Механiзацiя лiчби. Машина Паскаля. Рахiвниця

Механiзацiя лiчби. Машина Паскаля. Рахiвниця.

Блез Паскаль

1623-1624 рр. В.Шиккард (професор Тюбингенського унiверситету) в листах Й.Кеплеру описав новий пристрiй - "годинник для лiчби", тобто лiчильну машину. Даних про будову цiєї машини дуже мало, але на початку 60-ч рр. нашого столiття за описами її вiдновили вченi Тюбингенського унiверситету. У нiй були механiзованi операцiї додавання i вiднiмання, а множення i дiлення були механiзованi частково.

Машина Паскаля

1642 р. 18-рiчний французький математик i фiзик Блез Паскаль створює першу модель обчислювальної машини, що могла виконувати арифметичнi операцiї.

1645 р. Арифметична "Паскалiна", або "Колесо Паскаля", набирає остаточного вигляду. У 1649 р. Б.Паскаль одержує королiвський привiлей на виготовлення та продаж своєї машини. До наших днiв збереглося вiсiм його машин.

1654 р. Р.Бiссакар, а в 1657 р., незалежно вiд нього, С.Патридж (Англiя) розробили прямокутну логарифмiчну лiнiйку, конструкцiя якої в основному збереглася до наших днiв.

[ на початок ]

Лiчильнi машини Морленда, Лейбнiца, Перро.

1658 р. У "Переписнiй книзi дiлової казни патрiарха Никона 1658р." зустрiчається слово "рахiвниця". Рахiвницi вже виготовлялися в Росiї для продажу.

1666 р. С.Морленд будує першу в Англiї машину, що може додавати.

1670 р. Г.Лейбнiц дав перший опис власного арифметичного iнструмента - першої лiчильної машини, яка механiчно виконувала додавання, вiднiмання, множення та дiлення. Остаточний варiант був завершений у 1710 р. Лейбнiцом була зроблена спроба створити алгебру логiки, iнтегрального числення.

1683 р. Т.Еверард пропонує лiнiйку для вимiрювання об'ємiв (iз двома рухомими повзунками i введеною вперше зворотною шкалою).

1700 р. Француз К.Перро видає в Парижi "Збiрник багатьох машин", де описує "рабдологiчний абак" - машину, що обчислює суму й вiдрiзняється за конструкцiєю вiд "Паскалiни".

1761 р. Англiєць Д.Робертсон створив лiнiйку для навiгацiйних розрахункiв, обладнану бiгунцем. Iдею такого пристрою висував I.Нютон приблизно в 1660 р.

Свiтова iсторiя розвитку цифрової обчислювальної технiки

i поява перших ЕОМ.

Стислий огляд.

за матерiалами книги Б.М.Малиновського

"Нариси по iсторiї комп'ютерної науки та технiки в Українi"

Навальний розвиток цифрової обчислювальної технiки (ОТ) та становлення науки про принципи її побудови i проектування почалося в 40-х роках нашого сторiччя, коли технiчною базою ОТ стала електронiка, потiм мiкроелектронiка, а основою для розвитку архiтектури ЕОМ - досягнення в галузi штучного iнтелекту.

До цього часу протягом майже 500 рокiв цифрова обчислювальна технiка зводилася до найпростiших пристроїв для виконання арифметичних операцiй над числами. Основою практично усiх винайдених за 5 сторiч пристроїв було зубчате колесо, розраховане на фiксацiю 10 цифр десяткової системи числення.

Перший у свiтi ескiзний малюнок тринадцятирозрядного десяткового пристрою , що сумує, на основi колiс iз десятьма зубцями належить Леонардо да Вiнчi (Leonardo de Vince, 1452- 1519). Вiн був зроблений в одному iз його щоденникiв (учений почав вести щоденник ще до вiдкриття Америки в 1492 р.).

У 1623 р. через 100 iз лишком рокiв пiсля смертi Леонардо да Вiнчi нiмецький вчений Вiльгельм Шиккард (Wilhelm Schikkard, 1592-1636) запропонував своє рiшення тiєї ж задачi на базi шестирозрядного десяткового обчислювача, що складався також iз зубчатих колiс, розрахованого на виконання додавання, вiднiмання, а також табличного множення та дiлення. Обидва винаходи були виявленi тiльки в наш час i обидва залишилися тiльки на паперi.

Першим реально здiйсненим i ставшим вiдомим механiчним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскалiна" великого французького вченого Блеза Паскаля (Blaise Pascal, 1623-1662) - 6-ти (або 8-ми) розрядний пристрiй, на зубчатих колесах, розрахований на пiдсумовування та вiднiмання десяткових чисел (1642 р.).

