Файл: История развития средств вычислительной техники (Четвертое и пятое поколение ЭВМ).pdf

В современном мире мы уже не представляем себя без компьютерных технологий. Однако важно понимать исторический аспект развития технологий как один из этапов активного развития цивилизации в целом. Зная и понимая те исторические явления и процессы, которые оказали влияние на развитие компьютерных технологий сейчас можно предсказать их развитие в будущем.

Под словом «компьютер» понимается «вычислитель» в узком смысле, в более широком – устройство для вычислений.^[1]

Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Более 1500 лет тому назад для счета использовались счетные палочки, камешки и т.д.

В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись, но внешний вид компьютера не всегда был таким, как сейчас мы привыкли его видеть. Важно понимать, что так называемая компьютерная революция^[2] в полной мере стала ощутима только ко второй половине XX века. Сейчас же, в XXI веке невозможно представить себе жизнь без персонального компьютера, он прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений.

Соответственно предметом данной курсовой работы является изучение вычислительных процессов в прошлом и их сравнение с вычислительными процессами сегодняшнего дня для возможности прогнозирования развития вычислительных процессов в будущем.

1. Ручной этап развития вычислительной техники

1.1. Счёт на пальцах

Под пальцевым счетом понимаются математические вычисления путём сгибания или разгибания пальцев рук, в редких случаях – ног. Таким видом счета человечество пользовалось ещё со времен палеолита, или «каменного века» как его принято называть. Это позволило сформировать числа в определенные разряды, например: 5 – по количеству пальцев на руке, 10 – по количеству пальцев соответственно на двух руках. 20 – по количеству всех пальцев и на руках и на ногах. Включение пальцев рук и ног определило создание двадцатичной системы счета у индейцев майя в Новом Свете , где существовала структура в виде четырёх блоков по пять цифр, что соответствовало пяти пальцам руки и ноги, а ограничение исчисления пальцами рук привело к возникновению десятичной системы исчисления, преобладающей у народов Евразии. Пятеричная система, (по пальцам одной руки), распространилась в Африке. Двадцатеричная система исчисления в Старом Свете преобладала у чукчей.

В Древней Руси (особенно в Новгородской республике XII-XV веков) был широко распространен счет, основанный на исчислении числа фаланг на руке "счетовода". Счет начинался с верхней фаланги "перстка" (мизинца) левой руки, а заканчивался нижней фалангой ("низ перста") указательного пальца. Большой, или "палесъ великий", левой руки при этом последовательно осуществлял "подсчет" суставов на растопыренной пятерне. Досчитав до двенадцати, "счетовод" обращался к своей правой руке и загибал на ней один палец. Так продолжалось до тех пор, пока все пальцы правой руки не оказывались сжатыми в кулак (поскольку число фаланг на четырех пальцах было равно 12, получалось 12 пятерок, то есть 60). Кулак в данном случае символизировал пятерку дюжин, то есть "шестьдесят"

Хочется обратить внимание на распространённый в Древней Руси пальцевой счет в виде счета «сокровищами» или «счёт сороками». Всем широко известно выражение «сорок сороков»^[3] , в сознании древних русичей это количество потрясающее воображение и не умещавшееся в голове российского землепашца из-за своей ничем не ограниченной величины.

1.2. Фиксация счета, абак и счёты

Фиксация результатов счета производилась различными способами: нанесение насечек, счетные палочки, узелки и др. Например, у народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Более того, система узелков выполняла также роль своего рода хроник и летописей, имея достаточно сложную структуру. Однако использование ее требовало хорошей тренировки памяти.

На смену древнему счету на пальцах пришёл счёт на абаке^[4]. Который впервые появился, вероятно, в Древнем Вавилоне около 3 тыс. до н. э. Доска абака была разделена на полоски. Каждая полоска назначалась для откладывания тех или иных разрядов чисел: в первую полоску ставили столько камешков или бобов, сколько в числе единиц, во вторую полоску - сколько в нем десятков, в третью - сколько сотен, и так далее.

Так как у римлян камешек называли «калькулюс» (по аналогии с русским словом "галька"), то счет на абаке получил название калькуляция. И сейчас подсчет расходов называют калькуляцией, а человека, выполняющего этот подсчет - калькулятором. Но после того как два десятка лет тому назад были сделаны маленькие приборы, выполняющие за считанные секунды сложные расчеты, название "калькулятор" перешло к ним. Один и тот же камешек на абаке мог означать и единицы, и десятки, и сотни, и тысячи - все дело лишь в том, на какой полоске он лежал. Чаще всего абаком пользовались для денежных расчетов.

Наши счеты также представляют собой абак, состоящий из рамки с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки (по 10 штук).

У китайцев на каждой проволоке не по десять шариков, а по семь. Последние два шарика отделены от первых, и каждый из них обозначает пять. Когда при расчетах набирается пять шариков, вместо них откладывают один шарик второго отделения счетов. Такое устройство китайских счетов суан-пан уменьшает необходимое число шариков.

У японцев это же устройство для счета носило название серобян. Серобян - японский абак, происходит от китайского суан-пана, который был завезен в Японию в XV - XVI веках. Серобян проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суан-пана.

Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ. Счёты представляют собой раму с нанизанными на спицы костяшками. В недавнем прошлом в СССР их использовали повсеместно. Да еще и сегодня кое-где их можно встретить, помогающими в расчетных операциях. И только появление карманных электронных калькуляторов создало реальную угрозу для дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов – трех основных классических форм абака, сохранившихся до наших дней.

