Сибірський університет споживчої кооперації
Етапи розвитку обчислювальної техніки
Виконав: Ворошилов І.А.
Зміст
Ранні пристосування та пристрої для рахунку 3
Етапи розвитку обчислювальної техніки 4
Домеханічний етап 4
Механічний етап 5
Електромеханічний етап 11
Сумуюча машина Паскаля 14
Калькулятор Лейбниця 16
Історія створення 16
Розносна машина Чарльза Беббіджа 20
Історія створення 20
Аналітична машина 24
Список літератури 26
Список ілюстрацій 27
Введення Ранні пристрої та пристрої для рахунку
Людство навчилося користуватися найпростішими лічильними пристосуваннями тисячі років тому. Найбільш затребуваною виявилася необхідність визначати кількість предметів, що використовуються у міновій торгівлі. Одним із найпростіших рішень було використання вагового еквівалента мінливого предмета, що не вимагало точного перерахунку кількості його складових. Для цих цілей використовувалися найпростіші балансирні ваги, які стали таким чином одним з перших пристроїв для кількісного визначення маси.
Принцип еквівалентності широко використовувався і в іншому, знайомому для багатьох, найпростішому лічильному пристрої Абак або Рахунки. Кількість підрахованих предметів відповідало числу пересунутих кістячок цього інструменту.
Порівняно складним пристроєм для рахунку могли бути чётки, що застосовуються на практиці багатьох релігій. Віруючий як на рахунках відраховував на зернах чіток число сказаних молитов, а при проході повного кола чіток пересував на окремому хвостику спеціальні зерна-лічильники, що означають кількість відрахованих кіл.
Етапи розвиткуобчислювальної техніки Домеханічний етап
Ручний період автоматизації обчислень почався на зорі людської цивілізації та базувався на використанні частин тіла,
Малюнок 1. Суань-пань
насамперед пальців рук і ніг. Пальцевий рахунок сягає корінням в глибоку давнину, зустрічаючись у тому чи іншому вигляді у всіх народів і в наші дні. Звісно, рахунок був примітивним, а рівень абстракції дуже низьким. Поняття числа максимально конкретно, воно нерозривно пов'язане з предметом (тобто це, наприклад, не число "два", а "дві риби", "два коні" і т.д.). Діапазон рахунку невеликий. Можна виділити три типи таких лічильних пристроїв. Штучні пристрої: зарубки (насічки) на різних предметах, в Південній Америці набувають широкого поширення вузлики на мотузках. Предметний рахунок, коли використовуються предмети типу камінців, паличок, зерен тощо. Часто цей тип рахунку використовувався разом із пальцевим. Рахунок за допомогою предметів був попередником рахунку на абаку - найбільш розвиненому лічильному приладі давнини, що зберіг деяке значення в даний час (у вигляді українських рахунків, китайського суань-паня та ін.). Під абаком розуміється лічильний прилад, у якому відзначені місця (колонки чи рядки) окремих розрядів чисел.
Механічний етап
Малюнок 2. Леонардо да Вінчі (Leonardo da Vinci, 1452-1519)
Під механічним обчислювальним пристроєм розуміється пристрій, побудований на механічних елементах і забезпечує автоматичну передачу з нижчого розряду до вищого. Один з перших арифмометрів, точніше «підсумуюча машина», був винайдений Леонардо да Вінчі (Leonardo da Vinci, 1452-1519) близько 1500 року. Щоправда, про його ідеї ніхто не знав упродовж майже чотирьох століть. Малюнок цьогопристрої був виявлений тільки в 1967 році, і по ньому фірма IBM відтворила цілком працездатну 13-розрядну підсумовуючу машину, в якій використано принцип 10-зубих коліс.
Десятьма роками раніше в результаті історичних розвідок у Німеччині були виявлені креслення та опис арифмометра, виконані в 1623 Вільгельмом Шиккардом (Wilhelm Schickard, 1592-1636), професором математики університету в Тюбінгені. Це була «просунута» 6-розрядна машина, що складалася з трьох вузлів: пристрої складання-віднімання, розмножувального пристрою і блоку запису проміжних результатів. Якщо суматор був виконаний на традиційних зубчастих колесах, що мали кулачки для передачі в сусідній розряд одиниці перенесення, то множник був побудований дуже витончено. У ньому німецький професор застосував метод «ґрат», коли за допомогою «насадженої» на вали зубчастої «таблиці множення» відбувається перемноження кожної цифри першого співмножника на кожну цифру другого, після чого зі зсувом складаються всі ці приватні твори.
Малюнок 3. Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1662)
Перший зразок постійно ламався, і за два роки Паскаль зробив досконалішу модель. Це була суто фінансова машина: вона мала шість десяткових розрядів і два додаткові: один поділений на 20 частин, інший на 12, що відповідало співвідношенню тогочасних грошових одиниць (1 су = 1/20 лівру, 1 день = 1/12 су) . Кожному розряду відповідало колесо з певною кількістю зубців.
За своє недовге життя Блез Паскаль, який прожив всього 39 років, встиг зробити близько п'ятдесяти лічильних машин із найрізноманітніших матеріалів: із міді, із різних порід дерева, із слонової кістки. Одну з них вчений підніс канцлеру Сег'є (Pier Seguier, 1588-1672),якісь моделі розпродав, якісь демонстрував під час лекцій про останні досягнення математичної науки. 8 екземплярів дійшло до наших днів.
Малюнок 4. Готфрід Лейбніц (Gottfried Leibniz, 1646-1716)
Саме Паскалю належить перший патент на «Паскальове колесо», виданий йому 1649 року французьким королем. На знак поваги до його заслуг у галузі «обчислювальної науки», одну із сучасних мов програмування названо Паскалем.
Класичним інструментом механічного типу є арифмометр (пристрій для виконання чотирьох арифметичних дій), винайдений Готфрід Лейбніца (Gottfried Leibniz, 1646-1716) в 1673 році. Отримана результаті напруженого пошуку 8-разрядная модель могла складати, віднімати, множити, ділити, зводити на ступінь. Результат множення та поділу мав 16 знаків. Лейбніц застосував у своєму арифмометрі конструктивні елементи, які використовувалися при проектуванні нових моделей аж до ХХ століття. У XVII-XVIII ст. скільки-небудь значної практичної потреби у механізації обчислювальних робіт не існувало. Інтерес до механізації обчислень був викликаний, зокрема, філософськими та загальнонауковими установками того часу, коли закони та принципи механіки розглядалися як загальні закони буття. У ХІХ ст. у зв'язку з розвитком промислової революції виникає потреба в механізації конторських робіт.
Малюнок 5. Арифмометр
Піонером серійного виготовлення рахункових машин став ельзасець Шарль-Ксав'є Тома де Кольмар (Charles-Xavier Thomas de Colmar, 1785-1870). Ввівши в модель Лейбніца ряд експлуатаційних удосконалень, він у 1821 році починає випускати у своїй паризькій майстерні 16-розрядні арифмометри, які набувають популярності як «томас-машини». Спочатку вони коштували недешево — 400 франків. І випускалися в не так уже й великих кількостях — до 100 екземплярів на рік. Але до кінця століття з'являються нові виробники, виникає конкуренція, ціни знижуються, а кількість покупців зростає.
Різні конструктори як у Старому, так і в Новому світлі патентують свої моделі, які відрізняються від класичної моделі Лейбніца лише введенням додаткових зручностей в експлуатації. З'являється дзвінок, що сигналізує про помилки типу віднімання з меншого числа більшого. Набірні важелі замінюються кнопками. Робиться ручка для перенесення арифмометра з місця на місце. Підвищуються ергономічні показники. Вдосконалюється дизайн.
1875 року Однер сконструював свій перший арифмометр, права на виробництво якого передав машинобудівному заводу «Людвіг Нобель». Через 15 років, ставши власником майстерні, Вільгодт Теофілович налагоджує в Петербурзі випуск нової моделі арифмометра, яка вигідно відрізняється від лічильних машин, що існували на той момент, компактністю, надійністю, простотою в користуванні і високою продуктивністю.
Малюнок 6. Чарльз Беббідж (Charls Babbige, 1791-1871)
Через три роки майстерня стає потужним заводом, що виробляє за рік понад 5 тисяч арифмометрів. Виріб з клеймом "Механічний завод В. Т. Однер, С-Петербург" починає завойовувати світову популярність, йому присуджуються найвищі нагороди промислових виставок у Чикаго, Брюсселі, Стокгольмі, Парижі. На початку XX століття арифмометр Однера починає домінувати на світовому ринку. Таким чином до кінця XIX ст. виробництво арифмометрів стає масовим.
Проте попередником сучасних ЕОМ є аналітична машина Чарльза Беббіджа. Проект аналітичної машинищо представляє собою цифрову обчислювальну машину з програмним управлінням, був запропонований Беббіджем у 30-х роках XIX століття. А в 1843 р. для цієї машини було створено першу досить складну машинну програму: програму обчислень чисел Бернуллі, складену Адою Лав-лейс. Обидва ці здобутки були феноменальними. Вони більш ніж на сторіччя випередили свій час. Лише 1943 р. американець Говард Ейкен за допомогою робіт Беббіджа на основі техніки XX століття — електромеханічних реле — зміг побудувати таку машину під назвою «Марк-1».