В. В. Шилов Рождение программирования Москва, 201 8 год ВВЕДЕНИЕ В ПРОГРАММНУЮ

Оно происходило от греческих слов  (до) и  (писать)

и означало официальное публичное объявление властей (т.е. объявление устное, сделанное “до печати”).

Словарь В. И. Даля (1863-66 гг.). Програма (с одним м): “Краткий очерк, начертанье, перечень, изложенье, содержанье сочинения, предположенного изданья, книги, журнала, преподаванья чего-либо; план празднества, торжества, зрелища, представленья; задача, пояснительная записка на заданную по выбору работу”.

Советский Энциклопедический словарь (1955 г.). Программа  “содержание и план какой-либо деятельности (программа концерта, учебная программа, программа политической партии”). Например, Программа КПСС.
О вычислительных машинах речи еще нет.

сочинения
“Автоматы”.
1206 г. Аль-Джазири.

системы управления “гидравлическим органом”.

de Vaucanson, 1709-1782).

Вокансона.

Bouchon) с использованием перфоленты.
1728 г. Жан-Филипп Фалькон (Jean-Philippe Falcon,

?-1765), ткацкий станок с использованием набора перфокарт.

на основе кулачкового цилиндра.

национальной промышленной выставке в Париже представил автоматический ткацкий станок, для

управления которым использовались перфокарты. В его конструкции Жаккар удачно объединил лучшие идеи своих предшественников Бушона, Фалькона и де Вокансона. Работа Жаккара стала очередным шагом к появлению концепции программирования: теперь, чтобы изменить рисунок ткани, достаточно было сменить набор перфокарт без переналаживания оборудования. Сегодня историческое значение этого изобретения представляется очевидным, однако станок Жаккара получил на выставке только бронзовую медаль, в то время как его же машина для вязания морских рыболовных сетей была удостоена большой золотой медали.

Pascal, 1623-1662) – математик, физик, философ и писатель, разработал принципы

конструкции арифметической машины.

1641 г. Первая (неработоспособная) модель.

1642 г. Работающая модель.
1645 г. Первая готовая машина.

1649 г. (22 мая). Королевская привилегия – первый в истории патент на счетную машину.

Сэмюэла Морленда
(Sir Samuel Morland, 1625-1695).
1708 г. 16-разрядный арифмометр Готфрида Вильгельма

Лейбница (Gottfried Wilhelm von Leibniz, 1646-1716).

(Anton Braun, 1686-1728), механика и оптика при дворе императора Карла

VI в Вене.

1778 г. 14-разрядный арифмометр священника из Германии Филиппа Маттеуса Гана (Philipp Matthäus
Hahn, 1739-1790).

(Jacob Auch, 1765-1842).
1814-1817 гг. Счетная машина Авраама Штерна (Abraham Jacob

Stern, 1769-1842) из Варшавы.

Клипштейна (Philipp Engel Klipstein, 1747-1808) “Beschreibung seiner neu erfindenen Rechenmaschine”

(“Описание вновь изобретенной счетной машины”), в которой рассказывалось о проекте разностной машины Иоганна Мюллера (Johann Helfrich Müller, 1746-1830). Эта специализированная вычислительная машина предназначалась для вычисления значений функции, заданной полиномом некоторой степени, с помощью метода конечных разностей.

Идея разностной машины появилась у изобретателя еще раньше: уже в 1784 г. он писал о машине, вычисляющей и печатающей арифметическую прогрессию. Мюллер рассчитывал построить разностную машину, взяв за основу конструкции свой арифмометр. Судя по его письмам, он также хотел оснастить машину печатающим устройством. Однако денег на постройку Мюллеру найти не удалось, и его проект, как и сама идея, был надолго забыт.

x 2 + 2x + 3

x 1 2 3 4 5 6 7
F(x) 6 11 18 27 38 51 66
D1 5 7 9 11 ? ?
D2 2 2 ?

Таким образом, если функция F(x)

задана полиномом n -й степени,
то ее n -е разности постоянны.

Prony, 1755-1839).
1791 (или 1793) г. Инженер и математик Г.

Прони по заданию правительства Франции возглавил работу по вычислению новых математических таблиц.

Организация работ основывалась на идеях великого английского экономиста Адама Смита (Adam Smith, 1723-1790), показавшего решающее значение специализации и разделения труда на его эффективность.

