Файл: История развития средств вычислительной техники 9Ручные механические вычислительные приспособления и устройства).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Темы предстоящей курсовой работы распределялись по дате рождения. Мне досталась очень интересная тема «История развития средств вычислительной техники». Эта тема достаточно актуальна на сегодняшний день, ведь вычислительная техника уже долгое время присутствует не только в науке и производстве, но и в общественной жизни, однако не каждый человек задумывается о том, как она появилась, и как развивалась на протяжении этого времени.

Объектом своего исследования я выбрал электронные вычислительные машины (компьютеры), так как они представляют наибольший для меня интерес. Предметом исследования будет являться история их создания и развития в мире.

Главной целью исследования будет изучение истории создания и развития электронных вычислительных машин. Для достижения этой цели необходимо будет проследить за развитием ЭВМ от самых ранних приспособлений и изобретений до их создания, появления и повсеместного распространения.

В первой главе будут рассмотрены как самые первые приспособления для облегчения счёта, так и изобретения, которые повлияли на появление первых ЭВМ. Во второй главе будет рассмотрено понятие ЭВМ и история от самого первого их появления вплоть до предпосылок и перспектив дальнейшего развития вычислительной техники.

Основу теоретической и содержательной части исследования составит монография Бориса Михайловича Малашевича и книга Эндрю Стюарта Таненбаума: оба автора в различной степени связаны с вычислительной техникой. В этих книгах, на мой взгляд, достаточно подробно описывается история ЭВМ. Также будут использоваться учебник, несколько книг от иностранных авторов и несколько статей на электронных ресурсах про вычислительную технику и важные изобретения, повлиявшие на её развитие.

ВОЗНИКОВЕНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

На протяжении длительного времени человечество непрерывно развивалось. Люди познавали устройство мира, обретали новые знания и умения, создавали приспособления для облегчения труда. Развитие идёт и в современном мире, в котором преобладают электронные технологии и техника. Однако этого не было бы без изобретения вычислительных машин. Но до привычного нам вида они прошли долгий путь.

Сначала был счёт на пальцах, появившийся в глубокой древности, но применяемый и по сей день. Однако этот способ был ограничен количеством пальцев и при более сложных действиях человеку было трудно. В начале VIII века один из первых математиков Европы Беда Достопочтенный в трактате «О счислении» дал полное описание счёта на пальцах до миллиона. Он писал: «В мире есть много трудных вещей, но нет ничего труднее, чем четыре действия арифметики^[1]».

Ручные механические вычислительные приспособления и устройства

После счёта на пальцах приблизительно в V веке до нашей эры появилось простейшее устройство — счётная доска абак. Пальцы заменили на камешки или косточки (калькули), что было гораздо удобнее для больших вычислений. Однако абак был неудобен в обращении — калькули рассыпались, терялись. Логично было их закрепить, поэтому их скользяще нанизали на спицы. (Приложение 1, фото 1).

Суаньпань — китайская семикосточковая разновидность абака (счёты). Впервые упоминается в 190 году нашей эры. Современный его тип был создан позднее, по-видимому в XII веке. Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более. Перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении («земля») на каждой проволоке нанизано по пять шариков (косточек), в меньшем («небо») — по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.

Соробан — японские счёты. Происходят от китайского суаньпаня, завезенного в Японию, по некоторым данным, в XVI веке.

Счёты (русские счёты) — простое механическое устройство для выполнения арифметических расчётов, усовершенствованный аналог абака. Русские счёты появились на рубеже XI—XII веков и вплоть до ХХ века массово использовались в торговле и в бухгалтерском деле. Они были актуальны вплоть до массового появления электронных калькуляторов^[2]. (Прил. 1, фото 2).

Но у человечества постоянно присутствовала тяга к научным открытиям и созданию чего-то нового. Было придумано и сделано большое количество разнообразных механических вычислительных устройств. Некоторые даже были опробованы на практике, и даже послужили прообразом современных компьютеров.

В начале XVI века Леонардо да Винчи нарисовал эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятизубыми колесами.

В 1624 году Вильгельм Шиккард, профессор Тюбингенского университета, описал устройство механической счётной машины.

В 1642 году Блез Паскаль создаёт счётную машину «Паскалина», или «Паскалево колесо». Он сконструировал эту машину, когда ему было всего 19 лет, для своего отца, сборщика налогов. Она была механическая: с шестеренками и ручным приводом. Счетная машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания^[3].

В 1666 году Самюэль Морленд строит первую в Англии суммирующую машину.

В 1670 году Готфрид Вильгельм Лейбниц дал первое описание своего арифметического инструмента — первой счетной машины, которая механически производила сложение, вычитание, умножение и деление. Окончательный вариант был завершен в 1710 году.

В 1770 году в городе Несвиже в Литве Евно Якобсон создает суммирующую машину, определяющую частное и способную работать с пятизначными числами.

В 1820 году патент на арифмометр получает эльзасец Карл Ксавье Томас. Он же организовал впервые в мире промышленное производство арифмометров. За первые 50 лет он изготовил на продажу 1500 экземпляров^[4].

В 1823 году профессор математики Кембриджского университета Чарлз Бэббидж разработал и сконструировал разностную машину. Эта механическая машина, которая, как и машина Паскаля, могла только складывать и вычитать, подсчитывала таблицы чисел для морской навигации. В машину был заложен только один алгоритм — метод конечных разностей с использованием полиномов. У этой машины был довольно интересный способ вывода информации: результаты выдавливались стальным штампом на медной дощечке, что предвосхитило более поздние средства ввода-вывода — перфокарты и компакт-диски.

Хотя это устройство работало довольно неплохо, Бэббиджу вскоре наскучила машина, выполнявшая только один алгоритм. Он потратил очень много времени, большую часть своего семейного состояния и ещё 17000 фунтов, выделенных правительством, на разработку аналитической машины. Преимущество аналитической машины заключалось в том, что она могла выполнять разные задачи^[5].

В 1845 году выдан патент на счетный прибор Зиновия Яковлевича Слонимского — суммирующую машину «Снаряд для сложения и вычитания», за которую автор получил Демидовскую премию.

В 1878 году русский математик и механик Пафнутий Львович Чебышёв создаёт суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков, а в 1881 году — приставку к нему для умножения и деления. Это устройство получило название «арифмометр Чебышёва».

В 1880 году Вильгодт Теофил Однер создаёт в России арифмометр с зубчаткой с переменным числом зубцов, а в 1890 году налаживает массовый выпуск усовершенствованных арифмометров, которые в первой четверти XIX века были основными математическими машинами, нашедшими применение во всем мире. Их модификация «Феликс» выпускалась в СССР до 1978 года^[6]. (Прил. 1, фото 3).

Электромеханические вычислительные устройства

Следующим шагом была замена ручного привода механических арифмометров на электрический — появление электромеханических калькуляторов.

Механические вычислительные устройства, безусловно, существенно облегчили выполнение счётных работ и повысили их надёжность. Но в ХХ веке человеческое общество, его экономика, наука, промышленность развивались ранее невиданно быстрыми темпами и характеристики механических устройств уже не могли удовлетворить потребности. Появившиеся электромеханические вычислительные калькуляторы проблему только временно несколько смягчили, но не решили.

Особую роль сыграли другие электромеханические вычислительные устройства — табуляторы, впервые осуществившие автоматическую обработку числовой и буквенной информации, записанной на перфокартах с выдачей результатов на бумажную ленту или специальные бланки.

Первый статистический табулятор был построен американцем Германом Холлеритом для обработки результатов переписи населения в США в 1890 году. Вскоре Холлерит организовал фирму по производству табуляционных машин TMC (Tabulating Machine Company). Этому предприятию сопутствовал успех. С годами оно претерпело ряд изменений — слияний и переименований. С 1924 года фирма Холлерита стала называться IBM. (Прил. 1, фото 4).

Табуляторы были предшественниками цифровых электронных вычислительных машин, подготовив для них носитель информации на перфокартах, долго ими используемых^[7].

Как видно, до начала семнадцатого века вычислительные устройства были довольно примитивными. Лишь в семнадцатом веке появились более совершенные механические, однако и они были не слишком совершенны. Основное развитие механических вычислительных устройств произошло в девятнадцатом веке, после перехода общества с аграрной на индустриальную стадию. В начале этого периода появилась разностная машина, которую сконструировал Чарлз Бэббидж. Она считается прообразом современных компьютеров.

Эпоха до появления электронных вычислительных машин закончилась на табуляторах, которые осуществили автоматическую обработку информации с перфокарт. Можно сказать, что фирма IBM начинала с их производства.

ПОЯВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ЭВМ

Электронная вычислительная машина — чисто русскоязычный термин, просуществовавший в нашей стране с начала 1950-х годов и до начала 2000-х годов. Термин «компьютер» пришел к нам вместе с другими англицизмами и стал в русском языке синонимом ЭВМ.

В английском языке это слово первоначально означало человека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств. В первое время вычислительные машины использовались исключительно для выполнения вычислительных работ, поэтому «компьютер» вскоре закрепился за ними.

Трактовка слова «компьютер» впервые появилась в 1897 году в Оксфордском словаре английского языка: механическое вычислительное устройство. В 1946 году словарь пополнился дополнениями, позволяющими разделить понятия цифрового и аналогового электронного компьютера^[8].

Это дополнение зафиксировало появление двух классов ЭВМ — аналоговых (АВМ или АЭВМ) и цифровых (ЦВМ или ЦЭВМ, а иногда и АЭВМ или АЦВМ, имея в виду под «А» — автоматическая).

Аналоговая вычислительная машина — вычислительное средство, в котором числовые данные представляются при помощи аналоговых физических переменных (скорость, длина, напряжение, ток, сопротивление, емкость, давление и т. п.). АВМ характеризуются узкой специализацией по классу решаемых задач, но обладают высочайшей производительностью. Они процветали на заре электронной вычислительной техники, но уступили место ЦВМ, так как они были более универсальными.

В цифровой вычислительной машине числовые и символьные данные представляются в виде цифровых кодов в основном в двоичной системе счисления. Эти коды в ЦВМ могут храниться в запоминающем устройстве (ЗУ), автоматически обрабатываться по специальной программе, которая хранится там же. Возможность замены программы в ЗУ делает ЦВМ универсальной по классу решаемых задач, что и определило их бурное развитие.

По мере роста роли ЦВМ и снижения роли АВМ, повсеместное применение получил термин ЭВМ как эквивалент ЦВМ, а термин АВМ применялся в тех редких случаях, когда речь шла именно об аналоговой вычислительной технике^[9].

Развитие вычислительной техники в современном периоде принято рассматривать с точки зрения смены поколений компьютеров, вызванной переходом на новую элементную базу^[10].