Что было первым счетным устройством
История вычислительной техники
История вычислительной техники
Всю историю вычислительной техники принято делить на три основных этапа – домеханический, механический, электронно-вычислительный. Эти три периода включают в себя весь прогресс от счета на пальцах до вычислений сверхмощных компьютеров.
Закономерно представить первым желанием любого первобытного человека сосчитать пальцы на руке. С увеличением объёма вычислений появился первый счётный переносной инструмент, похожий на современные счёты. В средние века возникла необходимость в сложных вычислениях, потребовались счётные устройства, способные выполнять большой объём вычислений с высокой точностью.
Первый в мире эскизный рисунок тринадцатиразрядного десятичного суммирующего устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи.
В 1937 г. Джон Атанасов (болгарин по происхождению, живший в США) начал разработку специализированной ВМ, впервые применив электронные лампы (300 ламп).
Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили, почти одновременно, в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США (Морис Уилкс – ЭДСАК, 1949 г. Сергей Лебедев – МЭСМ, 1951 г., Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман – ЭДВАК, 1952 г.), создавшие ЭВМ с хранимой в памяти программой.
На следующем этапе цифровая техника сделала беспрецедентный рывок за счет интеллектуализации ЭВМ, в то время как аналоговая техника не вышла за рамки средств для автоматизации вычислений.
Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления. Обнаруженная в раскопках так называемая «вестоницкая кость» с зарубками, оставленная древнем человеком ещё 30 тыс. лет до нашей эры, позволяет историкам предположить, что уже тогда предки современного человека были знакомы с зачатками счета. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. К числу этих народов принадлежали и греки, сохраняющие счет на пальцах в качестве практического средства очень долгое время. Например, в комедии «Ос» Аристофана (конец V и начало IV века до н. э.) одно из действующих лиц доказывает здесь своему собеседнику:
«Подсчитай попросту на руках, все подати, поступающие нам от городов, да сверх того налоги, многочисленные сотые доли, судебные пошлины, рыночные сборы, морские пошлины, арендную плату и откупа. Все это вместе дает нам примерно две тысячи талантов (в год). Из этой суммы теперь положи ежегодную плату шести тысячам судей — больше пока не наберется в стране,— очевидно, получится у нас сто пятьдесят талантов».
Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный 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 он стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из-за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.
В своей примитивной форме абак представлял собой дощечку (позднее он принял вид доски, разделенной на колонки перегородками). На ней проводились линии, разделявшие ее на колонки, а камешки раскладывались в эти колонки по тому же позиционному принципу, по которому кладется число на наши счеты. Это нам известно от ряда греческих авторов.
Абак был «походным инструментом» греческого купца. О его коммерческом назначении свидетельствует то обстоятельство, что значения, приписываемые камешку в различных колонках, не выдержаны в постоянном числовом отношении друг к другу, а сообразованы с отношениями различных денежных единиц.
4.Палочки Непера.
Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера. Они были изобретены шотландцем Джоном Непером (гг.). На таком наборе из деревянных брусков была размещена таблица умножения. Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.
Вычисления с помощью логарифмической линейки производятся просто, быстро, но приближенно. И, следовательно, она не годится для точных, например финансовых, расчетов.
Общая история периода
Эскиз механического тринадцатиразрядного суммирующего устройства с десятью колесами был разработан еще Леонардо да Винчи (1452— 1519). По этим чертежам в наши дни фирма IBM в целях рекламы построила работоспособную машину.
Первая механическая счетная машина была изготовлена в 1623 г. профессором математики Вильгельмом Шиккардом (1592—1636).В ней были механизированы операции сложения и вычитания, а умножение и деление выполнялось с элементами механизации. Но машина Шиккарда вскоре сгорела во время пожара. Поэтому биография механических вычислительных устройств ведется от суммирующей машины, изготовленной в 1642 г. Блезом Паскалем (1623—1662), в дальнейшем великим математиком и физиком.
