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

Введение

Средства вычислительной техники применяются для автоматизации работы с данными. Для начала дадим определение, что же такое вычислительная техника:

Вычислительная техника (ВТ) − это совокупность устройств, предназначенных для автоматизированной обработки данных.

В данной работе будет рассмотрена история развития средств вычислительной техники, которая поможет понять и углубиться в сущность и значение ЭВМ.

Актуальность – знание истории развития средств вычислительной техники – является неотъемлемым элементом компьютерной культуры. Изучение истории вычислительной техники способствует формированию мировоззрения человека. Современный специалист обязан знать историю своей отрасли, место и роль вычислительной техники в истории развития цивилизации.

Любая сфера деятельности не обходится без применения средств вычислительной техники. Компьютер все чаще и чаще заменяет человека. Одна машина способна повысить производительность предприятия в разы. Представить современный мир без вычислительной техники довольно сложно. Развитие вычислительной техники связано, прежде всего, со стремлением человечества облегчить себе жизнь, а именно - автоматизировать большие объёмы вычислений. Для того, чтобы лучше понять устройство современной вычислительной техники, необходимо изучить основы данного направления.

Основная цель курсовой работы – познакомиться с историей развития средств вычислительной техники.

Задачи - изучить основные этапы развития средств вычислительной техники; показать значимость изобретения каждого вида вычислительной техники для человека; изучить поколения ЭВМ; выявить отличительные особенности различных поколений ЭВМ.

Основная часть

1 Этапы развития средств вычислительной техники

Историю развития вычислительной техники подразделяют на четыре этапа:

• ручной ( с древних времен до середины XVII в.);
• механический (с середины XVII в. до конца XIX в.);
• электромеханический (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.);
• электронный (с 40-х гг. XX в. по настоящее время).

Далее в своей работе я подробно опушу каждый этап развития Вычислительной техники.

1.1 Ручной этап

Считать люди начали раньше, чем писать. Объемы вычислений постоянно возрастали. Человек развивался, новые знания требовали и новых подходов в счете. Ручной этап начался на заре человеческой эпохи, в этот период возникли основы счёта. Ручной этап продолжался до середины XVII столетия.

Для вычислений применяли всевозможные средства, которые можно классифицировать следующим образом:

• примитивные средства;
• первые приспособления;
• первые приборы.

Первым примитивным счетным устройством человека были его пальцы. Люди могли считать до 5 или 10 и это им вполне хватало. У этого устройства можно отметить несколько достоинств: простота, надежность, всегда под рукой. Но есть и существенный минус – неудобство хранения результатов. Известны народы, у которых единицами счёта были не пальцы, а их суставы. Со временем, счет на пальцах, заменили на перекладывание камней. Камни складывали в пирамидки по десять камней. Разные народы заменяли камни на более доступные для них предметы – ракушки, бобы…

Для учета и сбора налогов в средние века пользовались деревянными палочками с зарубками (бирки). Бирка разрезалась на две продольные части, одна оставалась у крестьянина, другая - у сборщика налогов.

К простейшим приспособлениям для счета можно отнести узелки на веревках.

Приспособления для счета развивались медленно, так как необходимость в развитии счета отсутствовала, да и обмен опытом был затруднен.

Около 3000 лет назад (V век до нашей эры), в Египте для счета стали использовать первый счетный прибор — абак, с которого и началось развитие вычислительной техники.

Именно с появления данного устройства начинается домеханический период.

Древнегреческий абак – дощечка, посыпанная морским песком. На песке проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единица, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде.

Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками (рис. 1).

Рис.1 Абак

В древнем Риме Абак назывался CALCULI, или ABACULI, и изготовлялся из бронзы, камня, слоновой кости или цветного стекла. Слово CALCULUS означает «галька», «голыш». От этого слова произошло позднейшее латинское CALCULATORE (вычислять) и наше - «калькуляция».

В VI веке нашей эры, появились китайские счеты суан-пан (китайский абак). Суан-пан перегорожена линейкой на две неравные части: в большом отделении («земля») на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в меньшем («небо») - по две. Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в разряд единиц. Что характерно, при счете косточки не снимались с поля, их нужно было просто сдвинуть в сторону соседнего поля.

Математические действия были уже более разнообразные, с помощью китайского аббата можно было делить, извлекать корни (квадратные и кубические), выполнять действия с дробями.

Существовал также японский абак, абак ацтеков, абак Герберта, английский абак и многие другие.

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. На рубеже XVI-XVII вв. появился русский абак – счеты. Они тоже имеют свой период развития, принимали различные формы. Счеты, точнее их вид, который мы привыкли видеть, появился в начале XVII века.

Конечно, все, вышеперечисленные предметы, сложно назвать вычислительными машинами. К тому же, с помощью абака, достаточно сложно выполнять деление и умножение.

Революцию в области механизации умножения и деления совершил Джон Непер.

Большой вклад внес шотландец Джон Непер (1550-1617), теолог, математик и изобретатель. Непер придумал в 1617 г. способ перемножения и деления чисел, заменив их сложение и вычитание - «костяшки Непера» (или «палочки Непера»). Для того, чтобы выполнить умножение, необходимо взять основной брусок и брусок, в верхнем квадрате которого был записан один из множителей. Затем бруски располагались так, чтобы их края совпали. В том квадрате, который располагался на одной линии со вторым множителем, из основного бруска складывались два находившихся там числа, при этом число, располагавшееся левее, обозначало десятки, а правое – единицы.

