Леонардо да винчи и вычислительная техника. Сибирский университет потребительской кооперации. Введение Ранние приспособления и устройства для счёта

«История средств вычислительной техники» - Эффективное видеотерминальное устройство общения. Основоположник компьютерной техники в СССР. Появление приборов. Рост использования компьютеров. Полупроводниковые машины на транзисторах. Открытие логарифмов. Интегральные схемы. Склад. Академик Сергей Алексеевич Лебедев. Настоящее время. Аналитическая машина. Суперкомпьютеры. Абак. Руководители Microsoft. Счетная машина. I поколение ЭВМ. ЭНИАК. Вычислительные системы.

«Тенденции развития вычислительной техники» - Древние люди. Первый программист. Первое поколение ЭВМ. Машина Шиккарда. Магнитная лента. Управление памятью. Энигма. Аналитическая машина Бэббиджа. Хранение данных на бумажной ленте. Абак. История развития вычислительной техники. Первые средства счета. Марк-I. Конрад Цузе. Поколения компьютеров. Усовершенствованный арифмометр. Механический калькулятор. Большая электронно-счетная машина. Арифмометр Лейбница.

«Счётные машины» - Изобретение механического калькулятора. Счетные машины. Идея создания аппарата. Как начинался счёт. Кассовый аппарат. Изобретение компьютера. Русские счеты. Римляне усовершенствовали конструкцию. Изобретение счёт. Цельные кукурузные початки. Аппарат фиксировал каждую торговую операцию. Работающий программируемый компьютер. Изобретение ККМ. Обсерватория. Паскаль. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

«История программного обеспечения» - Специальные программы, называемые языковыми процессорами. Деривационная семантика описывает последствия выполнения конструкций. Ада Лавлейс (1815-1852). Набор лексических, синтаксических и семантических правил. Классификация. Первый полностью объектно-ориентированный язык программирования. Лексика. История алгоритмических языков. Язык Кобол. Многоядерная структура ОС. Язык программирования Паскаль (Pascal) создан швейцарцем Н.Виртом.

«История вычислительной техники» - Начало счета. Говард Айкен. Характеристика поколений ЭВМ. Сотрудники лаборатории. Вид инструментального счета. Путешествие. Эра персональных компьютеров. Конрад Цузе. Вклад русских ученых. Вычислительные машины. Цифровые вычислительные устройства. Поколения ЭВМ. Первое поколение ЭВМ. Прошлое. Римский абак. Блез Паскаль. История вычислительной техники.

«История создания и развития ЭВМ» - В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Машина Лейбница. Пафнутий Львович Чебышев сконструировал счетную машину. Доэлектронный период. Четвертое поколение. Аналитическая машина Беббиджа. Первая в мире ЭВМ – ENIAC. Американская фирма intel объявила о создании микропроцессора. Второе поколение ЭВМ. Пятое поколение. Табулятор. Паскалина. Первое поколение ЭВМ. В 60 – х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ.

Устройство Леонардо да Винчи

Своего рода модификацию абака предложил Леонардо да Винчи (1452-1519) в конце XV - начале XVI века. Он создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Чертежи данного устройства были найдены среди двухтомного собрания Леонардо по механике, известного как "Codex Madrid". Это устройство что-то вроде счетной машинки в основе которой находятся стержни, с одной стороны меньшее с другой большее, все стержни (всего 13) должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее на одном стержне касалось большего на другом. Десять оборотов первого колеса должны были приводить к одному полному обороту второго, 10 второго к одному полному третьего и т. д.

ЛЕОНАРДО ДА ВИНЧИ (Leonardo da Vinci) (15 апреля 1452, Винчи близ Флоренции - 2 мая 1519, замок Клу, близ Амбуаза, Турень, Франция), итальянский живописец, скульптор, архитектор, ученый, инженер.