В 1673 г. другой великий математик Готфрид Лейбниц разработал счетное устройство, на котором уже можно было умножать и делить. С некоторыми усовершенствованиями эти машины, а названы они были арифмометрами, использовались до недавнего времени.
В 1880г. создает в России арифмометр с зубчаткой с переменным количеством зубцов, а в 1890 году налаживает массовый выпуск усовершенствованных арифмометров, которые в первой четверти 19-ого века были основными математическими машинами, нашедшими применение во всем мире. Их модернизация «Феликс» выпускалась в СССР до 50-х годов.
Мысль о создании автоматической вычислительной машины, которая бы работала без участия человека, впервые была высказана английским математиком Чарльзом Бэббиджем (1791—1864) в начале XIX в. В 1820—1822 гг. он построил машину, которая могла вычислять таблицы значений многочленов второго порядка.
1.Машина Блеза Паскаля.
Считается, что первую механическую машину, которая могла выполнять сложение и вычитание, изобрел в 1646г. молодой 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль. Она называется «паскалина».
Машина Готфрида Лейбница
Следующим шагом было изобретение машины, которая могла выполнять умножение и деление. Такую машину изобрел в 1671 г. немец Готфрид Лейбниц. Хоть машина Лейбница и была похожа на «Паскалину», она имела движущуюся часть и ручку, с помощью которой можно было крутить специальное колесо или цилиндры, расположенные внутри аппарата. Такой механизм позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение тоже осуществлялось автоматически.
Французский ткач и механик Жозеф Жаккар создал первый образец машины, управляемой 
введением в нее информацией. В 1802 г. он построил машину, которая облегчила процесс производства тканей со сложным узором. При изготовлении такой ткани нужно поднять или опустить каждую из ряда нитей. После этого ткацкий станок протягивает между поднятыми и пущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке и станок снова пропускает через них нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором. Для задания узора на ткани Жаккар использовал ряды отверстий на картах. Если применялось десять нитей, то в каждом ряду карты предусматривалось место для десяти отверстий. Карта закреплялась на станке в устройстве, которое могло обнаруживать отверстия на карте. Это устройство с помощью щупов проверяло каждый ряд отверстий на карте. Информация на карте управляла станком.
3.Разностная машина Чарльза Бэббидж
В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж построил счетное устройство, которое назвал разностной машиной. В эту машину вводилась информация на картах. Для выполнения ряда математических операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Десять лет спустя Бэббидж спроектировал другое счетное устройство, гораздо более совершенное, которое назвал аналитической машиной.
В 1985 г. сотрудники Музея науки в Лондоне решили 
выяснить наконец, возможно ли на самом деле построить вычислительную машину Бэббиджа. После нескольких лет напряженной работы старания увенчались успехом. В ноябре 1991 г. незадолго до двухсотлетия со дня рождения знаменитого изобретателя, разностная машина впервые произвела серьезные вычисления.
4.Герман Холлерит. 
В конце XIX в. были созданы более сложные механические устройства. Самым важным из них было устройство, разработанное американцем Германом Холлеритом. Исключительность его заключалась в том, что в нем впервые была употреблена идея перфокарт и расчеты велись с помощью электрического тока. Это сочетание делало машину настолько работоспособной, что она получила широкое применение в своё время. Например, при переписи населения в США, проведенной в 1890 г., Холлерит, с помощью своих машин, смог выполнить за три года то, что вручную делалось бы в течении семи лет, причем гораздо большим числом людей.
Первые электромеханические компьютеры
Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика и теория динамик полета и управления летательными аппаратами, в исследовании; аэродинамики больших скоростей. Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе.
Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. В 1904 г. Дж. Флеминг (Великобритания) изобрел первый ламповый диод, а в 1906 г. Ли де Форест (США) — первый триод. До середины 30-х гг. электронные лампы уже стояли во всех радиотехнических устройствах. Но эра ЭВМ начинается с изобретения лампового триггера. Это открытие было сделано независимо друг от друга советским ученым М. А, Бонч-Бруевичем (1918) и английскими учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (1919). Триггерные схемы постепенно стали широко применяться в электронике для переключения и релейной коммутации и т. д.
