie.

Kolejną maszynę umożliwiającą łamanie szyfrów Enigmy budował w Bletchley Park angielski matematyk (topolog i logik) Max H. A. Newman. Zakodowana nazwa maszyny brzmiała Heath Robinson. Pierwsza maszyna została zmontowana w Bletchley Park w kwietniu 1943 roku. Miała rozmiary metalowej szafki wysokości 2,5 m. Część elektroniczna składała się z 80 lamp elektronowych. Za pośrednictwem 2 teledrukarek taśmowych przekazywano do kalkulatora 2000 symboli na sekundę. Taśmy zawierały teksty depesz i informacje o ciągu pozycji alfabetycznych na rotorach Enigmy. Odczyt perforacji taśm odbywał się przy pomocy fotokomórki. W kolejnych miesiącach zbudowano kilka innych maszyn z serii Robinson.

Następnym krokiem były, zaprojektowane przez T. H. Flowersa, maszyny Coloss. Były programowane w języku maszynowym i przeprowadzały wyłącznie obliczenia numeryczne. Stosowały arytmetykę binarną. Podawały wyniki obliczeń za pomocą elektrycznej maszyny do pisania. Coloss I zbudowany został w grudniu 1943 roku. Składał się z 1500 lamp próżniowych. Kilka innych egzemplarzy maszyny typu Coloss II zbudowanych zostało między czerwcem 1944 a majem 1945. Miały ok. 2400 lamp elektronowych i pięć równoległych czytników taśm.