Файл: История развития средств вычислительной техники (Ручной период развития систем счета).pdf
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 55
Скачиваний: 0
Содержание:
Введение
Построить правильное представление о вычислительной технике невозможно без понимания истории ее развития.
Современная техника использующаяся для вычислений, является важнейшим средством процесса обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были, вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства, помещаемые при этом в специальные контейнеры. Очень часто эти приспособления использовали торговцы и ремесленники.
С течением времени устройства для счета менялись. Они становились все более сложными и совершенными. Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства: Абак, логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека [1, C.8].
Жизнь человека на протяжении всей истории его существования была неразрывно связана с вычислительной техникой. Некоторые из созданных давно приборов остаются актуальными и по сей день. Вот почему знание истории развития вычислительной техники является актуальной задачей при получении технического образования. История развития вычислительной техники дает примеры уникальных изобретений которые с успехом использовались человеком. Например, Одним из наиболее значимых достижений того времени принято считать арифмометр. Его изобрел ученый по имени Ондер. Основной особенностью арифмометра является наличие в нем зубчатых колес которые очень хитро крутились. Они использовались вместо традиционных валиков что было намного проще чем приборы созданные предыдущими учеными. Однако основной недостаток этого прибора заключался в его огромных размерах. Во всем же остальном прибор был просто совершенен. Именно это и не позволило первым ЭВМ сразу же вытеснить данный прибор с рынка.
1. Ручной период докомпьютерной эпохи
Самым ранним периодом развития вычислительной техники можно считать так называемый ручной период. Этот период длился около 2х тысяч лет. Принято считать, что наиболее активно использовали приборы для счета Древние Греки и Египтяне
Этот этап фактически начался вместе с появлением первого человека. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами.
С незапамятных времен использовался счет с при помощи пальцев. Древние Египтяне практиковали такую форму счета при помощи нанесения насечек. В дальнейшем это повлияло и на систему исчисления данного народа. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты [2, с 56].
И все же первы прибором ля счета принято считать счеты. Примечательно, что данный прибор по разному назывался у разных народов. Разным было и его использование. Подобный инструмент был известен у всех народов. В древней Греции этот прибор назывался абак. Древнегреческий абак (доска или «саламинская доска» по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа [3, с 6]. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Наиболее похожими на «современные» счеты были Китайские счеты – суан. Китайские счеты суан – пан состояли из доски, разделенной на верхние и нижние части. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки – с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а восьмерка.
Суан - пан разделены на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части – по 2. Таким образом, для того, чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, а затем добавляли одну косточку в разряд единиц.
У японцев это же устройство для счета носило название серобян.
Особый интерес для нас представляют первые счетные устройства использующиеся на Руси. Наши предки долго использовали счет при помощи костей.
На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с 15 века получил распространение «дощатый счет», завезенный, видимо, западными купцами с ворванью и текстилем. «Дощатый счет» почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.
В 9 веке индийские ученые сделали одно из величайших открытий в математике. Они изобрели позиционную систему счисления, которой теперь пользуется весь мир.
При записи числа, в котором отсутствует какой - либо разряд (например, 110 или 16004), индийцы вместо названия цифры говорили слово «пусто». При записи на месте «пустого» разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок называется «сунья».
Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык – они говорили «сифр». Современное слово «нуль» происходит от латинского.
В конце 15 – начале 16 века Леонардо да Винчи создал 13- разрядное суммирующее устройство с десятизубными кольцами. Основу машины по описанию составляли стержни, на которые крепились два зубчатых колеса, большее с одной стороны стержня, а меньшее – с другой. Эти стержни должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее колесо на одном стержне входило в зацепление с большим колесом на другом стержне. При этом меньшее колесо второго стержня сцеплялось с большим колесом третьего и т.д. Десять оборотов первого колеса, по замыслу автора, должны были приводить к одному полному обороту второго, а десять оборотов второго - к полному обороту третьего и т.д. Вся система, состоящая из 13 стержней с зубчатыми колесами должна была, приводиться в движение набором грузов.
Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений, обеспечивающий перенос старшего разряда. Использование таких машин способствовало «автоматизации умственного труда».
