Файл: История развития средств вычислительной техники.pdf

Введение

Сегодня, пожалуй, мало кто может представить жизнь без компьютерных технологий, настолько прочно они вошли в нашу жизнь и во все ее сферы. Хотя ещё относительно недавно, всего лишь 60ых - 70ых годах прошлого века электронные вычислительные машины были в новинку и доступны только лишь ограниченному числу людей и специалистов, а их применение, как правило, было довольно сложным в освоении для широкого круга простых пользователей. Пока в 1971 году не произошло событие, поменявшее в корне ситуацию и с неимоверной скоростью превратившее компьютер в обычный, относительно доступный, персональный инструмент, который смогли позволить себе и освоить десятки миллионов людей по всему миру. В том знаменательном году почти не известная никому компания Intel из маленького калифорнийского городка Санта-Клара, выпустила свой первый микропроцессор. Именно благодаря этому микропроцессору у нас появился новый класс вычислительных систем - персональный компьютер.

Однако, основа развития средств вычислительной техники была заложена ещё за много тысяч лет назад. С самого зарождения цивилизации человечество начало сталкиваться с необходимостью произведении вычислений, обработки данных и их хранении. Тогда речь шла о простейших операциях вроде подсчета голов скота, собираемых плодов или товаров при обмене, но с развитием общества, технологий и соответствующим увеличением количества окружающей человека информации, человечество впервые подошло к вопросу автоматизации этих операций, условно весь процесс развития можно разделить на несколько этапов.

Глава 1. Ручной этап развития вычислительной техники

1.1 Счет на пальцах

Доподлинно неизвестно точное время появления этого метода, однако, ученые связывают его с эпохой верхнего палеолита или периодом в 35000 - 8000 лет до нашей эры. Пальцевый счет зародился сразу у нескольких народов, общий принцип был один и тот же — использование собственных частей тела, основываясь на конкретных потребностях тех или иных общин, способы реализации имели огромное число вариаций, какие — то из них не претерпели никаких изменений и не получили широкого распространения, как, например, у амазонского племени Пираха, система счета которых ограничена всего тремя числами «Один», «Два» и «Много».

В то время как другим способам пальцевого счета мы в какой - то степени обязаны появлением математики, других точных наук, появлению многих систем счисления, которыми мы пользуемся и на принипах которых работает наша вычислительная техника.

Так, например, по некоторым версиям привычная нам всем десятичная система счисления берет свое начало в Древнем Египте за три тысячелетия до нашей эры. Правда египтяне как и многие другие народы в той эпохе пользовались непозиционной системой счисления, т.е. для каждого числа было уже собственное обозначение, но при записи результат не зависел от местоположения каждого из чисел. Тем не менее уже тогда Египтяне сильно продвинулись в своих техниках счета и научились умножать на пальцах однозначные числа от 6 до 9. Для этого на одной руке вытягивали столько пальцев, на сколько первое число превосходит число 5, а на второй делали то же самое для второго числа. Остальные пальцы загибали. Потом брали число вытянутых пальцев и умножали на 10, далее перемножали числа, показывавшие, сколько загнуто пальцев на руках. К числу вытянутых пальцев, умноженному на 10, добавляли полученное произведение. В то время пальцевый счет позволял cчитать им от 1 до 10000. В последствии система счислений подверглась усовершенствованиям, и Египтяне научились оперировать числами, вплоть миллиона.

Конечно, помимо Египетской системы пальцевого счета были и другие, которые отличались, пожалуй очень многим, кроме того, что все системы объединяло одно — использование собственных частей тела.

Русский счёт на пальцах до десяти начинается загибанием мизинца левой руки и продолжается последовательным ведением до загнутого большого пальца правой руки. Однако, когда требуется наглядно показать количество, руку сжимают в кулак и в начале разжимают указательный палец, затем средний, безымянный, мизинец и последним большой. Из других способов счисления по пальцам на Руси был так же популярен «счёт дюжинами», Употреблялся он в основном в торговле (Был широко распространен на территории Новгородской республики в XII—XV веках). Счет дюжинами вёлся большим пальцем по фалангам остальных четырёх пальцев правой руки и начинался от нижней фаланги указательного пальца, а заканчивался верхней фалангой мизинца. Был и другой вариант — от верхней фаланги мизинца левой руки до нижней фаланги указательного пальца. При достижении 12, если число превышало 12, то считающий загибал один палец на противоположной руке. По достижении шестидесяти или «пяти дюжин» все пальцы руки, означающие полные дюжины, оказывались сжатыми в кулак. До начала XX века на территории России было принято считать дюжинами многое из предметов обихода, например: носовые платки, пишущие перья, карандаши, школьные тетрадки. Набор из 12 предметов по традиции составляли ложки, вилки, ножи, а посудные сервизы и комплекты стульев и кресел рассчитывались на 12 персон (это даже оставило след в названии романа «Двенадцать стульев»).

