Реферат: Происхождение ЭВМ
Но изобретательская мысль не стояла на месте. Правда, все усилия ученые почему-то направляли на увеличение длины логарифмической линейки, оставляя без изменения ее размеры. В этом негласном соревновании отличился некто Мильбурн, который в 1650 году нанес логарифмическую шкалу на цилиндр в виде спиральной линии. Увы, его детище не стало популярным, так как имело слишком большое трение и довольно трудно осваивалось производством. Но сама идея не умерла и получила развитие в работе профессора Фюллера. В 1846 году он сконструировал спиральную логарифмическую линейку длиной 0,42 метра, имевшую шкалу, равную прямой линии в 25,4 метра. Интересно, что получаемые на ней результаты достигали приближения 1/10000.
Современный вид логарифмической линейки придал ученый Падт-Пертридж, который изобрел выдвижную шкалу и визир. Результаты своих исследований он опубликовал в 1672 году в работе "Описание и применение инструмента, называемого двойной шкалой пропорций". Примерно через 100 лет, в 1750 году, эта линейка вновь была 'изобретена' Лидбеттером.
Линейка Пертриджа-Лидбеттвра сохранилась до нашего времени, не избежав, однако, многочисленных усовершенствований, не изменивших ее сути. Кстати, несмотря на все модификации, за последние 250 лет точность основных вычислений на логарифмической линейке, имеющей нормальную длину (250 миллиметров), так и не увеличилась. Интересно, что еще в конце XVII века И. Ньютон использовал логарифмическую линейку для приближенного решения квадратного и кубического уравнений. А во второй половине следующего столетия появились первые научные издания, посвященные описаниям существующих видов логарифмических линеек и теории построения логарифмических шкал.
В начале позапрошлого века логарифмическая линейка стала известна» в России. Этому способствовали работ» выходца из Англии А.Фархварсона, написавшего первую русскую книгу, посвященную различным логарифмическим шкалам.
Такова история самого, пожалуй, популярного вычислительного инструмента докомпьютерной эры.
1.4. АРИФМОМЕТР
В 1642 году французский математик Блез Паскаль сконструировал первую в мире механическую счетную машину, которая, умела складывать и вычитать. Легенда гласит, что в 1709 году некий венецианец Полени построил счетную машину, работавшую при помощи зубчаток с переменным числом зубцов. Узнав, что Паскаль изготовил арифметическую машину значительно раньше (хотя ее конструкция была другой), Полени свой аппарат разбил.
Первый арифмометр положивший начало счетному машиностроению был изобретен в 1818 году руководителем парижского страхового общества Карлом Томасом. Уже в 1821 году в его мастерских было изготовлено 15 арифмометров. Позже их выпуск был доведен до сотни в год, из которых шестьдесят экспортировались в другие страны.
Чтобы умножить два восьмизначных числа с помощью первых арифмометров, нужно было попотеть 15 секунд, а деление шестнадцатизначного числа на восьмизначное занимало 25 секунд. Для того времени это были более чем неплохие результаты.
В основу своего арифмометра Карл Томас положил ступенчатый валик Лейбница - цилиндр с зубцами разной длины в виде ступенек. На его поверхности находится девять зубцов, причем второй в два раза превосходит по длине первый, третий в три раза и т.д. Напротив каждого ступенчатого валика помещена установочная зубчатка, перемещающаяся вдоль четырехгранной оси. Количество ступенчатых валиков с соответствующими установочными зубчатыми зависело от того наибольшего числа, которое можно было определить на арифмометре.
Счетная машина Карла Томаса трудилась без устали почти целое столетие: несмотря на свои недостатки, она господствовала в вычислительной технике с двадцатых годов прошлого века до начала нынешнего...
Арифмометр был довольно громоздким и тяжелым. При передвижении неудобной каретки, в окнах которой появлялись цифры, иногда пропускался нужный разряд. Вряд ли можно назвать комфортным и переключение на другое арифметическое действие, особенно при частой их смене - например, сложения на вычитание И наоборот. Окна считки были расположены достаточно далеко. Ко всему прочему арифмометр был довольно дорог.