В АВМ все математические величины представляются как непрерывные значения каких-либо физических величин. Главным образом, в качестве машинной переменной выступает напряжение электрической цепи. Их изменения происходят по тем же законам, что и изменения заданных функций. В этих машинах используется метод математического моделирования (создаётся модель исследуемого объекта). Результаты решения выводятся в виде зависимостей электрических напряжений в функции времени на экран осциллографа или фиксируются измерительными приборами. Основным назначением АВМ является решение линейных и дифференцированных уравнений.
ü высокая скорость решения задач, соизмеримая со скоростью прохождения электрического сигнала;
ü простота конструкции АВМ;
ü лёгкость подготовки задачи к решению;
ü наглядность протекания исследуемых процессов, возможность изменения параметров исследуемых процессов во время самого исследования.
ü малая точность получаемых результатов (до 10%);
ü алгоритмическая ограниченность решаемых задач;
ü ручной ввод решаемой задачи в машину;
ü большой объём задействованного оборудования, растущий с увеличением сложности задачи
2. Электронные вычислительные машины (ЭВМ).
В отличие от АВМ, в ЭВМ числа представляются в виде последовательности цифр. В современных ЭВМ числа представляются в виде кодов двоичных эквивалентов, то есть в виде комбинаций 1 и 0. В ЭВМ осуществляется принцип программного управления. ЭВМ можно разделить на цифровые, электрифицированные и счётно-аналитические (перфорационные) вычислительные машины.
ЭВМ разделяются на большие ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Они отличаются своей архитектурой, техническими, эксплуатационными и габаритно-весовыми характеристиками, областями применения.
ü высокая точность вычислений;
ü автоматический ввод информации, необходимый для решения задачи;
ü разнообразие задач, решаемых ЭВМ;
ü независимость количества оборудования от сложности задачи.
ü сложность подготовки задачи к решению (необходимость специальных знаний методов решения задач и программирования);
ü недостаточная наглядность протекания процессов, сложность изменения параметров этих процессов; сложность структуры ЭВМ, эксплуатация и техническое обслуживание;
ü требование специальной аппаратуры при работе с элементами реальной аппаратуры.
3.Аналого-цифровые вычислительные машины (АЦВМ).
В АЦВМ числа представляются как в ЭВМ (последовательностью цифр), а метод решения задач как в АВМ (метод математического моделирования).
Можно выделить 4 основные поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения — весьма условная, нестрогая классификация по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию, как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования. Этот прогресс показан в данной таблице:
Счетные устройства и компьютеры
Первым счетным устройством стал абак (от лат. abacus — «доска»). Считается, что впервые абак появился в Месопотамии около 3500 лет до н. э.
По принципу действия очень похожи на абак традиционные русские счеты. Они были незаменимым инструментом торговцев, приказчиков, чиновников. Даже в конце прошлого века их активно использовали в магазинах для счета вместо калькулятора. А из России этот простой и полезный счетный прибор проник и в Европу.
Линейка для вычисления логарифмов
К немеханическим счетным устройствам относится логарифмическая линейка — инструмент для быстрого выполнения таких сложных математических операций, как умножение и деление, возведение в степень, вычисление логарифмов и тригонометрических функций. Считается, что первая логарифмическая линейка была изготовлена англичанином Робертом Биссакером (1620—?) в 1654 г.
Паскалина
Более совершенное механическое счетное устройство удалось создать в 1642 г. выдающемуся французскому ученому Блезу Паскалю (1623—1662). Механический «компьютер», названный ученым «Паскалина», мог складывать и вычитать любые числа до 1 млн.
Счетная машина с часовым механизмом
Первый механический калькулятор, умевший выполнять различные арифметические действия, был построен немецким ученым Вильгельмом Шиккардом (1592—1633) в 1623 г. Изобретатель назвал свою машину «Считающими часами». Вероятно, такое название она получила из-за того, что, как и в настоящих часах, работа ее механизма была основана на использовании звездочек и шестеренок.