Сочетая разработку новых средств художественного языка с теоретическими обобщениями, Леонардо да Винчи создал образ человека, отвечающий гуманистическим идеалам Высокого Возрождения. В росписи "Тайная вечеря " (1495-1497, в трапезной монастыря Санта-Мария делле Грацие в Милане) высокое этическое содержание выражено в строгих закономерностях композиции, ясной системе жестов и мимики персонажей. Гуманистический идеал женской красоты воплощен в портрете Моны Лизы ("Джоконда", около 1503). Многочисленные открытия, проекты, экспериментальные исследования в области математики, естественных наук, механики. Отстаивал решающее значение опыта в познании природы (записные книжки и рукописи, около 7 тысяч листов).

Леонардо родился в семье богатого нотариуса. Он сложился как мастер, обучаясь у Андреа дель Верроккьо в 1467-1472 годах. Методы работы во флорентийской мастерской того времени, где труд художника был тесно сопряжен с техническими экспериментами, а также знакомство с астрономом П. Тосканелли способствовали зарождению научных интересов юного Леонардо. В ранних произведениях (голова ангела в "Крещении" Верроккьо, после 1470, "Благовещение", около 1474, оба в Уффици, "Мадонна Бенуа", около 1478, Эрмитаж) обогащает традиции живописи кватроченто, подчеркивая плавную объемность форм мягкой светотенью, оживляя лица тонкой, едва уловимой улыбкой.

В "Поклонении волхвов" (1481-82, не закончена; подмалевок - в Уффици) превращает религиозный образ в зеркало разнообразных человеческих эмоций, разрабатывая новаторские методы рисунка. Фиксируя результаты бесчисленных наблюдений в набросках, эскизах и натурных штудиях (итальянский карандаш, серебряный карандаш, сангина, перо и другие техники), Леонардо добивается редкой остроты в передаче мимики лица (прибегая порой к гротеску и карикатуре), а строение и движения человеческого тела приводит в идеальное соответствие с драматургией композиции.

На службе у правителя Милана Лодовико Моро (с 1481) Леонардо выступает в роли военного инженера, гидротехника, организатора придворных празднеств. Свыше 10 лет он работает над монументом Франческо Сфорца, отца Лодовико Моро; исполненная пластической мощи глиняная модель памятника в натуральную величину не сохранилась (разрушена при взятии Милана французами в 1500) и известна лишь по подготовительным наброскам.

На этот период приходится творческий расцвет Леонардо-живописца. В "Мадонне в скалах" (1483-94, Лувр; второй вариант - 1487-1511, Национальная галерея, Лондон) излюбленная мастером тончайшая светотень ("сфумато") предстает новым ореолом, который идет на смену средневековым нимбам: это в равной мере и божественно-человеческое, и природное таинство, где скалистый грот, отражая геологические наблюдения Леонардо, играет не меньшую драматическую роль, чем фигуры святых на переднем плане.

"Тайная вечеря"

В трапезной монастыря Санта-Мария делле Грацие Леонардо создает роспись "Тайная вечеря" (1495-97; из-за рискованного эксперимента, на который пошел мастер, применив для фрески масло в смеси с темперой, работа дошла до нас в весьма поврежденном виде). Высокое религиозно-этическое содержание образа, где представлена бурная, разноречивая реакция учеников Христа на его слова о грядущем предательстве, выражено в четких математических закономерностях композиции, властно подчиняющей себе не только нарисованное, но и реальное архитектурное пространство. Ясная сценическая логика мимики и жестов, а также волнующе-парадоксальное, как всегда у Леонардо, сочетание строгой рациональности с неизъяснимой тайной сделали "Тайную вечерю" одним из самых значительных произведений в истории мирового искусства.

Занимаясь также архитектурой, Леонардо разрабатывает различные варианты "идеального города" и центрально-купольного храма. Последующие годы мастер проводит в непрестанных переездах (Флоренция - 1500-02, 1503-06, 1507; Мантуя и Венеция - 1500; Милан - 1506, 1507-13; Рим - 1513-16). С 1517 живет во Франции, куда был приглашен королем Франциском I.

