Добавлен: 19.06.2023
Просмотров: 143
Скачиваний: 3
Введение.
Компьютер (англ. computer - вычислитель) или ЭВМ (электронно-вычислительная машина) - это аппаратно-программное вычислительное устройство, реализованное на электронных компонентах и выполняющее заданные программой действия.
Появление компьютеров – одна из существенных особенностей современного мира. В настоящее время компьютер является неотъемлемой частью нашей жизни. Некогда огромные устройства доступные только узкому кругу специалистов, сейчас есть практически в каждом доме или офисе и помещаются на ладони. Такое широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей выбирают своей профессией специальности связанные с устройством компьютеров, программированием, изучают основы вычислительной техники и т.д.
Развитие компьютеров уходит своими корнями глубо вдаль веков. С появлением и развитием торговли, увеличением объема имущества появилась необходимость в подсчете. Люди стали учиться считать и первым вычислительным инструментом стали пальцы рук. Хотя этот способ подсчета имел ряд преимуществ, такие как простота, удобство, компактность, но так же были и недостатки, например: на пальцах неудобно сохранять результаты счета не только на длительные, но даже и на сравнительно короткие сроки. Поэтому человечество стало изобретать все новые способы вычисления. Особое место среди них занимал АБАК. Затем спустя многие годы появились первые ЭВМ, которые дали толчок к развитию все более новых современных технологий.
Домеханический период.
1. Примитивные средства
- Счет на пальцах
Древнейшим вычислительным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Возникновение приемов пальцевого счета уходит вглубь веков, так как было вызвано практической потребностью жизненной деятельности людей, причем этому счету придавалась необходимая тогда наглядность.
Пальцевой счет сыграл громадную роль в развитие математики, от него берет начало десятичная система счисление.
- Счет на камнях.
Чтобы сделать процесс счета более удобным, человек начал использовать небольшие камни. Он складывал из них пирамиду и определял сколько в ней камней, но если число велико, то на глаз подсчитать количество камней проблематично. Поэтому первобытный человек стал составлять мелкие пирамиды одинаковой величины, а т.к. на руках десять пальцев, то и пирамиды насчитывали по десять камушков. Разные народы использовали вместо камушков разные приспособления – ракушки, бобы, кости.
- Насечки на дереве или кости (бирки)
Простейшим и первым искусственным счетным прибором является бирка. Бирка – это деревянная или костяная палочка, на которую ножом наносят различной формы насечки. Вначале бирки служили для того, чтобы при их помощи зафиксировать на память те или иные цифры. С помощью них считали поголовье скота, количество урожая, величину долга. Для различных целей существовали разные бирки, форма зарубок также была достаточно разнообразна. Кроме того и сами бирки делали различных форм: квадратного сечения, прямоугольного, круглого.
Бирки являлись не только документами, на которых записывались те или иные данные, но и своеобразным счетным прибором со своими правилами.
- Узелковое письмо.
Узелковое письмо представляло собой несколько связанных между собой шерстяных или хлопчатобумажных ниток. Знаками на этих нитках служили узлы, иногда с вплетенными в них камнями, цветными ракушками, так же использовались нити разных цветов.
У разных народов узелки считались неприкосновенными и священными.
2. Первые приспособления
- Абак.
Следующим шагом в развитие вычислительных устройств, известным практически у всех народов, стал абак. Первоначально абак представлял собой специальную доску, для удобства покрытую песком или пылью, на которой в определенном порядке раскладывали однородные предметы (камушки, бобы, ракушки и т.д.) и пересчитывали их.
Со временем доски для подсчета стали расчерчивать на несколько полос или колонок. Это позволило вести счет значительно быстрее. При этом количество однородных предметов в первой колонке соответствовало единицам, во второй – десяткам и т.д.
Так люди и пришли к созданию абака - счетной доски, которая многие сотни лет в разных странах помогала экономить время в действиях с большими числами.