По разным оценкам в проекте Прони участвовали от 60-80 до 200 человек, разбитых на три секции.

для вычислений и проверки их результатов, подбирали начальные значения чисел

и углов, а также задавали требуемую точность расчетов (количество десятичных знаков результата) для каждой таблицы и т.д. Сотрудниками первой секции были Адриен-Мари Лежандр (Adrien-Marie Legendre, 1752-1833), Лазар Карно (Lazare Carnot, 1753-1823) и другие выдающиеся французские ученые.

Вторая секция (вычислители).
Несколько высококвалифицированных математиков. Они определяли значения величин и разности, использовавшиеся в расчетах, а также вырабатывали формат таблиц, рассчитывали значения первой строки и составляли пошаговые инструкции для дальнейших вычислений на данной странице.

требовалось только умение складывать и вычитать. Их нанимали из числа

безработных, и по этой причине среди них было особенно много квалифицированных парикмахеров, оставшихся после революции без своих аристократических клиентов.

По окончании расчетов очередной страницы ее возвращали во вторую секцию для проверки результатов по формулам, предложенным математиками из первой секции.
Кроме того, каждая страница вычислялась дважды с использованием разных формул, что позволяло еще более повысить достоверность результатов.

завершилась.

Ее результат – 19 томов большого формата, объемом 251 страница

по 100 строк каждый. Среди них: таблицы логарифмов чисел от 1 до 200000, вычисленных с точностью 14 десятичных знаков, тригонометрических функций, произведений синусов на косинусы и др.

В силу различных экономических и политических причин таблицы были опубликованы только в 1891 г., причем в значительно сокращенном виде, а имя Прони даже не было указано на обложке и не упоминалось в предисловии…

ткацкий станок Жаккара  отправные точки в размышлениях Бэббиджа.

с постоянными вторыми разностями с точностью 6 знаков.

1830 г. Новый

проект – табулирование функций с постоянными шестыми разностями, точность 20 знаков.

1842 г. Правительство Англии окончательно отказывается финансировать дальнейшую разработку.

Общая стоимость работ составила около 34000 фунтов стерлингов.

Первая в истории попытка создать вычислительное устройство, автоматически выполняющее вычисления.

выполнять вычисления по любой заданной математической формуле.

1834-1848 гг. Бэббидж выполнил

30 комплектов чертежей Аналитической машины.

Основная проблема – как использовать результаты счета в последующих вычислениях  возникновение концепции памяти (в терминологии Бэббиджа – склад).
Другие идеи – отдельное устройство для выполнения арифметических операций (мельница).
Специальное устройство для управления ходом вычислений.
Использование для записи команд и данных перфокарт трех видов – операционных, числовых и перфокарт для хранения значений переменных.
Устройство для печати результатов.

содержимое ячейки памяти V6 на содержимое ячейки памяти V2.

моего, малютка Ада!
Похожа ль ты на мать? В последний раз,
Когда

была мне суждена отрада
Улыбку видеть синих детских глаз,
Я отплывал – то был Надежды час.

Дж. Г. Байрон
“Паломничество Чайльд-Гарольда”.
1816 г.

английский язык и опубликовала статью Л. Менабреа об Аналитической машине

Бэббиджа.

Огромное значение имеют обширные “Примечания переводчика”, которыми сопровождалась статья. Они содержали несколько “программ” для аналитической машины Ч. Бэббиджа, и фактически ознаменовали рождение программирования для вычислительных машин.
Первой программой можно считать приведенное в примечании D описание процесса решения системы двух линейных уравнений с двумя неизвестными.
Примечание G содержало еще более сложную программу вычисления чисел Бернулли, включавшую циклы и вложенные циклы.

Луиджи Менабреа
(Luigi Federico Menabrea,
1809-1896)

информации.

последовательностей действий.
1935 г. DEHOMAG D11.
Возможность автоматически выполнять последовательность арифметических

действий.

Torres-y-Quevedo,
1852-1936).

Campaña) получил в Германии патент (заявка была подана 2 марта

1920 г.) на механическую бухгалтерскую машину, предназначенную для раздельного ведения счетов нескольких клиентов.
Машина могла складывать, вычитать, а также запоминать и хранить числа в памяти.
Она состояла из десяти пятизначных чисел, представленных наборами зубчатых реек (каждая рейка соответствовала одному разряду).