"Битва при Ангьяри". Джоконда (Портрет Моны Лизы)

Во Флоренции Леонардо работает над росписью в Палаццо Веккьо ("Битва при Ангьяри", 1503-1506; не закончена и не сохранилась, известна по копиям с картона, а также по недавно обнаруженному эскизу - частное собрание, Япония), которая стоит у истоков батального жанра в искусстве нового времени; смертельная ярость войны воплощена тут в исступленной схватке всадников.

В наиболее известной картине Леонардо, портрете Моны Лизы (так называемой "Джоконды", около 1503, Лувр) образ богатой горожанки предстает таинственным олицетворением природы как таковой, не теряя при этом чисто женского лукавства; внутреннюю значительность композиции придает космически-величавый и в то же время тревожно-отчужденный пейзаж, тающий в холодной дымке.

Поздние картины

К поздним произведениям Леонардо принадлежат: проекты памятника маршалу Тривульцио (1508-1512), роспись "Святая Анна с Марией и младенцем Христом" (около 1500-1507, Лувр). В последней как бы подводится итог его поискам в области свето-воздушной перспективы, тонального колорита (с преобладанием прохладных, зеленоватых оттенков) и гармонической пирамидальной композиции; вместе с тем это гармония над бездной, поскольку группа святых персонажей, спаянных семейной близостью, представлена на краю пропасти. Последняя картина Леонардо, "Святой Иоанн Креститель" (около 1515-1517, там же) полна эротической двусмысленности: юный Предтеча выглядит тут не как святой аскет, но как полный чувственной прелести искуситель. В серии рисунков с изображением вселенской катастрофы (цикл с "Потопом", итальянский карандаш, перо, около 1514-1516, Королевская библиотека, Виндзор) раздумья о бренности и ничтожестве человека перед могуществом стихий сочетаются с рационалистическими, предвосхищающими "вихревую " космологию Р. Декарта представлениями о цикличности природных процессов.

"Трактат о живописи"

Важнейшим источником для изучения воззрений Леонардо да Винчи служат его записные книжки и рукописи (около 7 тысяч листов), написанные на разговорном итальянском языке . Сам мастер не оставил систематического изложения своих мыслей. "Трактат о живописи", подготовленный после смерти Леонардо его учеником Ф. Мельци и оказавший огромное влияние на теорию искусства, состоит из отрывков, во многом произвольно извлеченных из контекста его записок. Для самого Леонардо искусство и наука были связаны неразрывно. Отдавая в "споре искусств" пальму первенства живописи как наиболее интеллектуальному, по его убеждениям, виду творчества, мастер понимал ее как универсальный язык (подобный математике в сфере наук), который воплощает все многообразие мироздания посредством пропорций, перспективы и светотени. "Живопись, - пишет Леонардо, - наука и законная дочь природы..., родственница Бога". Изучая природу, совершенный художник-естествоиспытатель тем самым познает "божественный ум", скрытый под внешним обликом натуры. Вовлекаясь в творческое соревнование с этим божественно-разумным началом, художник тем самым утверждает свое подобие верховному Творцу. Поскольку он "имеет сначала в душе, а затем в руках" "все, что существует во вселенной", он тоже есть "некий бог".

Леонардо - ученый. Технические проекты

Как ученый и инженер Леонардо да Винчи обогатил проницательными наблюдениями и догадками почти все области знания того времени, рассматривая свои заметки и рисунки как наброски к гигантской натурфилософской энциклопедии. Он был ярким представителем нового, основанного на эксперименте естествознания. Особое внимание Леонардо уделял механике, называя ее "раем математических наук" и видя в ней ключ к тайнам мироздания; он попытался определить коэффициенты трения скольжения, изучал сопротивление материалов, увлеченно занимался гидравликой. Многочисленные гидротехнические эксперименты получили выражение в новаторских проектах каналов и ирригационных систем. Страсть к моделированию приводила Леонардо к поразительным техническим предвидениям, намного опережавшим эпоху: таковы наброски проектов металлургических печей и прокатных станов, ткацких станков, печатных, деревообрабатывающих и прочих машин, подводной лодки и танка, а также разработанные после тщательного изучения полета птиц конструкции летальных аппаратов и парашюта.