Увеличение во второй половине 19 века вычислительных работ в целом ряде областей человеческой деятельности выдвинуло настоятельную потребность в ВТ и повышение требований к ней.
В этот период английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати.
Первая спроектированная Беббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Работающая модель была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.
Одним из наиболее значимых достижений того времени принято считать арифмометр. Его изобрел ученый по имени Ондер. Основной особенностью арифмометра является наличие в нем зубчатых колес которые очень хитро крутились. Они использовались вместо традиционных валиков что было намного проще чем приборы созданные предыдущими учеными. Однако основной недостаток этого прибора заключался в его огромных размерах. Во всем же остальном прибор был просто совершенен. Именно это и не позволило первым ЭВМ сразу же вытеснить данный прибор с рынка.
Первоначально появление в этот период ЭВМ не очень повлияло на выпуск арифмометров, преждвсего из-за различия в назначении, а также в стоимости и распространенности. Однако, с 60 годов в массовое использование все активнее проникают электронные клавишные вычислительные машины, выпускаемые вначале на лампах, а с 1964 г. на транзисторах. Лидерство в этом направлении сразу же захватила Япония, которая отличалась миниатюризацией электронной техники, включая ВТ.
2. История создания и развития средств вычислительной техники
Попытаемся кратко рассмотреть основные периоды развития вычислительной техники. Эта периодизация достаточно уникальна так как охватывает особые периоды в жизни человеческого общества
В вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.
Принято считать, что торговля – двигатель прогресса.
Еще во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков [4, 67с]. Это достаточно сложные рас которые невозможно произвести без вспомагательных средств. Уникальность отдельных видов рассчетов заставляла прибегать к помощи граждан других государств. Математики всегда пользовались в обществе почетом и уважением. Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так, в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак. Абак называют также римскими счетами. Эти счеты представляли собой костяную, каменную или бронзовую доску с углублениями – полосами. В углублениях находились костяшки, и счет осуществлялся передвижением костяшек.
В странах Древнего Востока существовали китайские счеты. На каждой нити или проволоке в этих счетах имелось по пятьи по две костяшки. Счет осуществлялся единицами и пятерками. В России для арифметических вычеслений применялись русские счеты, появившиеся в 16 веке, но кое – где счеты можно встретить и сегодня.
Одним из уникальнейших открытий можно считать логарифмическую линейку. Ее появление было не случайно а спровацировано развитием теоретической математики. Для начала она с успехом была использована для измерение площадей криволинейных участков земли. Пользоваться ей было очень удобно. Она имела малые размеры и давала достаточно точные результаты вычислений.
Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая линейка, её автором был английский математик Эдмонд Гантер. Логарифмической линейке суждена была долгая жизнь: от 17 века до нашего времени.
Однако ни абак, ни счеты, ни логарифмическая линейка не означают механизации процесса вычислений. В 17 веке выдающимся французким ученым Блезом Паскалем было изобретено принципиально новое счетное устройство – арифметическая машина. В основу её работы Б. Паскаль положил извесную до него идею выполнения вычислений с помощью металических шестеренок. В 1645 г. им была построена первая суммирующая машина, а в 1675 г. Паскалю удается создать настоящую машину, выполняющую все четыре арифметических действия. Почти одновременно с Паскалем в 1660 – 1680 гг. Сконструировал счетную машину великий немецкий математик Готфирд Лейбниц.
Счетные машины Паскаля и Лейбница стали прообразом арифмометра. Первый арифмометр для четырех арифметических действий, нашедший арифметическое применение, удалось построить только через сто лет, 1790 г., немецкому часовому мастеру Гану. Впоследствии устройство арифмометра совершенствовалось многими механиками из Англии, Франции, Италии, России, Швейцарии. Арифмометры применялись для выполнения сложных вычислений при проектировании и строительстве кораблей. Мостов, зданий, при проведении финансовых операций. Но производительность работы на арифмометрах оставалась невысокой, настоятельным требованием времени была автоматизация вычислений.
В 1833 г. анлийский ученый Чарлз Бэбидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэбиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней использовались далеко не совершенные узлы, например, для запоминания разрядов десятичного числа в ней применялись зубчатые колеса. Осуществить свой проект Бэбиджу не удалось из – за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта.