Игорь Н. Бекман компьютеры в информатике



Скачать 344.63 Kb.
Pdf просмотр
страница1/2
Дата13.02.2017
Размер344.63 Kb.
Просмотров395
Скачиваний0
  1   2
Профессор
Игорь Н. Бекман
КОМПЬЮТЕРЫ В ИНФОРМАТИКЕ
Курс лекций
Лекция 1. ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Вычислительная техника - совокупность технических и математических средств, методов и приёмов, используемых для облегчения и ускорения решения трудоёмких задач, связанных с обработкой информации, в частности числовой, путём частичной или полной автоматизации вычислительного процесса отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией вычислительных машин. В данной лекции мы рассмотрим некоторые этапы развития вычислительной техники, включая компьютеры.
2. ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Первой публикацией в области компьютерных наук принято считать опубликованную в 1936 году знаменитую статью А.Тьюринга "On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem", в которой было введено понятие машины Тьюринга. Однако вычислительные машины возникли гораздо раньше электронных компьютеров.
Вычислительная техника является важнейшим компонентом процесса вычислений и обработки данных. Первыми приспособлениями для вычислений были счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту. Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры. Такими приспособлениями, похоже, пользовались торговцы и счетоводы того времени. Постепенно из простейших приспособлений для счёта рождались всё более и более сложные устройства абак (счёты), логарифмическая линейка, механический арифмометр, электронный компьютер. Несмотря на простоту ранних вычислительных устройств, опытный счетовод может получить результат при помощи простых счёт даже быстрее, чем нерасторопный владелец современного калькулятора. Естественно, сама по себе, производительность и скорость счёта современных вычислительных устройств давно уже превосходят возможности самого выдающегося расчётчика-человека. Древнейшим счётным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Понятие числа и фигуры взято не откуда-то, а из действительного мира. Имена числительные во многих языках указывают, что у первобытного человека орудием счета были преимущественно пальцы. Неслучайно в древнерусской нумерации единицы называются перстами, десятки – составами, а все остальные числа – сочинениями. Кисть же руки у многих народов называлась пять. Например, малайское «лима» означает одновременно и рука, и пять. От пальцевого счёта берёт начало пятеричная система счисления (одна рука, десятеричная (две руки, двадцатеричная (пальцы руки ног. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. Хорошо был известен пальцевый счёт в Риме. По свидетельству древнеримского историка Плиния-старшего, 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 Беда Достопочтенный.
Пальцевый счет сохранился кое-где и поныне. Историки математик 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. http://profbeckman.narod.ru/EVM
Издревле употребляется еще один вид инструментального счета - с помощью деревянных палочек с зарубками (бирок. В средние века бирками пользовались для учета и сбора налогов. Бирка разрезалась на две продольные части, одна оставалась у крестьянина, другая - у сборщика налогов. По зарубкам на обеих частях и велся счет уплаты налога, который проверяли складыванием частей бирки. В Англии, например, этот способ записи налогов существовал до конца XVII столетия. Другие народы - китайцы, персы, индийцы, перуанцы - использовали для представления чисел и счета ремни или веревки с узелками. Бирки и веревки с узелками не могли удовлетворить возраставшие в связи с развитием торговли потребности в средствах вычисления. Развитию же письменного счета препятствовали два обстоятельства.
Во-первых, не было подходящего материала для выполнения вычислений - глиняные и восковые таблички для этого не годились. Во-вторых, в тогдашних системах счисления письменно выполнить все необходимые операции было сложно. Необходимость определения количества предметов, используемых в меновой торговле, привело к использованию весового эквивалента меняемого предмета, что не требовало точного пересчёта количества его составляющих. Для этих целей использовались простейшие балансирные весы, которые стали одним из первых устройств для количественного определения массы. Принцип эквивалентности широко использовался ив другом простейшем счётном устройстве Абак или Счёты. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента. Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применяемые в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал наз рнах чёток число произнесённых молитва при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна- счётчики, означающие число отсчитанных кругов.