В 1830 году англичанин Чарльз Бэбидж изобрел первую программируемую вычислительную машину, которую он назвал аналитической. Как это ни звучит сейчас странно, но по замыслу создателя его «компьютер» должен был работать на пару. Кстати, идею использования двоичной системы вместо десятеричной подсказала Бэбджу дочь Байрона леди Ада Августа Лавлейс.
Многие изобретатели пытались усовершенствовать детище Томаса. Счетные машины, в которых использовался тот же принцип, стали называться то-мас-машинами. Одна из них, созданная Вютнером, имела меньшие размеры, а следовательно, была удобнее. Значительно тише работала счетная машина Бургардта. Если ее обладатель пытался произвести невозможные действия при вычитании и делении, то арифмометр предупреждал об этом звоночком. Сконструированная Людвигом Шпитцом томас-машина "Шпитц" действовала 'мягко и приятно". Она была оснащена усовершенствованной, легко движущейся кареткой, а также специальным металлическим чехлом, защищающим ее от внешних воздействий. При желании машину можно было легко разобрать и собрать. А попытки незадачливых вычислителей разделить на нуль пресекались изящным звоночком.
Существовали и другие конструкции счетных машин. Так, арифмометр, созданный в Англии в 1889 году инженером Эдмондзоном, имел цилиндрическую форму. Именно поэтому изобретатель назвал свою восьмиразрядную машину круговым арифмометров.
В машине "Рекорд", выпущенной фирмой "Линдстрем" в начале двадцатого •века в Берлине, валики помещались вертикально, а не горизонтально, как Эта было раньше. Уменьшение расстояние между цифровыми окнами упростило чтение результата математических действий. Но ни машина Томаса, ни последующие разработки не смогли удовлетворить растущей потребности в счетных приборах. Одни часто ломались, другие были громоздки, третьи чересчур дороги. Требовалось простое, недорогое и удобное в работе устройство. Российские изобретатели решили
В 1872 году колесо с переменным числом зубцов предложил изобретатель Ф.Болдуин, позже получивший в Вашингтоне патент на свое изобретение.
Но все же наибольшую популярность завоевали арифмометры с зубчаткой, сконструированные Вильгодтом Однером. Швед по национальности, он жил в России и работал мастером экспедиции, выпускающей государственные денежные и ценные бумаги. Подписанные им документы встречаются с 1881 по 1888 год. Над арифмометром он начал работать в 1874 году, о чем позже писал в своих воспоминаниях: "После пятнадцатилетнего труда и постоянных улучшений мне удалось устроить аппарат, превосходящий значительно изобретенные моими предшественниками".
Как уже было сказано, главная особенность детища Однера заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов (это колесо носит имя Однера) вместо ступенчатых валиков Лейбница. Оно проще валика конструктивно и имеет меньшие размеры.
При умножении и сложении ручку следовало вращать на себя, а при делении и вычитании - от себя. Установочные числа появлялись в окошках, вырезанных в кожухе прибора.
Не имея возможности самостоятельно организовать производство арифмометров, Вильгодт Однер обратился к петербургской фирме "Кенигсберги Ко". Та, в свою очередь, незамедлительно получила патент на арифмометр: в 1878 году в Германии и в 1879-м в России и других странах, (Официальной датой изобретения арифмометра считается год получения первой привилегии -1878-й.) Однако производство аппаратов налажено не было. Фирма изготовила лишь несколько экземпляров, один из которых в настоящее время хранится в Политехническом музее в Москве.
В 1890 году 0днер расторг договор с "Кенигсберги Ко" и самостоятельно взялся за производство прибора. В 1891году он получил германский патент на свой арифмометр, а в 1897-м стал владельцем петербургского предприятия "Механический и меднолитейный завод", на котором трудилось около ста рабочих. За первый год существования предприятия было изготовлено 500 арифмометров. Так, с начала 90-х годов XIX века началось триумфальное шествие арифмометра Однера. Умер Вильгодт Однер в 1906 году. Его предприятие перешло к наследникам и просуществовало до 1917 года.
