VI–V век до н.э.

ГЛАВА 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

История развития ЭВМ

Создание электронно-вычислительной машины было осуществлено в середине ХХ века, однако, для того, чтобы понять, как и почему это произошло, необходимо знать основные вехи в развитии вычислительной техники до этого момента.

Историю развития вычислительной техники следует начать еще со времен глубокой древности.

Тыс. лет до н.э.

Обнаружена в раскопках так называемая " вестоницкая кость" (рис. 3.1) с зарубками. Позволяет историкам предположить, что уже тогда наши предки были знакомы с зачатками счета.

VI–V век до н.э.

Историю цифровых устройств начать следует со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак (доска или " саламинская доска" (рис. 3.2) по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. 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 камешек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Китайские счеты суан-пан (рис. 3.3) состояли из деревянной рамки, разделённой на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка. Она разделена на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части — по две. Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в разряд единиц.

Рис. 3.1. «Вестоницкая кость»	Рис. 3.2. «Саламинская доска»	Рис. 3.3. Китайские счеты суан-пан

У японцев это же устройство для счета носило название серобян (рис. 3.4).

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение " дощаный счет", завезенный, видимо, западными купцами вместе с ворванью и текстилем. " Дощаный счет" почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки (рис. 3.5).

Рис.3.4. Японские счеты серобян	Рис. 3.5. Русские счеты	Рис. 3.6. Таблицы логарифмов

Попытки по совершенствованию элементарных вычислительных приспособлений происходили непрерывно на протяжении всей истории человечества. Все их перечислить не только очень трудно, но и нецелесообразно. Гораздо важнее остановиться на изобретениях, сыгравших принципиальную роль в развитии вычислительных машин.

В 1614 году шотландский математик Джон Непер (John Naiper, 1550–1617) изобрел таблицы логарифмов (рис. 3.6). Принцип их заключается в том, что каждому числу соответствует специальное число — логарифм — это показатель степени, в которую нужно возвести число (основание логарифма), чтобы получить заданное 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 сводится к простой операции сложения. Для упрощения были составлены таблицы логарифмов, которые позже были, как бывстроены в устройство, позволяющее значительно ускорить процесс вычисления, — логарифмическую линейку. Непер предложил в 1617 году другой (не логарифмический) способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название палочки (или костяшки) Непера состоял из тонких пластин, или блоков. Каждая сторона блока несет числа, образующие математическую прогрессию. Манипуляции с блоками позволяют извлекать квадратные и кубические корни, а также умножать и делить большие числа.

В 1623 году Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schickard) — востоковед и математик, профессор Тюбинского университета — в письмах своему другу Иоганну Кеплеру описал устройство " часов длясчета" ― счетной машины с устройством установки чисел и валиками с движком и окном для считывания результата (рис.3.7). Эта машина могла только складывать и вычитать (в некоторых источниках говорится, что эта машина могла еще умножать и делить). Это была первая механическая машина. В наше время по его описанию построена ее модель.

Рис. 3.7. Первая счетная машина	Рис.3.8. Счетное устройство

В 1642 году французский математик Блэз Паскаль (Blaise Pascal 1623–1662) сконструировал счетное устройство (рис. 3.8), чтобы облегчить труд своего отца — налогового инспектора. Это устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой ящик с многочисленными шестеренками.

Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры. Для передачи десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные шестерни — единиц и десятков — вращались в одном направлении.

В 1654 году англичане Роберт Биссакар, а в 1657 году — независимо от него — С.Патридж разработали прямоугольную логарифмическую линейку, конструкция которой в основном сохранилась до наших дней (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Логарифмическая линейка

В 1673 г. немецкий философ, математик, физик Готфрид Вилъгейм Лейбниц (Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646–1716) создал " ступенчатый вычислитель" — счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления (рис. 3.10). Это был более совершенный прибор, в котором использовалась движущаяся часть (прообраз каретки) и ручка, с помощью которой оператор вращал колесо. Изделие Лейбница постигла печальная судьба предшественников: если им кто-то и пользовался, то только домашние Лейбница и друзья его семьи, поскольку время массового спроса на подобные механизмы еще не пришло. Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов XX века.

Рис. 3.10. Счетная машина ― «ступенчатый вычислитель»	Рис. 3.11. Первый механический вычислитель	Рис. 3.12. Программно- управляемая счетная машина

В 1820 году Чарльз Ксавъер Томас (1785–1870) создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить (рис.3.11). Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п.

Английский математик Чарлз Бэббидж (Charles Babbage, 1792–1871) в 1822 году выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Первая спроектированная Бэббиджем машина, разностная машина, работала на паровом двигателе (рис.3.12). Она высчитывала таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы. Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс (Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815–1852). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени [24].