Файл: История развития средств вычислительной техники (вычислительные средства).pdf

ВВЕДЕНИЕ

Современный мир – информационное общество, становление которого началось с внедрением в различные сферы деятельности человека средств обработки и передачи информации.

Процесс, который прошло общество, обусловлен созданием условий, удовлетворяющих потребностям любого человека в получении необходимой информации.

Новые, современные технологии – главная движущая сила в дополнение к существующим силам мирового рынка. Микропроцессоры, ЛВС, робототехника – превратили в реальность концепцию автоматизированного предприятия.

В данной курсовой работе были использованы: учебное пособие автора Абломейко С.В., Новик И.А., Бровка Н.В. Краткий курс истории вычислительной техники и информатики, Минск, БГУ, 2014, в котором описан исторический ход развития вычислительной техники в древние времена и в современном мире; учебное пособие автора Казаковой И.А. «История вычислительной техники». Также при написании курсовой работы были изучены статьи: «История развития вычислительной техники», авторы Христофоров Р.П., Гусев В.В., Гусев И.В., Орловская Л.А.; «Зарождение информационно-вычислительных систем: основные этапы развития вычислительной техники» авторы Хасанов И.И., Логинова Е.А.

Цель курсовой работы – рассмотреть историю развития средств вычислительной техники.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– кратко изучить этапы развития счётных устройств;

– познакомиться с открытиями, предшествующими появлению ЭВМ;

– рассмотреть поколения ЭВМ и их отличительные особенности;

– познакомится с основными тенденциями в развитии компьютерной техники.

Объект курсовой работы: вычислительные средства.

Предмет курсовой работы: этапы развития.

1 Предыстория вычислительных средств

1.1 «Домеханический» и механический периоды развития вычислительной техники

О периоде развития компьютерных технологий до нашей эры достоверно можно сказать немного. Совершенно точно известно, что до нашей эры были придуманы такие полезные вещи, как цифры (кроме нуля), системы счисления, абак, деньги и пиво. Открытие новых технологий в те годы было чревато разнообразными неприятностями для ученых.

В Китае около 800 г. н. э. начинают использовать цифру «нуль», предположительно позаимствовав ее у индийских математиков. Примерно в это же время появляется такое понятие, как отрицательные числа^[1].

Первые расчеты и вычисления наши предки производили помощью пальцев рук и ног. На них люди научились отсчитывать довольно большие числа. Загибая пальцы рук различными комбинациями, они изображали не только единицы и десятки, но также сотни и тысячи. С помощью жестов рук можно было охватить числа до миллиона [1].

Чтобы сделать процесс счета более удобным, человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. Он складывал из камней пирамиду и определял, сколько в ней камней, но если число велико, то подсчитать количество камней на глаз трудно. Поэтому первобытный человек стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того, что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней. Разные народы вместо камней использовали разные приспособления – кости, бобы, ракушки^[2] [2].

Самым древним из таких инструментов считается кость с зарубками, найденная в древнем поселении Дольни Вестоници на юго-востоке Чехии в Моравии. Этот предмет, получивший название «вестоницкая кость», предположительно использовался за 30 тыс. лет до н.э. [2]

Другие народы – китайцы, персы, индийцы, перуанцы – использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками. Американские индейцы называли счетные веревки куиру, и в перуанских городах до вторжения в Южную Америку европейцев городской казначей именовался куиру комоуокуна, т.е. чиновник узелков^[3].

В древности торговцы из Финикии, Вавилона, Рима и других городов считали с помощью зерен, камешков, раковин, которые выкладывали на специальной доске, названной абаком (рисунок 1). Абак как счетный прибор использовался в разные времена в разных формах [1]. В Греции на абаке проводили вертикальные линии и в соответствующие колонки раскладывали косточки или камешки. Для вычерчивания чисел, фигур, выполнения арифметических действий на абак сыпали песок (слово «абак» в переводе с древнееврейского означает «пыль, песок»)^[4].

Рисунок 1 – Приспособления для счета: 1 – абак,

2 – китайский суан-пан; 3 – счеты

Изготовление абака не представляет сложности, вполне можно обойтись дощечкой, которая разлинована столбцами или разлиновать небольшой песочный участок. Каждый столбец имел свой численный разряд: единица, десяток, сотня, тысяча. Числа реализовывались набором камешков, ракушек, веточек и т.п., которые раскладывались по разным столбцам – разрядам. Увеличивая или уменьшая количество камешков в этих столбцах, было возможно было слагать и вычитать, а также умножать и делить, многократно слагая и вычитая^[5] [3].

После изобретения абака многие изобретатели и естествоиспытатели пытались придумать приспособления, способные облегчить процесс вычислений. Абак удобно использовать для выполнения операций сложения и вычитания. Умножение и деление выполнять с помощью абака гораздо сложнее^[6].

Революцию в области механизации умножения и деления совершил шотландский математик лорд Джон Непер (1550–1617), известный своими изобретениями:

– инструмент, получивший название «счетные палочки Непера»;

– логарифмы (таблица логарифмов).