Механический помощник счетных работников
В первой половине XX в. большим спросом у работников, занимавшихся расчетами, пользовались настольные механические счетные устройства. Они получили название «арифмометр» (от греч. arithmos — «число») и выполняли операции сложения, вычитания, умножения и деления.
Первая электрическая вычислительная машина
Первый действующий электрический вычислитель в 1890 г. разработал американский изобретатель Герман Голлерит (1860—1929). Его машина была построена с применением электромеханических реле и позволяла обрабатывать большие объемы данных.
Сами меньше, а показатели выше
В конце 50-х годов XX в. появилось второе поколение ЭВМ. Эти машины были собраны на полупроводниковых приборах, что позволило существенно увеличить емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие. При этом значительно уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность машин. ЭВМ второго поколения имели быстродействие порядка 20—30 тыс. операций в секунду и оперативную память до 32 Кб.
Появление третьего поколения ЭВМ (ориентировочно в 1968 г.) было связано с разработкой малых интегральных схем (МИС). Это позволило значительно увеличить объем оперативной памяти и быстродействие, повысить надежность и снизить потребляемую мощность, массу и габариты машин.
Ненадежные энергопожирающие гиганты
Начиная со второй половины XX в. началось активное развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Первое поколение ЭВМ было полностью построено на электронных лампах. Такие машины предназначались для решения сравнительно несложных научно-технических задач. Они имели внушительные размеры и потребляли много энергии. Более того, их работа отличалась невысокой надежностью и слабым программным обеспечением.
Интегральные микропроцессоры — настоящий прорыв
В начале 70-х годов прошлого столетия появились интегральные микросхемы с большой степенью интеграции — БИС. Это сделало возможным разместить на одном кристалле несколько сотен тысяч электронных элементов, чем и воспользовался американский инженер Маршиан Эдвард Хофф (1937). Он объединил основные элементы компьютера в один небольшой кремниевый чип (кристалл), который назвал «микропроцессор».
Применение таких схем значительно повысило надежность ЭВМ и позволило создавать на их основе многопроцессорные вычислительные комплексы. В результате производительность ЭВМ четвертого поколения превысила 100 млн операций в секунду, а емкость оперативной памяти достигла нескольких сотен мегабайт.
Золотое «яблоко»
В 1976 г. два предприимчивых американских инженера Стефан Возняк (р. 1950) и Стив Джобс (1955— 2011) построили небольшой, но перспективный персональный компьютер, названный «Apple» (в переводе с английского — «яблоко»). Позднее Джобс основал фирму «Apple Computer», которая впервые наладила массовое производство персональных компьютеров.
Удобный графический интерфейс
В 1984 г. появился новый компьютер фирмы «Apple», который получил название «Macintosh» («Макинтош»). Он стал первым персональным компьютером, на котором пользователь отдавал команды, не набирая их в командной строке, а пользуясь удобным графическим интерфейсом.
Персональный компьютер завоевывает мир
Рост спроса на персональные компьютеры к концу 70-х годов XX в. привел к снижению спроса на большие ЭВМ. Это вынудило фирму IBM (аббревиатура от International Business Machines), являющуюся ведущим производителем этих машин, перейти к выпуску персональных компьютеров.
В 1981 г. была выпущена первая модель, которая получила незатейливое название IBM PC (от англ. Personal Computer — «персональный компьютер»).
В 1985 г. появилось новое поколение компьютеров IBM PC АТ. В дальнейшем все последующие модели имели в своем названии цифровой индекс: 286 (это практически то же, что и IBM PC AT), 386 (1986 г.), 486 (1990 г.) и Пентиум (Pentium, 1993 г.). Эти названия перешли из обозначений процессоров Intel, применяемых в соответствующих моделях.
Самые навороченные — игровые
Современные IBM — совместимые персональные компьютеры. По назначению и, следовательно, по характеристикам их условно можно разделить на три основные категории: офисные, домашние и игровые.
