Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 21
Скачиваний: 0
Содержание:
Введение
Компьютер – это устройство, созданное для вычислений. История компьютера тесным образом связана с попытками человека автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже маленькие цифры было сложно складывать и вычитать в уме. Поэтому больше 1000 лет назад для вычислений использовались счетные палочки, камешки, костяшки и т.д. В наше время уже трудно представить, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, еще до 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу людей, а их применение, оставалось неизвестной широкой публике. Однако в 1971 году компьютер превратился в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей по всему миру. В том же году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем - персональных компьютеров, которыми теперь пользуются все, от учащихся начальных классов учеников и бухгалтеров до ученых и инженеров. В конце XXI веке очень сложно представить себе жизнь без персонального компьютера, компьютер тесно вошел в нашу жизнь и стал главным помощником в работе и учебе. На сегодняшний день в мире существует очень большое разнообразие компьютеров различных фирм, различных групп сложности, назначения и поколений.
1. Ручной этап развития вычислительной техники
Самый древний и доступный был счет на пальцах. У каждого человека 5 пальцев на каждой руке, соответственно можно вычислять в пределах 10, а кто ходил босиком мог вычислять до 20. А так же они стали собираться по несколько человек и вели счет десятками. Древние египтяне научились даже умножать на пальцах однозначные числа от 6 до 9. Для этого на одной руке вытягивали столько пальцев, на сколько первый множитель превосходит число 5, а на второй делали то же самое для второго множителя. Остальные пальцы загибали. Потом бралось число вытянутых пальцев и умножалось на 10, далее перемножались числа, показывавшие, сколько загнуто пальцев на руках. К числу вытянутых пальцев, умноженному на 10, добавлялось полученное произведение. В дальнейшем пальцевой счет был усовершенствован, и с помощью пальцев научились показывать числа до 10 000. А китайские купцы торговались, взяв друг друга за руки и указывая цену нажатием на определенные суставы пальцев. Североевропейский пальцевой счет позволял показывать пальцами одной руки, складываемыми в различные комбинации, все числа от 1 до 100. Причем большим и указательным пальцами изображались десятки, остальными тремя - единицы. Например, число 30 получалось, когда большой и указательный палец левой руки были соединены в кольцо. Для того чтобы изобразить число 60, большой палец нужно согнуть и как бы склонить его перед указательным, нависающим над ним. Чтобы показать число 100, нужно было прижать выпрямленный большой палец снизу к указательному, и отвести остальные три пальца в сторону. Но вскоре люди стали использовать не только пальцы, но и суставы. На каждом пальце по 3 фаланги, соответственно 5 пальцев по 3 фаланги, т.е. 60.
Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. (перекладывали из одной кучки в другую) и счет на четках (на нитку нанизывали костяшки и передвигали их). У народов доколумбовой Америки был весьма развит узелковый счет. Однако использование ее требовало хорошей тренировки памяти. Но камушки и четки уже не могли удовлетворить возраставшие в связи с развитием торговли потребности в средствах вычисления. Так как требовалось вычислять уже большие цифры и это занимало много времени, а мозг человека не мог воспринимать так много информации. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. К числу таких народов принадлежали и греки. У них сохранялся счет на пальцах очень долгое время.
С помощью данных приспособлений было легко складывать и вычитать, но неудобно умножать и делить. Поэтому Дж. Непер предложил специальные счетные палочки. Они в дальнейшем так и стали называться палочками Непера. Они представляли собой комплект специальных палочек, состоящих из дощечки, на которой были нанесены цифры от одного до девяти и палочками, на которые была таблица умножения с такой же разметкой цифр. Вверху каждой дощечки располагались цифры в порядке возрастания, а по всей длине выложенной таблицы Непер нанес результаты умножения чисел на цифры, которые были нанесены на дощечке. Палочки Непера использовали не только для умножения, так и для деления, и вычисления квадратного корня числа. Если разделить числа можно было по принципу обратному умножению, то чтобы извлечь квадратный корень, добавлялась еще одна палочка, она состояла из трех колонок. В первой колонке были числа, возведенные в квадрат, которые соответствовали значению дощечки, указывающей строки, во второй - цифры, полученные при результате умножения указателя строк на два, а в третьем столбце находились числа от одного до девяти. Палочки Непера произвели большой прорыв в области развития арифметики.
