Історія обчислювальної техніки

З виникненням у стародавніх людей здатності рахунку з'явилася необхідність у використанні пристосувань, які змогли б полегшити цю роботу. Одне з таких знарядь праці наших предків було виявлено при розкопках поселення Дольні Вестоніці на південно-сході Чехії в Моравії. Звичайна кістка з карбами, отримала назву «вестоніцкая кістка», використовувалася ними для ведення рахунку приблизно за 30 тис. років до н.е.

Різні стародавні цивілізації довгий час використовували такий спосіб для запису чисел. Так, наприклад, за 2 тис. років до н.е. на колінах статуї шумерського царя гуде висічено лінійка, поділена на шістнадцять рівних частин. Одна з цих частин була в свою чергу поділена на два, на три друга, третя на чотири, четверта на п'ять, а п'ятий на шість рівних частин. Причому в п'ятій частині довжина поділів становила 1 мм.

Приблизно до VIII століття до н.е. древніми індійськими цивілізаціями був придуманий інший спосіб для запису чисел. Для цих цілей вони використовували вузликове листа, в якому знаками служили камені і різнокольорові мушлі, сплетені разом мотузками.

Розвиток державного Європи та Азії, а також посилення торговельних відносин між ними призвело до створення цілком нового інструменту, відомого практично у всіх народів. Вперше його почали застосовувати у Вавилоні, а незабаром новий винахід потрапило до Греції, де отримало свій подальший розвиток. Це пристосування являло собою дерев'яну дощечку, посипану морським піском, на якому наносилися борозенки. Розміщення в цих борозенка камінці обозночалі цифри. При цьому кількість камінців у першому борозенці відповідало одиниць, у другій - Десяткам, в третій - сотням і т.д. Якщо в одній з борозенок набиралося десять камінців, то їх знімали і добовлять один камінчик в наступну борозенку.

Трохи пізніше замість дерев'яних дощечок стали використовувати кам'яні плити з виточеними в них жолобками. Одна з таких плит була виявлена на острові Саламін в Егейському морі в 1899 році. «Саламинського дошка», довжиною півтора метра і шириною трохи більш сімдесяти сантиметрів, була виготовлена приблизно за 300 років до н.е. На цій мармуровій плиті в лівій її частині було нанесено одинадцять вертикальних ліній, розділених горизонтальною рискою, таким чином, що вони утворювали десять стовпчиків. У правій частині також було прорізано п'ять вертикальних ліній, які, в свою чергу, утворювали чотири стовпці. По периметру плити були також висічені літери грецького алфавіту.

В Давньому Римі «Саламинського дошка» з'явилася, імовірно, в V-VI ст н.е. і називалася вона calculi або abakuli. Для виготовлення римського абака, крім кам'яних плит, стали використовувати бронзу, слонову кістку і навіть кольорове скло. У вертикальних жолобка, розділених на два поля, також містилися камінці або мармурові кульки, при цьому жолобки нижнього поля служили для рахунку від одиниці до п'яти. Якщо в цьому жолобки набиралося п'ять кульок, то в верхнє відділення додавався один кульку, а з нижнього поля всі кульки знімали.

Суан-пан - Китайська різновид абака - з'явилася в VI столітті н.е. У XII-XIII століттях він придбав свою класичну форму, яка дійшла до наших днів. Суан-пан являє собою прямокутну раму з натягнутими паралельно один одному дев'ятьма або більше нитками. Також як і римський абак, Суан-пан розділений на дві поля, що мають свої назви. Більша поле називається «Земля», а менше -- «Небо». У більшому полі на кожній мотузці нанизано по п'ять кульок, а в меншому всього по два. При підрахунку кульки вже не знімаються з поля, вони ліщь пересуваються в бік сусіднього поля. Кожен кульку більшого поля відповідає одиниці, а кожен кульку меншого поля - п'яти.

З Китаю Суан-пан в XV-XVI століттях був завезений до Японії. Від нього пішов соробан, який остаточно сформувався тільки в тридцяті роки XX століття. Соробан відрізняється від свого попередника меншою кількістю кульок в кожному полі. Так, у меншому полі всього одну кульку замість двох, а в нижньому - чотири замість п'яти.

Приблизно в X-XI століттях на іншому континенті цивілізацією Ацтеків була придумана своя різновид абака. Вони його назвали «nepohualtzitzin». Крізь дерев'яний каркас були протягнуті нитки, на яких нанизувалися зерна кукурудзи. Каркас був розділений на два поля, в одному з яких на кожній нитки розміщувалося по три зерна, а в іншому - по чотири. Для роботи з таким інструментом використовувалася своя особлива система рахунки

Поширюючись в європейських країнах, римський абак поступово видозмінювався. У XV столітті в Англії з'явилася нова його форма, яка називається «лінійчатий дошкою» (line-board).