Наиболее высокопроизводительным является игровой компьютер. Ведь его основное предназначение состоит в том, чтобы перенести пользователя в виртуальный мир и дать почувствовать себя магом, охотником, бойцом, исследователем, гонщиком — отвлечься от повседневности и получить всплеск адреналина в крови.
Компьютерная периферия
Внешние устройства персонального компьютера, или, как их еще называют, периферийные (попросту — периферия), подразделяются на устройства вывода, передающие пользователю информацию из компьютерной системы, и ввода, предназначенные для ввода информации из внешних источников. Периферия во многом определяет возможности применения компьютера.
Самыми распространенными устройства вывода являются всевозможные принтеры и мониторы, а ввода — клавиатура и мышь.
Жидкокристаллические доминируют
Монитор служит для пользователя своеобразным окном в компьютер. Он позволяет наблюдать за его работой и узнавать о полученных результатах. На экран монитора выводится текст, рисунки, различная справочная информация, то есть все необходимое пользователю для работы.
В последнее время мониторы ЭЛТ, построенные на основе электронно-лучевой трубки, уверенно вытесняются жидкокристаллическими (ЖК). У таких мониторов нет мерцания, на качество их изображения не влияют магнитные поля, а энергопотребление ЖК-мониторов в 2—4 раза меньше, чем у ЭЛТ.
Оптимальная печать
Компьютерный принтер (от англ. printer — «печатник») предназначен для вывода графической информации на твердый носитель, обычно на бумагу. Некоторые принтеры позволяют печатать только в одном цвете (черном), другие позволяют выводить и цветные изображения. Процесс печати называется «вывод на печать», а получившийся документ — «распечатка».
Наилучшее качество печати, бесспорно, обеспечивают лазерные принтеры. Однако по соотношению стоимости и качества наибольшее распространение получили струйные принтеры.
В режиме реального времени
Веб-камера позволяет пользователю в реальном времени фиксировать изображения, предназначенные для дальнейшего сохранения на жестком диске или передачи по Интернету. Первая в истории общественная веб-камера была установлена в 1991 г. и показывала кофейник, находившийся в Троянской комнате Кембриджского университета. В наши дни существует множество общественных и личных веб-камер, транслирующих через Интернет различные изображения, например, природу или городские панорамы.
Карманный вычислительный прибор
Электронное вычислительное устройство, используемое для выполнения операций над числами или алгебраическими формулами называется «калькулятор» (от лат. calculo — «считаю», «подсчитываю»). Его превращение в «карманный» вычислительный прибор, собранный на основе небольшого количества интегральных схем, произошло во второй половине XX в.
Ноутбук для интернета
В начале XXI в. в семействе «карманных вычислителей» появилось еще одно устройство, получившее название «нетбук» (netbook). Многие специалисты вполне заслуженно считают его младшим братом переносного компьютера — ноутбука (notebook), который предназначен в основном для доступа в Интернет, работы с электронной почтой и с офисными приложениями. Кстати, название «нетбук» было образовано путем сокращения: Internet + notebook = netbook.
Наладонник, он же покет
В наши дни калькуляторы постепенно вытесняются компактными (карманными) компьютерами, которые умещаются в кармане пиджака, но при этом не уступают по мощности и удобству персональному компьютеру. Их также часто называют «наладонник», «палм» или «покет». С их помощью удобно читать электронные книги, просматривать почту, вести ежедневник, играть, слушать музыку, смотреть фотографии или видео.
Считается, что один из первых компактных компьютеров был выпущен в 1984 г. английской компанией «Psion». Он легко умещался на ладони, имел процессор с тактовой частотой 0,92 МГц, 2 Кб памяти и два гнезда для установки картриджей расширения.
Персональный компьютер плюс телефон
Сейчас все более популярным становится симбиоз компьютера и мобильного телефона, называемый «смартфон». По мнению специалистов, он вскоре станет нашим постоянным спутником. Эго устройство по своим характеристикам постепенно приближается к компактному персональному компьютеру. Кроме того, оно имеет Bluetooth, Wi-Fi и инфракрасный порт, и в отличие от «наладонника» в нем есть телефонный модуль.