Через 30 рокiв пiсля "паскалiни" у 1673 р. з'явився "арифметичний прилад" Готфрида Вiльгельма Лейбнiца (Gottfried Wilhelm Leibniz, 1646-1716)- дванадцятирозрядний десятковий пристрiй для виконання арифметичних операцiй, включаючи множення i дiлення, для чого, на додаток до зубчатих колiс використовувався схiдчастий валик. "Моя машина дає можливiсть чинити множення i дiлення над величезними числами миттєво" - iз гордiстю писав Лейбнiц своєму другу.Пройшло ще бiльш ста рокiв i лише наприкiнцi XYIII сторiччя у Францiї були здiйсненi такi кроки, що мають принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної технiки - "програмне" за допомогою перфокарт керування ткацьким верстатом, створеним Жозефом Жакаром (Joseph Jacquard, 1752-1834), i технологiя обчислень, при ручному рахунку, запропонована Гаспаром де Прони (Gaspar de Prony, 1755-1838), що розподiлило числовi обчислення на три етапи: розробка чисельного методу обчислень, який зводив рiшення задачi до послiдовностi арифметичних операцiй, складання програми послiдовностi арифметичних дiй, проведення власне обчислень шляхом арифметичних операцiй над числами вiдповiдно до складеної програми. Цi два нововведення були використанi англiйцем Чарльзом Беббiджем (Charles Babbege, 1791-1881), що здiйснив якiсно новий крок у розвитку засобiв цифрової обчислювальної технiки - перехiд вiд ручного до автоматичного виконання обчислень по складенiй програмi. Їм був розроблений проект Аналiтичної машини - механiчної унiверсальної цифрової обчислювальної машини з програмним керуванням (1830- 1846 рр.). Машина включала п'ять пристроїв (як i першi ЕОМ, що з'явилися 100 рокiв тому): - арифметичне АП, що запам'ятовує ЗП, керування, вводу, виводу. АП будувалося на основi зубчатих колiс, на них же пропонувалося реалiзувати ЗП (на 1000 50-розрядних чисел!). Для вводу даних i програми використовувалися перфокарти. Гадана швидкiсть обчислень - додавання i вiднiмання за 1 сек, множення i дiлення - за 1 хв. Крiм арифметичних операцiй була команда умовного переходу.

Програми для рiшення задач на машинi Беббiджа, а також опис принципiв її роботи, були складенi Адою Августою Лавлейс - дочкою Байрона (Ada Augusta Lavelace, 1816-1852), яка стала першим програмiстом у свiтi.

Були створенi окремi вузли машини. Всю машину через її громiздкiсть створити не вдалося. Тiльки зубчатих колiс для неї знадобилося б бiльш 50.000. Змусити таку махину працювати можна було тiльки за допомогою парової машини, що i намiчав Беббiдж. Генiальну iдею Беббiджа здiйснив Говард Айкен (Howard Aiken, 1900-1973), американський учений, що створив у 1944 р. першу в США релейно-механiчну ОМ. Її основнi блоки - арифметики i пам'ятi були виконанi на зубчатих колесах!

Якщо Беббiдж набагато випередив свiй час, то Айкен, використавши тi ж зубчатi колеса, у технiчному планi використовував застарiлi рiшення. Ще десятьма роками ранiше, у 1934 р. нiмецький студент Конрад Цузе (Konrad Zuse, 1910- 1995), що працював над дипломним проектом, вирiшив зробити (у себе вдома), цифрову обчислювальну машину з програмним керуванням i з використанням - вперше у свiтi! - двоїчної системи числення. У 1937 р. машина Z1 (Цузе 1) запрацювала! Вона була двоїчною, 22-х розрядною, iз плаваючою комою, iз пам'яттю на 64 числа i чисто механiчною (ричажною)!.

У тому ж 1937 р., коли запрацювала перша у свiтi двоїчна машина Z1, Джон Атанасов болгарин по походженню, що жив у США, (John Atanasoff, 1903-1963) почав розробку спецiалiзованої ОМ, вперше у свiтi застосувавши електроннi лампи (300 ламп).

Пiонерами електронiки виявилися й англiйцi - у 1942- 43 роках в Англiї була створена за участю Алана Т'юринга (Alan Turing, 1912-1954) ОМ "Колос". У нiй було 2000 електронних ламп! Машина призначалася для розшифровування радiограм нiмецького вермахту. Роботи Цузе i Т'юринга були секретними. Про них в той час знали небагато. Вони не викликали будь-якого резонансу у свiтi. i тiльки в 1946 р. коли з'явилася iнформацiя про ЕОМ "ЕНiАК" (Electronic Numerical Integrator and Computer - електронний цифровий iнтегратор i комп'ютер), створеної в США Д. Мочлi (John Mauchly, 1907-1986) та П. Еккертом (Presper Echert, 1919-1995), перспективнiсть електронної технiки стала очевидною (в машинi використовувалося 18 тис.електронних ламп i вона виконувала бiля 3-х тис. операцiй у сек). Проте машина залишалася десятковою, а її пам'ять складала лише 20 слiв. Програми зберiгалися поза оперативною пам'яттю.