Рис. 1. Когда людям надоело вести счёт при помощи загибания пальцев, они изобрели абак. Около 500 года нашей эры был изобретён абак. В Риме абаком называлась дощечка, покрытая слоем воска, на которой острой палочкой проводились линии и какие-нибудь фигуры, размещавшиеся в полученных колонках по позиционному принципу. В Древнем Риме абак появился, вероятно, в V-VI вв н. э. и назывался calculi или abakuli. Изготовлялся он из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. До нашего времени дошел бронзовый римский абак, на котором камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещались камешки для счета до пяти, а в верхней части имелось отделение для камешка, соответствующего пятерке. Китайская разновидность абака (суаньпань) - появилась в VI веке н. э современный тип этого счетного прибора был создан позднее, по-видимому в
XII столетии. Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении (земля) на каждой проволоке нанизано по пять шариков, в меньшем (небо) - по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам. Из рисунка видно, что суаньпань является практически точным аналогом инструмента конторские счеты. Соробан - японский абак, происходит от китайского суаньпаня, который был завезен в Японию в XV-XVI веках. Соробан проще своего предшественника, у него на небе на один шарик меньше, чему суаньпаня. Десятичный строй - довольно веское основание для того, чтобы признать временем возникновения этого прибора XVI век, когда десятичный принцип счисления был впервые применен в денежном деле в России. В это время какому-то наблюдательному человеку пришла в голову мысль заменить горизонтальные линии счета горизонтально натянутыми веревками, навесив на них, по существу, все те же «косточки-шарики». Впрочем, в XVI веке термина счеты ещё не существовало, и прибор именовался «дощаным счётом». Один из ранних образцов такого «счёта» представлял собой два соединенных ящика, одинаково разделенных по высоте перегородками. В каждом ящике - два счётных поля с натянутыми веревками или проволочками. На верхних 10 веревках по 9 косточек (четок, на й их - четыре, на остальных веревках - по одной. http://profbeckman.narod.ru/EVM

Рис. 2. Звёздочки и шестерёнки были сердцем механических устройств для счёта. С изобретением зубчатых колёс появились и гораздо более сложные устройства выполнения расчётов. Антикитерский механизм, обнаруженный вначале века, который был найден на месте крушения античного судна, затонувшего примерно в 65 году до н.э., даже умел моделировать движение планет. Предположительно его использовали для календарных вычислений в религиозных целях, предсказания солнечных и лунных затмений, определения времени посева и сбора урожая и т/п. Вычисления выполнялись за счёт соединения более 30-ти бронзовых колёс и нескольких циферблатов для вычисления лунных фаз использовалась дифференциальная передача, изобретение которой исследователи долгое время относили не ранее чем к XVI веку. Впрочем, с уходом античности навыки создания таких устройств были позабыты потребовалось около полутора тысяч лет, чтобы люди вновь научились создавать похожие по сложности механизмы. В 1623 Вильгельм Шикард придумал Считающие часы - первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия. Считающими часами устройство было названо потому, что как ив настоящих часах работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок. Практическое использование это изобретение нашло в руках друга Шикарда, философа и астронома Иоганна Кеплера. За этим последовали машины Блеза Паскаля («Паскалина», 1642) и Готфрида Лейбница. В 1820 Чарльз Томас создал первый удачный, серийно выпускаемый механический калькулятор - Арифмометр Томаса, который мог складывать, вычитать, умножать и делить. Механические калькуляторы, считающие десятичные числа, использовались дох. Можно выделить следующие этапы развития вычислительных устройств.
Около 2 тыс. лет дон. э. На коленях статуи правителя Лагаша - древнего государства в шумере - царя
Гудеа установлена доска, на которой вырезана масштабная линейка вполовину 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
Х-IV вв. дон. э. На найденных в раскопках кубиках предсказателей в Китае обнаружены символы чисел того времени.
1350 г. дон. э. На барельефе храма египетского фараона Сети I, в Абидасе записаны на пальмовой ветви числа в виде зарубок.
VIII-VII вв. дон. э. Создатели одной из древнейших цивилизаций - индейцы Мексики 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.
VI-IV вв. дон. э. Пифагор Самосский (Греция) и его последователи пифагорейцы, обожествляя число, возвели его в основу всего существующего - источник гармонии космоса.
Конец V - начало IV в. дон. э. В произведениях древнегреческих поэтов Гомера и Аристофана упоминается о распространении пальцевого счёта, зародившегося в древности и до сих пор употребляющегося в ряде случаев биржевыми маклерами.
V-IV вв. дон. э. Созданы древнейшие из известных счётов – «саламинская доска по имени острова
Саламин в Эгейском море, которые у греков ив Западной Европе назывались абаку китайцев- «суан- пану японцев – «серобян» Вычисления на них проводились путем перемещения счётных костей и камешков (калькулей) в полосковых углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла. Эти счёты сохранились до эпохи Возрождения, а в видоизмененном виде сначала как дощатый щот» и как русские счёты до настоящего времени.
IV в. дон. э. Древнегреческий ученый Аристотель основал дедуктивную логику.
Около 120 лет дон. э. Герон Александрийский создает технические автоматические устройства, описания которых дошли до наших дней Его учитель Ктезибий Александрийский создал автоматические водяные часы (клепсидра. К изобретениям Герона относится, например, автомат Поющая птичка и сова. Птичка начинает свистеть, когда сова на нее не смотрит, и умолкает, когда сова к ней поворачивается. Второй автомат был призван открывать силой нагретой воды алтарь после того, как передним зажжется жертвенный огонь
Перед началом н. э. Индейцы майя имели кубики с календарными иероглифами, которые использовались в качестве особого типа счетных камешков. http://profbeckman.narod.ru/EVM

1 в. Н. э. В трактате из 13 книг Арифметика греческий ученый Диофант Александрийский впервые ввёл алгебраическую символику, создал так называемые диофантовы приближения (раздел теории чисел, написал диофантовы уравнения (алгебраические неопределенные уравнения с целочисленными коэффициентами, решения которых ищутся в рациональных числах, создал раздел математики, в котором изучаются свойства диофантовых уравнений методами алгебраической геометрии (диофантову геометрию.
Около 628 г. Ученый Индии Брахмагупта затрагивает ряд проблем арифметики, геометрии и алгебры в книге Пересмотр системы Брахмы. Сочинение в основном было посвящено астрономии и содержало 20 глав.
Конец начало VIII в. Один из первых математиков Европы англосаксонский математик Беда Достопочтенный в своем трактате О счислении дал полное описание счета на пальцах до миллиона. Он писал В мире есть многотрудных вещей, нонет ничего труднее, чем четыре действия арифметики.
VIII в. В Китае возникает книгопечатание, первоначально с деревянных клише, каждое размером в страницу.
Первая, половина IX в. В трудах уроженца Хивы Абу Абдул-лы Мухаммеда бен Мусы аль-Маджуса аль-
Хорезми обобщены достижения арабской математики и астрономии, впервые введен термин алгебра (от арабского «алджебр»). Имя аль-Хорезми послужило основой термина алгоритм, который означал решение задач с помощью уравнений на основе установленных правил. Х в. Французский монах Герберт из Орийяка (ставший позже папой римским Сильвестром II) написал книги по математике и среди них Правила счета на абаке, где описывал абак в виде гладкой доски, посыпанной голубым песком и имеющей 30 столбцов, из которых 3 отводились дробям. Ему же приписывается первенство в создании механических часов.
1030. Князь Ярослав организовал в Киеве школу, в которой грамотеи счету учились 300 детей.
1040. Китайский ученый Пи (Би) Шэн изобретает сменные керамические литеры для книгопечатания.
1134. Новгородский дьякон Кирик в книге Ученье им же ведати человеку числа всех лет для календарно- астрономических расчетов пользуется геометрической прогрессией.
1274. Испанский теолог Раймунд Луллий пишет трактат Великое искусство о предложенном им способе механического получения лиц, диаграмм, кругов и т. д. Проповедуя христианство, он был забит камнями мусульманами.
1276-1277. Испанские ученые впервые описывают механические часы.
XIII в.-Иордан Неморарий в своих математических книгах впервые систематически использовал буквы вместо конкретных чисел, с целью общности выражения ввел имена переменных величин.
1390. В Корее изобретается подвижный металлический шрифт для книгопечатания. Первая книга таким способом отпечатана в 1409.
1436. Немецкий изобретатель И. Гутенберг применил первым в Европе печатание на бумаге с использованием металлических литер, закрепленных в раме.
1489. В учебнике арифметики Быстрый и красивый счёт» чешского ученого Яна Видмана впервые в печатном издании использованы арифметические символы + (плюс, - (минус.
