В 1799 году во Франции Джозеф Мари Жаккард (1752-1834) изобрел ткацкий станок, в котором перфокарты использовались для указания рисунка на ткани.

Рисунок 7 – Ткацкий станок Жаккарда с перфокартами

Необходимые исходные данные были в виде пробоев в соответствующих местах перфокарты. Таким образом, это было первое примитивное устройство для хранения информации.

Рисунок 8 – Перфокарты станка Жаккарда

В 1795 году немецкий математик Гаспар Прони (1755-1839), который был заказан французским правительством для выполнения работ, связанных с переходом к метрической системе мер, впервые в развитом мире разделил труд математиков на три компонента.

Первая группа из нескольких высококвалифицированных математиков определила (или разработала) методы численного расчета, необходимые для решения задач, позволяя сократить вычисления до арифметических операций - складывать, вычитать, умножать, делить. Задача последовательности арифметических операций и определения, исходных данных была выполнена второй группой математиков, несколько более расширенной по составу. Для выполнения завершенной «программы», состоящей из последовательности арифметических операций, не было необходимости привлекать высококвалифицированных специалистов. Эта самая трудоемкая часть работы была поручена третьей и самой многочисленной группе для расчетов.

Такое разделение труда позволяет ускорить получение результатов и повысить их надежность.

Но главный вывод заключается в том, что этот импульс был направлен на процесс разработки цифровых компьютеров с программным управлением последовательностью арифметических операций.

Последний шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз Бэббидж (1791-1871). Блестящий математик, прекрасно знающий методы вычислений, уже имел опыт создания технических средств для облегчения вычислительного процесса (разностная машина Бэббиджа для табуляции многочленов 1812-1822). Он сразу же увидел в вычислительном принципе, предложенном Г. Прони, возможность дальнейшего развития их работы.[3]

Рисунок 9 – Рабочая разностная машина Ч. Бэббиджав музее компьютерной истории в Маунтейн Вью, Калифорния

Аналитическая машина (как называл ее Бэббидж), проект, разработанный в 1836-1848 годах, был механическим прототипом компьютеров, появившихся спустя столетие. Предполагалось, что у нее такие же базовые компоненты, как в компьютере, пять основных устройств: арифметическое, память, управление, ввод, вывод. Для арифметического устройства Ч. Бэббидж использовались зубчатые колеса, аналогичные используемым ранее. На них Ч. Бэббидж предполагал выполнить устройство из 1000 50-битных регистров (по 50 колес в каждом!). Программа вычислений была основана на перфокартах (перфорации), на них были записаны исходные данные и результаты расчетов. В числе операций, за исключением четырех арифметических операций, была операция условного переноса.

Автоматическое выполнение программ расчета обеспечивалось устройством управления. Время добавления двух 50-битных десятичных чисел было, согласно расчетам ученого, 1 секундой, умножение - 1 минута. Механический принцип построения и использования системы десятичных чисел, из-за которой трудно было создать простую базовую конструкцию, не позволил Ч. Бэббиджу полностью реализовать свое намерение, ему пришлось ограничиться скромными макетами. В противном случае машина была бы равна размеру локомотива, и для управления его устройствами потребовался бы паровой двигатель.

Вычислительные программы на машине Ч. Бэббиджа, составленные дочерью Байрона Адой Аугуста Лавлейс (1815-1852), на удивление похожи на программы, скомпилированные для первых компьютеров. Не случайно это замечательная женщина имеет статус первого программиста. Но, несмотря на все усилия Ч. Бэббидж и А. Лавлейс, машина так и не была построена.

Ученый опередил свое время, и он понял это: ««Вероятно, пройдет половина столетия, прежде чем кто-либо возьмется за такую малообещающую задачу без тех указаний, которые я оставил после себя. ... Только он один полностью сможет понять характер моих усилий и ценность их результатов».

Джордж Буль (1815-1864), который жил в те же годы, также не был понят современниками. Алгебра логики, разработанная им (булева алгебра), использовалась в следующем столетии, когда нужна была бинарная система чисел для написания программ для ЭВМ.

«Соединил» математическую логику с двоичной системой счисления и электрическими цепями американский ученый Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации (1936 г.).

Широкое использование счетных механических машин было получено только в 1820 году, когда француз Чарльз Калмар изобрёл машину, которая могла производить четыре основных арифметических действия. Машину Калмара назвали арифмометр. Благодаря своей универсальности арифмометры использовались довольно длительное время до 60-х годов ХХ века.