Файл: История развития средств вычислительной техники (Периоды развития математики).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос о возрасте человечества до сих пор не закрыт учеными. Есть несколько вполне научных теорий на этот счет. И, до тех пор, пока одна из них не получит неопровержимых доказательств, все они имеют право на существование и внимание. Но в одном мнения ученых сходятся – едва выделившись из естественной животной среды обитания и начав осознавать себя, люди встали перед задачами, решение которых требовало выполнения простейших вычислений.

В процессе развития перед человечеством вставали все более сложные задачи, решение которых подразумевало большое количество сложных расчетов, и люди стали задумываться об инструментах, которые облегчили бы выполнение таких вычислений и исключили ошибки, свойственные людям. Так начали появляться первые вычислительные устройства.

Современный человек имеет в своем распоряжении такие мощнейшие универсальные инструменты обработки как компьютеры. Компьютерная техника помогает человеку осуществлять структурирование, сортировку, обработку, использование, передачу, хранение различных видов информации. Сегодняшняя жизнь – как профессиональная, так и бытовая немыслима без микропроцессорных устройств. Однако при всей сложности своего устройства и непостижимости возможностей компьютеры пока по сути своей остаются вычислительными устройствами – инструментами, принцип работы которых основан на очень быстром выполнении всего двух операций – сложения и сравнения чисел.

Хотя компьютерная техника не так давно вошла в жизнь человеческого общества, она уже успела преобразовать все процессы социума до неузнаваемости. Люди имеют дело с компьютерными устройствами практически с самого рождения до конца жизни, поручая им решение многих повседневных задач. Поиск информации, оформление документа, создание и представление презентации, поиск оптимальных управленческих решений, разработка макета жилого дома, выполнение сложных математических расчетов – в каждом из этих вопросов человек может положиться на компьютер.

Развитие вычислительной техники сегодня – это очень стремительный процесс, характеризующийся частым появлением новых микропроцессорных устройств с новыми функциональными возможностями. Причем сложившаяся в последнее время практика такова, что устройства проходят испытания на стадии массового использования. Сложно не растеряться в таком быстро меняющемся мире.

Актуальность курсовой работы заключается в том, что изучение истории развития вычислительной техники позволит лучше понять принципы работы современных цифровых устройств и уловить тенденции их развития.

Объектом исследования курсовой работы является вычислительная техника.

Предметом исследования курсовой работы является история развития средств вычислительной техники.

Цель курсовой работы – изучение и анализ исторических аспектов появления и совершенствования вычислительных устройств и механизмов.

Задачи курсовой работы:

• изучить литературу и интернет - источники по теме;
• рассмотреть периодизацию развития средств ВТ;
• отследить направление развития ВТ на каждом временном этапе;
• уделить особенное внимание развитию аппаратного и программного обеспечения электронно-вычислительных машин;
• проанализировать результаты выполнения работы.

1. ИСТОРИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ МАТЕМАТИКИ

1.1 Периоды развития математики

Математика – одна из интереснейших и наиболее востребованных наук, занимающих в системе человеческих знаний особое место. Являясь самостоятельной фундаментальной наукой, она предоставляет эффективные инструменты исследований и другим направлениям научных изысканий, находит широкое применение практически во всех областях человеческой деятельности.

Математика появилась и развивалась как естественная наука в ответ на необходимость выполнять ежедневные дела – вести учет товаров, измерять площади земельных участков, - математика прошла долгий и непростой путь развития.

Точное время появления начальных математических понятий о счете у разных народов неизвестно, но исследователи уверенно утверждают, что потребность сравнивать и считать разные величины появилась одновременно с началом развития человеческого общества.

Первоначальные представления о числе и форме историки науки относят к временам каменного века. Дошедшие до настоящего времени хорошо сохранившиеся глиняные таблички вавилонской библиотеки, датируемые периодом примерно 2000 до н.э., содержат таблицы умножения и квадратов чисел.

Одна из глиняных табличек с фрагментами таблицы умножения, найденные при раскопках Древней Месопотамии, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Глиняная табличка с фрагментами таблицы умножения

Выдающийся советский ученый, один из лучших математиков XX века академик А. Н. Колмогоров в статье для второго издания универсального справочника «Большая советская энциклопедия» систематизировал имеющиеся сведения об истории математики, выделив в ее истории четыре основных периода:

• период зарождения математики времен Древнего Египта и Вавилона. В этот период зародились начала геометрии и арифметика, появилась десятичная система счисления.
• этап элементарной математики с VI-V вв. до н.э. до конца XVI в. характеризуется дальнейшим развитием арифметики и геометрии, введением понятий иррациональных и отрицательных чисел, появлением и оформлением алгебры как численного исчисления. Именно в этот период получили свое начало численные методы отыскания и уточнения действительных корней уравнений, введены и изучены комплексные числа
• период создания математики переменных величин XVII – XVIII вв. Этот период А.Н.Колмогоров называет расцветом математики. Особенностью этого этапа математики является пик общих законов природы и их математическая интерпретация.
• период современной математики XIX – XX вв. – расширение математики, изучение возможных типов количественных отношений и пространственных форм. [17]

Многие выдающиеся ученые внесли свой вклад в развитие математики. Многие имена с детства знакомы каждому грамотному человеку. Изучение истории науки, творческих и личных биографий выдающихся людей является не только интересным, но и исключительно полезным занятием. Оно дает возможность увидеть большой человеческий труд, лежащий в основе каждого открытия, вдохновиться новыми идеями и понять, что «новое – это давно забытое старое», и что старые идеи в настоящее время могут найти свое совершенно неожиданное развитие.

