Файл: История развития средств вычислительной техники (Примитивные средства).pdf

Введение

Данная тема очень интересна, так как история – это великая наука, собирающая огромное количество информации, полезной для человека. “Не знать истории – всегда быть ребенком”.^[1] История машин созданных человеком важна для изучения, ведь мы знаем только малую часть строения смартфонов и компьютеров. Наша жизнь постоянно улучшается благодаря этим “маленьким” изобретениям. Как они стали такими маленькими и очень “умными”? Ведь их работа постоянно упрощает нашу жизнь в расчётах, в поиске информации, в создании чего-либо. История ЭВМ невероятна и порой смешна при сравнении машин нынешних и прошлых.

Нам стоит изучить их прошлое, освоить внутреннюю часть, как их создавали. Что способствовало постоянному развитию. Узнать истоки машин, что находиться задолго за ними. Как человек пришёл к созданию ЭВМ и почему он так развивался вместе с машинами.

Начало жизни чисел способствовало созданию и использованию очень примитивных расчётов и приспособлений. Издревле человек ищет методы для осуществления более больших вычислений. Он создаёт первые машины способные умножать, делить и извлекать квадратные корни. Использование перфокарт для управления работой вычислительной машины. Они становились в 10, а то и в 1000 раз быстрее своих предшественников. Человек становиться на путь ЭВМ.

Периоды истории вычислительной техники

В истории вычислительной техники выделяют четыре периода:

1. Домеханический (с древних времен до середины XVII в.).
2. Механический (с середины XVII в. до конца XIX в.).
3. Электромеханический (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.).
4. Электронный (с 40-х гг. XX в. по настоящее время).

Два из которых мы с вами и изучим.

Глава 1. Домеханический период

Человек начал считать гараздо раньше, чем начал писать. Он постоянно обучался счёту и передавал опыт из поколения в поколение.

Мы постоянно искали методы увеличить объёмы вычислений. Спустя некоторое время большинство находило решения. Еще в античные времена некоторые области математики были настолько развиты, что образованный человек тех лет по уровню знаний вряд ли уступал нынешнему выпускнику школы.^[2]

Участки и земля принадлежащие требовали подсчёта и геометрических знаний для определения территории. Общеизвестны достижения Евклида, Пифагора и других греческих ученых в этом направлении.

Торговля ставила новые задачи по развитию науки. Помимо учета товаров и денежных сумм, появились и более сложные проблемы. Торговцам нужна ориентация при передвижении на большие дистанции. Астрономы принимали и выполняли такие задачи. Люди нуждались в точных подсчётах, ведь никто не хочет заблудить на неизвестной земле. Земля приносит еду и она тоже нуждается в математике, постоянные сборы урожая расчёт еды на население и т.д. Человек существо имеющее свойство к потере не нужных воспоминаний моментов жизни, иногда и нужных. Поэтому люди связанные с наукой постоянно ищут методы , чтобы хранить как-либо расчёты. Но тут, к сожалению, прогресс шел гораздо медленнее. Для вычислений использовались всякие средства, которые имели различные возможности и назывались по-разному. Здесь существует своеобразная классификация:

1) примитивные средства;

2) первые приспособления;

3) первые приборы.^[3]

Часть 1.1 Примитивные средства

Счёт на пальцах

В древние времена человек использовал для счёта то, что дала ему природа, свои руки – великолепный естественный компьютер.^[4] Это метод очень прост и надёжен, он всегда с собой и удобен в использовании. Так как пальцев на наших руках десять, это свойственная для всех десятичная система счисления.

Во многих народах и странах человек использовал свои пальцы для примитивного счёта чего-либо. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются «перстами», десятки – «составами», а все остальные числа – «сочинениями». Кисть же руки – пясть – синоним и фактическая основа числительного «пять» у многих народов.^[5](Приложение 1) Чтобы выразить, что в некоторой группе содержится пять предметов, говорили, что в ней столько же предметов, сколько пальцев на руке. Такой подход не случаен, поскольку на этой фазе развития абстрактного мышления аналогичные приемы применялись и для образования других понятий. Так, у тасманийцев для обозначения твердости говорили «как камень», а округлости — «как луна» или «как шар» и т. д.^[6] У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития.

Но у пальцевого счёта есть и минусы. Человек способен сосчитать, но долго хранить вычисления увы не может. Поэтому этот метод не надёжен в сохранении вычислений, поэтому нужно найти новый способ.

Счёт на камнях

Чтобы сделать процесс подсчета удобнее, человек стал использовать маленькие камни вместо пальцев (Приложение 2). Он ставил пирамиду из камней и определял, сколько там камней, но если их количество велико, то трудно посчитать количество камней на глаз. Поэтому первобытный человек начал складывать из камней более мелкие пирамиды одинакового размера, а поскольку на его руках было десять пальцев, то только десять камней образовывали пирамиду. Разные народы вместо камней использовали разные приспособления – кости, бобы, ракушки.^[7]

Насечки на дереве или кости (бирки)

Широкое распространение получила фиксация результатов счета на предметах: нанесение зарубок (нарезок, насечек), завязывание узелков, проведение полос на песке или на снегу. К этой же разновидности счета следует отнести нанесение краской полос на руках (по числу дней) у аборигенов, кочующих по Австралии. Наиболее распространенным было нанесение зарубок на предметы, получившие впоследствии название бирок.^[8] В Англии, этот способ записи налогов использовался до конца XVII столетия.

Узелковое письмо

Другие народы – китайцы, персы, индийцы, перуанцы – использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками. Узелковое письмо представляло несколько связанных между собой шерстяных или хлопчатобумажных ниток. Знаками на этих нитях служили узлы иногда с вплетенными в них камнями или цветными ракушками.^[9]

  Достижения человека на этой стадии поистине неисчислимы. Они стали очень важной частью изучения математической науки. Человек создаёт удобства для вычислений, что-то уходит в бытие, а что-то только набирает обороты.