Не смотря на то, что на Руси были десятичная и двенадцатеричная системы, широчайшее распространение все же получил «счёт сороками» («сороковицами»). Охотники за пушным зверем в Сибири вели счет «сорочками», то есть наполненные шкурками мешки (обычно, сорок собольих хвостов или сорок беличьих шкур), которые полностью уходили на пошив одной дорогой «сорочки» (шубы) русского боярина XVI века. Так, в таможенной грамоте 1586 года «сороками» были подсчитаны шкурки соболей и куниц, посланные в качестве платы за ведение войны с турками от царя Фёдора Ивановича австрийскому императору Рудольфу. Методика счёта «сороками» имела много общего со «счётом дюжинами», разница была в том, что вместо подсчёта фаланг считали суставы пальцев, которых на четырёх пальцах было всего 8. Если число превышало 8, то при достижении 8 считающий загибал один палец на противоположной руке. По достижении числа 40 все пальцы руки, фиксировавшей полные «осьмушки» (восьмерки), оказывались сжатыми в кулак. Влияние пальцевого счёта «сороками» отразилось в народном фольклоре и особенно в народных суевериях. К примеру, для охотника сорок первый медведь считался несчастливым и т. д. Также любая многоножка традиционно называлась, и до сих пор некоторыми называется словом «сороконожка». Выражение «сорок сороков» или по — другому «тьма» для простого крестьянина символизировало некое запредельное число, превосходящее любое воображение и математические познания самого человека.

В состав Римской республики, а позднее — империи, входило множество народов, а сфера торговли охватывала всё Средиземноморье и страны Ближнего Востока, которые имели разную счётную письменность или не имеющие таковой. Как результат, возникла весьма развитая, и главное, работающая десятичная система счёта на пальцах, при которой торговцы могли оперировать числами до 10.000 с помощью одних только пальцев двух рук, и до 1.000.000.000, задействуя другие части тела. В течение длительного времени на территории Арабского халифата и стран, возникших после его распада, в торговых операциях использовался римский пальцевый счёт, ещё в XIV веке арабские и персидские документы свидетельствуют о хорошем знании арабами римской системы счёта, сходной с той, которая была записана Бедой Достопочтенным в Европе начала VIII века. Особенностью этого счисления стала смена рук, означающих десятки и сотни, в соответствии с системой арабского письма справа-налево. Таким образом, правая рука стала означать сотни, а левая — единицы и десятки. Впоследствии, на восточных базарах и в портах на  Красном море и вдоль восточного побережья Африки, торговцами был выработали собственный особый математический язык жестов. Покупатель и продавец, во избежание нечистых на руку посредников, недобросовестных конкурентов и нежелательных свидетелей, тайно договаривались о цене, накрывая свои руки тканью и касаясь ладоней друг друга, следуя определённым правилам.

Прикосновение к вытянутому указательному пальцу продавца, в зависимости от цены и используемых денежных единиц, могло означать 1, 10 или 100. Одновременное касание к двум, трём или четырём пальцам продавца могло означать соответственно 2, 20, 200; 3, 30, 300 или 4, 40, 400. Касание открытой ладонью могло указывать на число 5, 50 или 500. Дотронуться до мизинца означало 6, 60 или 600, безымянного пальца  — 7, 70 или 700, среднего пальца — 8, 80 или 800, если согнуть указательный палец — 9, 90 или 900, косание  Большого пальца — 10, 100 или 1000. При этом в счислении могла быть соблюдена последовательность числовых степеней, например число 78 задавалось прикосновением к безымянному пальцу продавца, а затем  к его среднему пальцу. При постукивание по указательному пальцу продавца в направлении от среднего сустава к кончику пальца выносилось предложение о снижении цены вдвое, на одну четвертую или на одну восьмую часть от начальной цены. При постукивание по указательному пальцу от основания пальца до его среднего сустава добавлялась половина цена от предложенной, или четверть, или восьмая часть. Если же перед указанием дробной степени указывалось целое число, то оно умножалось на дробную степень.

1.2 Фиксация счёта, абак, счёты

С течением времени, развитии торговых отношений, усложнении социальной структуры, увеличении количества информации, окружающей человека, человечество столкнулось с тем, что существующие технологии вычислений уже не всегда могли справиться с возросшей сложностью и числом операций. Тогда у человека остро возникла потребность в автоматизации расчетов и реализации системы хранения данных, полученных при вычислениях.

Конечно же, как и любая эволюция, развитие технологий происходит постепенно. Параллельно с тем как пальцевый счет продолжал свое развитие в одних частях света, в других ему на смену пришёл счёт абаке. Который, вероятнее всего, впервые появился в Вавилоне примерно за 3000 — 2500 лет до нашей эры. Доска абака была разделена на полосы. Каждая полоска назначалась для откладывания тех или иных разрядов чисел: в первую полоску ставили несколько камешков по количеству единиц в разряде, во вторую полоску по количеству десятков, в третью по количеству сотен, и так далее.

Абаке получил широкое распространение и дальнейшее развитие у римлян. Они назвали камешеки для расчетов - калькулюс, а счет на абаке получил название - калькуляция. Даже сейчас подсчет расходов, доходов или других операций называют калькуляцией, а до недавнего времени вполне можно было услышать, как человека, выполняющего этот подсчет называли — калькулятором. Один и тот же камешек на доске абаке мог означать и единицы, и десятки, и сотни, и тысячи — разница была лишь в его месте расположения. Со временем и эта технология получила свое дальнейшее развитие.

К примеру знакомые нам счеты являются модернизированным абаком, но уже состоящим из рамки с укрепленными горизонтальными веревочками или проволокой, на которые были нанизаны просверленные деревянные плашки или же фруктовые косточки по десять штук на каждый ряд, равно как и в классическом абаке, каждый ряд означал свой разряд.

Тем не менее, такая, казалось бы, простая и не имеющая вариантов исполнения технология как счеты, все же в некоторых цивилизациях находила свою уникальную реализацию.

В древнем Китае на каждом ряду счет помещалось не по десять плашек, а всего по семь. Последние две плашки были отделены от первых пяти вертикальной планкой, и каждая из них обозначала 5 единиц. Когда при расчетах набиралось пять плашек, вместо них выбиралась одна плашка второго отделения счетов. Такое устройство китайских счетов, называемых суан-пан, по сравнению с традиционными счетами уменьшало необходимое число плашек.

У японцев это же устройство для счета носило название Соробан. Соробан — японская версия абака или счет, которая произошла от китайского суан-пана, который завезли в Японию в 15-16 веках. Соробан представляет собой еще более упрощенную версию предшественника, за счет того, что у Соробан вместо пяти плашек с одной стороны и двух с другой, их всего пять, по четыре с одной, и по одной с другой стороны.

Вместе с развитием инструментов для вычислений произошла и эволюция в способах фиксации результата, если раньше люди оперировали незначительными числами и для этих целей использовалось и вполне хватало нанесения насечек, использования счетных палочки, завязывания узелков и др., то теперь, когда в счете начали фигурировать действительно большие числа, старые методы уже не могли «переварить» такой объем.

К тому же было очень неудобно хранить и считывать данные с хрупких и тяжелых глиняных табличек, множества веревок с узелками, огромных рулонов папируса. И это продолжалось до тех пор, пока древние индийцы не изобрели для каждой цифры свой знак.

1.3 Позиционная система счисления

Конечно, любой абак подразумевает собой использование некой позиционной системы счисления, т.е. Системы, в которой значение любой цифры зависит от позиции (разряда) данной цифры в числе и такие системы появились вместе с первыми абаками. Однако, вплотную развитием этой системы занялись первыми индийские ученые задолго после появления абака. Древнейшая известная запись позиционной десятичной системы обнаружена в Индии в 595г Нашей эры. В этих старинных системах для записи одинакового числа сначала использовались символы, рядом с которыми дополнительно помечали, в каком разряде они стоят. Потом перестали помечать разряды, и оставили каждому числу свою позицию. А если позиция пустая, её стали отмечать «пустотой» или нулем. В поздних вавилонских текстах такой знак стал появляться, но в конце числа его не ставили. Лишь в Индии нуль окончательно занял своё место. Так как Индия находилась обособленно от других стран, то впервые