1.2 Зарождение математики

О том, что математика как наука зародилась уже в древнем мире, свидетельствуют многие дошедшие до наших дней источники. Древние цивилизации Египта и Вавилона были очень высоко развиты по меркам своего времени.

В Древнем Египте были изобретены отдельные приемы арифметических вычислений, у египтян была собственная непозиционная система счисления (рисунок 2), в которой было даже число, обозначающее один миллион.[3]

Рисунок 2 – Древнеегипетская система счисления

В то же время египтянам приходилось обрабатывать много земли для получения урожаев, вести выпас скота на плодородных лугах. Жизнь ставила перед ними практические задачи по определению площадей посевных участков. Учеными найдены документы с советами по вычислению площадей и объёмов (рисунок 3).

Рисунок 3 Древнеегипетский папирус с формулой вычисления площади

В Вавилоне была изобретена десятично-шестидесятеричная система исчисления. Древние вавилоняне пользовались шестидесятеричными дробями и умели вычислять проценты за деньги, отданные в рост. [12]

На рисунке 4 представлены цифры десятично - шестидесятеричной системы счисления, которой люди пользуются до сих пор, полагая в часу по 60 минут, а в круге 360 градусов.

Рисунок 4 – Цифры вавилонской десятично - шестидесятеричной системы счисления

Колмогоров считал, что в эмпирических табличках вавилонян содержится зарождение понятия функции.

Большое развитие получили элементарные математические знания также в Древнем Китае и Индии.

1.3 Период элементарной математики

По периодизации Колмогорова – период элементарной математики продлился с VI-V вв. до н.э. до конца XVI века. В этот период произошел переход от бронзового века к железному, ускоривший технологическое развитие общества.

На этом этапе продолжение развития геометрии и арифметики постепенно привело к введению понятий иррациональных и отрицательных чисел, появлению и оформлению алгебры как численного исчисления.

Этому способствовало и расширение связей между древнегреческими государствами – мегаполисами и другими государствами Средиземеноморского бассейна.

В Древней Греции проявились естественно - научные школы с различными мировоззренческими платформами. Наиболее известные школы:

• ионийская;
• пифагорейская;
• афинская.[16]

Древнегреческий философ Аристотель писал, что «пифагорейцы стали первыми математиками».

Основателем и вдохновителем школы является знаменитый математик и геометр Пифагор (рисунок 5), который любое явление в жизни соотносил с числами.

Именно в этот период получили свое начало и развитие численные методы отыскания и уточнения действительных корней уравнений, были введены и изучены иррациональные и комплексные числа.

Рисунок 5 – Древнегреческий математик Пифагор

Знаменитыми математическими проблемами, исследовавшимися в античности, были:

• квадратура круга – задача о нахождении квадрата равновеликого кругу;
• удвоение куба – задача о вычислении ребра куба с объемом ровно вдвое заданного куба;
• трисекция угла – точное разделение произвольного угла на три равные части.

Решение этих задач, не имеющих прямых аналитических способов решения, способствовало появлению новых отраслей науки.

Зарождение формальной логики Аристотеля (рисунок 6) также оказало значительное влияние на развитие математики того периода. Аристотель систематизировал сложившиеся формы мышления, был основоположников принципов построения дедуктивной науки.[6]

Рисунок 6 – Аристотель

Другими известными математиками Античности являются Архимед, Евклид, Аполлоний и др.

Источник, излагавший первые системные сведения о математике, назывался «Начала». Авторство приписывали математику Евклиду. Но ни само сочинение, ни точная информация о том, существовал ли такой человек, до наших дней не дошли.

В первом веке нашей эры математические науки активно развивались на Ближнем Востоке. Особенно известен ученый аль Хорезми, который написал несколько трактатов по математике. Именно от сформулировал точные правила выполнения арифметических действий. В честь Хорезми в информатику пришел термин «алгоритм» - точное предписание порядка выполнения действий для решения поставленной задачи.

Европейские начала математики имеют не такие древние корни. Существенного развития математика в Европе получила в Средние века, особенно в эпоху Возрождения.

В двенадцатом-тринадцатом веках в Европе появились первые университеты, при этом математика в средневековых учебных заведениях считалась одним из семи свободных искусств.[11]

Эта эпоха характеризуется трудами таких известных математиков как Фибоначчи (Леонардо Пизанский), Лука Пачоли, Никола Коперник, Франсуа Виет.

1.4 Математика переменных величин

В период XVII – XVIII веков математика получила новый импульс развития, который охарактеризовался созданием математики переменных величин и функций.

В начале семнадцатого века уже было введено понятие логарифмов. Автором идеи выступил шотландский исследователь Джон Непер. На этом этапе , в период расцвета в Европе механики, начали повсюду возникать различные счетные устройства, такие как машина Шиккарда, арифмометр Паскаля.