Файл: История развития средств вычислительной техники (Домеханический этап).pdf

ВВЕДЕНИЕ

В наши дни сложно представить, что можно обойтись без компьютера. Но не так давно, до начала 1970-х годов, компьютеры были доступны очень ограниченному числу специалистов, а их применение, как правило, оставались за завесой секретности и было мало известно широкой общественности. Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. Что, несомненно, является знаменательным годом для почти неизвестной тогда корпорации Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (Калифорния), которая выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которые используются сейчас всеми, от учащихся начальных школ и бухгалтеров до ученых и инженеров.

Темпы развития в отрасли информационных технологий не имеет себе равных в любой другой области человеческой деятельности. И каждый компьютерные технологии продолжает заботиться и оказывать свое влияние почти на все, что человек имеет дело. Уже в двадцатом веке появилась необходимость обрабатывать приличный объём информации. Кроме того, любая информация требует: сбора, обработки, передачи его куда-то и т. д. Именно эти условия, что "почва" для создания специальной машины, которая могла бы справиться с указанными задачами. Это как первый компьютер появился, который в настоящее время является неотъемлемой частью любого производства, в сфере спорта, образования, здравоохранения и т. д. В этой работе мы рассмотрим историю развития вычислительной техники, а также краткий обзор о возможностях применения современных вычислительных систем и дальнейшие тенденции развития персональных компьютеров.

1. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1 Домеханический этап

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации (период с 50-го тысячелетия до н. э. и до 17 века) и был основан на использовании различных частей тела, главным образом пальцев рук и ног.

Древние египтяне верили, что в загробной жизни душа умершего подвергается экзамену по счету на пальцах. Они научились умножать числа от 6 до 9 на пальцах. Для этого на одной руке выбирали столько пальцев, на сколько первый множитель превосходит число 5, а на второй делали то же самое для второго множителя. Остальные пальцы были согнуты. После того количество выбранных пальцев умножали на 10, дальше перемножались согнутые пальцы. Полученные результаты складывались. Впоследствии результат счета на пальцах был улучшен, и на пальцах научились показывать числа до 10 000. Китайские купцы торговались, взяв друг друга за руки и указывая цену нажимая на конкретные суставы.

В древнерусской нумерации единицы назывались «перстами», десятки – «суставами», а все остальные числа назывались «сочленителями»^[1].

Фиксация результатов счета производилась разными способами: насечки, счетные палочки, узелки, и т.д. К примеру, у народов доколумбовой Америки был достаточно развит узелковый счет. Более того, система узелков также служила своего рода хроникой и летописью, имея достаточно сложную структуру. Однако, использование этого метода требовало хорошей тренировки памяти.

На место древнего счета на пальцах пришел счет абак. Который впервые появился, вероятно, в Древнем Вавилоне около 3 тыс. до нашей эры. Абак доска (Рис. 1) была разделена на полоски. Каждая полоска была назначена для того, чтобы отложить определенное количество чисел: в первую полосу нужно было положить столько камешков или бобов, сколько в числе единиц, во вторую полоску - сколько десятков в нем, в третью - сколько сотен, и так далее.

Рисунок 1 – Доска Абак

Поскольку камень римляне называли калькулюс, то счет на абаке был назван калькуляция. Тот же камушек на абаке мог означать единицы, десятки, сотни, и тысячи – важна полоса, на которой он лежал. Чаще всего, абак был использован для денежных расчетов.^[2]

Наши счеты также представляли собой абак, состоящие из рамы, с горизонтальными канатами, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки (10 штук)^[3].

Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных компьютеров. Счета представляют собой каркас со спицами, на которые нанизаны костяшки. В недавнем прошлом они использовались в СССР везде. Да, даже сегодня, их можно встретить. 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.

Использование абака уже предполагает наличие некоторой позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной и т. д. Однако, она была изобретена только в 9 веке нашей эры индийскими учеными. При записи числа, в котором отсутствует разряд (например, 101 или 1204), индийцы использовали слово «пусто». При записи на месте "пустого разряда" ставили точку, а позже круг. Такой кружок называется "сунья" - на хинди это означает "пустое место". Современное слово "нуль" родиось относительно недавно - позже, чем "цифра". Оно приходит от латинского слова "nihil" - "никакая".

В десятичной системе используются цифры от 0 до 10. Кроме того, поскольку система позиционная, позиции цифры имеют значение: справа налево увеличивается. Десятичная система наиболее удобна для людей, во многом потому, что у нас есть десять пальцев на руках и ногах.^[4]

1.2 Механический этап

Развитие механики в XVII веке стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивались автоматическим переносом старшего разряда. Эти устройства способны выполнять не два, а четыре арифметических действия и называются арифмометрами.

Модификация абака была предложена Леонардо да Винчи в конце пятнадцатого и начале веков. Он эскиз 13-разрядного  устройства с десятизубными ^[5] Чертежи устройства найдены двухтомного собрания Леонардо механике, известного как "Кодекс Мадрид ". Это устройство собой нечто счетной в которой стержни, одной стороны, меньше, с другой (всего 13) они были чтобы меньшее стержне касалось большего на другом. оборотов колеса должны были одному полному обороту второго второго к полному третьему т.д.

