Файл: История развития средств вычислительной техники (Логарифмическая линейка).pdf

BBEДEНИE

Вo всe врeмeнa людям нyжнo былo cчитaть. B дoистoричeскoм прoшлoм oни cчитaли нa пaльцaх или дeлaли нaсeчки нa кoстяx. При­мeрнo oкoлo 4000 лeт нaзaд были изoбрeтeны ужe дoвoльнo слoжныe систeмы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рас­считывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислитель­ные инструменты. Необходимость производить вычисления существова­ла всегда. Люди, пытаясь совершен­ствовать процесс вычисления, изоб­рели всевозможные приспособ­ления. Об этом свидетельствуют и грече­ский абак, и русские счёты и еще мно­жество разнообразных устройств. В XVII веке были со­зданы первые механические счетные машины, а в XIX веке они по­лучили

широкое распространение. А в наши дни слож­нейшие вы­числительные задачи, как и множество других операций, не связан­ных с числами, решаются при помощи “электронного мозга”— компьютера. Закладка фундамента компьютерной революции происходи­ла медленно и далеко не гладко. Отправной точкой этого процесса можно считать изобретение счетов, сделанное более 1500 лет назад в странах Средиземноморья. Этим нехитрым устройством купцы пользовались для своих расчетов. Счеты оказались очень эффективным инструментом и вскоре распространились по все­му свету, а в некоторых странах применяются и по сей день. Вплоть до XVII в., счеты как вычислительный инструмент оста­вались вне конкуренции. Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. 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.

1

До начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их при­менение оставалось окутанным завесой секретности и малоиз­вестным широкой публике.. В 1971 году еще почти никому не из­вестная фирма Intel из небольшого американского городка с Санта-Клара (штат Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему люди обязаны появлением нового класса вычислитель­ных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользу­ются все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.  В конце XX века невозможно представить себе жизнь без пер­сонального компьютера. Компьютер 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.  Целью данной работы является обобщение разрозненных дан­ных о развитии вычислительной техники от простейшего счета до современных электронно-вычислительных машин. Данная работа включает в себя историю появления устройств, облегчающих человеку всевозможные расчеты, основные этапы раз­вития компьютерной (вычислительной) техники , а также инфор­мацию о научных деятелях, внесших вклад в развитие вычислитель­ной техники. 

1. СЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДО ПОЯВЛЕНИЯ ЭВМ

1.1 Счёт на пальцах

Во все времена людям нужно было считать. О том, когда человечество научилось, считать мы можем, строить лишь догадки. Но можно с уверенностью сказать, что для простого подсчета наши предки использовали пальцы рук, способ, который мы с успехом используем до сих пор. А как поступить в том случае если вы хотите запомнить результаты вычислений или подсчитать, то чего больше чем пальцев рук.

2

В этом случае можно сделать насечки на дереве или на кости. Скорее всего, так и поступали первые люди, о чем и свидетельствуют археологические раскопки. Пожалуй, самым древним из найденных таких инструментов считается кость, с зарубками, найденная в древнем поселении Дольни Вестоници на юго - востоке Чехии в Моравии. Этот предмет получивший название «вестоницкая кость» предположительно использовался за 30 тыс. лет до н. э. Несмотря на то, что на заре человеческих цивилизаций, были изобретены уже довольно сложные системы исчисления использование засечек для счета продолжалось еще довольно таки долго. Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. К числу этих народов принадлежали и греки, сохраняющие счет на пальцах в качестве практического средства очень долгое время.

Счёт на камнях

Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный 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 он стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из - за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.

1.2 Счет на Абаке

Во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводили даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владевшие техникой арифметического счета.

3

Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак (от греческого слова abakion – “дощечка, покрытая пылью”). Абак называют также римскими счетами. Вычисления на них проводились путем перемещения счетных костей и камешков (калькулей) в полосковых углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла. В своей примитивной форме абак представлял собой дощечку (позднее он принял вид доски, разделенной на колонки перегородками). На ней проводились линии, разделявшие ее на колонки, а камешки раскладывались в эти колонки по тому же позиционному принципу, по которому кладется число на наши счеты. Эти счеты сохранились до эпохи Возрождения. В странах Древнего Востока (Китай, Япония, Индокитай) существовали китайские счеты. На каждой нити или проволоке в этих счетах имелось по пять и по две костяшки. Счет осуществлялся единицами и пятерками. В России для арифметических вычислений применялись русские счеты, появившиеся в XVI веке, но кое - где счеты можно встретить и сегодня.

1.3 Палочки Непера

Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера. Они были изобретены шотландцем Джоном Непером (1550 - 1617гг. ). На таком наборе из деревянных брусков была размещена таблица умножения. Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.

Данное изобретение оставило заметный след в истории оставило изобретение Джоном Непером логарифмов, о чем сообщалось в публикации 1614 г.

