История развития вычислительной техники

Этапы развития вычислительной техники Ручной (30 тыс. лет до н.э. – середина XVII века) Ручной (30 тыс. лет до н.э. – середина XVII века) Механический (середина XVII века – Механический (середина XVII века – 90-е годы XIX века) Электромеханический (90-е годы XIX века – середина XX века) Электромеханический (90-е годы XIX века – середина XX века) Электронный (середина ХХ века – сегодняшние дни)

Ручной этап 30 т.лет до н. эры – XVII век

Первые инструменты счёта 30 тыс. лет до н.э. В 1937 г. в Вестонице (Моравия) на месте одной из стоянок найдена волчья кость с 55 глубокими зарубками (один знак), которую назвали «вестоницкая кость». Позволяет историкам предположить, что уже тогда наши предки были знакомы с зачатками счета.

Первые инструменты счёта Счётная бирка из Каарма Связка счётных бирок из Чувашии (конец XIX века) Узелки, дощечки

Абак Абак первое счётное приспособление, которое стал применять человек. Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, где по определённым правилам перемещают счётные элементы, сгруппированные по разрядам. Именно эта идея объединяет столь разные на первый взгляд приборы, как греческий и римский абак, китайские и русские счёты, а также счёт на линиях.

Абак Скорее всего, сначала роль абака (полагают, что корень этого греческого слова означает «пыль») выполняла покрытая пылью или песком доска, на которой можно было чертить линии и перекладывать камешки. Абак был известен ещё в Древнем Египте и, возможно, в Вавилонии, а финикийские купцы завезли его в Грецию.

Абак Древнегреческий историк Геродот (484 до н.э. около 425 до н. э.) свидетельствует, что «эллины пишут свои буквы и считают слева направо, а египтяне справа налево». Это первое письменное упоминание об абаке. Са мое раннее изображение абака можно увидеть на вазе, изготовленной греческими мастерами в III в. до н. э. На ней рядом с персидским царём Дарием I находится казначей, занятый подсчётами на абаке.

Саламинская плита О том, что изначально данное устройство служило именно для выполнения денежных расчётов, свидетельствует и единственный сохранившийся до наших дней древнегреческий абак так называемая саламинская плита (по имени острова Саламин в Эгейском море), найденная при раскопках в 1846 г. Это действительно большая (размером 105 х 75 см) мраморная плита, на которой прорезаны параллельные линии, образующие несколько колонок. В левой колонке подсчитывали крупные денежные единицы драхмы и таланты.

Саламинская доска

Римский абак Хотя в Древнем Риме абак и называли calculi «камешки» отсюда произошел латинский глагол calculate «вычислять», а от него русское слово «калькулятор», камешки уже не использовали. Абак изменился, превратившись в настоящий счётный прибор.

Римский абак Изготавливали его римляне из бронзы, цветного стекла или слоновой кости в виде доски с двумя рядами прорезей, по которым передвигались косточки (в нижнем ряду по четыре, а в верхнем по одной). Косточка верхнего ряда «стоила» в пять раз больше, чем расположенные под ней (например, число 80 представлялось одной косточкой верхнего и тремя косточками нижнего ряда колонки десятков: *10). Несколько рядов прорезей служили для представления дробей, кратных 1/12, 1/24, 1/48 и 1/72. В работе римский абак был значительно удобнее греческого.

Римский абак

Счёт в Китае С IV в. до н. э. абак известен в Китае в то время использовались счётные палочки, которые выкладывали на специальной доске. Постепенно их сменили разноцветные фишки, доска приобрела иную форму, а в X в. появились китайские счёты суан-пан. В них место доски заняла рама с нанизанными на прутья косточками (по семь на каждом). Из Китая суан-пан в XVI в. пришёл в Японию здесь он получил название «соробан». Рама сорбонна тоже состоит из двух частей, но они содержат по одной и по четыре косточки.

Возрождение абака Только в X в., после нескольких столетий упадка науки и культуры, наступивших вслед за падением Римской империи, абак снова распространяется в Европе. Его возрождение связано с именем одного из самых ярких и образованных людей раннего Средневековья Герберта из Орийака ( ), ставшего в 999 г. Папой Римским Сильвестром II. Герберт из Орийака ( ),

Абак Герберта Абак Герберта содержал 27 колонок, объединён-ных по 3, и 3 дополни-тельные колонки для представления дробей. Вместо камешков использовались специальные жетоны с нанесёнными на них цифрами от 1 до 9.

Важность абака Герберта Даже спустя шесть столетий изобретение Герберта оставалось важнейшим инструментом для практических вычислений, не случайно Блез Паскаль писал, что использование его арифметической машины позволит отказаться от утомительных расчётов «с помощью пера и жетонов». А вот создатель другой вычислительной машины, Г. В. Лейбниц, предпочитал жетоны вычислениям на бумаге. Усовершенстованный абак Герберта

Счёт на линиях В XIIXIII вв. абак принял форму так называемого счёта на линиях. В нём использовались специальные разлинованные таблицы и жетоны, которые можно было помещать как на линиях, так и между ними. До конца XVIII в. счёт на линиях сохранял свои позиции в некоторых европейских странах и лишь затем окончательно уступил место вычислениям на бумаге.

Счёт в России В России с древних времён был распространён «счёт костьми», близкий европейскому счёту на линиях. Вместо жетонов обычно применялись плодовые косточки (посетивший Россию в гг. немецкий учёный и путешественник Адам Олеарий отмечал, что писцы для этой цели имеют при себе мешочки с косточками сливы). В XVI в. возник так называемый дощаной счёт, первый вариант русских счётов (спустя 100 лет появилось и само слово «счёты»). Русские счёты

Дощаной счёт Долгое время считалось, что русские счеты ведут свое происхождение от китайского суан-пана, и лишь в 60-х годах XX века было доказано русское происхождение этого счетного прибора - у него, во-первых, горизонтальное расположение спиц с косточками и, во-вторых, для представления чисел использована десятичная (а не пятеричная) система счисления.

Используя счёты найдите значение = 9308 = = Например: = 25040

Различные устройства Греческий абак Китайские счёты (суан-пан) Римский абак Русские счёты Японские счёты

Создание логарифмов Шотландский математик Джон Непер изобрёл таблицы логарифмов. Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует специальное число– логарифм – это показатель степени, в которую нужно возвести число. Таким способом можно выразить любое число. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы. Благодаря данному свойству сложная операция умножения сводилась к простой операции сложения.

Палочки Непера (1617 год) Непер предложил в 1617 году способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название палочки (или костяшки) Непера, состоял из разделенных на сегменты стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что при сложении чисел в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах получался результат умножения этих чисел.

Палочки Непера

Перемножьте с помощью палочек Непера следующие числа 2048 * * * * 8 = 8192 = = = Например: 4657 * 7 = 32599

Механический этап Середина XVII века – конец XIX века

Блез Паскаль (1623 – 1662) В 1640 г. Этьен Паскаль (отец) получил назначение «интендантом полиции, юстиции и финансов» в Руан. Эта должность подразумевала и контроль за сбором налогов по всей провинции. Считается, что мысль об арифметической машине возникла у юного Блеза из-за желания помочь отцу в сложных расчётах, которые тот производил на бумаге и на счётной доске, «с помощью пера и жетонов».

Счётная машина Паскаля Главная идея конструкции будущей машины автоматический перенос разряда. «...Каждое колесо... некоторого разряда, совершая движение на десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее только на одну цифру». Первая модель была готова уже через несколько месяцев, но... не работала. Паскаль приступил к разработке второй модели, над которой трудился с перерывами до 1642 г. Именно этот год считается датой изобретения, хотя первый экземпляр машины закончили лишь спустя ещё три года.

Производство машин Паскаля Паскаль показывал свою машину в салонах самых знатных людей королевства, а для всеобщего обозрения выставил её в Люксембургском дворце. Один экземпляр в 1652 г. он даже послал в подарок шведской королеве Христине. Но настоящего производства наладить так и не удалось. Всего с 1645 по 1653 г. было изготовлено около 50 арифметических машин (из них восемь сохранились до наших дней).

Механический сумматор осуществлял сложение чисел на специальных дисках-ко- лесиках. В машине Паскаля десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами дисков, на которых были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошечках. Диски имели один удлинённый зуб, чтобы при сложении можно было учесть перенос единицы в следующий десятичный разряд. Д иски были механически связаны через промежуточные шестерни: диски сотен, десятков и единиц вращались в одну сторону в сторону увеличения. В первом калькуляторе Паскаля было 5 цифр, затем он увеличил их до 8.

Механический сумматор мог только складывать, для вычитаний использовалась техника «вычитания через дополнение». Например, на пятизначной машине Паскаля, Н адо к 4125 прибавить дополнение 737 до , т.е = = = А так как шестого разряда в пятиразрядной машине нет, то результат не , а 3388.