1500. К этому году в Европе насчитывалось 250 типографий и было отпечатано более 50000 различных сочинений.
Конец начало XVI в. Леонардо да Винчи – художником, математиком, фортификатором и строителем каналов - дан эскиз тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятизубыми колесами. По этим чертежам фирма IBM построила работоспособную машину.
XV-XVI вв. В Европе распространен счёт на линиях или счётные таблицы с укладываемыми на них жетонами. XVI в- Создаются русские счёты с десятичной системой счисления.
1522. Немецкий математики летописец Иоганн Вернер изложил метод, позволяющий путем использования тригонометрических функций заменять умножение сложением.
1544. Немецкий математик Михаэль Штифель в книге Полная арифметика провел идею сравнения арифметической и геометрической прогрессий, что привело к открытию логарифмов. 1564. Русский первопечатник И. Федоров совместно с П. Мстиславцем выпустил первую русскую печатную книгу Апостол. В 1574 Федоров выпустил во Львове первую славянскую Азбуку, а в 1580-1581 в Остроге - первую полную славянскую Библию, получившую в истории название «Острожская библия.
1585. Нидерландский ученый Стевин Симон в сочинении Десятина изложил методы вычислений с десятичными дробями.
1591. Французский математик Франсуа Виет ввёл буквенные символы для численных коэффициентов в арифметике, алгебре и тригонометрии. http://profbeckman.narod.ru/EVM

Рубеж XVI-XVII вв. Английский философ Томас Гоббс призвал к представлению человеческого мышления в форме вычислительного процесса. Он писал Мыслить значит нечто иное, как представлять себе общую сумму сложения или остаток от вычитания одной суммы из другой. Где уместны сложение и вычитание - уместен и здравый смысл.
1614. Изобретение логарифмов шотландцем Джоном Непером. Он опубликовал Описание таблиц логарифмов - первое руководство по вычислениям с помощью логарифмов, идея которых у него возникла примерно лет на 20 раньше.
1617. Непер публикует трактат Счет с помощью палочек, который применялся ещё индейцами, но после работ Непера распространился в Европе как метод умножения с помощью палочек Непера».
1620. Швейцарский математик ИостБюрги, работавший в Праге, независимо от Непера опубликовал свою таблицу логарифмов.
Вторая половина XVI- первая половина XVII в. В Англии изобретают первые логарифмические линейки, в 1632 выходит в свет книга Форстера и Отреда Круги пропорции, в 1630 Р. Деламейна «Граммеология, или Математическое кольцо с описанием круговой логарифмической линейки.
1623. Вильгельм Шиккард - профессор Тюбингского университета в письмах И. Кепплеру описал устройство часов для счёта» - счётной машины. В ней были механизированы операции сложения и вычитания, а умножение и деление выполнялись с элементами механизации.
1642. Молодой летний французский математики физик Блез Паскаль создаёт первую модель вычислительной машины, которая могла выполнять арифметические операции. 1645 -Арифметическая машина «Паскалина», или «Паскалево колесо, получает законченный вид – прототип арифмометра. В этой машине каждому десятичному разряду соответствовало колесико с нанесёнными на него делениями от 0 до
9. Соседние колесики были механически связаны так, что избыток над 9 колесико передавало следующему, поворачивая его на 1. В 1649 Б. Паскаль получает королевскую привилегию на изготовление и продажу своей машины-до наших дней сохранилось восемь его машин. Этот прибор, практически без изменений, просуществовали был в использовании более трёх столетий
1658. В Переписной книге деловой казны патриарха Никона 1658» встречается слово «счоты», счёты уже изготовлялись для продажи в России.
1666. Самюэль Морленд строит первую в Англии суммирующую машину.
1670. Готфрид Вильгельм Лейбниц дал первое описание своего арифметического инструмента -первой счётной машины, которая механически производила сложение, вычитание, умножение и деление. Окончательный вариант завершен в 1710. Им сделана попытка создать алгебру логики, интегральное исчисление.
1683. Томас Эверард предлагает линейку для измерения объемов (с двумя движками и впервые введенной обратной шкалой.
1700. Француз Клод Перро издает в Париже Сборник большого числа машин, где описывает и «Рабдо- логический абак - суммирующую машину, конструкция которой отлична от «Паскалины».
1761. Англичанин Д. Робертсон создал линейку для навигационных расчётов, снабженную бегунком. Идею такого инструмента выдвигал Исаак Ньютон в 1660. Конец XVI вне позднее 1770) В г. Несвиже в Литве Е. Якобсон создает суммирующую машину, определяющую частное и способную работать с 5-значными числами.
1770-1779. Священник из Вюртельберга Ган сконструировал несколько машин для астрономических вычислений, которые были весьма трудоёмкими. Он писал, что ему пришлось иметь дело с громадными дробями и делать умножения и деления над весьма большими числами, от которых даже мысли останавливались.
1775-1780. Англичанин граф Ч. Стэнхоуп изобретает ряд счётных машин, некоторые идеи которых были реализованы в арифмометрах с "однеровским колесом.
1791. Во Франции разработана метрическая система единиц, введенная декретом от 1.08.1793. Революционного конвента. В России она была введена одним из первых актов Советской власти (декрет
Совнаркома отв Прославился в истории технического прогресса автоматикой на основе часовых механизмов. Это, например, часы - автомат Ивана Петровича Кулибина в форме яйца, которые демонстрировали пасхальные интермедии с музыкой.
1801-1804. Жозеф Жаккар разработал ткацкий станок, в котором вышиваемый узор определялся перфокартами. Серия карт могла быть заменена, и смена узора не требовала изменений в механике станка. Это было важной вехой в истории программирования. http://profbeckman.narod.ru/EVM

1814. Англичанин Чарльз Бэббидж изобрел разностную машину, предназначенную для расчёта и печати больших математических таблиц. Вон же сконструировал аналитическую машину, производящую вычисления по набору инструкций, записанных на перфокартах.
1820. Получает патент на арифмометр эльзасец Карл Ксавье Томас. Он же организовал впервые в мире промышленное производство арифмометров, за первые 50 лет он продаёт 1500 экземпляров.
1823. Английский ученый Чарлз Беббидж разрабатывает проект Разностной машины, предвосхищавшей современную программно-управляемую автоматическую машину.
1838. Чарльз Бэббидж перешёл от разработки Разностной машины к проектированию более сложной аналитической машины, принципы программирования которой напрямую восходят к перфокартам Жаккара.
Рис. 3. Часть Разностной машины Бэббиджа, собранная после его смерти сыном из частей, найденных в лаборатории.
1813 - 1871. Аналитической машина » Беббиджа, которая должна была заменить человека водной из самых медленных операций его ума, включала три основные части склад для хранения чисел, набиравшихся с помощью зубчатых колес фабрику для операций над числами, изъятыми из склада устройства для управления операциями с помощью перфокарт. Одновременно дочь Джорджа
Гордона Байрона леди Ада Лавлейс разрабатывает первые программы для машины Беббиджа, заложив многие идеи и введя ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.
1826. Введено понятие о полупроводниках как о телах, кои в рассуждении способности проводить электричество занимают как бы среднее место между проводниками и непроводниками. Так о них писал русский физик-педагог Иван Двигубский в учебнике Начальные основания опытной физики. Развитие физики и техники полупроводников привело к созданию микропроцессоров.
1828. Генерал-майор русской армии Ф. М. Слободской создает счётные приборы, которые вместе со специальными таблицами позволяли сводить арифметические действия к сложению и вычитанию.
1831. М. Фарадей открыл индуцированные токи.
1832. Русский ученый, изобретатель и дипломат ПЛ. Шиллинг построил первую работающую между Зимним дворцом и Генеральным штабом в Петербурге систему электромагнитного телеграфа.
1834. Французский академик, физик, электротехники математик Андре Мари Ампер выпустил книгу Очерки по философии науки, в которой применил термин кибернетика для обозначения гипотетической науки об управлении государством, обществом (от греческого «кибернетос» - рулевой, кормчий, управляющий.
1837. Работы Шиллинга по разработке телеграфной связи продолжает в Петербурге академик В. С. Якоби, который в 1843 предложил синхронно-синфазный стрелочный аппарата в 1850 - буквопечатающий аппарате столетия
. Американский изобретатель и художник Сэмюэл Морзе создает и широко внедряет в практику телеграфные аппарат и линии связи. Он же разрабатывает кодирование букв, цифр и знаков препинания набором точек и тире-азбуку Морзе.


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©nethash.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал