Файл: Исследование истории развития средств вычислительной техники.pdf

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Электроника давно и прочно пришла в нашу жизнь. Мы не можем представить себе ни дня без любимого смартфона, планшета или компьютера. Вместе с развитием электроники становятся понятны и ее ограничения — мы понимаем, что, несмотря на весь ее потенциал, у нее есть фундаментальные ограничения. Впрочем, ученые не были бы учеными, если бы не хотели сделать наш мир лучше, и самые светлые умы планеты уже много лет бьются над тем, чтобы электроника стала работать еще быстрее и эффективнее. Для этого они ищут в том числе альтернативные способы производить вычисления, то есть использовать для передачи информации не электрический ток, а что-то другое. Стимулом к развитию в данном случае выступает как необходимость делать более сложные вычисления для научных целей, так и чисто потребительский интерес к более быстрым, энергоэффективным и «вместительным» устройствам. Поэтому недостатка в исследованиях нет, а о самых интересных и необычных мы и расскажем в этом материале.

Целью данной работы является исследование истории развития средств вычислительной техники, для достижения поставленной цели, были выделены следующие задачи:

- рассмотреть этапы и историю развития вычислительной техники;

- изучить компьютерную революцию и электронный период развития вычислительной техники;

- рассмотреть компьютеры будущего.

Объект исследования - средства вычислительной техники.

Предмет исследования - история развития средств вычислительной техники.

Структура работы состоит из введения, основной части, заключения и списка литературы.

Теоретической и методологической базой данной работы послужили труды российских и зарубежных авторов в области информатики, материалы периодических изданий и сети Интернет.

ГЛАВА 1 ЭТАПЫ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

1.1 История развития средств вычислительной техники

В истории ВТ можно выделить следующие четыре периода:

• домеханический (период абака);
• механический;
• электромеханический;
• электронный.

В домеханический период использовались подсобные средства для счета и создавались таблицы, календари, устройства и приборы, облегчающие счет человеку.

Вообще потребность в счете возникла у людей в давние времена. Вначале регистрация счета была довольно примитивной: счет либо осуществлялся на костяных или каменных орудиях труда, на которых делались зарубки, либо сводился к перекладыванию по определенным правилам камешков, костяшек, дощечек.

В качестве математических приемов счисления уже в IV тысячелетии до н.э., надо полагать, применялась непозиционная (неоднозначная) система. А тысячу лет спустя появилась позиционная (шестидесятичная) система счисления^[1].

Первое свидетельство о средствах подсчета относится примерно к 3-тысячному году до н.э. Именно этим временем датируется найденная археологами вблизи местечка Вестаница в Чехии т.н. "вестаницкая кость" с зарубками. Тогда же месопотамские математики использовали табулированные величины (таблицы обратных величин, умножения, второй и третьей степени, квадратных и кубических корней), составлялись календарные расчеты астрономических явлений.

В произведениях древнегреческих поэта Гомера и драматурга Аристофана, относящихся к V-IV вв. до н.э., упоминается о распространении пальцевого счета, который зародился, очевидно, ранее. Его до сих пор используют в ряде случаев биржевые маклеры.

В середине I тысячелетия до н.э. были созданы древнейшие из вычислительных устройств: "саламинская доска" — на острове Саламин в Эгейском море, "абак" — в Древней Греции и Риме, а затем в Западной Европе, "суанпан" — в Китае, "серобян" — в Японии. Они представляли собой доски из бронзы, камня, дерева, слоновой кости, цветного стекла с полосковыми углублениями, в которых перемещались с целью вычисления кости или камешки (калькули). Эти счеты просуществовали до эпохи Возрождения.

Выдающимся событием I тысячелетия н.э. было создание в IX в. "Арифметического трактата" узбекским ученым Мухаммедом бен Муса ал-Хорезми (Мухаммедом сыном Мусы из Хорезма). В XII в. трактат был переведен с арабского на латинский язык средневековой Европы. Европейцы впервые познакомились с десятичной системой счисления, пришедшей к арабам из Индии. Широко в мире стали известны четыре арифметические действия, а сами их правила долгое время назывались именем ал- Харезми — алхоризм, algorithmi, алгоритм. Это не могло не способствовать развитию средств вычислительной техники^[2].

В эпоху Возрождения появились канцелярские счеты, пришедшие в Европу с Востока. В начале XVII в. стало известно несколько их устройств. Одним из них были палочки Непера, позволявшие производить умножение. Другим было устройство, которое называется сейчас логарифмической линейкой.

В России средства, облегчавшие вычисления, также были известны еще в давние времена. Так, при строительстве храмов в Киевской Руси применялись графики и специальные устройства для определения размеров и форм куполов, арок и других элементов архитектуры. В XVI в. здесь широко использовался "счет костьми" при измерении вотчинных и поместных владений, государственных земель, а также при подсчетах в торговле и артиллерии. Для облегчения налоговых счислений была создана т.н. "сошная арифметика", в которой соха принималась за единицу счета, a в дальнейшем — "дощатый счет" и конторские счеты.

1.2 Механический период

Механический период означал появление машин, в которых операции выполнялись механизмами, приводившимися в действие человеком. Уже во времена средневековья стали механически интерпретировать и воспроизводить функции человеческого мозга. Так, "мыслительная машина" средневекового богослова Луллия, дававшая ответы' на вопросы "сколько?", "когда?", "какой из двух?" и др.. представляла собой ПОПЫТКА механического воспроизведения самого процесса мышления человека. Вопросы и ответы в ней строились на основе таких характеристик, как грех, добродетель и т. п^[3].

Один из проектов механической вычислительной машины принадлежит выдающемуся художнику и мыслителю эпохи итальянского Возрождения Леонардо да Винчи (1452—1519 гг.). Он набросал эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятизубными колесами. Этот набросок был обнаружен в конце 60-х годов XX в. в архиве автора, хранящемся в Национальной библиотеке Мадрида. В соответствии с ним уже в наши дни американская фирма по производству компьютеров IBM в целях рекламы построила действующую машину.

Первая счетная машина, о которой сохранились сведения, описана в 1623 г. немецким профессором В. Шиккардом. Нет точных данных, была ли она построена, но в начале 60-х гг. нашего века ее сконструировали по этим описаниям ученые Тюрингского университета. Операции сложения и вычитания осуществлялись в ней механически, а умножения и деления — с элементами механизации.

Более известна машина французского математика, физика и философа Б. Паскаля. Молодой. 18­летний Паскаль, независимо от В. Шиккарда, в течение трех лет упорного труда (1641-1644) создал машину ("Паскалину"), которая могла суммировать. Он делал ее в помощь отцу — правительственному ревизору финансов. О ней ходили легенды и писали стихи. Весь высший свет стекался в Люксембургский дворец, чтобы посмотреть на удивительное изобретение. Его автор получил королевскую привилегию на изготовление и продажу своей машины. В настоящее время существует более 50 экземпляров машины Паскаля. Несколько ее моделей демонстрируется в одном из музеев Парижа.

1.3 Вычислительные машины

Вычислительную машину, с помощью которой можно было складывать, умножать и делить, изобрел знаменитый немецкий математик и философ Г. Лейбниц. В 1673 г. он представил ее в Академию наук в Париже.

Немало вычислительных приборов было создано в России — М. В. Ломоносовьм, Е. Г. Кузнецовым (верстметр), Е. Якобсоном (девятиразрядная суммирующая машина) и др. Последний был механиком из Несвижа Минского воеводства. Его машина, датируемая не позднее 1770 г., хранится в музее им. М. В. Ломоцосова в Санкт-Петербурге^[4].

Конечно, первые машины были несовершенны. Дороговизна изготовления, частые поломки и сложность устройства препятствовали их широкому практическому применению. Они выпускались в одном или нескольких экземплярах.

Массовое производство вычислительных машин впервые организовал К. Томас — основатель и руководитель двух парижских страховых обществ. В 1820 г. он построил вычислительную машину, в которой был использован принцип работы ступенчатого валика в машине Лейбница, и начал ее изготовление на рынок. Постепенно Томас совершенствовал свои машины. Так было положено начало счетному машиностроению.

Изучив счетную машину Томаса, инженер Петербургской государственной экспедиции бумаг В. Т. Однер в 1873 г, построил знаменитый арифмометр. В 1896 г. на Нижегородской выставке эта машина была удостоена серебряной медали, а в 1900 г. на Всемирной выставке в Париже — золотой медали. Через три года на выставке в Чикаго она вновь отмечается высшей наградой. В России впервые в мире было организовано ее фабричное производство. Конструкция оказалась настолько удачной, что она по существу не менялась более 100 лет.

Впоследствии в конструировании и совершенствовании арифмометров принимали участие многие ученые, в том числе и выдающийся русский ученый П. Л. Чебышев. В 1878 г. он сконструировал и построил оригинальную машину для выполнения сложения, а в 1882 г. — первую автоматическую вычислительную машину, принцип работы которой долгое время применялся в большинстве механических машин. Модель счетной машины Чебышева экспонировалась в 1913 г. на Всемирной выставке в Париже. В настоящее время она хранится в Парижском музее.

Появилось несколько типов вычислительных машин, в т. ч. клавишные вычислительные машины. Они автоматически складывали, умножали и делили многозначные числа. Некоторые могли извлекать квадратные корни и выполнять другие арифметические операции.

Дальнейшее совершенствование вычислительных машин привело к тому, что их стали соединять с пишущими механизмами. Так появились машины, которые печатали исходные данные и результаты вычислений.

Производительность клавишных машин зависела от того, как быстро человек набирал числа на клавиатуре и нажимал на клавиши. Это одерживало скорость работы машин. Начались поиски ее повышения.

В начале XIX в. англичанин М. Ж. Жаккарт изобрел принцип стандартных картонных прокладок с пробитыми отверстиями, который применил в ткацком деле. Эти прокладки несли на себе информацию, необходимую для управления работой станка. Они явились прототипом перфокарт.

Решающий вклад в развитие вычислительной техники внес английский математик И. Бэббидж (1792—1871 гг.). Он разработал проект вычислительной машины, которая состояла из тех же узлов, что и современные компьютеры. В 1822 г. он построил небольшую рабочую модель аналитической машины, которая состояла из трех основных блоков: "склада" для хранения цифровой информации, "фабрики" для обработки информации и устройства управления.

Однако попытка создания вычислительных машин такого типа окончилась тогда неудачей. Машина была технически сложной, а практической потребности в ней еще не было. Ч. Бэббидж опередил свое время. Его заслуги бесспорны. Он первым разработал принципы организации и создания вычислительных машин с программным управлением, в т. ч. принцип изменения программы вычислений в зависимости от их результатов. Кроме того, большой интерес вызвал и язык машины Бэббиджа, а именно разделение команд на команды пересылки и функциональные, возможность считывания информации, не допуская ее разрушения, и считывания с очисткой запоминающих данных регистра, что все еще представляет интерес для разработчиков современных ЭВМ, и др. Основные идеи, заключенные в конструкции аналитической машины Ч. Бэббиджа, были реализованы значительно позднее.

С аналитической машиной Ч. Бэббиджа связано и зарождение программирования. Именно для нее создавались первые в мире программы. А первой программисткой была леди А. Лавлейс — дочь известного английского поэта Байрона. Она не только производила вычисления на машине Ч. Бэббиджа, но и заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету.