Реферат: История вычислительной техники

Свозникновением у древних людей способности счета появилась необходимость виспользовании приспособлений, которые смогли бы облегчить эту работу. Одно изтаких орудий труда наших предков было обнаружено при раскопках поселения ДольниВестоници на юго-востоке Чехии в Моравии. Обыкновенная кость с зарубками,получившая название «вестоницкая кость», использовалась ими для ведения счетапредположительно за 30 тыс.лет до н.э.

Различныедревние цивилизации долгое время использовали такой способ для записи чисел.Так, например, за 2 тыс. лет до н.э. на коленях статуи шумерского царя Гудеабыла высечена линейка, поделенная на шестнадцать равных частей. Одна из этихчастей была в свою очередь поделена на две, вторая на три, третья на четыре,четвертая на пять, а пятая на шесть равных частей. Причем в пятой части длинаделений составляла 1 мм.

Примернок VIII веку до н.э. древними индейскими цивилизациями был придуман другойспособ для записи чисел. Для этих целей они использовали узелковое письмо, вкотором знаками служили камни и разноцветные ракушки, сплетенные вместеверевками.

Развитиегосударст Европы и Азии, а также усиление торговых отношений между ними привелок созданию совершенно нового инструмента, известного практически у всехнародов. Впервые его начали применять в Вавилоне, а вскоре новое изобретениепопало в Грецию, где получило свое дальнейшее развитие. Это приспособлениепредставляло собой деревянную дощечку, посыпанную морским песком, на которомнаносились бороздки. Размещенные в этих бороздках камешки обозночали цифры. Приэтом количество камешков в первой бороздке соответствовало еденицам, во второй— десяткам, в третьей — сотням и т.д. Если в одной из бороздок набиралосьдесять камешков, то их снимали и добовляли один камешек в следующую бороздку.

/>

Немногопозже вместо деревянных дощечек стали использовать каменные плиты с выточеннымив них желобками. Одна из таких плит была обнаружена на острове Саламин вЭгейском море в 1899 году. «Саламинская доска», длинной полтора метра и ширинойчуть боле семидесяти сантиметров, была изготовлена примерно за 300 лет до н.э.На этой мраморной плите в левой ее части было нанесено одинадцать вертикальныхлиний, разделенных горизонтальной чертой, таким образом, что они образовывалидесять столбцов. В правой части также было прорезано пять вертикальных линий,которые, в свою очередь, образовывали четыре столбца. По периметру плиты былитакже высечены буквы греческого алфавита.

/>

ВДревнем Риме «Саламинская доска» появилась, вероятно, в V-VI вв н.э. иназывалась она calculi или abakuli. Для изготовления римского абака, помимокаменных плит, стали использовать бронзу, слоновую кость и даже цветное стекло.В вертикальных желобках, разделенных на два поля, также помещались камешки илимраморные шарики, при этом желобки нижнего поля служили для счета от единицы допяти. Если в этом желобке набиралось пять шариков, то в верхнее отделениедобавлялся один шарик, а из нижнего поля все шарики снимали.

/>

Суан-пан— китайская разновидность абака — появилась в VI веке н.э. В XII-XIII столетияхон приобрел свою классическую форму, дошедшую до наших дней. Суан-панпредставляет собой прямоугольную раму с натянутыми параллельно друг другудевятью или более нитями. Также как и римский абак, суан-пан разделен на дваполя, имеющих свои названия. Большее поле называется «Земля», а меньшее —«Небо». В большем поле на каждой веревке нанизано по пять шариков, а в меньшемвсего по два. При подсчете шарики уже не снимаются с поля, они лищьпередвигаются в сторону соседнего поля. Каждый шарик большего поля соответсвуетединице, а каждый шарик меньшего поля — пяти.

/>

ИзКитая суан-пан в XV-XVI веках был завезен в Японию. От него произошел соробан,который окончательно сформировался только в тридцатые годы XX столетия. Соробанотличается от своего предшественника меньшим количеством шариков в каждом поле.Так, в меньшем поле всего один шарик вместо двух, а в нижнем — четыре вместопяти.

Примернов X-XI веках на другом континенте цивилизацией Ацтеков была придумана свояразновидность абака. Они его назвали «nepohualtzitzin». Сквозь деревянныйкаркас были протянуты нити, на которых нанизывались зерна кукурузы. Каркас былразделен на два поля, в одном из которых на каждой нити размещалось по тризерна, а в другом — по четыре. Для работы с таким инструментом использоваласьсвоя особая система счета

Распространяясьв европейских странах, римский абак постепенно видоизменялся. В XV столетии вАнглии появилась новая его форма, называемая «линейчатой доской» (line-board).