Так в 1623 году появились логарифмические линейки. Она была придумана как прибор для экономии времени и минимального запоминания в уме. Большое значение она получила в научно-исследовательской деятельности, и в статистических бюро до момента появления электронной вычислительной техники. Усилиями целого ряда исследователей логарифмическая линейка постоянно совершенствовалась. И с помощью ее уже можно было производить не только действия с простыми числами, но и возводить их в квадрат и куб, извлекать корень, решать уравнения.
На смену древнему счету на пальцах пришёл счёт на абаке, который впервые появился в Древнем Вавилоне около 3 тысяч лет до нашей эры. Доска абака была разделена на полоски. Каждая полоска назначалась для откладывания тех или иных разрядов чисел: в первую полоску ставили столько камешков или бобов, сколько в числе единиц, во вторую полоску - сколько в нем десятков, в третью - сколько сотен, и так далее. Так как у римлян камешек называли калькулюс, то счет на абаке получил название калькуляция. И до нашего времени дошло, что человек, который занимается калькуляцией, (расчетом), называется калькулятором. Но после того как два десятка лет тому назад были сделаны маленькие приборы, выполняющие за считанные секунды сложные расчеты, название "калькулятор" перешло к ним. Один и тот же камешек на абаке мог означать и единицы, и десятки, и сотни, и тысячи - все дело лишь в том, на какой полоске он лежал. Чаще всего абаком пользовались для денежных расчетов. Наши счеты также представляют собой абак, состоящий из рамки с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки (по 10 штук). А у китайцев на каждой проволоке не по десять шариков, а по семь. Последние два шарика отделены от первых, и каждый из них обозначает пять. Когда при расчетах набирается пять шариков, вместо них откладывают один шарик второго отделения счетов. Такое устройство китайских счетов суан-пан уменьшает необходимое число шариков. У японцев это же устройство для счета носило название серобян. Серобян - японский абак, происходит от китайского суан-пана, который был завезен в Японию в XV - XVI веках. Серобян проще своего предшественника, у него на "небе" на один шарик меньше, чем у суан-пана. Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной классической формы, используемого вплоть до эпохи расцвета клавишных настольных ЭВМ.
Десятеричный абак, так называемые русские счеты, появились в России в XV веке и активно использовались в торговле вплоть до XX века, пока калькуляторы не вытеснили их. Они используют десятеричную систему исчисления. От классического абака счеты отличаются увеличением разрядности каждого числового ряда и конструкцией. Счеты представляют собой раму, внутри которой располагаются тонкие стержни. На стержни насажены круглые костяшки - по 10 штук на каждом стержне. Два нижних ряда означают сотые и десятые доли. Затем идет промежуточный ряд (обычно он выделен четырьмя костяшками, которые в вычислениях не участвуют). Затем идет первый ряд костяшек, каждая из которых означает единицу, второй ряд, в котором каждая костяшка соответствует десятку, затем, соответственно, идут сотни, тысячи, десятки тысяч и т.д. Позже появились расширенные модификации счетов - дробная часть могла достигать четырех рядов, а часть целых чисел - семи рядов. Для наглядности вычислений костяшки русских счетов имели двухцветную окраску. Пятая и шестая костяшка на каждой оси окрашивалась в более темный цвет (черный), остальные окрашивались – в светлый цвет (коричневый или желтый). Двухцветная окраска костяшек позволяла очень быстро определить, какое число набрано на счетах, поскольку четыре светлых костяшки и две темных на левой стороне быстрей определяются как цифра шесть, чем шесть одноцветных костяшек. Следует заметить, что с момента возникновения русского абака счеты со временем мало изменились. Стержни, на которых располагались костяшки, приобрели выпуклый профиль – чтобы костяшки самопроизвольно не перемещались из одной стороны в другую. Сами стержни стали делать из толстой металлической проволоки, а костяшки и раму счетов изготавливали из древесины дуба. Счеты благополучно дожили до нашего времени, уступив место электронным калькуляторам.