До первой четверти нынешнего века счетные аппараты Однера под разными названиями выпускались во всем мире. Будучи основными математическими машинами, они широко применялись во многих областях деятельности человека» Стоит отметить, что в 1914 году только российский "парк" подобных аппаратов составлял, 22 тысячи единиц.
В советской России арифмометры Однера изготавливались на механическом заводе имени Дзержинского и продавались через коммерческий отдел треста "Моссредпром" (ул. Мясницкая, 20). Прибор комплектовался железным футляром (или - по желанию покупателя - деревянным, но за дополнительную плату). Арифмометр исправно служил долгие годы, лишь изредка требуя смазки.
Было очевидно, что иностранные счетные машины не удовлетворяют нуждам молодой советской республики. Поэтому с 1929 года началось развитие советского счетного машиностроения, в частности производство отечественных арифмометров. Вскоре была снижена его цена, и арифмометр стал доступен любой небольшой организации. Только завод имени Дзержинского в Москве с 1927 года по 1939-й дал стране 277000 арифмометров "Феликс', ежегодно выпуская по 44000 штук. Кроме того, арифмометры под маркой "Кирия" и "Динамо" выпускались еще двумя заводами.
Применение суммирующих машин ускоряло работу по подсчетам в 2-3 раза. Вдобавок многие машины допускали автоматический контроль, благодаря чему скорость дополнительно возрастала. На арифмометрах "Феликс" можно было производить все четыре арифметических действия.
1.5. АРИФМОГРАФ
Заглянем в прошлое. Поскольку умножение и деление в принципе сводятся к сложению и вычитанию, то счетные машины, изначально созданные только для двух последних операций, использовались и для остальных арифметических действий. Известно два вида таких устройств. К первой группе относились те, сложение и вычитание на которых осуществлялись вращением рукоятки арифмометра. Первая подобная машина была создана в 1642 году знаменитым математиком и философом Паскалем. Последующие изобретения принадлежат Лейбницу (1694), Гану (1778), Мюллеру (1783), Томасу(1818)и 0днеру (1890); любопытно, что работали эти машины медленнее чем обычные счеты. Ко второй группе относились клавишные арифмометры, например, прибор Фельта и Таррана (1896).
Поскольку элементами четырех основных арифметических действий являются сложение, вычитание и умножение на однозначный множитель, то исследователи попытались получить готовые произведения числа на этот множитель, не прибегая к многократному повторению операции. Так, после долгих бесплодных исканий российские изобретатели попробовали приспособить к возросшим вычислительным требованиям упомянутые русские счеты. Например, прибор генерал-майора Ф.Свободского, предложенный им в 1828 году, состоял из нескольких счетов (обычно их было двенадцать, но в некоторых устройствах их число доходило до тридцати), объединенных в одной раме. Скорость, с которой выполнялись вычисления на счетах Свободского, конечно же, нельзя сравнивать с показателями современных ЭВМ, но для того времени она была достаточно высокой. В частности, для извлечения кубического корня из 21-значного числа требовалось всего три минуты - ровно столько времени было нужно для того, чтобы передвинуть костяшки с помощью специального прута с рукояткой.
Двойные счеты Н. Компанейского (1882 год) состояли из счетов и валиков: оси валиков располагались параллельно проволочкам счетов, и валики могли свободно передвигаться относительно этих проволочек.
Наконец, значительной вехой в истории создания вычислительных средств стал арифмограф. Но это вовсе не было "открытием Америки", всего лишь очередное "изобретение колеса", поскольку в основу работы прибора легли логарифмы Непера: неперовы бруски представляли собой таблицу Пифагора, разрезанную вдоль и наклеенную на деревянные дощечки. Чтобы умножить, к примеру, 2, 3 и 1 на 1, 2 или 3, нужно было взять бруски с цифрами "2", "3" или "1 "и положить их рядом: смежные цифры двух рядом лежащих брусков представляли собой величины одного разряда, а потому складывались. Однако, несмотря на то что с умножением арифмограф справлялся достаточно быстро, для сложения и вычитания полученные результаты приходилось переносить на бумагу (именно из-за этого устройство и получило свое название), что было весьма ощутимым недостатком прибора.