/>

Примернов это же время на Руси получил распространение так называемый «дощатый счет»,завезенный, видимо, купцами из Европы. Он представлял собой рамку сукрепленными горизонтальными веревками, на которые были нанизаны просверленныесливовые или вишневые косточки. Эта рамка разбивалась сначала на четыре, азатем на два счетных поля. В 1658 году в «Переписной книге деловой казныПатриарха Никона» вместо «дощатый счет» употребляется слово «счоты». А в началеXVIII века счеты приняли свой привычный вид, который в дальнейшем непретерпевал существенных изменений. В них осталось лишь одно счетное поле, наспицах которого размещалось по десять косточек.

Послеизобретения абака человеческая мысль не стояла на месте. Многие изобретатели иестествоиспытатели пытались придумать приспособления, способные облегчитьпроцесс вычислений.

В1617 году Шотландский математик Джон Непер (John Naiper, 1550-1617) предложилинструмент, получивший название «счетные палочки Непера». Они выполнялись ввиде прямоугольных брусков, разделенных на десять квадратов. Каждый квадрат, всвою очередь, кроме самого верхнего, делился по диагонали на две части, вкаждой из которых в определенном порядке записывались числа. Самый верхнийквадрат содержал всего одну цифру. Помимо этого в набор входил еще один брусок,поделенный также на десять частей. Верхний квадрат такого бруска оставалсяпустым, а в нижние записывались по порядку числа от единицы до девяти.

/>

Длявыполнения операции умножения двух чисел брался основной брусок и брусок, у которогов верхнем квадрате был записан один из множителей. Далее эти брускирасполагались рядом так, чтобы их края совпадали. После этого в том квадрате,который располагался на одной линии со вторым множителем, из основного брускаскладывались два находившихся там числа, при этом число располагавшеяся левееобозночало десятки, а число правее — еденицы. Таким образом операция умножениясводилась к сложению.

/>

Приблизительнов 1650 году, спустя почти сорок лет после открытия Джоном Непером логорифмов,англичане Роберт Биссакар, а в 1657 году — независимо от него — С.Патриджизобрели логарифмическую линейку — устройство, позволяющее значительно ускоритьпроцесс вычисления. Шкала на логарифмической линейке размечалась с помощьютаблиц логарифмов. Работа логарифмической линейки основывалась на свойствахлогарифмов — для умножения двух чисел достаточно сложить их логарифмы.Благодаря данному свойству, сложная операция умножения сводится к простойоперации сложения.

ЛинейкаВатта — первая универсальная логарифмическая линейка, пригодная для выполнениялюбых инженерных расчетов, была сконструирована в 1779 году выдающимсяанглийским механиком Джоном Ваттом. Она получила название «сохо-линейки», поимени местечка близ Бирмингема, где работал Ватт.

Вконце XIX века офицером французкой армии Амеди Маннхеимом (1831-1906) быларазработана круглая логарифмическая линейка, вычисления на которой отличалисьбольшей точностью, чем на обычной прямой линейке.

Несмотряна кажущуюся на первый взгляд простоту, практически все первые инструменты дляработы с числами не только дожили до наших дней, но кое-где используются до сихпор.

Однаиз самых первых попыток создания механической счетной машины, вероятнопринадлежит великому итальянскому художнику, скульптору и изобретателю эпохиВозрождения Леонардо да Винчи (1452-1519). Среди двухтомного собрания рукописейизвестных как «Codex Madrid» и почти полностью посвященных механики, былиобнаружены чертежи и описание такого устройства. Похожие рисунки также былинайдены и в рукописях «Codex Atlanticus».

Основумашины по замыслу автора должны были составлять стержни на которых крепилисьдва зубчатых колеса, большое с одной стороны стержня, и маленькое с другой. Этистержни, располагались таким образом чтобы меньшее колесо на одном стержневходило в зацепление с большим колесом на соседнем стержне. При этом меньшееколесо второго стержня сцеплялось с большим колесом следуещего — третьегостержня, и т.д. Десять оборотов первого колеса, приводили к одному полномуобороту второго, десять оборотов второго к одному полному обороту третьего, итак до последнего колеса. Вся эта система, состоящая из тринадцати такихстержней с зубчатыми колесами должна была приводиться в движение наборомгрузов.

Историяэтого проекта нашла свое продолжение в XX веке. Именно тогда в 1968 году, поэскизам Леонардо да Винчи, было построено и продемонстрировано суммирующееустройство.