Англичане Роберт Биссакар, а в 1657 году – независимо от него С. Патридж разработали прямоугольную логарифмическую линейку, конструкция которой в основном сохранилась до наших дней. Линейка Уатта - первая универсальная логарифмическая линейка, пригодная для выполнения любых инженерных расчетов, была сконструирована в 1779 году выдающимся английским механиком Дж.Уаттом. Логарифмическая линейка (1657 год)

Вычислите с помощью логарифмической линейки = 9 = 25 = 49 = = 27 = 216 = 512 = 729 = 2,64 =7,75 = 6,7 =5,3 =9,5 =6,5

Вычислите с помощью логарифмической линейки 2*6 7*9 16*29 = 12 = 63 = 464

Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 – 1716) О Лейбниц, о мудрец, создатель вещих книг! Ты выше мира был, как древние пророки. Твой век, дивясь тебе, пророчеств не постиг И с лестью смешивал безумные упрёки. В. Брюсов

Деятельность Лейбница Сначала он хотел лишь улучшить машину великого Паскаля. Первое описание подобного «арифметического инструмента» Лейбниц сделал ещё в 1670 г. Через два года он предложил новое описание, по которому был изготовлен экземпляр, продемонстрированный в феврале 1673 г. По словам самого учёного, он придумал арифмометр, чтобы надёжно и быстро механически выполнять все арифметические действия, особенно умножение. Однако признавал, что инструмент несовершенен, и обещал его улучшить.

Лейбниц гордился своим изобретением. Вот что он писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина даёт возможность совершать и умножение, и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию». Шаговый барабан счётной машины Лейбница

Помощь России По просьбе Петра I учёный разработал проекты развития образования и государствен-ного управления в России. «Я не принадлежу к числу тех, писал Лейбниц русско-му царю, которые питают страсть к своему отечеству или к какой-либо другой нации, мои помыслы направлены на благо всего человеческого рода... и мне приятнее сделать много добра у русских, чем мало у немцев...» Пётр I

Заслуги Лейбница Заслуга Готфрида Вильгельма Лейбница ещё и в том, что он ввёл много математических терминов, прочно утвердившихся в научной практике: «функция», «дифференциал», «диф- ференциальное исчисление», «дифференциаль-ное уравнение», «алгоритм», «абсцисса», «орди-ната», «координата», а также знаки дифференциала, инте- грала, логическую символику. Впервые использовал двоичную систему счисления

Чарлз Бэббидж ( ) «Я отдаю себе отчёт, что мои утверждения могут рассматриваться как нечто сверхутопическое и что они вызовут в памяти филосо- фов Лапуты...» с грустью признавался выдающийся английский учёный Чарлз Бэббидж. (Лапута летающий остров, придуманный Джонатаном Свифтом. Там жили мудрецы, примечательные своей оторванностью от реальной жизни и пространными псевдонаучными рассуждениями.)

Создание разностной машины В 1822 г. Бэббидж закончил описание разностной машины, которая смогла бы производить вычисления с точностью до 18-го знака. Чертёж лёг на стол премьер-министра. В 1823 г. была выплачена первая субсидия на её постройку. Строительство продолжалось десять лет, конструкция машины всё более усложнялась.

Аналитическая машина В 1834 г. у него возникла мысль создать универсаль- ную вычислительную маши- ну, которую он назвал аналитической. В этом проекте Бэббидж впервые пришёл к идее программного управления вычислительным процессом. Он задумал сделать механическое устройство, способное не просто считать, но и управлять ходом собственной работы в зависимости от заложенной программы и результатов промежуточных вычислений. Это изобретение опередило свою эпоху на 100 лет!

Схема работы аналитических машин Устройства ввода-вывода Устройства управления Цифровые карты Карты операции Арифметическое устройство Карты переменных Запоминающее устройство Кодирование арифметических операций на перфокартах Сложение Вычитание Умножение Деление Склад (Store) память для хранения чисел на регистрах, состоящих из механических колёс. Предполагалось, что память должна хранить тысячу 50- разрядных десятичных чисел. Если в дальнейших вычислениях содержимое регистра не требовалось, число можно было напечатать и использовать регистр для других вычислений. Если памяти не хватало, чтобы вместить все числа, необходимые для вычисления, то они записывались на перфорированные карты. Устройство, оставленное автором без названия, для управления процессом вычисления, осуществления выборки чисел из памяти, выполнения вычислений и вывода результатов. Фабрика (Mill) блок для выполнения арифметических операций. Бэббидж так оценивал производительность своей машины: умножение двух 50-разрядных чисел и деление 100-разрядного числа на 50-разрядное вычисляются со скоростью одна операция в минуту, а сложение (и вычитание) 50-разрядных чисел од-; на операция в секунду.

Перфокарты в машине О перационныедля выполнения арифметических операций У правляющие для осуществления загрузки чисел из регистров в арифметическое устройство и выгрузки обратно в память, а также ввода- вывода.