Собранные Леонардо наблюдения над влиянием прозрачных и полупрозрачных тел на окраску предметов, отраженные в его живописи, привели к утверждению в искусстве принципов воздушной перспективы. Универсальность оптических законов была связана для него с представлением об однородности Вселенной. Он был близок к созданию гелиоцентрической системы, считая Землю "точкой в мироздании". Изучал устройство человеческого глаза, высказав догадки о природе бинокулярного зрения.

Анатомия, ботаника, палеонтология

В анатомических исследованиях, обобщив результаты вскрытий трупов, в детализированных рисунках заложил основы современной научной иллюстрации. Изучая функции органов, рассматривал организм как образец "природной механики". Впервые описал ряд костей и нервов, особое внимание уделял проблемам эмбриологии и сравнительной анатомии, стремясь ввести экспериментальный метод и в биологию. Утвердив ботанику как самостоятельную дисциплину, дал классические описания листорасположения, гелио - и геотропизма, корневого давления и движения соков растений. Явился одним из основоположников палеонтологии, считая, что окаменелости, находимые на вершинах гор, опровергают представления о "всемирном потопе".

Явив собою идеал ренессансного "универсального человека", Леонардо да Винчи осмыслялся в последующей традиции как личность, наиболее ярко очертившая диапазон творческих исканий эпохи. В русской литературе портрет Леонардо создан в романе "Воскрешенные боги" (1899-1900)

Историю механического этапа развития вычислительной техники можно начать вести с 1492 года, когда Леонардо да Винчи (1452-1519) разработал чертеж счетной машины и описал его в своих дневниках, ныне известных, как двухтомник «Мадридский Кодекс».

Среди чертежей первого тома «Мадридского кодекса», почти полностью посвященного прикладной механике, ученые обнаружили эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами.

Основу счетной машины составляли стержни с двумя зубчатыми колесами, большое - с одной стороны и маленькое - с другой. Как видно из эскиза Леонардо да Винчи, эти стержни располагались так, чтобы маленькое колесо на одном стержне входило в сцепление с большим колесом на соседнем стержне. Таким образом десять оборотов первого стержня приводили к одному полному обороту второго стержня, а десять оборотов второго - к одному полному обороту третьего стержня и так далее. Вся система состояла из тринадцати стержней и приводилась в движение набором грузов.

Вероятно, при жизни Леонардо да Винчи счетная машина не была создана.

Спустя почти 150 лет со дня изобретения счетной машины Леонардо да Винчи, в 1623 году в письме Иоганну Кеплеру немецкий профессор математики и астрономии Вильгельм Шикард (1592-1635) написал о машине, которая способна вычитать и складывать, а с помощью особых приспособлений на корпусе - еще и умножать, и приложил эскиз устройства. Это был шести разрядный механический калькулятор, получивший название «Вычисляющие часы». Устройство было названо часами, потому что его принцип работы основывался на использовании звёздочек и шестерёнок, как и в настоящих часах, а когда результат превышал резервы памяти, раздавался звон колокольчика.

Вычисляющие часы – первое механическая счетная машина, позволяющая складывать, вычитать, делить и умножать числа. Однако, она была известна довольно узкому кругу лиц, и поэтому долгое время (почти 300 лет со дня ее изобретения) первой счетной машиной считалось изобретение Блеза Паскаля (Пасклин).