Krause) получил патент на механическую бухгалтерскую машину, содержавшую устройство памяти

для хранения результатов вычислений (судя по всему, в качестве прототипа своей разработки Краузе использовал патент Ф. Кампоса).

1928 г. Ф. Кампос изготовил первый экземпляр своей механической бухгалтерской машины. По сравнению с описанным в патенте прототипом, Кампосу удалось добиться серьезного прогресса – его машина могла хранить и обрабатывать 1000 девятиразрядных десятичных чисел. Память была адресуемой (набрав номер счета, можно было распечатать его состояние). Машина Кампоса не имела ни предшественников, ни аналогов – это уникальное устройство стало первой в истории механической вычислительной машиной, имеющей память такого большого объема.

регистров для запоминания промежуточных результатов и обладали возможностью передачи данных

из регистра в регистр.

С их помощью можно было фактически имитировать работу разностной машины Бэббиджа.


Начало 1920-х гг.

средняя из которых могла двигаться, смещая при этом штырь влево

или вправо и тем самым определяя значение ячейки – 0 или 1.
Главным достоинством такой памяти Цузе считал ее компактность и расширяемость.

1938 г. Механический управляемый программой компьютер Z-1.

Эккерт-мл. (John Presper Eckert, Jr, 1919-1995).
Джон фон Нейман
(John von

Neumann, 1903-1957).

to program (программировать), но еще не в современном смысле, а

для обозначения процесса соединения исполнительных устройств проектировавшейся им вычислительной машины с помощью штекерного коммутатора.

1945 г.

Принцип хранимой программы.

4. Использование двоичной системы счисления.

5. Принцип иерархичности памяти.

Фактически

эти принципы выработали Д. Моучли и П. Эккерт.
Некоторые считают, что еще раньше их сформулировал Конрад Цузе.

Июнь 1945 г. Джон фон Нейман присоединился к группе разработчиков ENIAC и принял активное участие в обсуждении проекта их будущего компьютера EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer).

Отчет “First Draft of Report on the EDVAC”:

Пенсильванском университете Преспер Эккерт охарактеризовал принципиально новую концепцию компьютерной архитектуры,

основанную на хранении программы в памяти, и впервые использовал слово программа в современном значении.

Джон фон Нейман этот термин использовал крайне редко. В своей работе 1945 г., давая описание особенностей новой архитектуры, он говорит об инструкциях, стандартных командах (standard orders), операциях и коде (code) – но ни разу о программе! Год спустя в одной из статей словом программа он пользуется наряду со словом код, а еще через год – снова отказывается от него в пользу терминов план (plan) и установка (set-up).

Декабрь 1951 г. В отчете по работе над ЭВМ М-1, построенной под руководством И. С. Брука, четко говорится, что “Набор инструкций, необходимых для решения задачи, называется программой”.

цели или задачи. Описание на языке программирования действий, которые должен

выполнить компьютер в соответствии с алгоритмом решения конкретной задачи. Упорядоченная последовательность команд, подлежащих обработке.

Программирование – совокупность процессов, связанных с разработкой программ и их реализацией.

В широком смысле к этим процессам относят все технические операции, необходимые для создания программ, в том числе анализ требований, все стадии разработки, а также реализации в виде готового продукта.

В узком смысле программирование – процессы выбора структуры, кодирования и тестирования программ.

заголовок подпрограммы.
Язык был разработан в 1945 г. Описание частично опубликовано

в 1959 и 1972 годах.

г. Первая реализация языка.

завершена постройка EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator)  первого

в мире компьютера с хранимой в памяти программой.
Первую программу – составление таблицы квадратов чисел – написал Дэвид Уилер (David John Wheeler, 1927-2004). Для написания программ использовались символические обозначения.
Тактовая частота составляла 500 килогерц, а большинство инструкций выполнялись за полторы миллисекунды.

вычислений.

решения уравнения Айри y’’=xy.
157 команд, около 20 ошибок!

что “большую часть оставшейся жизни придется провести в поисках ошибок

в собственных программах”.

Именно тогда разработчики компьютеров впервые осознали необходимость создания эффективных методов обнаружения ошибок (тестирования) и отладки программ, а также более эффективных методов написания самих программ.

Дэвид Уилер.