Эти палочки, как и сам метод, быстро получили широкое распространение в Европе и были одно время даже более популярны, чем логарифмы - главное изобретение Непера. В XVI и XVII в.в. в Европе появилась множество модификаций палочек Непера (рис.2).

Рис.2 Палочки-Непера

В 1654 году англичанин Роберт Биссакер предложил конструкцию прямоугольной логарифмической линейки, которая сохранилась до нашего времени. Оно позволяет умножать и делить числа, возводить в степень, определять логарифмы и тригонометрические функции. Над созданием логарифмической линейки также трудились: Исаак Ньютон, Джон Робертсон, Амедей Маннхейм.

Логарифмическая линейка стала прибором, завершающим развитие средств вычислительной техники на ручном (домеханическом) этапе.

1.2 Механический этап

Механический этап начался в середине XVII и длился почти до конца XIX столетия. Уровень развития науки в этот период сделал возможным создание механических устройств, выполняющих основные арифметические действия и автоматически запоминающих старшие разряды.

На протяжении сотен лет устройство, создававшееся для облегчения выполнения вычислительных операций, по принципу действия были так же просты, как счеты. Однако в начале 17 века, когда математика стала играть ключевую роль в науке, специалисты в области физики и астрономии столкнулись с необходимостью произведения сложных и громоздких вычислений. Потребность в более совершенных вычислительных инструментах становилась все более очевидной.

Требовались машины, которые были бы способны выполнять большой объем вычислений с высокой точностью и за малое время. Другими словами, это должны были быть машины, делающие процесс вычислений достаточно простым и экономящие время.

В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519) уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа.

Специалисты известной американской фирмы IВМ воспроизвели машину в металле и убедились в полной состоятельности идеи ученого. Его суммирующую машину можно считать изначальной вехой в истории цифровой вычислительной техники. Это был первый цифровой сумматор, своеобразный зародыш будущего электронного сумматора - важнейшего элемента современных ЭВМ, пока еще механический, очень примитивный (с ручным управлением).

В 1642 г. 19-летний Блез Паскаль, на тот момент еще мало кому известный, создает действующую суммирующую машину («Паскалину») - более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором (рис. 3).

С помощью Паскалины можно было суммировать десятичные числа, она производила переносы единиц в следующий десятичный разряд автоматически, раньше эту работу мог делать только человек.

Машина напоминала по форме длинный сундучок. Она была достаточно громоздка, имела несколько специальных рукояток, при помощи которых осуществлялось управление, ряд маленьких колес с зубьями.

Для суммирования чисел нужно было повернуть соответствующие наборныи колесики на «паскалине».

Каждое колесико с нанесёнными на него делениями от 0 до 9 соответствовало одному десятичному разряду числа - единицам, десяткам, сотням и т.д. Избыток над 9 колесико «переносило», совершая полный оборот и продвигая соседнее слева «старшее» колесико на единицу вперёд.

Рис.3. Паскалина

Основные идеи Паскаля:

1. Представление чисел углом поворота счетных колес: каждому числу от 0 до 9 соответствовал свой угол.

2. Автоматический перенос десятков.

Потребовалось свыше 50 лет для создания более совершенного устройства, чем машина Паскаля. Отсутствие прибора, позволяющего быстро осуществлять сложные вычисления, привело к тому, что многие поставленные эксперименты так и не были завершены, а те, которые все-таки удалось завершить, потребовали месяцы и даже годы.

В 1673 году, Лейбниц создал механический калькулятор (арифмометр), выполняющий сложение, вычитание, умножение и деление чисел (рис. 4).

В отличие от Паскаля Лейбниц стал использовать цилиндры, а не колесики и приводы. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел 9 рядов выступов или зубцов. При этом первый ряд содержал 1 выступ, второй - 2 и так вплоть до 9-го ряда, который содержал 9 выступов. Цилиндры были подвижными и приводились в определенное положение оператором. Этот цилиндр впоследствии получил название «ступенчатого валика».

Рис.4 Машина Лейбница

В 1802 г. французский ткач и механик Жозеф Мари Жаккар (1752-1834) создал первый образец машины, управляемой введением в нее информации (рис.5).

Его машина, облегчила процесс производства тканей со сложным изготовлении такой ткани нужно опустить каждую из ряда нитей, ткацкий станок протягивает между поднятыми и пущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке и станок снова пропускает через них нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором.

Для задания узора на ткани Жаккар использовал ряды отверстий на картах. Если применялось десять нитей, то в каждом ряду карты предусматривалось место для десяти отверстий. Карта закреплялась на станке в устройстве, которое могло обнаруживать отверстия на карте. Это устройство с помощью щупов проверяло каждый ряд отверстий на карте. Информация на карте управляла станком.

Рис.5

Чарльз Ксавьер Томас (1785-1870) в 1820г. создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п. Создание недорогих, надежных машин позволило использовать их для коммерческих целей и научных расчетов.