Таблицы Непера, расчет которых требовал очень много времени, были позже «встроены» в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, – логарифмическую линейку. Она была изобретена в конце 20-х гг. XVII в.

Изобретателями первых логарифмических линеек независимо друг от друга являются Уильям Отред и Ричард Деламейн. Это событие произошло между 1620 и 1630 гг. На рисунке 2 приведена круговая линейка У. Отреда^[7].

Рисунок 2 – Круговая линейка У. Отреда

Среди двухтомного собрания рукописей итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452–1519), известных как «Codex Madrid» и посвященных механике, уже в наше время были обнаружены чертежи и описание 13-разрядного суммирующего устройства (рисунок 3). Похожие рисунки также были найдены и в рукописях «Codex Atlanticus». Основу машины по описанию составляют стержни, на которые крепится два зубчатых колеса, большее с одной стороны стержня, а Леонардо да Винчи меньшее – с другой^[8].

Рисунок 3 – Чертеж 13-разрядного суммирующего устройства

Однако потребность в механизации счета была настолько малой, что лишь через сто с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый, профессор кафедры восточных языков Тюбингенского университета Вильгельм Шиккард (1592–1636) предложил свое решение этой задачи.

В. Шиккард разработал счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел. Причиной, побудившей В. Шиккарда разработать такую машину, было его знакомство с польским астрономом Иоганном Кеплером. Работа великого астронома в основном была связана с вычислениями. В. Шиккард решил оказать ему помощь в нелегком труде. В своих письмах к Иоганну Кеплеру в 1623 г. Шиккард описывает проект суммирующей машины (рисунок 4), которую он назвал «счетными часами»^[9].

Машина Шиккарда состояла из трех частей:

– суммирующего устройства (для выполнения сложения и вычитания);

– множительного устройства (для выполнения умножения);

– механизма для записи промежуточных результатов.

Рисунок 4 – Машина Шиккарда

Самым первым вычислительным прибором, собранным по механическому принципу, являлась счетная машина (рисунок 5), созданная в 1642 году прославленным ученым из Франции Блезом Паскалем. Данное изобретение Паскаля позволило оперировать сложением и вычитанием. «Паскалина» – такое наименование получило сие устройство – состояла из комплекта пронумерованных от 0 до 9 колес, установленные в вертикальном положении. Колесо, после совершения полного кругового оборота сцеплялось с колесом, расположенным по соседству, и раскручивало на единицу деления. От количества колес зависело количество разрядов – так, при помощи двух колес можно было считать до 99, при трех – до 999, а пять колес позволяли вести счет до таких величин как 99999. «Паскалина» была крайне простой в освоении^[10][4].

Рисунок 5 – Счетная машина Блеза Паскаля

Первая машина, позволившая легко производить вычитание, умножение и деление, была изобретена в Германии Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646–1716), творческое воображение которого казалось неисчерпаемым^[11].

В 1673 г. он изготовил механический калькулятор (рисунок 6). Сложение на нем производилось так же, как и на «паскалине», однако Лейбниц включил в конструкцию движущуюся часть (прообраз подвижной каретки будущих настольных калькуляторов) и ручку, с помощью которой можно крутить ступенчатое колесо или – в последующих вариантах машины – цилиндры, расположенные внутри аппарата. Этот механизм позволял ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для перемножения или деления чисел. Повторение осуществлялось автоматически [1].

Рисунок 6 – Счетная машина Лейбница

Среди многих вычислительных устройств XIX в. нельзя не отметить наиболее оригинальную конструкцию арифмометра (рисунок 7), построенного великим русским математиком П. Чебышевым. В ее основу был положен изобретенный П. Чебышевым 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^[12].

Этот принцип получил настоящее признание гораздо позже, лишь с применением электропривода. При дискретной (прерывистой) передаче десятков неизбежно появлялись толчки, приводящие к разбалансированию всего механизма. При непрерывной передаче ход машины плавный, что позволяет без опасения поломок значительно увеличить скорость работы механических вычислительных устройств. П. Чебышевым был предложен эпициклический механизм с плавным переносом. Впоследствии этот механизм был использован американской фирмой «Мерчент» в серийных вычислительных машинах, выпускавшихся до середины XX столетия.

Следующая ступень в развитии вычислительных устройств на первый взгляд не имела ничего общего с числами, по крайней мере вначале. На протяжении XVIII в. на французских фабриках по производству шелковых тканей велись эксперименты с различными механизмами, управлявшими станком при помощи перфорационной ленты, перфорационных карт или деревянных барабанов. Во всех трех системах нить поднималась и опускалась в соответствии с наличием или отсутствием отверстий – так создавался желаемый рисунок ткани^[13]. В 1804 г. инженер Жозеф Мари Жаккар (1752–1834) построил полностью автоматизированный станок, способный воспроизводить сложнейшие узоры. Работа станка программировалась при помощи колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Станок Жаккарда, так его принято называть, (рисунок 7) вызвал настоящую революцию в ткацком производстве, а принципы, заложенные в его основу, используются до настоящего времени. Однако самую важную роль перфокартам суждено было сыграть в программировании компьютеров^[14].