/>

Такженереализованным при жизни автора вероятно оказался и проект прфессораТюбинского университета Вильгельма Шиккарда (Wilhelm Schikard, 1592-1635). Всвоих письмах к Иогану Кеплеру в 1623 году, Шиккард, описывает суммирующуюмашину, которую он назвал «счетными часами».

Следуяописаниям и чертежам приведенным в письмах, можно предположить следущее. Ккаждому из шести основных стержней, расположенных в один ряд, с внешней сторонымашины крепился диск для установки чисел. К нему изнутри крепилась шестерня сдесятью зубьями. На боковую поверхность этой шестерни наносились цифры от нулядо девяти, кторые были видны в специальном окошке. И наконец на этом же стержнекрепилось специальное колесо с одним зубцом. Его роль сводилась к тому, что приполном обороте первого стержня это колесо поворачивало соседний стержень лишьна десятую часть. Связь между соседними стержнями осуществлялась за счетпромежуточного колеса с десятью зубцами, которое необходимо было для того чтобывсе основные стержни вращались в одну сторону. Таким образом проводилисьоперации сложения и вычитания. Помимо этого предпологалось использоватьспециальные палочки Напье цилиндрической формы, которые бы вставлялись вверхнюю часть машины. С их помощью можно было бы выполнять также и умножение.

Былили построены «счетные часы» Шиккарда при жизни изобретателя? Из его письма от25 февраля 1624 года следует, что оба изготовленных экземпляра машины, один изкоторых предназначался Кеплеру, сгорели во время пожара. Таким образом,по-видимому, никто кроме Шиккарда и механика Вильгельма Пфистера, которыйвыполнял его заказ, не видел изготовленные машины. А о самом проекте забыли надолгие годы. Лишь в шестидесятых годах XX столетия использую письма Шиккарда атакже чернильный набросок с указаниями для Вильгельма Пфистера удалосьпостроить модель «счетных часов».

/>

Поистинетитанический труд проделал выдающийся математик, физик, изобретатель и механикБлез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1662) для создания машины, с помощью которойможно было производить арифметические операции. За время работы надустройством, Паскалем было сделано более пятидесяти различных моделей, вкоторых изобретатель экспериментировал не только с материалом, но и с формойдеталей машины.

Перваяработающая машины была изготовлена уже в 1642 году, но окончательный вариантарифметической машины или «колеса Паскаля» появился только к 1645году. Она представляла собой легкий латунный ящичек размером 350x125х75 мм. Наверхней крышке было сделано восемь круглых отверстий, вокруг каждого нанесенакруговая шкала. Шкала крайнего правого отверстия разделена на двенадцать равныйчастей, шкала соседнего с ним отверстия — на двадцать частей, шкалы остальныхшести отверстий имеют десятичное деление.

Такаяградуировка использовалась по следующей причине. Паскаль создавал машину впомощь своему отцу, который был сборщиком налогов. Следовательно за основу онположил систему счета французкой валюты того времени. Основной денежнойединицей тогда был ливр, которй равнялся двадцати су. Су, в свою очередьсостоял из двенадцати денье.

Вотверстиях располагались зубчатые коеса. Число зубьев каждого колеса равнялосьчислу делений шкалы соответствующего отверстия. Так, у крайнего правого колесадвенадцать зубьев, у соседнего — двадцать, у остальных по десять. Также укаждой шестерни имелся один удлиненный зубец, который при полном поворотеколеса поворачивал соседнее колесо. Так при двенадцати полных поворотовкрайнего правого колеса за счет этого зубца соседнее колесо совершало одинполный поворот. Поворот колеса передается посредством внутреннего механизмамашины цилиндрическому барабану, ось которого распологалась горизонтально. Одинповорот зубчатого колеса соответствовал одной операции сложения. На боковойповерхности барабана были нанесены цифры от нуля до девяти, котрые были видны впрямоугольных окнах крышки. В этих окнах выводился результат арифметическойоперации. Также как и в машине Шиккарда, для того чтобы зубчатые колесавращались в одну сторону они соединялись посредством дополнительнойпромежуточной шестерни, но в противоположность «счетным часам», колесапередвигались только по часовой стрелке и были предназначены лишь для сложениячисел. Вычитание можно было выполнить, применяя довольно громоздкую методику.

Втечение последующих тридцати лет после изобретения Паскаля, многие пыталисьсоздать свой вариант вычислительной машины, опираясь на этот проект. Наиболееизвестной из этого числа была счетная машина англичанина Сэмюэля Морланда(Samuel Morland, 1625-1695). Изобретенная в 1666 году она использоваладвенадцатеричную шкалу, которая основывалась на системе счета английскихденежных единиц.

Список литературы

Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.gnh.narod.ru/