4

Его таблицы, расчет которых требовал очень много времени, позже были “встроены” в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, — логарифмическую линейку; она была изобретена в конце 1620 - х годов. В 1617 г. Непер придумал и другой способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название “костяшки Непера”, состоял из набора сегментированных стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что, складывая числа, в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах, мы получали результат их умножения. Теории логарифмов Непера суждено было найти обширное применение. Однако его “костяшки” вскоре были вытеснены логарифмической линейкой и другими вычислительными устройствами—в основном механического типа, — первым изобретателем которых стал гениальный француз Блез Паскаль.

1.4 Логарифмическая линейка

Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая линейка.

В 1654 г. Роберт Биссакар, а в 1657 г. независимо С. Патридж (Англия) разработали прямоугольную логарифмическую линейку - это счетный инструмент для упрощения вычислений, с помощью которого операции над числами заменяются операциями над логарифмами этих чисел. Конструкция линейки сохранилась в основном до наших дней. Логарифмической линейки была суждена долгая жизнь: от 17 века до нашего времени. Вычисления с помощью логарифмической линейки производятся просто, быстро, но приближенно. И, следовательно, она не годится для точных, например финансовых, расчетов.

5

1.5 Механический этап развития вычислительной техники

Развитие механики в XVII в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Эти устройства были способны выполнять уже не два, а четыре арифметических действия и назывались арифмометрами. Своего рода модификацию абака предложил Леонардо да Винчи (1452-1519) в конце XV - начале XVI века. Он создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Чертежи данного устройства были найдены среди двухтомного собрания Леонардо по механике, известного как "Codex Madrid". Это устройство что-то вроде счетной машинки в основе которой находятся стержни, с одной стороны меньшее с другой большее, все стержни (всего 13) должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее на одном стержне касалось большего на другом. Десять оборотов первого колеса должны были приводить к одному полному обороту второго, 10 второго к одному полному третьего и т.д. Первая механическая машина была описана в 1623 г. профессором математики Тюбингенского университета Вильгельмом Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда 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.

6

Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестеренку на десятую часть полного оборота, после того как шестеренка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестеренки 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 «навернутыми» на них таблицами умножения. Использованная принципиальная схема машины Шиккарда явилась классической - она (или ее модификации) использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако из-за недостаточной известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие вычислительной техники (ВТ), но она по праву открывает эру механической ВТ. Первая действующая модель счетной суммирующей машины была создана в 1642 г. знаменитым французским ученым Блезом Паскалем. Для выполнения арифметических операций Паскаль заменил поступательное перемещение костяшек в абаковидных инструментах на вращательное движение оси (колеса), так что в его машине сложению чисел соответствовало сложение пропорциональных им углов. Принцип действия счетчиков в машине Паскаля прост. В основе его лежит идея обыкновенной зубчатой пары - двух зубчатых колес, сцепленных между собой. Для каждого разряда имеется колесо (шестеренка) с десятью зубцами. При этом каждый из десяти зубцов представляет одну из цифр от 0 до 9. Такое колесо получило название "десятичное счетное колесо". С прибавлением в данном разряде каждой единицы счетное колесо поворачивается на один зубец, т. е. на одну десятую оборота. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пор, пока зубец, представляющий эту цифру, не встанет против указателя или окошка.

7

Например, три колеса показывают число 285. Мы можем прибавить к этому числу 111, повернув каждое колесо вправо на один зубец. Тогда против окошек встанут соответственно цифры 3, 9, 6, образуя сумму чисел 285 и 111, т. е. 396. Задача теперь в том, как осуществить перенос десятков. Это одна из основных проблем, которую пришлось решать Паскалю. Наличие такого механизма позволило бы вычислителю не тратить внимание на запоминание переноса из младшего разряда в старший. Машина, в которой сложение выполняется механически, должна сама определять, когда нужно производить перенос. Допустим, что мы ввели в разряд девять единиц. Счетное колесо повернется на 9/10 оборота. Если теперь прибавить еще одну единицу, колесо "накопит" уже десять единиц. Их надо передать в следующий разряд. Это и есть передача десятков. В машине Паскаля ее осуществляет удлиненный зуб. Он сцепляется с колесом десятков и поворачивает его на 1/10 оборота. В окошке счетчика десятков появится единица - один десяток, а в окошке счетчика единиц снова покажется нуль. Механизм переноса действует только в одном направлении вращения колес и не допускает выполнения операции вычитания вращением колес в обратную сторону. Поэтому Паскаль заменил операцию вычитания операцией сложения с десятичным дополнением. Пусть, например, необходимо из числа 285 вычесть 11. Метод дополнения приводит к действиям: 285-11=285-(100-89)=285+89-100=274. Нужно только не забывать вычесть 100. Но на машине, имеющей определенное число разрядов, об этом можно не заботиться. Вот как будет выполняться эта операция в шестиразрядной машине: 000285+999989=1000274; при этом единица слева выпадает, так как переносу из шестого разряда некуда деться. Машина Паскаля была практически первым суммирующим механизмом, построенным на совершенно новом принципе, при котором считают колеса.