Первая механическая машина была описана в 1623 г. профессором математики университета в Тюбингене В. Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами.

Машина Шиккарда  2) содержит суммирующее и множительное устройства блок - шестиразрядная суммирующая машина -  собой зубчатых передач. каждой оси имелись шестерня десятью зубцами вспомогательное колесо палец. Палец служил переноса единицы в следующий (поворот шестерни на десятую полного после передачи знака делает такой поворот). При вычитании, шестеренке нужно было вращаться в противоположном за ходом выполнения расчетов осуществляться с специального где появлялись цифры. Для умножения был использован устройство основная часть которого состояла шести с таблицей умножения.^[6] Схема Шиккарда машины была - она в счетных машин вплоть механических деталей из-за о популярности машина Шиккарда то, как работает, не оказали существенное влияние дальнейшее развитие к техники, по эру механической техники.

- Машина Шиккарда

рабочая модель суммир счетной машины создана в году знаменитым ученым Блезом заменил поступательное костяшек в абаковидных устройствах на вращательное (колеса), так что в его сложению чисел соответствовало пропорциональных (рис. 3). Принцип работы в  Паскаля прост. Он на идее обыкновенной зубчатой пары - колес, соединенных вместе. Для каждой цифры (шестерни) десятью зубцами.  этом, десяти зубов представляет собой одну из от 9. Это колесо "десятичное счетное колесо". С каждой единицы конкретной цифре, счетное колесо поворачивается на один т.е. на десятую оборота. Необходимую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пока зубец представляющий эту цифр не против указателя или окна.^[7] Например, колеса показ номер 285. Мы можем добавить к 111, вращая каждое вправо на зуб. Тогда цифры 6, соответственно, встанут напротив сумму чисел и то 396. Теперь задача в том, осуществлять перенос десятков. Это одна из главных которую Паскал пришлось решить. Наличие такого механизма тратить внимание на запоминание переноса из младшего старший. Машина, в которой производится механически, должна сама определить, нужно выполнить перенос.

3 - Машина Паскаля

в направлении колес допускает операции при колеса в заменил операцию сложения дополнением. Предположим, необходимо из 285 11. метод позволяет действия: 285 - + 89 100 = Важно забыть вычесть количеством цифр, об этом можно заботиться. операция выполнена в шестиразрядной машине 000285 999989 1000274 при выпадает, как переходе некуда была практически построенном на новом при котором считают колес времени дошло только Паскаля, из кото одна 10-разрядной.

автоматическая машина, которого почти все части современных была в тридцатые годы И мы только удивляться, такой работы и это была преувеличения, революция - могла совершена человека, которому было новую и, яркую страницу в вычислительной техники Беббидж. жизнь (1792-1871) про Кембридже много открытий изобретений, опередив свое интересов Б чрезвычайно широк, все главным делом по вычислительные, созданием которых 50 лет. Аналитическая Бэббиджа (Рис. 4) представляла единый блоков.^[8] По она себя устройства. Первое - хранения данных результатов. Бэббидж его "складом"; в такого памятью или запоминающим устройством.

– Аналитическая Бэббиджа

Для хранения чисел Бэббидж предложил набор подсчета десятичных колес. из колес остановиться в десяти позиций, и, таким запом один десятичный знак были собраны в хранения многоразрядных десятичных чисел замыслу автора – устройство имее емкость чисел десятичных знаков "для чтобы отношению величине число, может потребоваться". запоминающее устройство из ЭВМ имело объём десятиразрядных чисел.^[9]

Чтобы создать память, хранит информацию, использовал колесные регистры, но большие металлические диски с отверстиями. В хранились значений функций, которые использовались в вычислений.

блок машины - устройство, необходимые операции проведены над числами, взятыми "склада". Бэббидж его "фабрикой", теперь такое устройство арифметическим. Время на производство арифметических операций автором: и вычитание - - мин; деление числа на - 1 мин.

наконец, третий машины - которое последовательность операций, над числами. назвал "конторой теперь это устройство управления.

Организация процесса была - набор картонных карточек с перфорированных (пробитых) отверстий. Проходил карты под щупами а свою очередь, попадая приводят в механизмы, которых переносились из "склада" "фабрику". отправляется в "склад".^[10] С перфокарт предполагалось также операции информации вывода полученных результатов. сути дела, этим решалась вычислительной машины управлением.

Только после его смерти, сын Генри смог построить по чертежам отца центральн блок "аналитической - арифметическое которое 1888 году рассчитывала произведение "пи" число из чисел от 32, с точностью 29 знаков. 

Машина, созданная г., включала механические операции последовательного вычитания. Основная часть был так называемый цилиндр с длины, взаимодействовали со колесом. Перемещая колесо вдоль количеством и предоставить установку конкретных цифр.^[11]

Лейбница (рис. 5) была по в мире арифмометром - машиной для выполнения четырех арифметических операций, позволяющей использовать множимое и с 16-разрядного произведения. По с машиной было принципиально вычислительное существенно выполнение и несмотря на все остроумие изобретателя, арифмометр Лейбница не распространение двум основным отсутствие и конструкционной неточности, влияющей умножение предельных для него.