Вскоре изобретатели решили соединить арифмограф с арифмометром для сложения и вычитания, чтобы переносить на последний готовые результаты умножения. Арифмометры с клавиатурой были слишком дороги и не могли служить для этой цели. Поэтому выбор снова пал на русские счеты, которые умножали и делили тем же способом, что и арифмометр с клавиатурой.
В 1921 году Б.Компанейский создал устройство, которое объединило в себе совершенно оригинальную разновидность арифмографа с русскими счетами, и арифмограф превратился в арифмометр. Табличная основа для умножения и деления чисел была совмещена с самыми обычными костяшками, скользящими в двух взаимно перпендикулярных направлениях на раме арифмографа. Устройство отличалось от простых механических арифмометров тем, что в последних умножение осуществляется вращением рукоятки, а в новом приборе результаты произведения получались непосредственно (одновременно), так что их оставалось только перебросить на счеты. Простой и бесшумный в работе, арифмометр Компанейского, помимо стандартных четырех арифметических действий, позволял быстро вычислять проценты, оперировать с числами с десятичными знаками и простыми дробями, извлекать квадратные корни. Причем вычисления были безошибочны, чего не могли гарантировать другие арифмометры того времени. Срок его службы, как и у русских счетов, был практически неограничен. Механические повреждения быстро устранялись на месте, без обращения в мастерскую. Наконец, венцом достоинств прибора была его необычайная дешевизна.
Техническое бюро Комитета по делам изобретений дало устройству высокую оценку. "Признавая пользу предложенного арифмометра, - говорилось в его постановлении, вынесенном 25 января 1921 года, - всюду, где требуются точные расчеты, несомненно рекомендовать изобретение Б. Н. Компанейского в качестве прибора, могущего с успехом заменить механические арифмометры существующих систем".
1.6. ПРООБРАЗ ПЕРВОГО КАЛЬКУЛЯТОРА
Калькуляторы сейчас стали неотъемлемым атрибутом современной жизни. Без них не обойтись не только физику (химику, строителю), но и самому обычному обывателю. Эта штуковина необходима ему как минимум для перевода цен, указанных в долларах, в рубли и обратно.
А вот когда не было калькуляторов, в ходу был счислитель Куммера, по прихоти конструкторов превращавшийся потом в "Аддиатор", "Продукс", "Арифметическую линейку" или "Прогресс". Этот чудесный прибор, созданный в середине прошлого века, по замыслу его изобретателя мог быть изготовлен размером с игральную карту, а потому легко умещался в кармане.
Когда в сороковых годах прошлого столетия встал вопрос о выдаче патента изобретателю Куммеру, петербургскому учителю музыки, на придуманный им счислитель, то министру финансов пришлось изрядно поломать голову: уж больно похож был этот прибор на изобретение З.Слонимского. Но последний, узнав про колебания государственного мужа, не стал препятствовать своему коллеге, и в 1847 году патент был выдан.
У Слонимского Куммер и позаимствовал основную идею конструкции, развив ее до "совершенного прибора для выполнения двух первоначальных действий". Исследователи отмечают, что ни одна счетная машина, изобретенная ранее, не имела такой портативности, какой располагал счислитель Куммера.
Изобретение Куммера имело вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения реек. Вдоль них в верхней половине имелась надпись "Сложение" и цифры от "1" до "9". В нижней половине, отделенной от верхней планкой для считки, помещались цифры от "9" до "1" и надпись "Вычитание". Чтобы осуществлять передвижение реек вверх и вниз, следовало вставлять специальный штырек в отверстия, расположенные на рейках около цифр.