1.3. Позиционная система исчислений

Использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы исчисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Однако изобрели ее только в IX веке н.э. индийские ученые. При записи числа, в котором отсутствует какой-либо разряд (например, 101 или 1204), индийцы вместо названия цифры говорили слово "пусто". При записи на месте "пустого" разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок назывался "сунья" - на языке хинди это означало "пустое место". Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык - они говорили "сифр". Современное слово "нуль" родилось сравнительно недавно – позднее, чем "цифра". Оно происходит от латинского слова "nihil" или "никакая".

Современная десятичная позиционная система^[5] возникла на основе нумерации, зародившейся в Индии. До этого в Индии имелись системы , в которых применялся не только принцип сложения, но и принцип умножения (единица какого-нибудь разряда умножается на стоящее слева число). Аналогично строились старокитайская системы . и некоторые другие. Если, например, условно обозначить число 3 символом III, а число 10 символом X, то число 30 запишется как IIIX (три десятка). Такие системы могли служить подходом к созданию десятичной позиционной нумерации. – десятичной позиционной системы, что дает принципиальную возможность записывать сколь угодно большие числа. Запись чисел в ней компактна и удобна для производства арифметических операций. Поэтому вскоре после возникновения десятичная позиционная система начинает распространяться из Индии на Запад и Восток. Арабский ученый, математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезми (из города Хорезма на реке Аму-Дарья) в своей книге подробно описал индийскую арифметику. Триста лет спустя (в 1120 году) эту книгу перевели на латинский язык, и она стала первым учебником "индийской" (то есть нашей современной) арифметики для всех европейских городов. Приблизительно в это же время индийские цифры начали применять и другие арабские учёные. Кроме того ал-Хорезми приблизительно в 850 году н.э. написал книгу об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Она называлась "Китаб ал-Джебр". Эта книга дала имя науке алгебре. Мухаммеду бен Муса ал-Хорезми мы обязаны появлению термина "алгоритм". В первой половине XII века книга ал-Хорезми в латинском переводе проникла в Европу. Переводчик, имя которого до нас не дошло, дал ей название Algoritmi de numero Indorum ("Алгоритмы о индийском счете").

В IX в. появляются рукописи на арабском языке, в которых излагается эта система , в X в. десятичная позиционная нумерация доходит до Испании, в начале XII в. она появляется и в других странах Европы. Новая система получила название «арабской», потому что в Европе с ней познакомились впервые по латинским переводам с арабского. Только в XVI в. новая нумерация получила широкое распространение в науке и в житейском обиходе. В России она начинает распространяться в XVII в. С введением десятичных дробей десятинная позиционная система стала универсальным средством для записи всех действительных чисел.

В десятичной системе используются цифры от 0 до 10. Причем, т.к. система позиционная, положение цифр имеет значение: справа налево разряд увеличивается. Десятичная система наиболее удобна для людей во многом потому, что у нас по десять пальцев на руках и ногах.

Счет на пальцах, различался у каждого вида народностей, но нес в себе одинаковый смысл, однако это было очень неудобно и трудоемко. С течением времени появилась потребность фиксировать полученный результат вычислений, например с помощью палочек, камешков, узелков и т.п. в результате чего появился абак и в последующем более известные и понятные нам счеты. Человечество стремилось облегчить и упростить вычислительный процесс, появляются первые научные труды в части арифметический действий и возникает новая система нумерации, более известная как «арабская».

2. Механический этап развития вычислительной техники

2.1.Механическая счетная машина Вильгельма Шиккарда

Вильгельм Шиккард (22.04.1592 – 24.10.1635) – немецкий учёный, математик, создатель арифмометра, более известного более известного как считающие часы Вильгельма Шиккарда. Считающими часами устройство было названо из-за механизма, аналогичного часовому, основывающемуся на шестеренках и звездочках. Машина содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов. Первый блок — шестиразрядная суммирующая машина — представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо — палец. Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестерёнку на десятую часть полного оборота, после того как шестерёнка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестерёнки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести при помощи специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с «навёрнутыми» на них таблицами умножения. Данная машина была изобретена на двадцать лет ранее машины Б. Паскаля.

2.2. Суммирующая машина Паскаля

Блез Паскаль^[6] (19.06.1623 – 19.08.1662) – французский математик, физик, механик, литератор, создатель первых образцов техники для счёта.

Паскаль часто помогал отцу по роду его деятельности, связанной со взиманием налогов, податей и соответственно их пересчетом. Существующие на тот момент системы счета Паскаль считал утомительными^[7] и крайне неудобными, что привело его к мысли о создании вычислительного устройства, которое помогло бы упростить расчеты.

В 1642 Паскаль приступил к созданию вычислительной машины, в последующем более известной по имени своего создателя – «паскалины».

Машина Паскаля представляла собой механическое устройство в виде ящичка с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками. Складываемые числа вводились в машину при помощи соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждое из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду числа, были нанесены деления от 0 до 9. При вводе числа колесики прокручивались до соответствующей цифры. Совершив полный оборот, избыток над цифрой 9 колёсико переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на 1 позицию. Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колёс, позднее их число увеличилось до шести или даже восьми, что позволяло работать с большими числами. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса. Вращение колёс было возможно лишь в одном направлении, исключая возможность непосредственной работы с отрицательными числами. Однако машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, однако требовала при этом применения довольно неудобной процедуры повторных сложений. Вычитание выполнялось при помощи дополнений до девятки, которые для помощи считавшему появлялись в окошке, размещённом над выставленным оригинальным значением. Так как успех в осуществлении замысла зависел от того, насколько точно ремесленники воспроизводили размеры и пропорции деталей машины, Паскаль сам присутствовал при изготовлении её составляющих.