Файл: История развития средств вычислительной техники (Развитие компьютерной техники).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования заключается в том, что в современное время человек уже практически не мыслит своего существования и качественной жизнедеятельности без компьютера, в сущности, являющегося вычислительным средством. Инструменты, которые облегчают и оптимизируют вычислительные операции, человек начал изобретать сразу же, как только оно осознал понятие «количество». На сегодняшний день в качестве этих инструментов выступают сверхмощные компьютеры, которые базируясь на принципах математических вычислений, осуществляют обработку, хранение и передачу информации, являющейся в настоящее время важнейшим ресурсом и двигателем прогресса человечества.

Вся история развития компьютерных технологий как средств вычислительной техники тесным образом взаимосвязана с попытками людей автоматизировать, облегчить большой объем вычислительных операций. Для человеческого мозга затруднены даже простые математические операции с большими цифрами. Поэтому самое первое и простейшее счетное устройство – абак – появилось уже в древности. В XVII веке была изобретена логарифмическая линейка, которая облегчала сложнейшие математические расчеты.

Появление компьютерной техники (от англ. Compute – вычислять) является одной из наиболее существенных особенностей современной жизни. В первоначальном смысле английское слово «компьютер» означало человека, производящего расчеты. Все большее распространение компьютерной техники привело к тому, что основы вычислительной техники стали изучаться все большим количеством людей, а программирование из рабочего инструмента специалистов постепенно стало превращаться в элемент культуры.

При этом следует отметить, что несмотря на важность вычислительной техники в современной жизни, ее история изучена в недостаточной степени. Тем не менее, современному специалисту необходимо знать историю развития своей отрасли, роль и место вычислительной техники в развитии современной цивилизации. Помимо этого, он должен иметь представление об основных этапах, в соответствии с которыми шло развитие средств вычислительной техники. Это и определило актуальность данного исследования.

Объект исследования: средства вычислительной техники.

Предмет исследования: история развития средств вычислительной техники.

Цель исследования: изучить историю развития средств вычислительной техники.

Задачи исследования:

1. Изучить этапы развития средств вычислительной техники;
2. Рассмотреть ранние приспособления для вычислений;
3. Исследовать развитие компьютерной техники;
4. Проанализировать тенденции развития средств вычислительной техники на современном этапе.

Методы исследования: анализ, синтез, обобщение данных научной литературы.

Структура исследования: работа состоит из введения, двух глав основной части, заключения, списка литературы.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ДОЭЛЕКТРОННУЮ ЭПОХУ

1.1. Этапы развития средств вычислительной техники

В истории развития средств вычислительной техники обычно выделяют четыре периода:

– домеханический (период абака);

– механический;

– электромеханический;

– электронный [6].

На этапе домеханического периода для выполнения счетных операций использовались подсобные средства, а также создавались календари, таблицы, приборы и устройства, которые облегчали человеку счет. Вообще, следует отметить, что потребность в счете у людей возникла еще в древние времена. Изначально регистрация вычислительный операций была достаточно примитивна: счет осуществляли либо на каменных или костяных орудиях труда, на которых делали зарубки, либо сводили к перекладыванию дощечек, костяшек, камешков по определенным правилам [11].

Уже в IV веке до н.э. для математических вычислений применялась неоднозначная (непозиционная) система. А спустя тысячелетие была изобретена шестидесятичная (позиционная) система счисления.

Первые свидетельства о средствах вычислений относятся примерно к 3000-м годам до н.э. Именно этим периодом датируется так называемая «вестаницкая кость» с зарубками, которая была найдена археологами в Чехии в Чехии вблизи местечка Вестаница. Примерно в то же время месопотамскими математиками использовались табулированные величины (таблицы умножения, обратных величин, квадратных и кубических корней, второй и третьей степеней), также они составляли календарные расчеты астрономических явлений [2].