И последняя система, которая относится к ручному этапу - это современная десятичная позиционная система С. Она возникла на основе нумерации, зародившейся в Индии. До этого в Индии уже имелись системы С., в которых применялся не только принцип сложения, но и умножения (единица какого-нибудь разряда умножается на стоящее слева число). Если, например, условно обозначить число 3 символом III, а число 10 символом X, то число 30 запишется как IIIX (три десятка). Десятичная позиционная системы С. дает возможность записывать сколь угодно большие числа. Запись чисел в ней компактна и удобна для производства арифметических действий. Поэтому вскоре после возникновения она начинает распространяться на Запад и Восток. В России она начинает появляться в 17 веке. С появлением десятичных дробей десятинная позиционная система С. стала универсальным средством для записи всех действительных чисел. В десятичной системе используются цифры от 0 до 10. Так как система позиционная, цифры располагаются в порядке увеличения справа налево. Десятичная система наиболее удобна для людей потому, что у нас по десять пальцев на руках и ногах.
2. Механический этап развития вычислительной техники.
В XVII веке стали создаваться вычислительные устройства и приборы, использующие механический принцип вычислений. Они строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Первая механическая машина была описана в 1623 году В. Шиккардом. Она первоначально появилась в единственном экземпляре и нужна была для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда состояла из трех самостоятельных устройств: складывающего, умножающего и записи чисел. Складывали следующим образом: последовательно вводили слагаемые с помощью наборных дисков, а вычитали - по порядку набирали уменьшаемое и вычитаемое. Результат сложения/вычитания отображались в окошках. Для умножения использовался способ умножения решеткой. Третья часть машины использовалась для записи числа длиною не более 6 разрядов. Данная схема машины Шиккарда явилась классической - она использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако из-за малой известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие вычислительной техники, но она по праву открывает эру механической вычислительной техники.
В 1642 году появилась машина Б. Паскаля. Она использовалась для более сложных схем переноса старших разрядов. Поэтому вскоре было создано еще 50 машин, которые позволили автоматизировать процесс и уменьшить умственную нагрузку. До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Именно машина Паскаля положила начало механического этапа развития вычислительной техники.
В XVII – XVIII веках много появлялось различных суммирующих устройств и арифмометров, пока в XIX веке их не стали выпускать партиями на коммерческой основе.
Первый арифмометр был создан Г. Лейбницем в результате многолетнего труда. С помощью его можно было выполнять все действия. Сначала Лейбниц хотел лишь усовершенствовать устройство Паскаля, но ознакомившись с механизмом более подробно, понял, что можно создать что-то более новое. Он всегда говорил, что его изобретение кардинально отличается от машины Паскаля, так как его изобретение может делить и умножать большие числа, затратив на вычисления в разы меньше времени, не используя метод поочередного сложения и вычитания. Лейбниц использовал специальный цилиндр, сбоку которого находились зубцы разного размера. Вскоре эта деталь стала называться «ступенчатым валиком». С помощью этого нововведения при процессе умножения не нужно было несколько раз набирать множимое, следовало набрать число один раз и провернуть ручку, находившуюся на основном приводном колесе, на столько вращений, на сколько нужно умножить число. Но если число было большое при умножении, это занимало больше времени, Соответственно Лейбниц придумал передвигать множимое, то есть можно было умножать на единицу, десяток, сотню и т.д. Также, чтобы механизм работал более слаженно и быстро, ученый создал дополнительный счетчик, который был разделен на три части. На наружной части находились числа от нуля до девяти, предназначенные для того, чтобы можно было посчитать количество прибавлений множимого при процессе умножения. С помощью средней части дополнительного механизма можно было рассчитать количество проведенных операций сложения при умножении и количество операций вычитания при делении. Эта часть была подвижной. Внутренний механизм также служит для подсчета количества раз операций вычитания при делении. Однако арифмометр Лейбница не получил распространения так как он не пользовался спросом и допускал неточности при перемножении предельных для него чисел.
В то время много появилось устройств, схожих с машиной Паскаля и арифмометром Лейбница, либо оригинальные разработки. Были предложены конструкции отдельно с множительными устройствами или комбинировались суммирующей и множительной частей.