Приблизно в цей же час на Русі набув поширення так званий «дощатого рахунок», завезений, мабуть, купцями з Європи. Він представляв собою рамку з укріпленими горизонтальними мотузками, на які були нанизані просвердлені сливові або вишневі кісточки. Ця рамка розбивалася спочатку на чотири, а потім на два лічильних поля. У 1658 році в «переписних книг ділової казни Патріарха Никона »замість« дощатого рахунок »вживається слово« счоти ». А на початку XVIII століття рахунки взяли свій звичний вигляд, який надалі не зазнавав істотних змін. У них залишилося лише одне рахункове поле, на спицях якого розташовувалося по десять кісточок.

Після винаходи абака людська думка не стояла на місці. Багато винахідників і натуралісти намагалися придумати пристосування, здатні полегшити процес обчислень.

В 1617 Шотландський математик Джон Непер (John Naiper, 1550-1617) запропонував інструмент, що одержав назву «лічильні палички Непера». Вони виконувалися в вигляді прямокутних брусків, розділених на десять квадратів. Кожен квадрат, в свою чергу, крім самого верхнього, ділився по діагоналі на дві частини, в кожній з яких у певному порядку записувалися числа. Самий верхній квадрат містив лише одну цифру. Крім цього в набір входив ще один брусок, поділений також на десять частин. Верхній квадрат такого бруска залишався порожнім, а в нижні записувалися по порядку числа від одиниці до дев'яти.

Для виконання операції множення двох чисел брався основний брусок і брусок, у якого у верхньому квадраті був записаний один із множників. Далі ці бруски розташовувалися поряд так, щоб їхні краї збігалися. Після цього в тому квадраті, який розташовувався на одній лінії з другим множником, з основного бруска складалися дві що знаходилися там числа, при цьому число располагавшеяся лівіше обозночало десятки, а число правіше - одиниці. Таким чином операція множення зводилася до складання.

Приблизно у 1650 році, майже через сорок років після відкриття Джоном Непер логоріфмов, англійці Роберт Біссакар, а в 1657 році - незалежно від нього - С. Патрідж винайшли логарифмічну лінійку - пристрій, що дозволяє значно прискорити процес обчислення. Шкала на логарифмічної лінійки розмічається за допомогою таблиць логарифмів. Робота логарифмічної лінійки грунтувалася на властивостях логарифмів - для множення двох чисел досить скласти їх логарифми. Завдяки цьому властивості, складна операція множення зводиться до простої операції додавання.

Лінійка Ватта - перша універсальна логарифмічна лінійка, придатна для виконання будь-яких інженерних розрахунків, була сконструйована в 1779 році видатним англійським механіком Джоном Ватто. Вона отримала назву «сохо-лінійки», за імені містечка поблизу Бірмінгема, де працював Ватт.

В Наприкінці XIX століття офіцером французької армії Амеді Маннхеімом (1831-1906) була розроблена кругла логарифмічна лінійка, обчислення на якій відрізнялися більшою точністю, ніж на звичайній прямий лінійці.

Незважаючи на що здається на перший погляд простоту, практично всі перші інструменти для роботи з числами не тільки дожили до наших днів, але де-не-де використовуються до сих пор.

Одна з самих перших спроб створення механічної лічильної машини, ймовірно належить великому італійському художнику, скульптору і винахіднику епохи Відродження Леонардо да Вінчі (1452-1519). Серед двотомного зібрання рукописів відомих як «Codex Madrid» і майже повністю присвячених механіки, були виявлені креслення та опис такого пристрою. Схожі малюнки також були знайдені і в рукописах «Codex Atlanticus».

Основу машини за задумом автора мали становити стрижні на яких кріпилися два зубчастих колеса, велике з одного боку стрижня, і маленьке з іншого. Ці стрижні, розташовувалися таким чином щоб менше колесо на одному стрижні входило в зачеплення з великим колесом на сусідньому стрижні. При цьому менша колесо другий стрижня зчіплюється з великим колесом следуещего - третій стрижня, і т.д. Десять обертів першу колеса, приводили до одного повного обороту друге, десять обертів друге до одного повного обороту третє, і так до останнього колеса. Вся ця система, що складається з тринадцяти таких стрижнів з зубчастими колесами повинна була приводиться в рух набором вантажів.

Історія цього проекту знайшла своє продовження в XX столітті. Саме тоді в 1968 році, за ескізами Леонардо да Вінчі, було збудовано та продемонстровано підсумовуючі пристрій.

