История появления счётных машин

С древних пор человек задумывался, как легче и быстрее выполнять различные вычисления.

Мы знаем, что древнейшими приспособлениями были разнообразного рода абаки. Абак -- это первый вычислительный прибор, появившийся около 2500 лет назад, он был широко распространен в Египте, Китае, Греции, Риме и Индии. Абаки были изобретены в нескольких странах в разное время.

Самым ранним был <<суан-пан>>, изобретенный в Китае, который применяется у них до сих пор, он основан на пятеричной системе счисления. <<Суан-пан>> состоит из рамы, на которой закреплено в ряд несколько стержней. На каждый стержень надето семь подвижных фишек-косточек. Планка, укреплённая посередине рамы, распределяет фишки на две группы. В первой группе оказывается по пяти фишек, а во второй группе по две фишки. Когда при счёте на первом стержне отложены все пять фишек, то их заменяют одной фишкой второй группы, а пять фишек сбрасывают. Продолжая счёт, набирают ещё раз пять фишек и вновь заменяют второй фишкой из второй группы на этом же стержне. Две фишки второй группы на первом стержне означают десять и могут быть заменены одной фишкой из пяти штук на втором стержне и т. д. Другой старинный счётный прибор, дошедший до наших дней -- японский <<соробан>>. Он является разновидностью <<суан-пана>>. Отличие в том, что число косточек-фишек в нём на каждой проволоке меньше. В первой группе их по 4, во второй -- по одной на каждой проволоке. Считая на <<соробане>>, откладывают косточку за косточкой на первой проволоке. После того как все четыре косточки первой проволоки отложены, чтобы положить пять, четыре косточки сбрасывают и откладывают одну косточку второй группы - она обозначает пять. После того как отложено девять - четыре косточки первой группы и одна косточка второй группы, - откладывают одну косточку на второй проволоке - десять, а все остальные косточки сбрасывают.

Русские счёты в отличие от <<суан-пана>> и <<соробана>> полностью основаны на десятичной системе счиcления. Они появились как усовершенствование своеобразного абака и распространились в России с ХVI века.

Во время Отечественной войны 1812 г. русскими воинами был взят в плен французский математик Понселе (1788-1867). В плену он продолжал заниматься математикой и познакомился с русскими счётами. Они показались ему таким совершенным прибором, что после освобождения он увёз на родину один прибор. С этого времени во французских школах русские счёты стали использовать при обучении детей.

Первооткрыватели механических счётных машин.

Читая первоисточники, мы увидели, что первую механическую счётную машину создал знаменитый французский учёный Блез Паскаль (1623-1662). Как он её создавал, какие мысли его посещали, что двигало его изнутри? Чтобы всё это понять, надо знать внутренний мир этого замечательного учёного. Вся его жизнь -- непрестанное и весьма продуктивное напряжение ума. Три года, начиная с 1642-го, Блез Паскаль придумывал, конструировал, ломал и снова сооружал свою арифметическую машину. Пока, наконец, удалось построить модель, <<достойную французского короля>>. Он задумал её еще в детстве. Его отец работал в г. Руане сборщиком налогов и ему приходилось все вечера заниматься подсчетами. Сын видел, как отец устает от этих занятий и мечтал сделать машину, чтобы облегчить его труд. Несколько лет всё свободное время он отдавал изобретению. Первую рабочую машину Паскаль изготовил в 1646 году, на которой можно было складывать и вычитать числа, вращая рукояткой. Спустя 50 лет немецкий математик Лейбниц изобрел счетную машину, на которой можно было выполнять все 4 арифметических действия с многозначными числами. Но эта машина не получила распространения - она работала медленно. В последующие 200 лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных машин, но из-за ряда недостатков они не получили признания. Наш гениальный соотечественник П.Л.Чебышев разработал оригинальную счетную машину. В 1878г. он создал машину, которая выполняла сложение и вычитание многозначных чисел, а спустя пять лет изобрёл к ней приставку, с помощью которой можно было выполнять умножение. Это поистине была техническая революция того времени. Арифметическая машина Чебышева была показана на выставке в Париже и получила всеобщее признание. По образцу этой машины немецкий делец стал выпускать счётные машины, присвоив себе изобретение русского учёного. Широкое распространение получил арифмометр Однера. Он изобретён петербургским инженером В.Т.Однером в 1874 г. Спустя семь лет эти счётные устройства стали изготавливать в Петербурге на механическом заводе. Конструкция машины оказалась весьма удачной, так как на ней выполнялись быстро все четыре действия с многозначными числами. Арифмометры Однера выпускались в течение многих десятилетий. В 30-е годы в нашей стране разработан совершенный арифмометр - <<Феликс>>, созданный на основе арифмометра Однера. Эти машины применяли до конца 50-х годов. В настоящие время производят клавишные счётные машины, которые работают от электрического тока. Но и эти машины уходят уже в прошлое. Им на смену пришли портативные, настольные и даже карманные клавишные электронно-вычислительные машины - калькуляторы, которые работают точно и бесшумно. На них можно выполнять разные действия с числами свыше миллиона.

