ЭВМ СРС. Электронновычислительная машина
 Скачать 29.87 Kb.
|
|
УПРАЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА НУР-СУЛТАН АО КОЛЛЕДЖ <КАЗАХСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНОЛОГИИ И БИЗНЕСА> СРС Тема: Электронно-вычислительная машина Исполнитель: Бейсембаев Тамерлан Проверил: Айгерiм Мараткызы Нур-султан 2021 История науки и есть сама наука. И. В. Гете Введение Перефразируя известное высказывание И. В. Гете, можно утверждать, что история техники и есть сама техника. Появление компьютеров (от англ. cлова Compute – вычислять) – одна из существенных особенностей современного мира. Первоначальный смысл английского слова «компьютер» – это человек, производящий расчеты. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стали изучать основы вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось из рабочего инструмента специалиста в элемент культуры. При этом история развития средств инструментального счета известна в значительно меньшей степени. Изучение истории вычислительной техники в высших учебных заведениях необходимо для формирования мировоззрения студентов, воспитания патриотизма на примерах выдающихся разработок отечественных ученых и инженеров, сохранения культурного наследия. Современный специалист должен знать историю своей отрасли, место и роль вычислительной техники в истории развития цивилизации. Кроме того, он должен иметь представление об основных этапах развития вычислительной техники и языков программирования. В приложениях А–Д даны сведения, дополняющие кругозор всех интересующихся развитием вычислительной техники. Периоды истории вычислительной техники В истории вычислительной техники выделяют четыре периода: 1. Домеханический (с древних времен до середины XVII в.). 2. Механический (с середины XVII в. до конца XIX в.). 3. Электромеханический (с конца XIX в. до 40-х гг. XX в.). 4. Электронный (с 40-х гг. XX в. по настоящее время). 1. Домеханический период Понятие числа возникло задолго до появления письменности. Люди учились считать в течение многих веков, передавая и обогащая из поколения в поколение свой опыт. С древних времен перед человечеством стояли задачи, требовавшие все возрастающих объемов вычислений. Со временем большинство из них находило решения. Еще в античные времена некоторые области математики были настолько развиты, что образованный человек тех лет по уровню знаний вряд ли уступал нынешнему выпускнику школы. Появление собственности на землю потребовало определения способов вычисления площади участков, что привело к зарождению геометрии. Общеизвестны достижения Евклида, Пифагора и других греческих ученых в этом направлении. Развитие торговли также ставило все новые задачи. Помимо учета товаров и денежных сумм, появились и более сложные проблемы. Купцам приходилось предпринимать все более дальние путешествия, а для этого требовались средства навигации. Астрономы древности решали и эти задачи. Все в конечном итоге сводилось к расчетам, и чем точнее они были, тем успешнее решались насущные задачи. Также было необходимо осуществлять торговые сделки, проводить землемерные работы, управлять запасами урожая. Вычислительные способности большинства из нас весьма ограничены. Даже сложить в уме стоимость нескольких мелких покупок и подсчитать сумму сдачи не так уж просто, и тем более о расчете орбиты планеты или координат звезды и говорить не приходится. Поэтому наряду с развитием теории ученые работали и над проблемой автоматизации В Для вычислений использовались всякие средства, которые имели различные возможности и назывались по-разному. Здесь существует своеобразная классификация: 1) примитивные средства; 2) первые приспособления; 3) первые приборы. 1.1. Примитивные средства Счет на пальцах Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука – великолепный естественный компьютер. Она обладает немаловажными достоинствами, которыми современные инженеры стремятся наделить разрабатываемые счетные устройства. Достоинства счета на пальцах: 1) простота и надежность; 2) компактность; 3) удобство «хранения и транспортировки», то, что он всегда «под рукой»; 4) работает в привычной системе счисления десятичной. Имена числительные во многих языках указывают, что у первобытного человека орудием счета были преимущественно пальцы. Не случайно в древнерусской нумерации единицы называются «перстами», десятки – «составами», а все остальные числа – «сочинениями». Кисть же руки – пясть – синоним и фактическая основа числительного «пять» у многих народов. Хорошо был известен пальцевой счет и в Риме. По свидетельству древнеримского историка Плиния-старшего (погибшего в 79 г. в Помпее во время извержения Везувия), на главной римской площади Форуме была воздвигнута гигантская фигура двуликого бога Януса. Пальцами правой руки он изображал число 300, пальцами левой 55. Вместе это составляло число дней в году в римском календаре. В средневековой Европе полное описание пальцевого счета составил ирландец монах Беда Достопочтенный (около 673735). Он говорил: «В мире есть много трудных вещей, но нет ничего труднее, чем четыре действия арифметики». Согласно его описанию различные загибы пальцев позволяют изображать единицы, десятки, сотни и тысячи, а определенные жесты рук считать до миллиона. С пальцевым счетом можно встретиться и значительно позже. Историк математики Л. Карпинский в книге «История арифметики» сообщает, что на крупнейшей мировой хлебной бирже в Чикаго предложения и запросы, как и цены, объявлялись маклерами на пальцах без единого слова. Есть, однако, у пальцевого счета и недостатки. Самый существенный из них неудобство хранения результатов даже в течение короткого времени. Здесь качество быть всегда под рукой оборачивается своей теневой стороной. Счет на камнях Чтобы сделать процесс счета более удобным, 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 первобытный человек стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того, что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней. Разные народы вместо камней использовали разные приспособления – кости, бобы, ракушки. Механический период Настоящая потребность в автоматическом вычислении возникла в средние века в связи с резко возросшими в этот период торговыми операциями и океаническим судоходством. Торговля требовала больших денежных расчетов, а судоходство – надежных навигационных таблиц. С древнейших времен люди пытались понять окружающий мир и использовать свои знания для защиты от всевозможных бедствий. Заметили, например, что приливы и отливы связаны с различными положениями Луны, и возник вопрос: «А можно ли построить математический закон изменения положения Луны и, используя его, прогнозировать приливы». Ученые составляли громадные таблицы, где фиксировали изменение лунных положений, которые использовались для проверки правильности различных предлагаемых формул движения естественного спутника Земли. Такая проверка опиралась на громадное число арифметических вычислений, требовавших от исполнителя терпения и аккуратности. Для облегчения и ускорения такой работы стали разрабатывать вычислительные устройства. Так появились различные механизмы – первые суммирующие машины и арифмометры. В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления. Машина Леонардо да Винчи Среди двухтомного собрания рукописей итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452–1519), известных как «Codex Madrid» и посвященных механике, уже в наше время были обнаружены чертежи и описание 13-разрядного суммирующего устройства. Похожие рисунки также были найдены и в рукописях «Codex Atlanticus». Основу машины по описанию составляют стержни, на которые крепится два зубчатых колеса, большее с одной стороны стержня, а меньшее – с другой Машина В. Шиккарда Однако потребность в механизации счета была настолько малой, что лишь через сто с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый, профессор кафедры восточных языков Тюбингенского университета Вильгельм Шиккард (1592–1636) предложил свое решение этой задачи. В. Шиккард разработал счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел. Причиной, побудившей В. Шиккарда разработать такую машину, было его знакомство с польским астрономом Иоганном Кеплером. Работа великого астронома в основном была связана с вычислениями. В. Шиккард решил оказать ему помощь в нелегком труде. В своих письмах к Иоганну Кеплеру в 1623 г. Шиккард описывает проект суммирующей машины, которую он назвал «счетными часами». Машина Шиккарда состояла из трех частей: суммирующего устройства (для выполнения сложения и вычитания); множительного устройства (для выполнения умножения); механизма для записи промежуточных результатов. Множительное устройство занимает верхнюю часть машины, суммирующее – среднюю, для хранения чисел используется нижняя часть машины. Суммирующее устройство было шестиразрядным. В каждом разряде на оси была закреплена шестерня с десятью зубцами и колесо с одним зубом, пальцем. Палец служил для передачи десятка в следующий разряд и после полного оборота шестерни поворачивал шестерню следующего разряда на 1/10 оборота, что соответствовало сложению с единицей. Сложение осуществлялось последовательным вводом слагаемых, а вычитание – последовательным вводом уменьшаемого и вычитаемого. При вычитании шестерни вращались в другом направлении. В окошках считывания машины можно было прочитать результат, уменьшаемое и вычитаемое. Деление выполнялось путем многократного вычитания делителя из делимого. Для умножения использовались таблицы умножения, навернутые на шесть осей. Из письма В. Шиккарда от 25 февраля 1624 г. следует, что он изготовил два работающих образца своей машины, один из которых он хотел подарить И. Кеплеру. Но, к сожалению, обе машины сгорели во время пожара. Поэтому эти машины видели только два человека: сам автор, Вильгельм Шиккард, и механик Вильгельм Пфистер, который выполнял заказ В. Шиккарда. Данных о дальнейшей судьбе машины история не сохранила. О самом проекте забыли на