Завершальну точку в створеннi перших ЕОМ поставили, майже одночасно, у 1949- 52 рр. вченi Англiї, Радянського Союзу i США, що створили ЕОМ iз програмою, яка зберiгалася в пам'ятi. Морiс Уiлкс (Maurice Wilkes, 1913), Electronic Delay Storage Automate Computer EDSAC - електронний автоматичний комп'ютер на лiнiях затримки, 1949 р.; Сергiй Лебедєв (1902- 1974), Мала електронно рахункова машина МЕСМ, 1951 р.; , Джон Мочлi i Преспер Еккерт, Джон фон Нейман (John von Neumann, 1903-1957), Electronic Discrete Variable Computer EDVAC, 1952 р.)

Протягом механiчного, релейного i на початку електронного перiоду розвитку цифрова обчислювальна технiка залишалася областю технiки, науковi основи якої тiльки дозрiвали.Першими складовими майбутньої науки використаними надалi для створення основ теорiї ОМ, явилися дослiдження двоїчної системи числення, проведенi Лейбницом (XYII сторiччя), алгебра логiки, розроблена Джорджем Булем (XYIII сторiччя), абстрактна машина ("машина Т'юринга"), запропонована генiальним Т'юрингом у 1936 р., використана для доказу можливостi механiчної реалiзацiї будь-якого алгоритму, що має рiшення, теоретичнi результати Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-i роки н.с.), якi об'єднали електронiку з логiкою. Принципи побудови цифрових ЕОМ, висловленi Еккертом i Нейманом (США, 1946 р.) i, незалежно, Лебедєвим (СРСР, 1948 р.) стали завершенням першого етапу розвитку науки про ЕОМ.

Цифрова обчислювальна технiка в цей час була ще недосконалою i багато в чому поступалася аналоговiй, що мала у своєму арсеналi механiчнi iнтегратори, машини для рiшення диференцiйних рiвнянь та iн.

Проте, на наступному етапi цифрова технiка зробила безпрецендентний ривок за рахунок iнтелектуалiзацiї ЕОМ, у той час як аналогова технiка не вийшла за рамки засобiв для автоматизацiї обчислень.

Подальшому розвитку цифрової технiки сприяло становлення науки про комп'ютери. Науковi основи цифрових ЕОМ у цей час поповнилися теорiєю цифрових автоматiв, основами програмування, теорiєю штучного iнтелекту, теорiєю проектування ЕОМ, комп'ютерними технологiями рiзноманiтних iнформацiйних процесiв, що забезпечили становлення нової науки, що одержала назву "Computer Science" (комп'ютерна наука) у США i "iнформатика" у Європi. Великий внесок у її розвиток внесли вченi України про що буде сказано нижче.

В СРСР, у тому числi в Українi, поняття "обчислювальна технiка" довгий час використовувалося як для позначення технiчних засобiв, так i науки про принципи їхньої побудови i проектування.

В даний час для цiєї цiлi використовується термiн "iнформатика", що позначає науку про одержання, передачу, збереження й опрацювання iнформацiї. У свою чергу, її роздiляють на теоретичну i прикладну.

Теоретична iнформатика займається математичним моделюванням iнформацiйних процесiв. Прикладна охоплює питання побудови та проектування ЕОМ, мереж, мультимедiа, комп'ютернi технологiї iнформацiйних процесiв i iн. Головною науковою базою прикладної iнформатики є електронiка (мiкроелектронiка) i теорiя штучного iнтелекту. Об'єднавши в одне два слова: iнтелект i електронiка, одержимо для прикладної iнформатики бiльш вдалу, як нам здається, назву IНТЕЛЕКТРОНIКА - "iнтелектуальна" електронiка.

Слiд зазначити, що в галузi штучного iнтелекту, незважаючи на багато досягнень, ми стоїмо лише на самому початку розвитку цього важливого наукового напрямку, i тут вiдчиняються величезнi перспективи зближення ЕОМ iз "iнформацiйними" можливостями людини.

Трохи iсторiї. У 1870 р (за рiк до смертi Беббiджа) англiйський математик Джевонс сконструював (мабуть, першу у свiтi) "логiчну машину", що дозволяла механiзувати найпростiшi логiчнi висновки.

У Росiї про роботу Джевонса стало вiдомо в 1893 р., коли професор унiверситету в Одесi I.Слешинський опублiкував статтю "Логiчна машина Джевонса" ("Вiсник дослiдної фiзики та елементарної математики", 1893 р., №7).