Древнегреческие Драматург Аристофана и поэт Гомер, упоминают в своих произведениях, которые относятся к V-IV векам до н.э. о том, что стал распространяться пальцевый счет, который очевидно зародился ранее. Он до сих пор в ряде случаев используется биржевыми маклерами [8].

Самые первые вычислительные средства, которые могут называться устройствами, бил созданы в середине I тысячелетия до н.э. Это были таке средства, как «саламинская доска», изобретенная на острове Саламин, находящемся в Эгейском море, «абак» – в Древнем Риме и Греции, а позднее и в Западной Европе, «серобян» – в Японии, «суаньпань» – в Китае. Эти устройства представляли собой доски из камня, бронзы, цветного стекла, слоновой кости, дерева, и имели полосковые углубления, в которых с целью вычисления перемещались камешки или кости (калькули). Существование таких счет продлилось вплоть до эпохи Возрождения [11].

Наиболее выдающимся событием I века н.э. являлось создание «Арифметического трактата» в IX в., автором которого был узбекский ученый Мухаммед бен Муса ал-Хорезми (Мухаммед сын Мусы из Хорезма). В XII веке трактат с арабского зыка перевели на латинский язык, который был распространен в средневековой Европе. Тогда европейцы впервые познакомились с десятичной системой счисления, которая пришла к арабам из Индии. В мире стали широко известны четыре арифметических действия, а их правила на протяжении длительного времени назывались именем алХарезми – algorithmi, алхоризм, алгоритм. Это самым непосредственным образом способствовало развитию средств вычислительной техники [3].

В период Возрождения были изобретены канцелярские счеты, которые пришли в Европу с Востока. Начало XVII в. ознаменовалось изобретением сразу нескольких подобных устройств. Одно из них – это палочки Непера, при помощи которых можно было производить умножение. Другое устройство – это логарифмическая линейка, использующаяся и в настоящее время [6].

В России, средства, при помощи которых осуществлялись вычислительные операции, также использовались еще с древних времен. Так, во время строительства храмов в Киевской Руси определение форм и размеров арок, куполов и иных элементов архитектуры осуществлялось при помощи использования графиков и специальных устройств. В XVI в. в нашей стране был широко распространен «счет костьми», использовавшийся для измерения государственных земель, поместных и вотчинных владений, а также для осуществления подсчетов в артиллерии и торговле. Чтобы облегчить налоговые счисления была создана так называемая «сошная арифметика», в которой за единицу счета принималась соха, a позднее – конторские счеты и «дощатый счет» [5].

Следующим периодом развития средств вычислительной техники был механический период, в процессе которого появились машины, операции в которых выполняли механизмы, приводившиеся в действие силами человека. Уже в средневековую эпоху вычислительные средства стали, некоторым образом, осуществлять механическую интерпретацию и воспроизведение функций человеческого мозга. Например, «мыслительная машина» средневекового богослова Луллия, которая давала ответы на вопросы «когда?», «сколько?», «какой из двух?» и т.д., являлась попыткой механического воспроизведения самого мыслительного процесса человека. В данном устройстве вопросы и ответы строились на базе таких характеристик, как добродетель, грех и т.п. [4].

Один из проектов вычислительной механической машины был создан выдающимся художником и мыслителем эпохи итальянского Возрождения Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.). Им был разработан эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства, имевшего десятизубные колеса. Набросок этого устройства был обнаружен в конце 1960-х годов в архиве автора, который хранится в Национальной библиотеке Мадрида. Согласно этому эскизу, американская фирма по производству компьютеров IBM уже в наши дни построила действующую машину в целях рекламы [11].

Первую счетную машину, о которой сохранились сведения, описал в 1623 г. немецкий профессор В. Шиккард. Точных данных о том, была ли она построена на самом деле нет, но в начале 1960-х гг. она была сконструирована учеными Тюрингского университета по имевшимся описаниям. Она механически осуществляла операции сложения и вычитания, а операции деления и умножения – с элементами механизации [3].

Более известной является машина французского философа, физика и математика Б. Паскаля. Молодой Паскаль в 18-летнем возрасте, независимо от В. Шиккарда, после трех лет усердного труда (1641-1644) создал вычислительное устройство («Паскалина»), которое могло осуществлять суммирование. Это изобретение Б. Паскаль создавал для помощи своему отцу, служившему правительственным ревизором финансов. Об этой ходили легенды и писались стихи. В Люксембургский дворец стекался весь высший свет, чтобы лицезреть это удивительное изобретение. Его автор, Б. Паскаль, получил королевские привилегии на то, чтобы изготавливать и продавать свою машину. На сегодняшний день сохранилось больше 50 экземпляров машины Паскаля, их которых несколько моделей демонстрируют парижские музеи [6].

Вычислительная машина, которая позволяла осуществлять операции сложения, умножения и деления, была изобретена знаменитым немецким математиком и философом Г. Лейбницем, который представил ее в 1673 г. в Париже в Академию наук.

Немало количество вычислительных приборов было создано в России. Их изобретением занимались такие ученые, как М.В. Ломоносов, Е. Г. Кузнецов (верстметр), Е. Якобсон (девятиразрядная суммирующая машина) и др. Е. Якобсон был механиком из Несвижа Минского воеводства. Его машина, которая датируется не позднее 1770 г., хранится в Санкт-Петербурге в музее им. М. В. Ломоносова. Разумеется, первые машины были далеко несовершенными. Очень существенные затраты на изготовление, сложность устройств и их частые поломки препятствовали широкому распространению их практического применения. В основном они производились в одном или нескольких экземплярах [2].

Впервые массовое производство средств вычислительной техники было организовано К. Томасом – основателем и руководителем двух парижских страховых обществ. В 1820 г. им была построена вычислительная машина, в которой использовался принцип работы ступенчатого валика, применявшаяся в машине Лейбница, и началось ее изготовление для продаж на рынке. Постепенно К.Томас усовершенствовал свои машины. Таким образом, было положено начало машиностроение вычислительной техники [4].

После изучения счетной машины Томаса В.Т. Однер, инженер Петербургской государственной экспедиции бумаг построил в 1873 г., свой знаменитый арифмометр. В 1896 г. его устройство было удостоено серебряной медали на Нижегородской выставке, а в 1900 году – золотой медали на Всемирной выставке в Париже. Через три года она вновь была удостоена высшей награды на выставке в Чикаго. Впервые в мире ее фабричное производство было организовано В России. Конструкция была настолько удачна, что, по существу, не менялась более века [1].

Впоследствии в конструировании и совершенствовании арифмометров принимали участие многие ученые, в том числе и выдающийся русский ученый П.Л. Чебышев. В 1878 г. им была сконструирована и построена оригинальная машина для выполнения сложения, а в 1882 г. – первая автоматическая вычислительная машина, принцип работы которой на протяжении длительного времени использовался в большинстве механических машин. Модель счетной машины Чебышева экспонировалась на Всемирной выставке в Париже в 1913 г. В настоящее время эта модель хранится в Парижском музее [8].

Появилось несколько типов вычислительных машин, в т.ч. клавишные вычислительные машины. Они автоматически делили, умножали и складывали многозначные числа. При помощи некоторых из них было также возможно извлекать квадратные корни и выполнять иные арифметические операции.

В процессе дальнейшего совершенствования вычислительных машин их все чаще стали объединять с пишущими механизмами. Так появились машины, печатавшие исходные данные и результаты вычислений.

Производительность клавишных машин зависела от того, насколько быстро человек нажимал на клавиши и набирал на клавиатуре числа. Это сдерживало скорость работы вычислительных устройств, вследствие чего начались поиски ее повышения [10].

В начале XIX в. англичанином М.Ж. Жаккартом был изобретен принцип стандартных картонных прокладок с пробитыми отверстиями, который изобретатель применил для ткацкого дела. Эти прокладки несли на себе информацию, которая была необходима для того, чтобы управлять работой станка. Они выступили в качестве прототипа перфокарт.