Соратница Бэббиджа Ада Августа Лавлейс предложила назвать перфокарты, управляющие передачей чисел в машине, переменными: «нулевая карта» загружает числа из регистра в арифметическое устройство, при этом содержимое регистра очищается; «удерживающая карта» производит то же действие, что и «нулевая карта», только содержимое регистра сохраняется; «доставляющая карта» передаёт результат из арифметического устройства обратно в память. Карты, применяемые для ввода чисел в память назывались цифровыми.

Задумка аналитической машины Возможности такой ма- шины потрясли самого автора. В мае 1835 г. учёный писал: «Шесть месяцев я составлял проект машины более совершенной, чем первая. Я сам поражён той вычислительной мощностью, которой она будет обладать, ещё год назад я не смог бы в это поверить».

Аналитическая машина Бэббиджа В аналитической машине предусматривались все основные элементы, присущие современным компьютерам: Склад память, Фабрика арифметическое устройство процессора, устройство для управления управляющее устройство процессора. Архитектура машины практически соответствует архитектуре современных ЭВМ. Поэтому машину Бэббиджа хочется назвать первым настоящим компьютером.

Создание арифмометра (1880) Вильгодт Теофилович Однер, швед по национальности, жил в Санкт- Петербурге и работал мастером экспедиции, выпускающей государственные денежные и ценные бумаги. Все свои патентованные изобретения он сделал в России: механических способ нумерации денежных знаков, машинка для изготовления папирос, механический ящик для тайного голосования, турникеты.

Вычислите с помощью арифмометра * * 9 = = = =7944 =580833

Электромеханический этап Конец XIX века – середина XX века

Герман Холлерит 29 февраля I860 г. в американ- ском городе Буффало в семье немецких иммигрантов Холлеритов родился сын, Герман с неприятным заболеванием дисграфией с трудом писал. Муче- ния на уроках грамматики в конце концов вынудили его в возрасте 14 лет оставить школу. Спустя год поступил в Горную школу при Колумбийском университете. На способного юношу обратил внимание один из преподавателей и пригласил после окончания школы в 1879 г. на работу в возглавляемое им Национальное бюро по переписи населения.

Табулятор Холлерита для переписи населения Первый табулятор был опробован в 1887 г. в статистическом бюро Балтимора. Результаты оказались весьма обнадёживающими, и через два года состоялось ещё одно испытание частичная перепись населения в Сент- Луисе. Выигрыш во времени по сравнению с ручным подсчётом был двукратным, а на некоторых участках работы десятикратным! Правительство заключило с Холлеритом контракт на поставку оборудования, и уже в июне 1890 г. началась первая в истории перепись населения с применением машин.

Табулятор Холлерита Обработка результатов перепеси населеня, занесённых на 62 млн карточек, заняла менее двух лет, а экономия составила 5 млн долларов- огромную сумму, ведь государственный бюджет США не превышал тогда 100 млн долларов. Система Холлерита не только обеспечивала высокую скорость, но и позволяла сравнивать статистические данные по самым разным параметрам.

Применение табулятора В 1896 г. Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company (ТМС). Его машины применялись повсюду: на железных дорогах и промышленных предприятиях, в крупных торговых фирмах и страховых компаниях. С их помощью начисляли заработную плату и вели складской учёт, решали множество других задач.

Состав машины Холлерита Машину для сортировки, которая представляла собой набор ящиков с крышками (карты продвигались по своеобразному конвейеру; с одной стороны карты находились считывающие штыри на пружинах, с другой – резервуар со ртутью; когда штырь попадал в отверстие на перфокарте, то благодаря пружине слегка касался ртути, находившейся на другой стороне, открывая крышку соответствующего ящика; туда и попадала перфокарта) Клавишный перфоратор, позволяющий пробивать (перфорировать) около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах Табулятор, который работал аналогичным образом, только замыкание электрической цепи приводило к увеличению показаний соответствующего счётчика на единицу

Продолжение следует…

Список использованных источников - музей информатики история ВТ история ВТ pages/pal.htm - история pages/pal.htm story/schet.htm история story/schet.htm asu.ru/external/users/~ternovoi/ira/glava_3. html математический факультет АлтГУ - история ВТ asu.ru/external/users/~ternovoi/ira/glava_3.html

Список использованной литературы Энциклопедия для детей. Т.11. Математика /Глав.ред. М.Д. Аксёнова – М.: Аванта+,2000 – 688 с. Энциклопедия для детей. Т.22. Информатика /Глав.ред. М.Д. Аксёнова – М.: Аванта+,2000 – 620 с. Пекелис В.Д., Кибернетика от А до Я: Маленькая энциклопедия / Худож. Б. Белов и А. Лебедев. – М.: Дет. Лит., – 479 с.