Також нереалізованим за життя автора ймовірно виявився і проект прфессора Тюбінского університету Вільгельма Шиккард (Wilhelm Schikard, 1592-1635). У своїх листах до Іоганн Кеплер в 1623 році, Шиккард, описує що підсумовує машину, яку він назвав «рахунковими годинами».

Дотримуючись описами та кресленнями наведеним у листах, можна припустити наступне. До кожному з шести основних стрижнів, розташованих в один ряд, з зовнішнього боку машини кріпився диск для установки чисел. До нього зсередини кріпилася шестерня з десятьма зубами. На бічну поверхню цієї шестерні наносилися цифри від нуля до дев'яти, кторые були видні в спеціальному віконці. І нарешті на цьому ж стержні кріпився спеціальне колесо з одним зубцем. Його роль зводилася до того, що при повному обороті перший стрижня це колесо повертало сусідній стрижень лише на десяту частину. Зв'язок між сусідніми стрижнями здійснювалася за рахунок проміжного колеса з десятьма зубцями, яке потрібно було для того, щоб всі основні стрижні оберталися в одну сторону. Таким чином проводилися операції додавання і віднімання. Крім цього передбачається використовувати спеціальні палички Напье циліндричної форми, які б вставлялися в верхню частину машини. З їх допомогою можна було б виконувати також і множення.

Були Чи побудовані «лічильні годинники» Шиккард за життя винахідника? З його листа від 25 лютого 1624 випливає, що обидва виготовлених екземпляра машини, одна з яких призначався Кеплеру, згоріли під час пожежі. Таким чином, очевидно, ніхто крім Шиккард і механіка Вільгельма Пфістера, який виконував його замовлення, не бачив виготовлені машини. А про сам проект забули на довгі роки. Лише в шістдесятих роках XX століття використовую листа Шиккард а також чорнильний начерк з вказівками для Вільгельма Пфістера вдалося побудувати модель «рахункових годин».

Воістину титанічну працю виконав видатний математик, фізик, винахідник і механік Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1662) для створення машини, за допомогою якої можна було проводити арифметичні операції. За час роботи над пристроєм, Паскалем було зроблено понад п'ятдесят різних моделей, в яких винахідник експериментував не тільки з матеріалом, але і з формою деталей машини.

Перша працює машини була виготовлена вже в 1642 році, але остаточний варіант арифметичної машини або "колеса Паскаля" з'явився тільки до 1645 році. Вона представляла собою легкий латунний скриньку розміром 350x125х75 мм. На верхній кришці було зроблено вісім круглих отворів, навколо кожного нанесена кругова шкала. Шкала крайнього правого отвори розділена на дванадцять рівний частин, шкала сусіднього з ним отвори - на двадцять частин, шкали інших шести отворів мають десяткове поділ.

Така градуювання використовувалася з наступних причин. Паскаль створював машину в допомогу своєму батькові, який був збирачем податків. Отже за основу він поклав систему рахунку французької валюти того часу. Основний грошової одиницею тоді був лівр, який дорівнював двадцяти су. Су, у свою чергу складався з дванадцяти деньє.

В отворах розташовувалися зубчасті коеса. Число зубів кожного колеса дорівнювало числу поділок шкали відповідного отвору. Так, у крайнього правого колеса дванадцять зубів, у сусіднього - двадцять, в інших по десять. Також у кожної шестірні був один подовжений зубець, який при повному повороті колеса повертав сусіднє колесо. Так при дванадцяти повних поворотів крайнього правого колеса за рахунок цього зубця сусіднє колесо здійснювало один повний поворот. Поворот колеса передається за допомогою внутрішнього механізму машини циліндричному барабану, вісь якого розташований горизонтально. Один поворот зубчастого колеса відповідав однієї операції додавання. На бічній поверхні барабана були нанесені цифри від нуля до дев'яти, котрі були видні в прямокутних вікнах кришки. У цих вікнах виводився результат арифметичної операції. Також як і в машині Шиккард, для того щоб зубчасті колеса оберталися в одну сторону вони з'єднувалися за допомогою додаткової проміжної шестерні, але на противагу «рахункових годин», колеса пересувалися тільки за годинниковою стрілкою і були призначені лише для складання чисел. Віднімання можна було виконати, застосовуючи досить громіздку методику.

В Протягом наступних тридцяти років після винаходу Паскаля, багато хто намагався створити свій варіант обчислювальної машини, спираючись на цей проект. Найбільш відомої з цього числа була рахункова машина англійця Семюеля Морланда (Samuel Morland, 1625-1695). Винайдена в 1666 році вона використовувала Дванадцяткова шкалу, яка грунтувалася на системі рахунку англійських грошових одиниць.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.gnh.narod.ru/