У разных народов абак выглядел по-разному. Так, например, в Вавилоне пользовались абаком с колонками, соответствующими шестидесятеричной системе счисления. В Греции вместо дощечек стали использовать каменные плиты, в которых вытачивались желобки. Такие плиты обычно изготавливали из мрамора, имели внушительные размеры и назывались Саламинская доска. Для изготовления римского абака стали использовать бронзу, слоновую кость и даже цветное стекло. В вертикальных желобках также помещались камешки или мраморные шарики. В Риме абак стали называть calculi (calculus-галька, голыш), впоследствии от этого слово и произошло слово calculatore (вычислять) и наше калькуляция. Египетский абак интересен тем, что камушки там передвигались справа налево. В Китае абак назывался «суаньпань» и представлял собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу были натянуты проволоки или веревки числом от девяти и более. Проволоки соответствовали десятичной системе. Японский абак произошел от китайского и назывался «соробан». Цивилизацией Ацтеков был придуман новый абак – nepohualtzitzin. Сквозь деревянный каркас были протянуты нити, на которые нанизывались зерна кукурузы. Каркас был разделен на два поля. Для работы с таким инструментом использовалась своя, особая система счета. Так же существовал абак Герберта, в котором камешки были заменены на нумерованные жетоны. Герберт сформулировал правила вычисления. Английский абак или линейчатая доска, представлял собой горизонтально разлинованную таблицу, на которой выкладывались специальные жетоны. В России использовали счет на линиях или счет костьми, который не выдержал конкуренции в борьбе с уникальным и замечательным средством вычислений – русскими счетами.
- Счеты.
Один из ранних образцов счетов представлял собой два соединенных между собой ящика, одинаково разделенных по высоте перегородками и назывался «дощаным счетом». В каждом ящике два счетных поля с натянутыми веревками или проволоками. Позже счеты приняли иной вид существующий и поныне. Осталось лишь одно поле, на спицах которого размещались косточки по десять или четыре.
Все виды абака подходили в основном для выполнений операций сложения и вычитания, а вот умножать или делить с его помощью было проблематично. Это и подтолкнуло многих изобретателей придумывать приспособления для облегчения этих операций.
3. Первые приборы.
- Счетные палочки (костяшки) Непера.
Революцию в области механизации умножения и деления совершил шотландский математик лорд Джон Непер (1550 -1617). Он предложил инструмент получивший название «счетные палочки Непера». Они выполнялись в виде прямоугольных брусков, разделенных на десять квадратов. Каждый квадрат, кроме самого верхнего, делился по диагонали на две части, в каждой из которых в определенном порядке записывались числа.
Так же Непер является изобретателем логарифмов. Логарифм – это показатель степени, в которую нужно возвести число, чтобы получить другое заданное число. Это изобретение значительно упростило процесс вычисления, но все же эта операция оставалась достаточно трудоемкой. Поэтому стали появляться новые изобретения на основе логарифмов.
-Логарифмическая шкала.
Эдмунд Гюнтер (1581- 1626) построил логарифмическую шкалу, которая использовалась вместе с двумя циркулями – измерителями. Эта шкала представляла собой прямолинейный отрезок, на котором откладывались логарифмы чисел или тригонометрических величин. Циркули – измерители нужны были для сложения или вычитания отрезков вдоль линий шкалы.
Логарифмическая шкала является прародительницей логарифмической линейки.
-Логарифмическая линейка.
Таблицы Непера позже были «встроены» в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления – логарифмическую линейку.
Изобретателями первых логарифмических линеек независимо друг от друга являются Уильям Отред (1575 – 1660) и Ричард Деламейн (1600 – 1644)
Англичанин Роберт Биссакер предложил конструкцию прямоугольной логарифмической линейки. Его линейка состояло из трех самшитовых планок. Две внешние удерживались вместе медной оправой, а третья свободно скользила между ними. Идея «бегунка» - неотъемлемого элемента современной линейки – была высказана Исааком Ньтоном (1643 – 1727), но физически появилась только спустя сто лет.
За 350-летнюю историю были созданы сотни различных конструкций логарифмических линеек.
Но человеческие ум, фантазия и желание облегчить себе жизнь не имеют границ, поэтому помимо немеханических способов вычисления появлялись и механические.