Машины с <<высшим образованием>>

Прочитав названия этих машин, мы удивились и начали исследование исторических основ создания таких машин. Это привело нас в ХVIII в. в Англию, где в результате полувекового поиска были созданы первые прядильные и ткацкие станки. Началось бурное развитие ткацкого производства, и развитие ткачества вызвало к жизни двигатель, а появление механических паровых двигателей способствовало развитию горно-добывающей промышленности. Это вызвало быстрый прогресс техники и науки. Необходимо было построить крупные здания, развить транспортные средства и создать быстродействующие механизмы. С этой целью нужно было выполнять много сложных расчётов. Стали изобретать приборы, таблицы, счётные машины. Но они были далеки от совершенства. Наука и техника требовали ускорять выполнение расчётов. Изобретатели стали учить машины считать быстрее: поставили на них моторы, усовершенствовали управляющие устройства и пр. Но жизнь требовала ещё больших скоростей, так как количество вычислений росло не по дням, а по часам. Когда мы смотрим прогноз погоды на следующие дни, мы не задумываемся, как его делают. Оказывается, при расчете погоды требуется ежедневно выполнять около 3 миллионов математических операций т.е. столько, что их не успевает выполнить коллектив в 1000 человек за рабочий день.

А при запуске ракеты в космос? Чтобы выправить отклонение ракеты в полете необходимо произвести многочисленные сложные расчеты, почти мгновенно. Вот почему потребовались счётные машины, которые могут выполнять сложные расчеты почти мгновенно.

И снова история уносит нас в далёкий 1883 г. в Англию и знакомит нас с английским математиком, естествоиспытателем, инженером и изобретателем Чарлзом Беббиджем (1791-1871).

Он приступил к разработке проекта и постройке механической быстродействующей программирующей вычислительной машины.

Она должна была по команде автоматически определять последовательность операций и работать по заранее составленной программе, которая представляла собой полосу картона с пробитыми в ней отверстиями, то есть перфокарту.

Ада Лавлейс(1815-1852) -- дочь знаменитого английского поэта Джорджа Байрона узнала о работе Ч.Беббиджа и заинтересовалась его идеями. Она обладала незаурядными способностями к математике. Она разработала ряд важных положений по составлению программ для будущей машины. Ею опубликована первая статья по теории программирования. Многие её мысли и предложения сохранили своё значение и в современном программировании. Леди Лавлейс по праву считают основоположником теории программирования.

Ч.Беббидж работал по созданию изобретённой машины в течение 15 лет. Было израсходовано 20 000 фунтов стерлингов Английское правительство прекратило отпуск средств. Работа по созданию вычислительной машины была остановлена. Главная причина прекращения работ была не в средствах, а в низком уровне развития науки и техники того времени.

В 1937 г. физик Джон Винсент Атанасов (1903-1995) - предложил применять двоичную систему счисления и использовать комбинации схем из электронных ламп - конденсаторов и реле.

Лишь в 1945 г. физикам Дж. Мокли и Дж. Эккерту удалось сконструировать и построить первую в мире электронно-вычислительную машину. Её назвали <<ЭНИАК>>. Она могла рассчитывать только таблицы для артиллерийской стрельбы. А что происходит у нас, в стране, по созданию таких машин? В 1950 г. была создана и начала действовать малая машина ЭВМ. Коллективом инженеров и учёных под руководством академика С. А. Лебедева (1902-1974) была создана и стала работать БЭСМ-1 (большая электронная счётная машина). Она работала на электронных лампах (около 4000 шт.) и выполняла в секунду 5000 математических действий. Она была в то время лучшей в Европе, но при работе требовала очень много электроэнергии, часто останавливалась от перегрева ламп и занимала много места. Шли поиски путей совершенствования машины. В 60-е годы ХХ века были созданы ЭВМ второго поколения, на смену электронным лампам пришли транзисторы которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надёжность, потребляют меньшую электрическую мощность. Такие машины производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях.

В 1967 г. вступила в строй наиболее мощная ЭВМ второго поколения БЭСМ-6 которая могла выполнять 1 миллион операций в секунду. В ней использовалось 260 тысяч транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства для вывода результатов вычислений. Программисты использовали такие языки программирования высокого уровня, как Алгол, Бейсик и др.

В 1958г. изобрели микросхему - чип. Чип - это крошечная пластинка кремния размером в несколько миллиметров. На такой пластинке можно расположить сотни электроцепей, и если они запрограммированы, то могут взаимодействовать, и тогда такая

интегральная микросхема может управлять почти любой машиной. Начиная с 70-х годов прошлого века вошли в нашу жизнь ЭВМ третьего поколения. В качестве элементной базы стали использовать интегральные схемы. В маленькой полупроводниковой пластине могли быть плотно упакованы тысячи транзисторов, каждый из которых имел размеры, сравнимые с толщиной человеческого волоса. Они стали более компактными, быстродействующими и дешёвыми. Для создания интегральных схем используют тончайшую плёнку из кремния. На неё в виде пылинок наносят особые вещества, которые превращают пластинку кремния в сложную электронную схему. Спрессовав ряд таких пластинок получают кристалл - большую интегральную схему. Интегральная схема - это маленький кубик (1-2мм[3]) - способна заменить многие тысячи электронных ламп в сочетании с другими деталями. Большие интегральные схемы (кристаллы) кремния могут управлять работой машин, приборов и выполнять разнообразные вычисления. Современные ЭВМ, или компьютеры, по своим размерам невелики, имеют большую скорость действия, значительно увеличена память. Они выдают информацию в виде печатного текста или высвечивают её на экране дисплея. Эти схемы, называемые микропроцессорами, - основной элемент компьютера. Такие мини-ЭВМ производились большими сериями и стали доступны для большинства научных институтов и высших учебных заведений, а также для общеобразовательных учреждений.

Для усовершенствования вычислительных машин человек создал искусственный интеллект. Искусственный интеллект - это наука о разработке интеллектуальных машин и систем, особенно интеллектуальных компьютерных программ.