Файл: История развития средств вычислительной техники (Применение счета подручных средств).pdf

Широкое распространение компьютера способствовало тому, что все больше людей стали изучать информатику. История развития средств вычислительной техники известна в незначительной степени, поэтому данная тема является актуальной для исследования.

Целью данной работы является описание истории развития средств вычислительной техники.

Для наиболее эффективного достижения поставленной цели, необходимо выделить основные задачи:

Описать предпосылки развития средств вычислительной техники;
описать средства вычислительной технике на каждом этапе развития информационных технологий;
описать поколения ЭВМ (электронно-вычислительных машин);
Ознакомиться с перспективами развития информационных технологий.

В работе рассматривается «начинка» информационных технологий на каждом этапе развития.

Объект исследования – средства вычислительной техники.

Предметом исследования являются обзор средств вычислительной техники.

1. Применение счета подручных средств

Первобытные люди не знали цифр и использовали для запоминания определенного количества предметов наглядное представление - разные подручные средства: ракушки, камешки и т. Развитие счете пошел значительно быстрее, когда человек догадалась обратиться к самому природного счетного аппарата - своим пальцам. От пальцевого счета берет начало пятеричная система счисления (одна рука), десятичная (две руки), двадцяткова (пальцы рук и ног). Некоторые народы для запоминания количества предметов использовали зарубки. Например, на дощечке засечками отмечался долг, потом дощечка разламывалась пополам поперек всех засечек. Одна половина отдавалась должнику, вторая - хозяину. Такие дощечки назывались "бирки". В Англии такой способ записи налогов существовал до конца XVII в. На Руси зарубки делались на палке, которая называлась носом ( «зарубить на носу»). Также существовали счету веревки. Перуанские счету веревки назывались кипу. Считали на них с помощью узелков. А чтобы не забыть, что где считалось, кипу красили в разные цвета. Подобный способ счета применяли также древние индийцы и китайцы.

Рисунок Подручные средства для применения счета

2. Абак

Абак распространенным приспособлением для счета был абак (или счеты). Самая древняя счеты была найдена при археологических раскопках на одном из островов Эгейского моря (находка относится к IV тыс. До н .е.).

Абак (от греческого abax-доска) - счетная доска, широко применялась в Древней Греции. Греческий абак представлял собой доску, на которой параллельные линии обозначали разряды единиц, десятков, сотен и т .д. На линиях помещали соответствующее число жетонов (камней, косточек). В Древнем Риме на доске для удобства делали для камешков желобки. Это приспособление называлось "Кальк" ( "калкулюс" - галька). В Китае камешки заменили бусины, нанизанные на прутики, которые закреплялись на деревянной раме. Каждый прутик был разделен на две неравные части. В одной части было 5 бусин, по количеству пальцев на руке, а в другой - только 2, по количеству рук. Это приспособление называлось "суан-барин". Им пользовались в Китае уже в VI веке. В Японии подобная конструкция получила название "соробан".

В Западной Европе знакомство с абаком произошло в Х веке, когда после знакомства с индо-арабской системе счисления Герберт (940-1003) (с 999 г.. - Римский папа Сильвестр II) построил счетную доску, на которой заменил определенное число жетонов одним жетоном с Апис. В XVI веке абак распространился и в России. В российском абаке на один прутик помещали сразу 10 косточек, по числу пальцев на двух руках. Этот вид абака назывался "русские счеты", или как говорили тогда "русские щоты" и пользовались ими вплоть до XVIII в.

Рисунок 3 Абак

3. Логарифмическая линейка

Другим устройством для счета, получивший широкое признание, была логарифмическая линейка, появилась в XVII в. Изобретение логарифмов, что, по словам Лапласа, "сократил труда астронома, удвоило его жизни", послужило основой для изобретения замечательного вычислительного инструмента, который более 355 лет был служащим инженеров всего мира.

Понятие логарифма ввел шотландский математик Непером (Napier), Джон (1550-1617) в трактате "Канонический описание замечательных логарифмов", вышедший в 1614 году. Сам термин логарифм родился из сочетания греческих слов logos (отношение) и arithos (число). Логарифмы очень упрощали деления и умножения. Значение логарифмов Непер записывал на отдельных палочках, манипулируя которыми можно было приобретать новых и новых значений. Эти палочки вошли в историю как "палочки Непера".

В XVI и XVII вв. в Европе появилось множество модификаций палочек Непера. В 1668 Вюртембергского иезуит Каспар Шотт предложил заменить палочки Непера цилиндрами, на поверхности которых вдоль образующих нанесены те же, которые и на палочках, числа. Цилиндры находились параллельно друг другу в ящичке, где могли вращаться на проходящих через них осям.

В 1678 Пьер Пти, французский математик и физик, друг Паскаля, наклеил полоски бумаги с начертанными "палочками" на картонные ленты и заставил их двигаться вдоль оси цилиндра. Устройство получило название барабана Пти. В 1727 немецкий механик Якоб Леопольд видоизменил барабан Пти, придав ему прямоугольную форму.

Прародительницей современной логарифмической линейки считается логарифмическая шкала, известная под названием шкала Гюнтера. Эта шкала представляет собой прямолинейный отрезок, на котором откладывались логарифмы чисел тригонометрических величин. Несколько таких шкал наносилось на деревянную или медную пластинку параллельно. Циркули-измерители использовались для вычисления отрезков вдоль линий шкалы, в соответствии со свойствами логарифмов позволяло находить произведение или часть. Изобретателями первых логарифмических линеек считают Уильяма Отреда и Ричарда Деламейн. Английские сначала в 1654 Роберт Биссакер, а затем в 1657 Сет Патридж - предложили конструкцию прямоугольной логарифмической линейки, состоящей из трех самшитовых планок.

Медное оправки удерживало две внешние планки, между которыми свободно скользила третья - двигатель линейки. На обеих сторонах линейки и на движке имелись шкалы. Длина такого типа линейки составляла около 60 см. Изобретателем же первой универсальной логарифмической линейки, пожалуй, следует считать выдающегося английского механика Дж .Уатта. В 1779 он сконструировал линейку, пригодную для выполнения любых инженерных расчетов. Дж .Уатт в своей линейке расположил ряд шкал очень разумным образом, их градуировку была выполнена с большой точностью, что позволило привлечь внимание к ней широких кругов.

Принципиально новую шкалу для линейки предложил П .М .Пици. Он на движок линейки нанес обычную логарифмическую шкалу, а на неподвижную часть линейки - шкалу повторного логарифма, то есть log log N. В силу логарифмических соотношений линейка Роже позволяла при одном перемещении движка получить результат возведения в степень одного числа в другое.

Идея важного элемента линейки - бегунья была впервые высказана большим Ньютоном. Логарифмическая линейка, наиболее похожа на современную, была сконструирована в 1850 19-летним французским офицером Амедео Маннхейма. Позволяя производить расчеты с двумя-тремя точными цифрами, логарифмическая линейка долго осталась одним из основных счетных приборов инженера.

Музыканты редко обладают математикой. Но встречаются с ней чаще, чем сами это подозревают. Очень часто они встречаются с логарифмами. Физик Эйхенвальд вспоминал: "Товарищ мой по гимназии любил играть на рояле, но не любил математику. Он даже говорил с оттенком пренебрежения, что музыка и математика не имеют ничего общего. Представьте же себе, как неприятно поразился мой товарищ, когда я доказал ему , что, играя по клавишам современного рояля, он играет, собственно говоря, на логарифмах. "

И действительно, так называемые степени темперированной гаммы (12-звуковой) частот звуковых колебаний представляют собой логарифмы. Только основа этих логарифмов равна 2 (а не 10, как принято в других случаях).

Рисунок 4 Логарифмическая линейка

4. Машина Леонардо да Винчи

В рукописях выдающегося итальянского живописца, скульптора, ученого, инженера Леонардо да Винчи (1452-1519), которые обнаружили в 1967 г.., Есть проект механической тринадцятирозряднои вычислительной машины, строилась на основе десятизубцевих колес.

Историю механического этапа развития вычислительной техники можно начать с 1492 года, когда Леонардо да Винчи разработал чертеж счетной машины и описал его в своих дневниках, ныне известных, как двухтомник «Мадридский кодекс». Долгое время эти дневники пролежали в национальной библиотеке Испании, пока 13-го февраля 1967 не были найдены американскими исследователями.

Среди чертежей первого тома «Мадридского кодекса», почти полностью посвященного прикладной механики, ученые обнаружили эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовими кольцами.

Изучив оба рисунка, доктор Гуателли создал в 1968 году копию счетной машины да Винчи. Современная реконструкция машины экспонируется в музее IBM:

Рисунок 5 Счетная машина Леонардо да Винчи

5. Машина Вильгельма Шиккарда

В письмах и воспоминаниях современников сохранились сведения о машине Вильгельма Шиккарда (1592-1636), изготовленную в 1623 Это была 6-разрядная машина, которая могла добавлять и вычитать числа. Эта машина представляла собой как бы палочки Непера, свернутые в барабан, видимо потому она еще не получила названия "Часы для вычислений". К сожалению машина Шиккарда сгорела во время пожара, а чертежи были утеряны. Неожиданно в 1935 чертежи были найдены, но во время Второй Мировой войны вновь были утеряны. Лишь в 1956 чертежи были найдены снова! В 1960 машину Шиккарда было построено, чтобы убедиться, что она работает.

Рисунок 6 Машина Вильгельма Шиккарда

6. Машина Паскаля

Несмотря на существование более ранних разработок, первой механической машиной считается 5-разрядный (потом 8-разрядный) суммирующий автомат, построенный в 1642 (По другим данным в 1641) французским математиком Б .Паскалем (1623-1662). Машина создавалась для облегчения работы отца, которому приходилось выполнять много расчетов, занимая должность королевского интенданта Нормандии. Впервые конструкция Паскаля была выставлена для всеобщего обозрения в Люксембургском парке в Париже. Эта машина выполняла сложение и вычитание над шестизначными числами. В "Паскалина" десятичные цифры задавались поворотами колес с десятью зубцами, на которых цифровые деления, а результат прочитывался в окошках. Колеса были механически связаны, чтобы учитывать перенос единицы в следующий разряд. Сохранилось семь экземпляров машины Паскаля, один из них находится в Музее искусств и ремесел в Париже.

Машина Паскаля представляла собой механическое устройство в виде ящичка с многочисленными, связанными друг с другом зубчатой передачей, шестернями. Числа вводились в машину с помощью соответствующего поворота наборных колесиков. На каждое из этих колесиков, соответствующих одному десятичной разряда числа, были нанесены деления от 0 до 9. При вводе числа, колесики прокручивались в соответствующей цифры. Сделав полный оборот избыток над цифрой 9 колесико переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на 1 позицию. Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колес, позже их количество увеличилось до шести или даже восьми, что позволяло работать с большими числами, вплоть до 9999999.

Ответ появлялась в верхней части металлического корпуса. Вращения колесиков было возможно только в одном направлении, исключая возможность непосредственного оперирования отрицательными числами. Тем не менее, машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, но требовала при этом применения довольно неудобной процедуры повторения сборки. Вычитание выполнялось с помощью дополнений в девятку, которые для помощи пользователю появлялись в окошке, расположенном над выставленным оригинальным значением.

Несмотря на преимущества автоматических вычислений использование десятичной машины для финансовых расчетов в рамках действующей в то время во Франции денежной системы было тяжелым. Расчеты велись в ливрею, су и денье. В Ливри насчитывалось 20 су, в су - 12 денье. Понятно что использование десятичной системы усложняло и без того нелегкий процесс вычислений.