Файл: История развития средств вычислительной техники (Этапы развития средств вычислительной техники. Примитивные средства).pdf

Введение

Первое, что необходимо знать будущему специалисту в области информационных технологий — история развития вычислительной техники. Началом автоматизация умственного труда является именно переход к вычислительной активности человека, который уже использовал средства инструментального счета.

Постепенно увеличивалось количество необходимых для подсчета предметов, развивались отрасли ремесла, науки. У человека появилась потребность использовать дополнительные инструменты для вычислений. Самым древним инструментом, известным у многих народов, являются счеты. С помощью них уже можно было проводить более сложные вычисления с использованием больших чисел. Изобретение оказалось настолько удачным, что в некоторых случаях используется и по сей день.

Сейчас используются гораздо более сложные средства вычислительной техники. Например, персональный компьютер настолько прочно вошел в обиход людей, что сейчас невозможность представить жизнь без него. На данный день уже существует огромное количество компьютеров разного наполнения, мощности и назначения.

В данной работе мы затронем несколько тем: сама история развития, роль в истории человечества, а также будущий прогресс технологий.

Глава 1. Этапы развития средств вычислительной техники. Примитивные средства

1. Счет на пальцах

Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука.^[1] Она обладает всеми теми важными достоинствами, которыми современные инженеры наделяют создаваемые счетные устройства.

Достоинства счета на пальцах:

1) простота и надежность;

2) компактность;

3) удобство «хранения и транспортировки», то, что он всегда «под рукой»;

4) работает в привычной системе счисления – десятичной. ^[2]

Названия числительных во многих языках говорят о том, что у

первобытного человека прибором счета были по большей части именно

пальцы. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются «перстами», десятки – «составами», а все остальные числа – «сочинениями». Кисть же руки – пясть – синоним и фактическая основа числительного «пять» у многих народов.

От пальцевого счета берет начало пятеричная система счисления (одна рука), десятичная (две руки), двадцатеричная (пальцы рук и ног).

У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития.

Хорошо был известен пальцевой счет и в Риме. По свидетельству древнеримского историка Плиния-старшего (погибшего в 79 г. в Помпее во время извержения Везувия), на главной римской площади Форуме была воздвигнута гигантская фигура двуликого бога Януса. Пальцами правой руки он изображал число 300, пальцами левой 55. Вместе это составляло число дней в году в римском календаре.^[3]

В средневековой европе христианский писатель — Августин Блаженный (354—430 гг.), толкуя Евангелие от Иоанна (21:11), где указан чудесный улов Апостолов из 153 рыбин, показал, что с помощью пальцев можно было проводить вычисления, фиксируя промежуточный результат.^[4] Полное же описание пальцевого счета составил ирландец монах Беда Достопочтенный. Он говорил: «В мире есть много трудных вещей, но нет ничего труднее, чем четыре действия арифметики». Согласно его описанию, различные загибы пальцев позволяют изображать единицы, десятки, сотни и тысячи, а с помощью определенных жестов рук можно считать до миллиона.

С пальцевым счетом можно встретиться и значительно позже. Часто он используется в низших сословиях на протяжении всей истории. Кроме того, он является наглядной основой обучения счету в начальных образовательных учреждениях.

Есть, однако, у пальцевого счета и недостатки. Самый существенный из них неудобство хранения результатов даже в течение короткого времени. Здесь качество “быть всегда под рукой” оборачивается своей плохой стороной.

2. Счет на камнях

Чтобы сделать процесс счета более удобным, человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. Он складывал из камней пирамиду и определял, сколько в ней камней, но если число велико, то подсчитать количество камней на глаз трудно.

Поэтому первобытный человек стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того, что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.

Разные народы вместо камней использовали разные приспособления – кости, бобы, ракушки.

3. Насечки на дереве или кости (бирки)

Самым древним из таких инструментов считается кость с зарубками, найденная в древнем поселении Дольни Вестоницы на юго-востоке Чехии в Моравии. Этот предмет, получивший название «вестоницкая кость», предположительно использовался за 30 тыс. лет до н.э.

В средние века бирками пользовались для учета и сбора налогов. Бирка разрезалась на две продольные части, одна оставалась у крестьянина, другая – у сборщика налогов. По зарубкам на обеих частях и велся счет уплаты налога, который проверяли складыванием частей бирки. В Англии, например, этот способ записи налогов существовал до конца XVII столетия.

При ликвидации старых налоговых обязательств крестьян на дворе лондонского казначейства был устроен костер из накопившихся бирок. Он оказался таким большим, что сгорело и само здание казначейства, а вместе с ним погиб и вделанный в стену

образец английской меры длины. Так что с тех пор англичане не знают точной длины своего фута.

4. Узелковое письмо

Другие народы – китайцы, персы, индийцы, перуанцы – использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками. Американские индейцы называли счетные веревки куиру, и в перуанских городах до вторжения в Южную Америку европейцев городской казначей именовался куиру комоуокуна, т.е. чиновник узелков.

Узелковое письмо представляло несколько связанных между собой шерстяных или хлопчатобумажных ниток. Знаками на этих нитях служили узлы иногда с вплетенными в них камнями или цветными ракушками.