"Будiвельниками" логiчних машин у дореволюцiйнiй Росiї стали Павло Дмитрович Хрущов (1849-1909) i Олександр Миколайович Щукарєв (1884-1936), що працювали в навчальних закладах України.

Першим вiдтворив машину Джевонса проф.Хрущов. Примiрник машини, створений їм в Одесi, одержав "у спадщину" професор Харкiвського технологiчного iнституту Щукарєв, де вiн працював починаючи з 1911 р. Вiн сконструював машину наново, привнесши в неї цiлий ряд удосконалень, i неодноразово виступав iз лекцiями про машину i про її можливi практичнi застосування. Одна з лекцiй була прочитана в 1914 р. у Полiтехнiчному музеї в Москвi. Присутнiй на лекцiї проф. А.Н.Соков писав:

"Якщо ми маємо арифмометри, що складають, що вiднiмають, що множать мiльйоннi цифри поворотом важеля, то, очевидно, час потребує мати логiчну машину, спроможну робити безпомилковi висновки й умовиводи одним натисканням вiдповiдних клавiш. Це збереже масу часу, залишивши людинi галузь творчостi, гiпотез, фантазiї, натхнення - душу життя". Цi пророчi слова були сказанi в 1914 р.! (Журнал "Вокруг света", №18, статья А.Н.Сокова "Мыслительная машина").

Слiд зазначити, що самий Джевонс, першостворювач логiчної машини, не бачив для неї яких-небудь практичних застосувань.

На жаль, машини Хрущова i Щукарєва не збереглися. Проте, у статтi "Механiзацiя мислення (логiчна машина Джевонса)", опублiкованої професором А.Н.Щукарєвим у 1925 р. ("Вiсник знання", №12), дається фотографiя машини сконструйованої Щукарєвим i її достатньо докладний опис, а також, що дуже важливо - рекомендацiї по її практичному застосуванню.

Таким чином, в Алана Т'юринга, що опублiкував в 1950 р. статтю "Чи може машина мислити?" були попередники в Українi, що цiкавилися цим питанням.

Найкраще про "iнтелектуальний" розвиток машин вiдповiв В.М.Глушков."Навряд чи можна сумнiватися, що в майбутньому усе бiльш i бiльш значна частину закономiрностей навколишнього нас свiту буде пiзнаватися, i використовуватися автоматичними помiчниками людини. Але настiльки ж, безсумнiвно, i те, що усе найбiльш важливе в процесах мислення i пiзнання завжди буде належати людинi. Справедливiсть цього висновку обумовлена iсторично.

...Людство не являє собою просту суму людей. iнтелектуальна i фiзична мiць людства визначається не тiльки сумою людських мускулiв i мозку, але i всiма створеними їми матерiальними i духовними цiнностями. У цьому змiстi нiяка машина i нiяка сукупнiсть машин, що є у кiнцевому рахунку продуктом колективної дiяльностi людей, не можуть бути "розумнiшими" людства в цiлому, тому що при такому порiвняннi на одну чашу ваг кладеться машина, а на другу - усе людство разом iз створеною їм технiкою, що включає, зрозумiло, i машину яка розглядалася.

Слiд зазначити також, що людинi iсторично завжди буде належати остаточна оцiнка iнтелектуальних, так само як i матерiальних цiнностей, у тому числi i тих цiнностей, що створюються машинами, так що й у цьому змiстi машина нiколи не зможе перевершити людини.

Таким чином, можна зробити висновок, що в чисто iнформацiйному планi кiбернетичнi машини не тiльки можуть, але й обов'язково повиннi перевершити людину, а в рядi поки ще вiдносно вузьких галузей вони роблять це вже сьогоднi. Але в планi соцiально-iсторичному цi машини є i завжди залишаться не бiльш нiж помiчниками i знаряддями людини". (В.М.Глушков. Мышление и кибернетика//Вопр. философии. 1963. № 1).

Що стосується мiкроелектронiки, то варто сказати, що розмiри електронних компонентiв у даний час наближаються до межi - 0,05 мiкрона.

Проте, iстотно нових i ефективних елементiв ще не з'явилося, а виходить, що для термiна "iнтелектронiка" можливе довге життя.

Як говорилося вище, розвиток цифрової ОТ останнi десятилiття йде, у першу чергу, по шляху нарощування в ЕОМ вбудованного штучного iнтелекту. Комп'ютери, що одержали свою назву вiд початкового призначення - автоматизацiї обчислень, одержали друге, дуже важливе застосування - стали незамiнними помiчниками людини в його iнтелектуальнiй дiяльностi.

Iнтелектуалiзацiя засобiв аналогової технiки не вiдбулася, i це поряд iз невисокою точнiстю обчислень, призвело до її поразки в змаганнi з цифровою технiкою.

Буде воно тимчасовим або остаточним - покаже час.