Основные события доэлектронной истории ВТ
Электромеханическая эпоха. В 1800 году итальянский ученый Александро Вольта изобрел химический источник тока – прообраз современных батареек, наступивший 19 век стал веком электричества. Построены электрические генераторы и двигатели , пришедшие на смену паровым машинам; параллельно развивается слаботочная электротехника, начало которой положил американский физик Джозеф Генри, предложивший в 1831 году конструкцию электромагнитного реле. Начало электромеханической эпохи отмечено изобретением табулятора Холлерита, а конец – релейными вычислительными машинами типа МАRK.
Абак АБАК или САЛАМИНСКАЯ ДОСКА (6 век до нашей эры). Подобный инструмент был известен у всех народов. 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. 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.
Узелковый счет СВЯЗКА НИТЕЙ С УЗЕЛКАМИ (VIII- VII век до нашей эры). Узелковый способ счета и хранения данных использовали индейцы Майя - создатели одной из древнейших цивилизаций. Индейцы племени майя проводят систематические наблюдения за небесными явлениями и составляют календарные расчеты астрономических явлений, которые в ряде случаев соотносятся с периодом в 400 млн. лет назад и весьма точны.
Зарубки на доске ЗАРУБКИ НА ДОСКЕ (1350 г. до нашей эры) На барельефе храма египетского фараона Сети I, в Абидасе записаны на пальмовой ветви числа в виде зарубок.
Счетная доска Гудеа (около 2 тыс. лет до нашей эры). На коленях статуи правителя Лагаша - древнего государства в шумере - царя Гудеа установлена доска, на которой вырезана масштабная линейка в половину локтя вавилонского царя. Линейка разделена на 16 равных частей, из которых вторая справа разделена на 6, четвертая - на 5, шестая - на 4, восьмая - на 3 и десятая - на 2 равные части. Наименьшие деления - около миллиметра.
Счет на камнях СЧЕТ НА КАМНЯХ. Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. Он складывал из камней пирамиду и определял, сколько в ней камней, но если число велико, то подсчитать количество камней на глаз трудно. Поэтому он стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней. Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления. Обнаруженная в раскопках так называемая "вестоницкая кость" с зарубками, оставленная древнем человеком ещё 30 тыс. лет до нашей эры, позволяет историкам предположить, что уже тогда предки современного человека были знакомы с зачатками счета.
Новая история Счетное устройство Стэнхоупа СЧЕТНОЕ УСТРОЙСТВО СТЕНХОУПА (1775 год). В Англии графом Stanhope было создано счетное устройство, в котором не были реализованы новые механические системы, но это устройство имело большую надежность в работе.
АРИФМЕТИЧЕСКАЯ МАШИНА ГЕРСТЕНА (1723 год). Машина Христиана Людвига Герстена - члена Лондонского королевского общества немецкого математика, физика, астронома замечательна тем, что в ней впервые применено устройство для подсчета частного и числа последовательных операций сложения, необходимых при умножении чисел, а также предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода (установки) второго слагаемого, что снижает вероятность субъективной ошибки, связанной с утомлением вычислителя.
РАБДОЛОГИЧЕСКИЙ АБАК (1700 год). Суммирующая машина Шарля Перро, в которой взамен зубчатых колес используются зубчатые рейки. Машина получила название "Рабдологический абак". Названо это устройство так потому, что древние называли абаком небольшую доску, на которой написаны цифры, а Рабдологией - науку выполнения арифметических операций с помощью маленьких палочек с цифрами.
СТУПЕНЧАТЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ (1673 год). Немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгейм Лейбниц создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления. Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60 -х годов ХХ века.
СУММИРУЮЩАЯ МАШИНА МОРЛЕНДА (1666 год). Самюэль Морленд строит первую в Англии суммирующую машину.
ЛОГАРИФМИЧЕСКАЯ ЛИНЕЙКА (1654 год). Англичане Роберт Биссакар, а в 1657 году - независимо от него - С. Патридж разработали прямоугольную логарифмическую линейку, конструкция которой в основном сохранилась до наших дней. Принцип действия логарифмической линейки основан на основном правиле логарифмов: log(a*b)=log(a)+log(b), Что позволяет заменить операцию умножения сложением, а операцию деления – вычитанием. Само же сложение (вычитание) производится путем простого перемещения двух реек с нанесенными на них одинаковыми логарифмическими шкалами.
В противоположность абаку, на ЛЛ представляется не цифровая запись числа, а некоторый его физический аналог. Первому сомножителю соответствует перемещение движка относительно неподвижной шкалы, второму – перемещение визира бегунка относительно шкалы движка, результату – перемещение бегунка относительно неподвижной шкалы. Логарифмическая линейка является простейшим примером аналоговой вычислительной машины.
ПАСКАЛИНА (1642 год). Французский математик Блэз Паскаль сконструировал счетное устройство, 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.
РУССКИЕ СЧЕТЫ (XVI век). Создаются русские счеты с десятичной системой счисления. Счеты являются первым простейшим приспособлением для вычислений счета. Они прошли длительный путь эволюции, в котором можно выделить четыре стадии. Первая предваряет их возникновение - это счет с помощью косточек, очень близкий к западноевропейскому счету на линиях. Вторая - “дощаной счет”. Она начинается в конце 16 века и завершается в начале 18 века. На этой стадии изобретаются русские счеты, по форме сильно отличающиеся от современных.
