Файл: История развития средств вычислительной техники (Предпосылки к развитию).pdf

В 1622 году, используя принцип действия палочек Непера, Вильям Оугтред (William Oughtred) разработал круглую логарифмическую линейку.^[18] (см. Приложение 1 (Круглая логарифмическая линейка))

В 1654г. англичанин Роберт Биссакер предложил конструкцию прямоугольной логарифмической линейки, сохранившуюся в принципе до нашего времени. Его линейка состояла из трех самшитовых планок длиной около 60 см: две внешние удерживались вместе медной оправкой, а третья (движок) свободно скользила между ними. Каждой шкале на неподвижных планках соответствовала такая же на движке. Шкалы имелись на обеих сторонах линейки.

Идея «бегунка» - неотъемлемого элемента современной линейки - была высказана Исааком Ньютоном. Но физически - как элемент логарифмической линейки - «бегунок» появился лишь спустя 100 лет, когда Джон Робертсон, преподаватель Королевской математической школы в Портсмуте, предложил собственную линейку, предназначенную для навигационных расчетов. На одной ее стороне помещались равномерные, а на другой - логарифмические шкалы. Вдоль этой стороны двигался «индекс» - тонкая медная пластинка, с помощью которой можно было считывать соответствующие друг другу числа на различных шкалах линейки.

В 1850г. Амедей Маннхейм, 19-летний французский офицер, предложил прямоугольную логарифмическую линейку, которая стала наиболее популярной среди инструментов подобного рода.^[19]

Часто на логарифмические линейки наносили дополнительные шкалы со значениями функций, часто употребляемых на практике, например, в электротехнических, геодезических, навигационных и других расчётах. Большое распространение имели и дисковые логарифмические линейки.^[20]

Логарифмическая линейка не может обеспечить вычислений с очень большой точностью, но на хорошо изготовленной линейке вполне можно получить точность до третьей значащей цифры, а это обычно вполне достаточно для технических расчетов.^[21]

1.3. Значение ручного этапа развития вычислительной техники

Из всего выше сказанного, мы можем сделать вывод, что ручной этап имел большое значение для развития вычислительной техники, это было большим шагом для всего человечества. Мы узнали, что человек с незапамятных времён нуждался в счёте и начало этому положил пальцевый счёт. С помощью пальцевого счёта можно производить элементарные операции, но этого было мало для больших чисел, и человек стал придумывать более сложные приспособления для облегчения счёта, рассмотрим их подробнее:

Первые приспособления для счёта были «абак» и в нашей стране это был дощатый счёт (или позднее счёты), на этих приспособлениях можно было производить сложение и вычитание, но всё ещё было сложно выполнять умножение и деление. Прорыв в развитие произвёл Непер, изобретя «Неперовы палочки» и логарифмы. «Неперовы палочки» позволили производить умножение и деление, а логарифмы это облегчили. Позднее были также изобретены логарифмические линейки.

На этом ручной этап вычислительной техники окончился, и начались новые этапы механический, позднее электромеханический и электронный этапы развития средств вычислительной техники.

2. Механический, электромеханический и электронный этапы развития вычислительной техники

2.1. Механический этап развития вычислительной техники предпосылки

Настоящая потребность в автоматическом вычислении возникла в средние века в связи с резко возросшими в этот период торговыми операциями и океаническим судоходством. Торговля требовала больших денежных расчётов, а судоходство - надежных навигационных таблиц.

Такая проверка опиралась на громадное число арифметических вычислений, требовавших от исполнителя терпения и аккуратности. Для облегчения и ускорения такой работы стали разрабатывать вычислительные устройства. Так появились различные механизмы - первые суммирующие машины и арифмометры.^[22]

2.1.1. Вычислительная техника механического этапа развития

2.1.1.1.Вычислительное устройство Шиккарда

Считалось, что первую механическую счетную машину изобрел великий французский математик и физик Б. Паскаль в 1642г. Однако в 1957г. Ф. Гаммер обнаружил доказательства создания механической вычислительной машины приблизительно за два десятилетия до изобретения Паскаля, Вильгельмом Шиккардом. Он назвал её «часы для счета».^[23]

Этот прибор позволял работать с шестью значащими цифрами и выполнять четыре арифметических действия, но в разных режимах: сложение и вычитание — производились полностью автоматически, как мы сказали бы сейчас, а умножение и деление — с помощью человека-пользователя, который должен был сделать ряд промежуточных шагов.^[24]

2.1.1.2.Вычислительная машина Паскаля

В 1642г. когда Паскалю было 19 лет, была изготовлена первая действующая модель суммирующей машины. Через несколько лет Блэз Паскаль создал механическую суммирующую машину («паскалина»), которая позволяла складывать числа в десятичной системе счисления. ^[25]

Машина Паскаля, над которой он работал, не жалея ни времени, ни сил, представляла собой легкий латунный ящичек размером 350x125x75 мм и являлась машиной суммирующей, предназначенной для автоматического выполнения операций сложения и вычитания (умножение и деление не предусматривались). На верхней крышке машины помещалось восемь круглых отверстий с зубчатыми колесами и круговыми шкалами. Шкала крайнего правого отверстия была разделена на 12 равных частей, шкала соседнего — на 20 частей, остальные шесть шкал имели десятичное деление.^[26]

Такая градуировка использовалась по следующей причине. Паскаль создавал свою машину в помощь отцу - сборщику налогов. Следовательно, за основу он взял систему счета французской валюты того времени. Основной денежной единицей тогда был ливр, который равнялся 20 Су, 1 Су состоял из 12 денье.

