История развития вычислительной техники

В Древней Руси (особенно в Новгородской республике XII-XV веков) был широко распространен счет, основанный на счислении числа фаланг на руке "счетовода". Счет начинался с  верхней фаланги "перстка" (мизинца) левой руки, а заканчивался нижней фалангой ("низ перста") указательного пальца. Большой, или "палесъ великий", левой руки при этом последовательно осуществлял "подсчет" суставов на растопыренной пятерне. Досчитав до двенадцати, "счетовод" обращался к своей правой руке и загибал на ней один палец. Так продолжалось до тех пор, пока все пальцы правой руки не оказывались сжатыми в кулак (поскольку число фаланг на четырех пальцах было равно 12, получалось 12 пятерок, то есть 60). Кулак в данном случае символизировал пятерку дюжин, то есть "шестьдесят".  

Счет сороками (или "сороковицами") имел преимущественное распространение в Древней Руси. Число 40 (четыре десятка) долгое время называли "четыредцать" или "четыредесят". Но восемьсот лет тому назад для обозначения этого множества на святой и православной Руси впервые появилось название "сорок". До сих пор ученые спорят, откуда взялось это слово. Одни полагают, что его истоки находятся в греческом названии числа 40 - "тессаконта", другие утверждают, что оно появилось, когда Русь платила дань "сороковинами" (ежегодная ордынская подать, равная сороковой части наличного имущества). Третья группа исследователей убеждена, что это слово произошло от так называемых меховых денег и названия "сорочка ". Поэтому наши предки, например, на Русском Севере считали "сорока ми", а их собратья - сибирские звероловы вели счет "сорочками", то есть мешками для пушнины, в которых хранились звериные шкуры (преимущественно по 40 штук беличьих шкурок или по 40 собольих хвостов, шедших в XVI веке на пошив одной боярской шубы, именовавшейся "сорочкой").  

О том, что число 40 на Руси когда-то играло особую роль при  пальцевом счете, говорят и некоторые  связанные с ним поверья. Так, сорок первый медведь считался роковым  для российского охотника, убить  паука - означало избавиться от сорока грехов и т.д. Все то количество, которое превышало некое множество (например, "сорок"), превосходящее всякое воображение ("сорок сороков") и не умещавшееся в голове российского землепашца из-за своей ничем не ограниченной величины, называлось одним словом - "тьма".

Фиксация  счета 

Фиксация результатов  счета производилась различными способами: нанесение насечек, счетные  палочки, узелки и др. Например, у  народов доколумбовой Америки был  весьма развит узелковый счет. Более  того, система узелков выполняла  также роль своего рода хроник и  летописей, имея достаточно сложную  структуру. Однако использование ее требовало хорошей тренировки памяти.

Позиционная система счисления 

Использование абака  уже предполагает наличие некоторой  позиционной системы счисления, например, десятичной, троичной, пятеричной и др. Однако изобрели ее только в IX веке н.э. индийские ученые. При записи числа, в котором отсутствует  какой-либо разряд (например, 101 или 1204), индийцы вместо названия цифры говорили слово "пусто". При записи на месте "пустого" разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой  кружок назывался "сунья" - на языке хинди это означало "пустое место". Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык - они говорили "сифр". Современное слово "нуль" родилось сравнительно недавно - позднее, чем "цифра". Оно происходит от латинского слова "nihil" - "никакая".  

Арабский ученый, математик Мухаммед бен Муса ал-Хорезми (из города Хорезма на реке Аму-Дарья) в своей книге подробно описал индийскую арифметику. Триста лет спустя (в 1120 году) эту книгу перевели на латинский язык, и она стала первым учебником "индийской" (то есть нашей современной) арифметики для всех европейских городов. Приблизительно в это же время индийские цифры начали применять и другие арабские учёные. Кроме того ал-Хорезми приблизительно в 850 году н.э. написал книгу об общих правилах решения арифметических задач при помощи уравнений. Она называлась "Китаб ал-Джебр". Эта книга дала имя науке алгебре. Мухаммеду бен Муса ал-Хорезми мы обязаны появлению термина "алгоритм". В первой половине XII века книга ал-Хорезми в латинском переводе проникла в Европу. Переводчик, имя которого до нас не дошло, дал ей название Algoritmi de numero Indorum ("Алгоритми о счёте индийском").

Логарифмическая линейка - аналоговое вычислительное устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций, в том числе, умножение и деление чисел, возведение в степень (чаще всего в квадрат и куб), вычисление логарифмов, тригонометрических функций и другие операции  

Для того чтобы вычислить  произведение двух чисел, начало подвижной  шкалы совмещают с первым множителем на неподвижной шкале, а на подвижной  шкале находят второй множитель. Напротив него на неподвижной шкале  находится результат умножения  этих чисел:  

lg(x) + lg(y) = lg(xy)  

Чтобы разделить  числа, на подвижной шкале находят  делитель и совмещают его с  делимым на неподвижной шкале. Начало подвижной шкалы указывает на результат:  

lg(x) - lg(y) = lg(x/y)  

С помощью логарифмической  линейки находят лишь мантиссу числа, его порядок вычисляют в уме. Точность вычисления обычных линеек - два-три десятичных знака. Для выполнения других операций используют бегунок  и дополнительные шкалы.  

Следует отметить, что, несмотря на простоту, на логарифмической  линейке можно выполнять достаточно сложные расчёты. Раньше выпускались  довольно объёмные пособия по их использованию.  

Принцип действия логарифмической  линейки основан на том, что умножение  и деление чисел заменяется, соответственно, сложением и вычитанием их логарифмов.  

Вплоть до 1970-х  гг. логарифмические линейки были так же распространены, как пишущие  машинки и мимеографы. Ловким движением  рук инженер без труда перемножал и делил любые числа и извлекал квадратные и кубические корни. Чуть больше усилий требовалось для вычисления пропорций, синусов и тангенсов.  

Украшенная дюжиной  функциональных шкал, логарифмическая  линейка символизировала сокровенные  тайны науки. На самом деле, основную работу выполняли всего две шкалы, поскольку практически все технические  расчеты сводились к умножению  и делению.

на начало

Механический  этап развития вычислительной техники 

Развитие механики в XVII в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Эти устройства были способны выполнять уже не два, а четыре арифметических действия и назывались арифмометрами.

Абак 

Историю цифровых устройств  начать следует со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов, рассмотрим некоторые из них.  

Абак (лат. abacus - доска) - счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений.  

Впервые появился, вероятно, в Древнем Вавилоне около 3 тыс. до н. э. Первоначально представлял собой доску, разграфленную на полосы или со сделанными углублениями. Счетные марки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. В 5 в. до н. э. в Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками.

Древняя Греция 

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.

Древний Рим 

Римляне усовершенствовали  абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным  доскам с выточенными желобками  и мраморными шариками.

Китай 

Китайские счеты  суан-пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки - с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка. Суан-пан разделены на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части - по 2. Таким образом, для того, чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, а затем добавляли одну косточку в разряд единиц.

Япония 

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.

Европа 

В Европе абак применялся до XVIII века. Даже развитие самой математики на определенных этапах ее становления  было связано с абаком, когда истинность некоторых вычислительных алгоритмов подтверждалась возможность их реализации на абаке. В Средние века сторонники производства арифметических вычислений исключительно при помощи абака - абацисты - в течение нескольких столетий вели ожесточённую борьбу с алгоритмиками - приверженцами возникших тогда методов алгоритмизации арифметических действий.

Россия 

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

Современные счеты 

Многовековой путь совершенствования абака привел к созданию счетного прибора законченной  классической формы, используемого  вплоть до эпохи расцвета клавишных  настольных ЭВМ, мы его называем "счеты".  

Счеты - это простое  механическое устройство для произведения арифметических расчётов, являющееся одним из первых вычислительных устройств. Счёты представляют собой раму с  нанизанными на спицы костяшками. В недавнем прошлом в СССР их использовали повсеместно. Да еще и сегодня  кое-где их можно встретить, помогающими  в расчетных операциях. И только появление карманных электронных  калькуляторов в 70-е годы нашего столетия создало реальную угрозу для  дальнейшего использования русских, китайских и японских счетов - трех основных классических форм абака, сохранившихся  до наших дней.

на начало

Электромеханический этап развития вычислительной техники 

Как ни блестящ был  век механических арифмометров, но и он исчерпал свои возможности. Людям  нужны были более энергичные помощники. Это заставило изобретателей  искать пути совершенствования вычислительной техники, но уже не на механической, а на электромеханической основе.  

Небольшой моторчик освободил вычислителя от необходимости  крутить ручку, да и скорость счета  увеличилась. Сам механизм счетного устройства, поначалу остававшийся неизменным, стал также постепенно модернизироваться. Рычажный набор, который осуществлял  медленную установку чисел и  приводил к значительному проценту ошибок, заменили более удобным - клавишным. Появились машины, записывающие результат  на бумажной ленте, а также другие комбинации счетных и пишущих  устройств. Это был уже новый  шаг - механизация вычислений, но не их автоматизация. Управление процессом  счета все еще ложилось на плечи  человека.  

Электромеханический этап развития вычислительной техники  явился наименее продолжительным и  охватывает всего около 60 лет - от первого  табулятора Г. Холлерита (1887 г.) до первой ЭВМ ENIAC (1946 г.).  

Предпосылками создания проектов данного этапа явились  как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и  развитие прикладной электротехники (электропривод  и электромеханические реле), позволившие  создавать электромеханические  вычислительные устройства.

Итоги 

Выделим основные успехи электромеханического этапа развития вычислительной техники. Прежде всего, существенно возросли производительность и надежность вычислительной техники, на что повлияла не только более  быстрая элементная база, но и сокращение ручного труда. Во-вторых, на данном этапе развития вычислительной техники  происходит индустриализация обработки  информации. Особенно это было заметно  по концентрации вычислительных мощностей  в СССР, начиная с создания в 30-х  годах машинно-счетных стаций, которые  к 1936 году превратились в крупнейшие в мире предприятия механизированного  учета. Впоследствии эти станции  явились основой создания современных  вычислительных центров и коллективного  пользования вычислительных центров, оборудованных ЭВМ различных  типов и классов. Наконец, на электромеханическом  этапе была реализована идея Бэббиджа создания универсальной вычислительной машины с программным управлением, по сложности соизмеримая с наиболее сложными техническими системами того времени. Уже на этом этапе выявляется зависимость возможностей вычислительной техники от ее системной сложности; многие наработки данного этапа  легли в основу развития современного этапа развития ВТ - электронного.