долгие годы, пока в 60-х гг. ХХ столетия, используя письма В. Шиккарда и его чернильный набросок с пояснениями для В. Пфистера, удалось построить действующую модель «счетных часов». Она хранится в доме– музее И. Кеплера, на его родине в городе Вайле. Об изобретениях В. Шиккарда и Леонардо да Винчи стало известно лишь в наше время. Современникам они были неизвестны. По-видимому, лишь узкий круг лиц был осведомлен о создании этих машин. Именно поэтому долгое время считалось, что первый арифмометр изобрел в 1642 г. знаменитый французский ученый Б. Паскаль. Суммирующая машина Б. Паскаля Первую машину, которая могла считать сама, создал французский ученый Блез Паскаль (1623–1662). Он задумал ее еще в детстве. Его отец работал сборщиком налогов и все вечера занимался подсчетами. Сын видел, как отец уставал от этого занятия, и мечтал подарить отцу машину, которая бы облегчила его труд. В 1642 г. Б. Паскаль сконструировал первый механический вычислитель, позволяющий складывать и вычитать числа. Для выполнения арифметических операций Паскаль заменил поступательное перемещение костяшек в абаковидных инст- рументах на вращательное движение оси (колеса). Таким образом, в его машине сложению чисел соответствовало сложение пропорциональных им углов. Эта машина вошла в историю вычислительной техники под названием «Паскалина». За время работы над устройством Паскаль сделал более 50 различных моделей своей машины, в которых он экспериментировал не только с материалами, но и с формой деталей машины. До наших дней сохранилось восемь его машин. Первая работающая машина была изготовлена в 1642 г., но окончательный вариант ее появился только в 1654 г. Она представляла собой небольшой латунный ящик размером 35012575 мм. На верхней панели было сделано 8 круглых отверстий, вокруг каждого нанесена круговая шкала. Шкала крайнего правого отверстия разделена на 12 равных частей, шкала соседнего с ним отверстия – на 20 частей, а шкалы остальных честей отверстий имели десятичное деление. Такая градуировка использовалась по следующей причине. Паскаль создавал свою машину в помощь отцу – сборщику налогов. Следовательно, за основу он взял систему счета французской валюты того времени. Основной денежной единицей тогда был ливр, который равнялся 20 су, 1 су состоял из 12 денье. В отверстиях располагались зубчатые колеса. Число зубьев каждого колеса равнялось числу делений шкалы соответствующего отверстия. Так, у крайнего правого колеса было 12 зубьев, у соседнего – 20, у остальных – по 10. Один из зубцов у каждой шестерни был немного удлинен и задевал соседнее колесо. Таким образом, полному повороту одного колеса соответствовал небольшой (1/20 или 1/10) поворот соседнего. Один поворот колеса соответствовал одной операции сложения. На боковых отверстиях барабана были нанесены цифры от 0 до 9, которые были видны в прямоугольных окнах крышки. В этих окнах выводился результат арифметических операций. На этой машине можно было складывать и вычитать. Однако операция вычитания производилось очень громоздко. Только в 1874 г. инженер Экспедиции заготовления государственных бумаг в Петербурге В. Т. Однер предложил надежную и простую конструкцию такого колеса – знаменитое «колесо Однера». Это колесо стало основным узлом многих арифмометров. В нашей стране арифмометры В. Однера выпускались вплоть до 60-х гг. прошлого века. Арифмометр В. Однера был построен на новых принципах. Главным его элементом является колесо Однера – зубчатка с переменным числом зубцов. Оно оказалось настолько совершенным, что не претерпело принципиальных изменений до наших дней. Колесо Однера имеет девять выдвижных спиц. Число выдвинутых спиц определяется углом поворота установочного рычажка до соответствующей цифры на шкале. В 1899 г. В. Однер организовал большое предприятие в Петербурге на Васильевском острове в Тараканьевском переулке, где был расположен завод В. Однера по производству арифмометров . После эмиграции В. Однера в Швецию в 1917 г. арифмометры его конструкции продолжали выпускать на заводе им. Дзержинского под маркой «Феликс». В 1969 г. их было произведено 300 000 штук Так зародилась новая в России отрасль промышленности – производство вычислительных машин. С тех пор вычислительная техника являлась одной из важнейших отраслей отечественного приборостроения. Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. Так зародилась новая в России отрасль промышленности – производство вычислительных машин. С тех пор вычислительная техника являлась одной из важнейших отраслей отечественного приборостроения. Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. Среди многих вычислительных устройств XIX в. нельзя не отметить наиболее оригинальную конструкцию арифмометра, построенного великим русским математиком П. Чебышевым. В ее основу был положен изобретенный П. Чебышевым принцип «непрерывной передачи десятков». Суть этого принципа в том, что шестеренка единиц, делая полный оборот, поворачивает шестеренку десятков на 1/10 оборота. |