Они имели сначала четыре, а затем два счетных поля и были универсальным счетным прибором. Десятичная позиционная система счисления еще только начинала распространяться в России, и практически все вычисления производились на счетах. Следующая, третья стадия охватывает 18 -ый и начало 19 -го века. В начале этой стадии счеты приобретают свою классическую форму ив дальнейшем совершенствуются только внешне, с точки зрения удобства пользования. Однако на этой стадии счеты уже не являются универсальным счетным прибором, они превращаются во вспомогательный прибор, а ведущее место занимают вычисления на бумаге.
Четвертая стадия развития русских счетов охватывает начало 19 – начало 20 века. Растущая потребность в механизации вычислений породила многочисленные попытки модернизировать счеты и снова придать им характер универсального счетного прибора. Однако эта идея была в принципе несостоятельной: счеты как сугубо ручной прибор не могли конкурировать при выполнении умножения и деления с развитыми конструкциями механических арифмометров. Русские счеты, приобретя свою классическую форму, вплоть до 70 -х годов 20 века оставались наиболее массовым вспомогательным вычислительным прибором. Начиная с 70 -х годов с ними успешно конкурируют карманные электронные калькуляторы, хотя счеты распространены и в наше время.
СЧЕТНЫЕ ТАБЛИЦЫ (XV—XVI век). В Европе распространен счет на линиях или счетные таблицы с укладываемыми на них жетонами.
ЧАСЫ ДЛЯ СЧЕТА (1623 год). Вильгельм Шиккард - в письмах своему другу Иогану Кеплеру описал устройство "часов для счета" - счетной машины с устройством установки чисел и валиками с движком и окном для считывания результата. Эта машина могла только складывать и вычитать. Это была первая механическая машина для счета.
ПАЛОЧКА НЕПЕРА (1614 год) Инструмент, получивший название палочки (или костяшки) Неппера, 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.
Шотландский математик Джон Непер (John Naiper, 1550 -1617) изобрел таблицы логарифмов. 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 бы встроены 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) Неппера, 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
Вычислительные машины Бэббиджа Ра зностная маши на Чарльза Бэббиджа — механический аппарат, изобретённый английским математиком Чарльзом Бэббиджем, предназначенный для автоматизации вычислений путём аппроксимации функций многочленами и вычисления конечных разностей. Возможность приближённого представления в многочленах логарифмов и тригонометрических функций позволяет рассматривать эту машину как довольно универсальный вычислительный прибор.
История создания Чарльз Бэббидж, находясь во Франции, познакомился с работами Гаспара де Прони, занимавшего должность руководителя бюро переписи при французском правительстве с 1790 по 1800 год. Прони, которому было поручено выверить и улучшить логарифмические тригонометрические таблицы для подготовки к введению метрической системы, предложил распределить работу по трём уровням. На верхнем уровне группа крупных математиков занималась выводом математических выражений, пригодных для численных расчётов. Вторая группа вычисляла значения функций для аргументов, отстоящих друг от друга на пять или десять интервалов. Подсчитанные значения входили в таблицу в качестве опорных. После этого формулы отправляли третьей, наиболее многочисленной группе, члены которой проводили рутинные расчёты и именовались «вычислителями» . От них требовалось только аккуратно складывать и вычитать в последовательности, определённой формулами, полученными от второй группы.
Работы де Прони (так и не законченные ввиду революционного времени) навели Бэббиджа на мысль о возможности создания машины, способной заменить третью группу — вычислителей. В 1822 году Бэббидж опубликовал статью с описанием такой машины, а вскоре приступил к её практическому созданию. Как математику, Бэббиджу был известен метод аппроксимации функций многочленами и вычислением конечных разностей. С целью автоматизации этого процесса он начал проектировать машину, которая так и называлась — разностная. Эта машина должна была уметь вычислять значения многочленов до шестой степени с точностью до 18 -го знака. Конструкция разностной машины основывалась на использовании десятичной системы счисления. Механизм приводился в действие специальными рукоятками. Когда финансирование создания разностной машины прекратилось, Бэббидж занялся проектированием гораздо более общей аналитической машины.
Несмотря на то что разностная машина не была построена её изобретателем, для будущего развития вычислительной техники главным явилось другое: в ходе работы у Бэббиджа возникла идея создания универсальной вычислительной машины, которую он назвал аналитической и которая стала прообразом современного цифрового компьютера. В единую логическую схему Бэббидж увязал арифметическое устройство (названное им «мельницей» ), регистры памяти, объединённые в единое целое ( «склад» ), и устройство ввода/вывода, реализованное с помощью перфокарт трёх типов. Перфокарты операций переключали машину между режимами сложения, вычитания, деления и умножения. Перфокарты переменных управляли передачей данных из памяти в арифметическое устройство и обратно. Числовые перфокарты могли быть использованы как для ввода данных в машину, так и для сохранения результатов вычислений, если памяти было недостаточно.
Скачать презентацию Основные события доэлектронной истории ВТ Электромеханическая эпоха.
История вычислительной техники.ppt