В отверстиях располагались зубчатые колеса. Число зубьев каждого колеса равнялось числу делений шкалы соответствующего отверстия.

Отец и сын вложили в создание своего устройства большие деньги. Однако против счетного устройства Паскаля выступили клерки, которые боялись потерять из-за него работу, а также работодатели, считавшие, что лучше нанять дешевых счетоводов, чем покупать новую машину.^[27]

2.1.1.3.Вычислительная машина Лейбица

В 1673г. Лейбниц изобрёл механическое устройство для расчетов. Развив идеи Паскаля, Готфрид Лейбниц использовал операцию сдвига для поразрядного умножения чисел. Сложение производилось на нем по существу так же, как и на «паскалине», однако Лейбниц включил в конструкцию движущуюся часть и ручку, с помощью которой можно было крутить ступенчатое колесо.^[28]

2.1.1.4. Арифмометр Томаса

Впервые «серийное производство» арифмометров наладил уроженец Эльзаса, Карл Ксавье Томас. Сконструированный им в 1818г. арифмометр выпускался с различными усовершенствованиями в течение 100 лет по 300-400 экземпляров в год, что по тем масштабам вполне считалось массовым производством. Арифмометры обладали относительно неплохой скоростью вычислений. Они перемножали два восьмизначных числа за 18 секунд. Это была самая надежная машина в те времена.^[29]

2.1.1.5. Арифмометр Однера

В 1874 г. русский инженер В.Т. Однер сконструировал арифмометр, который сразу же завоевал всеобщее признание. На нем можно было производить сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень и извлечение корня. Более половины вычислительных машин, которые применялись во всем мире, были основаны на принципе действия колес Однера. Особенность передачи вращения с помощью колеса Однера заключается в том, что при завершении одного оборота в низшем разряде колесо старшего разряда поворачивается на одну десятую оборота скачком, а не плавно (как в обычном зубчатом редукторе).^[30]

2.1.1.6. Машина Чейбышева

Среди многих вычислительных устройств XIX в. нельзя не отметить наиболее оригинальную конструкцию арифмометра, построенного великим русским математиком П. Чебышевым. В ее основу был положен принцип «непрерывной передачи десятков».

Суть этого принципа в том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивает шестеренку десятков на 1/10 оборота, а шестеренку сотен - на 1/100 и т.д. Этим обеспечивается плавное изменение угла поворота всех вступающих во взаимодействие колес.^[31]

2.1.1.7. Машина Жакарра

Развитие вычислительных устройств было связано с появлением перфорационных карт и их применением. Появление же перфорационных карт связано с ткацким производством. В 1804г. инженер Жозеф-Мари Жаккар построил полностью автоматизированный станок, способный воспроизводить сложнейшие узоры. Работа станка программировалась с помощью колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переход к новому рисунку происходил заменой колоды перфокарт.^[32]

2.1.1.8. Машина Бебиджа

В 1835г. была построена простейшая конфигурация машины В.М. Беббеджа, которая применялась для логарифмирования и решения алгебраических уравнений.

В машине Беббеджа арифметическое и запоминающее устройства реализовано на счетных колеса. Для хранения программы предусматривалось использование перфокарт.^[33]

2.1.2. Значение механического этапа развития вычислительной техники

Механический этап вычислительной техники перевёл человека на новый этап развития. В этот период было произведено множество открытий и создано изобретений, давайте вспомним их подробнее:

Начало этому этапу положили вычислительные устройства (машины), они имели сложный механизм, они вычитали и складывали автоматически, но для реализации деления и умножения, нужно было выполнить определённое количество шагов. Потом появились арифмометры и уже в них, помимо сложения и вычитания, можно было делить, умножать и выводить корень, но они не могли применяться для логарифмирования и решения алгебраических уравнений. Но всё изменилось с появлением более сложных машин и появлением в них перфокарт, благодаря этим изобретениям можно было логарифмировать и решать алгебраические уравнения.

На этом, механический этап оканчивается и начинается электромеханический этап развития средств вычислительной техники.

2.2. Электромеханический этап развития вычислительной техники предпосылки

Основными предпосылками к созданию электромеханических вычислительных машин являлись:

1)необходимость проведения массовых расчетов;

2)развитие электротехники.

Первый электромеханический счётно-аналитический комплекс был создан Г. Холлеритом в США в 1888 г.^[34]

2.2.1. Вычислительная техника электромеханического этапа развития

2.2.1.1.Табулятор Холлерита

Г. Холлерит родился в городе Буффало (штат Нью-Йорк) в семье немецких эмигрантов. Дата рождения - 29 февраля 1860г.^[35]

После окончания Колумбийского университета поступил на работу: в контору по переписи населения в Вашингтоне. В это время США приступили к исключительно трудоемкой ручной обработке данных, собранных в ходе переписи населения в 1880г. К 1890г. Холлерит завершил разработку системы табуляции на базе применения перфокарт. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий, они соответствовали таким данным, как возраст, пол, место рождения, количество детей, семейное положение и прочим сведениями включенным в вопрос переписи. Содержимое заполненных формуляров переносилось на 1 карты путем соответствующего перфорирования.^[36]