История развития вычислительной техники

В основе развития вычислительной техники лежат практические успехи, достигнутые в технике ко времени становления информатики как науки, и результаты научных теоретических исследований. Теоретически вычислительная техника опиралась на развитие позиционной системы счисления, твердые правила и логическую теорию.

Еще древнегреческий ученый Аристотель, живший в IV в. до н.э., в своих трудах анализировал способы мышления человека и умение делать логические выводы. В развитие этого направления большой вклад был внесен немецким математиком и физиком Готфридом Вильгельмом Лейбницем (1646-1716) благодаря открытию направления символьной логики. Идея Лейбница была впоследствии развита в XIX в. в труде английского математика Джорджа Буля «Математический анализ логики». Заслуживает внимания тот факт, что в труде Буля результат любых количественных и логических действий принимает только значения, равные нулю (0) или единице (1). Таким образом, в математике сформировалось направление, которое получило название булевой алгебры. Булева алгебра открыла широкие возможности для изобретателей вычислительных машин, так как современные компьютеры «понимают» только значения 0 и 1 и, исходя из них, работают на основе логической зависимости.

Предпосылки для развития вычислительной техники были созданы в IX веке в трудах нашего соотечественника Мухаммада аль-Хорезми. В этих трудах Хорезми упорядочил и усовершенствовал индийскую систему счисления, разработал правила и порядок совершения арифметичecкиx действий, а также заложил основы теории алгоритмов и алгебры как науки. Труды Хорезми стали известны в Европе спустя 300 лет, и только после этого позиционные системы счисления распространились по всему миру. Как известно, позиционные системы счисления использyют и в современных компьютерах.

История развития вычислительной техники подразделяется в основном на четыре этапа, которые отличаются друг от друга принципом действия, скоростью и другими возможностями вычислительных средств.

Этап, предшествовавший появлению механических машин. С появлением потребности в вычислениях люди начали использовать в качестве первого вычислительного средства пальцы рук и ног. С их помощью они выполняли только действия, связанные со счетом. Однако совершать даже простейшие действия по сложению двузначных и более чисел, используя пальцы, было очень трудно. Поэтому люди постепенно изобретали различные искусственные средства вычисления. Одними из первых элементарных вычислительных средств были использовавшиеся в VT-V вв. до н.э. деревянные дощечки, на которые палочкой наносились знаки (бирки), а также абак, применявшийся древними греками в V1-V вв. до н.э. Средство, похожее на абак, использовалось и у других народов. В Японии оно называлось серобьян, в Китае - суан-пан, в России - счетами.

Из вычислительных средств, изобретенных позднее, заслуживают внимания счетные палочки шотландского математика Джона Непера (1617 г), круговая логарифмическая линейка английского учителя математики Вильяма Отредаи, четырехугольная логарифмическая линейка Ричарда Деламея (1632 г).

Этап механических машин начался с создания устройства В.Шиккарда (1623 г). Однако в действительности машина Шиккарда не была первой. В 1967 г. в национальной библиотеке Мадрида обнаружена неопубликованная рукопись Леонардо да Винчи, в которой имелся чертеж вычислительной установки, выполняющей сложение 13-значных чисел. На этом основании великого итальянского художника и математика Леонардо да Винчи (1462 1519 гг.) считают изобретателем первой вычислительной установки.

В1642 г. французский математик и физик Блез Паскаль создал механическую машину, выполняющую действия сложения и вычитания, которая получила название «Паскалина». В1642-1645 гг. он спроектировал более 50 разновидностей машины. Самая совершенная из них запоминала числа и выполняла четыре арифметических действия.

В 1673 г. немецкий математик и физик Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел машину с использованием двоичной системы счисления, которая умела выполнять четыре арифметических действия и извлекать корень.

Все вышеописанные механические установки приводились в действие вручную. В 1822 г. английским математиком Чарльзом Бэббиджем была изобретена так называемая разностная машина, которая работала на пару и выдавала счетные таблицы. Ч.Бэббидж является основоположником идеи создания вычислительной машины с программным управлением и установкой с арифметической, управляющей функцией, функцией памяти, ввода и вывода информации. Идея Бэббиджа легла в основу устройства современных компьютеров. Сотрудничавшая с ним английский математик Ада Августа Лавлейс (Байрон) разработала первую программу для машины Бэббиджа, а также ввела в нее некоторые понятия и термины. Однако вследствие того, что возможности технологии в то время были ограничены, идея осталась не претворенной в жизнь.

На основе всех этих изобретений были получены первые ответы на следующие вопросы:

Как необходимо представлять числа в машине?

Каким способом следует вводить в машину исходные числа для вычислений?

Как механически выполнять арифметические действия?

Как переводить десятичные числа при выполнении арифметических действий?

Как представлять числа, полученные в результате арифметических действий?

Этап электромеханических машин. В механических вычислительных машинах соответствующие установки приводились в действие вручную. Создание вычислительных машин, осуществляющих эту функцию при помощи электрической энергии, положило начало эпохе электромеханических вычислительных машин. Первое электромеханическое реле было изобретено в 1831 г. американским ученым Дж. Генри. А в 1918 г. русский ученый М.А. Бонч-Бруевич и английские ученые В.Икклз и Ф.Джордан независимо друг от друга создали электромеханическое реле, названное триггером.

В 1930 г. Ванневар Буш создал вычислительную машину, собранную на электромеханических реле. В1941 г. немецкий инженер Конрад Сузе создал вычислительную машину Z3, которая управлялась на основе программы, выполняла действия над числами с плавающими точками и основывалась на логической схеме. В1944 г. Говард Эйкен изобрел машину "Mark-1", работающую на основе программы с электромеханическим реле. Однако машины с электромеханическими реле были недостаточно надежны. В 1904 г. английский ученый Дж. Флеминг изобрел диоды, а в 1907 американский инженер Ли де Форес - триоды. Открытие диодов и триодов оказало огромное влияние нa дальнейшее развитие вычислительной техники.

Этап электронно-вычислительных машин. В 1946 г. впервые в Америке ученые Пенсильванского университета Дж. Моучли, Дж. Эккерт построили огромную электронно-вычислительную машину ENIAC, которая весила более 70 т, занимала площадь 300 м² и состояла почти из 18 тысяч электронных ламп. За секунду ENIAC совершала 300 действий умножения и 5000 действий сложения. Скорость ее в 1000раз превышала скорость машин с электромеханическими реле. Таким образом, ENIAC положила начало эпохе электронно-вычислительных машин.