Механический период.
В средние века, в связи с резко возросшими торговыми операциями и океаническим судоходством, появилась потребность в автоматическом вычислении. Так же необходимость в нем появилась и для расчета природных явлений. В результате появились различные механизмы – первые суммирующие машины и арифмометры.
В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.
- Машина Леонардо да Винчи.
Основу машины Леонардо да Винчи (1452 – 1519) составляли стержни, на которые крепились два зубчатых колеса, большее с одной стороны. А меньшее – с другой. Вся система состояла из 13 стержней с зубчатыми колесами и приводилась в движение набором грузов.
Суммирующую машину Леонардо да Винчи можно считать изначальной вехой в истории вычислительной техники. Это был первый цифровой сумматор, прообраз будущего электронного сумматора – важнейшего элемента современных ЭВМ, пока еще механический с ручным управлением.
- Машина В. Шиккарда
Немецкий ученый Вильгельм Шиккард (1592 – 1636) разработал счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел для помощи своему знакомому польскому астроному Иоганну Кеплеру (1571 – 1630).
Машина Шиккарда состояла из трех частей :суммирующее устройство ( для сложения и вычитания); множительного устройства (для умножения); механизм для записи промежуточных результатов.
Об изобретениях Шиккарда и Леонардо да Винчи стало известно только в наше время, современникам они были неизвестны. По этой причине долгое время первым арифмометром считалось изобретение Б. Паскаля.
- Суммирующая машина Паскаля.
Первую машину, которая могла считать сама, создал французский ученый Блез Паскаль (1623 – 1662) в 1642году. На создание побудило его желание помочь отцу, налоговому инспектору. Данное устройство представляло собой смонтированную в деревянном корпусе систему зубчатых колес вращающих наборные диски с цифрами. Результат вычислений считывался в специально прорезанных в корпусе окошечках. Эта машина вошла в историю вычислительной техники под названием «Паскалина».
Труды Б. Паскаля оказали заметное влияние на весь дальнейший ход развития вычислительной техники.
- Счетная машина Лейбница.
Немецкий математик Готфрид Вильгейм Лейбниц (1646 – 1716) в 1673 создал «ступенчатый вычислитель»- счетную машинку, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни. Машина работала с 12- разрядными числами.
В основе множительного устройства этой машины лежит ступенчатый валик, который представляет собой цилиндр с зубцами разной длины, взаимодействующих со счетным колесом. Передвигая колесо вдоль валика, его вводят в зацепление с необходимым числом зубцов и обеспечивают установку определенной цифры.
С некоторыми усовершенствованиями эти машины, или арифмометры, использовались до недавнего времени.
- Счетная машина Якобсона.
Одна из первых отечественных машин была создана Евной Якобсоном примерно в 18 веке. Представляла собой латунную коробку на четырех ножках и имела компактные размеры. Механизмы машины смонтированы на верхней крышке коробки с внутренней стороны, а на наружной стороне сосредоточены все поводки для осуществления счетных операций и все шкалы. Устройство, изобретенное Якобсоном, было выдающимся изобретением своего времени.
- Арифмометр Томаса.
Впервые «серийное производство» арифмометров наладил Карл Ксавье Томас ( 1785 – 1870). Сконструированный им в 1818 году арифмометр выпускался с различными усовершенствованиями в течение 100 лет по 300 – 400 экземпляров в год. В основу устройства Томаса был положен ступенчатый валик Лейбница. На поверхности ступенчатого валика в машине имеется девять зубцов, причем второй зубец в два раза длиннее первого, третий – в три и т.д. Против каждого ступенчатого валика находится установочная зубчатка, имеющая возможность двигаться вдоль четырехглавой оси. В машине столько ступенчатых валиков с соответствующими установочными зубчатками, сколько знаков имеет наибольшее число, которое можно установить на машине. Все валики расположены рядом. Передвижение установочной зубчатки производится с помощью ползуна.
Многие конструкторы и ученые занимались усовершенствованием машины Томаса. Появлялись новые приборы , в основе которых идея арифмометра Томаса оставалась неизменной.