Часть 1.2 Первые приспособления

Абак

Следующий шаг в развитии вычислительных устройств был связан со становлением государств Средиземноморья. Усиление торговых отношений между ними привело к созданию нового инструмента, известного практически у всех народов.^[10]

Происхождение слова “абак” хорошо не исследовано и поэтому не известно его происхождение. Предполагается, что в первоначальной форме абак представлял собой просто доску, покрытую слоем песка или пыли* на которой проводили линии, выкладывали камешки, строили геометрические фигуры.^[11] Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев — «суанпан».^[12]

Изобретение абака принесло человечеству много пользы, он служил долгое время и помогал экономить время в работе с большими числами. Но развитие математики требовало всё новых и новых открытий в сфере машин для вычислений.

Счёты

На рубеже XVI–XVII вв. появляется русский абак – счеты. Долгое время полагалось, что русские счеты возникли от китайского “суанпаня”. Лишь в начале 60-х гг. XX столетия ленинградский ученый И. Г. Спасский убедительно доказал русское происхождение этого счетного прибора. Доказательством служат следующие аргументы:

1) спицы с косточками находятся горизонтально;

2) числа представляются в десятичной системе счисления, а не в пятеричной, как прежде.

Десятичный строй счетов – достаточно веское основание для того, чтобы признать временем появления этого устройства XVI в., когда десятичный принцип счисления был в первый раз использован в денежном деле России.

В XVI в. термина «счеты» еще пользовали – прибор назывался «дощаным счетом» (Приложение 3) Самый ранний образец «счет» представлял собой два скрепленных ящика, похожих на раскладную шахматную доску. В каждом ящике два счетных поля с натянутыми между бортиками веревками или проволочками. На верхних 10 веревках – по 9 косточек (четок), на 11-й – их четыре, на остальных веревках – по одной.^[13]

Название приспособления изменилось в XVII столетии. В 1658 г. впервые появилось название «счёты». По свидетельству историков, в XVII веке они уже изготавливались на продажу.

В начале XVIII в. счеты уже получили вид, существующий и сегодняшнего дня (Приложение 4). В них осталось лишь одно счетное поле, на металлических спицах которого размещалось либо 10, либо 4 косточки (спица с четырьмя четками называлась – дань «полушке», денежной единице в 1/4 копейки).

Русские счеты хорошо использовались при начальном обучении арифметике в качестве учебного пособия. Благодаря известному французскому математику и механику Ж. Понселе, который был знаком со счетами в Саратове, будучи военнопленным наполеоновской армии, аналогичный прибор появился во школах Франции, а затем и в Европе.

Часть 1.3 Первые приборы

Счетные палочки (костяшки) Непера

 Вычислительный прибор абак был отлично приспособлен с целью исполнения действий сложения и вычитания. Хотя умножение и деление перед распространением десятичной системы с арабскими цифрами были также сделаны на абаке, это был далеко не самый удобный способ выполнить эти действия. Поэтому понятно, что глубокое впечатление, которое произвело крупнейшее изобретение шотландского математика Джона Непера (1550 - 1617) (приложение 5) - логарифмы.

В письме к М. Местлину от декабря 1618 г. Иоганн Кеплер писал: «Некий шотландский барон, имя которого я не запомнил, выступил с блестящим достижением, в котором он каждую задачу на умножение и деление превращает в чистое сложение и вычитание...»^[14]. Действительно, используя логарифмические таблицы, было относительно легко выполнять умножения и деления больших чисел. Недостатком была необходимость использования таблиц, это было частично устранено последующим изобретением логарифмической линейки.

Изобретатель логарифмических таблиц прекрасно понимал их большие преимущества и определенные недостатки. Чтобы создать альтернативный метод, он изобретает счетные палочки (Приложение 6), которые стали известны как палочки Непира. Непер писал, что изобрел их для тех, кто предпочитает не использовать логарифмы, а выполнять операции непосредственно с исходными числами. 
      В основу изобретения Непера был положен известный метод умножения решетки в свое время. Этот способ был разработан в Индии и использовался в нескольких странах Востока. Он был изложен в средневековых арифметических учебниках, в том числе «Сумма арифметики», Лука Пачоли.^[15]

Вскоре появляются другие логарифмические таблицы. Они упростили вычисления, но все же эта операция оставалась достаточно трудоемкой и утомительной для тех, кто должен был делать это ежедневно. Поэтому вслед за изобретением логарифмов делаются попытки механизировать логарифмические вычисления.^[16]

Логарифмическая шкала

Об авторе логарифмической шкалы, которая является прародительницей логарифмической линейки, мало что известно. Эдмунд Гюнтер (1581 - 1626), родом из Англии, учился в Оксфорде, где в 1615 году получил степень бакалавра теологии. В 1619 году он избран профессором Грэшемского колледжа, а в следующем году он опубликовал книгу «Canon triangulorum», в которой он разместил таблицы логарифмов синусов и тангенсов и описание своей логарифмической шкалы, Гюнтер известен также и тем, что им первым введены теперь принятые log и термины «косинус» и «котангенс».^[17]

На пластине 6 логарифмических шкал длиной 600 мм и шириной 37 мм: числа, синусы, тангенсы, синусверзусов (была когда-то такая тригонометрическая функция – sin vers α = 1 – cosα)^[18], синусов и тангенсов малых углов, синусов и тангенсов румбов, а также равномерные шкалы – «линия меридиана» и «линия равных частей». ^[19]