Наиболее широкое распространение узелковое письмо получило в области Центральных Анд в эпоху расцвета государства инков Туантинсуйу в XV в. н.э. Инки такой способ записи чисел называли кипу (quipu), что на языке кечуа означало узел. Каждая такая нить прикреплялась в особом порядке к одной нити – основе, образуя как бы бахрому.

Определяющие факторы в узелковом письме: цвет. В кипу использовались нити разных цветов в зависимости от того, что именно подсчитывалось. Так, например, красная нить могла обозначать количество воинов, а желтая – золота; уровень. В нижней части нити располагались единицы, выше десятки, сотни и тысячи, а в самом верху десятки тысяч и очень редко сотни тысяч. Таким образом, на всех нитях каждый разряд располагался на одном и том же уровне; форма. Так, например, единица представлялась узлом в виде восьмерки, а для записи чисел от двух до девяти использовался узел, в котором количество витков как раз и обозначало цифру. Более высокие разряды: десятки, сотни, тысячи и т.д. – записывались с помощью обычного узла.

Со временем техника такого письма совершенствовалась и усложнялась, так что с его помощью можно было записывать и зашифровывать не только числа, но и целые сообщения.

5. Счет на линиях

Представляет собой горизонтально разлинованную таблицу, на которой выкладываются специальные жетоны. Горизонтальные линии таблицы соответствуют единицам, десяткам, сотням и т. д. На каждую линию кладут до четырех жетонов; жетон, помещенный между двумя линиями, обозначает пять единиц ближайшего разряда соответствующего нижней линии. В вертикальном направлении таблица расчерчивается на несколько столбцов для отдельных слагаемых или сомножителей.^[5]

6. Подручные средства

Генрих Штаден, немецкий авантюрист, находившийся в России с 1564 по 1576 год, отмечал в своих записках: ”В Русской земле счет ведут при помощи сливяных косточек” (этим и объясняется замена европейского термина “счет на линиях” русским “счетом костьми”).^[6]

История развития механизмов

В середине XVII века сложился новый этап в истории вычислительной техники, который стал предпосылкой для развития вычислительных устройств и приборов. Такой этап использовал механический принцип вычислений и обеспечивал перенос старших разрядов. Вместе с этим применение таких машин поспособствовало «автоматизации умственного труда».^[7]

Около 1500 годов − Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства.^[8]

В 1967 ученые обнаружили две потерянные работы да Винчи. Сейчас они являются неотъемлемыми составляющими «Мадридского Кодекса» (в нем хранится точное описание и чертежи механизма, созданного Леонардо ориентировочно в 1492 году).

В первом томе, посвященном в основном прикладной механике, присутствуют изображения (чертежи) устройства, осуществляющего простейшие операции по сложению. Описанный аппарат включает в себя цепь колец, имеющих по десять зубцов.

Сам же прототип калькулятора строился на основаниях с парой зазубренных колес. С одной стороны – колесо большого размера, а с противоположной – меньшего. Благодаря данным чертежам Леонардо, легко понять, что основания были расположены таким образом, что наибольшее колесо одной детали было сцеплено с наименьшим колесом другой детали. Сами же стержни были перевернуты через один. Саму же вычислительную машину приводила в работу следующая реакция: первый стержень, совершая десять оборотов, приводил к одному обороту второго стержня. Впоследствии десять оборотов третьего стержня – к одному обороту последующего. Сама машина насчитывала порядка 13 деталей и двигались они посредством специальных грузов.

Считается, что Леонардо да Винчи не удалось при жизни осуществить этот проект.

1617 год − шотландец Д.Непер описал устройство для сложения и умножения, напоминающее счеты.^[9] Дата оказалась знаменательной в истории механических вычислителей, так как с нее начинается историческое описание механизации устройств исчислений.

1623 год − первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов^[10] немецким ученым Вильгельмом Шиккардом. «Суммирующие часы» использовались для сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел. Точно неизвестно, было ли устройство реализовано при жизни изобретателя. В 1960 году оно было воссоздано по чертежам Вильгельма другими учеными и оказалось работоспособным.

1642 год − французский механик Блез Паскаль собрал первое в мире механическое цифровое вычислительное устройство («Паскалин»), построенное с использованием зубчатых колес. Оно могло суммировать и вычитать пятиразрядные десятичные числа, а последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.

1673 год − немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механический калькулятор − арифмометр Лейбница. Сложение чисел выполнялось в десятичной системе счисления при помощи связанных друг с другом колёс, так же как на вычислительной машине другого выдающегося учёного-изобретателя Блеза Паскаля — «Паскалине». Добавленная в конструкцию движущаяся часть и специальная рукоятка, позволявшая крутить ступенчатое колесо (в последующих вариантах машины — цилиндры), позволяли ускорить повторяющиеся операции сложения, при помощи которых выполнялось деление и перемножение чисел. Необходимое число повторных сложений выполнялось автоматически.

1820 год − француз Чарльз Кальмар изобрел первую коммерчески успешную машину, которая могла производить четыре основных арифметических действия − арифмометр Кальмара.

Благодаря своей универсальности, арифмометры использовались вплоть до 60-х годов ХХ века.

Автоматизация вычислений

Сама идея автоматизации вычислений пришла из часовой промышленности. Например, башенные часы были сконструированы таким образом, чтобы в нужное время приводить в работу механизм, который отвечал за систему колоколов.