История «вычисляющих часов» трагична. Два изготовленных экземпляра машины, один из которых предназначался Кеплеру, сгорели во время пожара. О самом проекте забыли на долгие годы, и чертежи устройства были утеряны из-за бушующей в тот период Тридцатилетней войны (1618-1648 гг), и только в 1935 году они были найдены. Найдены только для того, чтобы быть потерянными снова по причине второй мировой войны (1941-1945 гг).

И только спустя 21 год, в 1956 году в городской библиотеке Штутгарта была найдена фотокопия эскиза «вычисляющих часов», и в 1960 группа энтузиастов, на основе этой фотокопии и писем Шиккарда, сумели построить действующую модель «вычисляющих часов».

Начало развития технологий принято считать с Блеза Паскаля , который в 1642г. изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел ("Паскалин"). Его машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата. Машина выполняла суммирование чисел (восьмиразрядных) с помощью колес, которые при добавлении единицы поворачивались на 360 и приводили в движение, следующее по старшинству, колесо всякий раз, когда цифра 9 должна была перейти в значение 10. Машина Паскаля имела размеры 36х13х8 сантиметров. Этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.

Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц , высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специальный стол, так как имела внушительные размеры: 100х30х20 сантиметров.

Значительный вклад в развитие вычислительной техники внёс английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж . Идея построения «разностной машины» для вычисления навигационных, тригонометрических, логарифмических и других таблиц возникла у него в 1812 году. Название она получила из-за использования метода «конечных разностей». Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где она хранится по сегодняшний день. Однако эта неудача не остановила Бэббиджа. Около 1833 года ему пришла в голову идея «аналитической машины», после чего он разностную машину практически похоронил, так как возможности новой машины значительно перекрывали возможности разностной, она выполняла вычисления без участия человека. Ч.Беббидж предложил так называемый принцип программного управления. Сущность его состоит в том, что вычислительная машина автоматически решает поставленную задачу, если в нее заранее вводится программа, определяющая последовательность выполняемых действий. В сконструированной им в 1834 г. «аналитической машине», эта программа задавалась в виде системы пробивок (перфораций) на соответствующих перфокартах. Такие перфокарты были впервые предложены в начале XIX в. англичанином Ж. Жаккардом для управления ткацким производством. Это был первый пример автоматизации средств производства.

Научные идеи Бэббиджа увлекли дочь известного английского поэта лорда Байрона- графиню Аду Августу Лавлейс . В то время еще не возникли такие понятия, как ЭВМ, программирование, и, тем не менее, Аду Лавлейс по праву считают первым в мире программистом. Дело в том, что Бэббидж не составил не одного полного описания изобретенной им машины. Это сделал один из его учеников в статье на французском языке. Ада Лавлейс перевела ее на английский язык, и не просто перевела, а добавила собственные программы, по которым машина могла бы проводить сложные математические расчеты. В результате первоначальный объем статьи увеличился втрое, и Бэббидж получил возможность продемонстрировать мощь своей машины. Многими же понятиями, введенными Адой Лавлейс в описания тех первых в мире программ, широко пользуются современные программисты.

С 1842 по 1848 год Бэббидж упорно работал, расходуя собственные средства. К сожалению, он не смог довести до конца работу по созданию «аналитической машины» – она оказалась слишком сложной для техники того времени. После смерти Ч. Беббиджа Комитет Британской научной ассоциации, куда входили крупные ученые, рассмотрел вопрос, что делать с неоконченной аналитической машиной и для чего она может быть рекомендована. К чести Комитета было сказано: "...Возможности аналитической машины простираются так далеко, что их можно сравнить только с пределами человеческих возможностей... Успешная реализация машины может означать эпоху в истории вычислений, равную введению логарифмов". Но заслуга Бэббиджа в том, что он впервые предложил и частично реализовал идею программно-управляемых вычислений. Именно «аналитическая машина» по своей сути явилась прототипом современного компьютера и содержала:

ОЗУ на регистрах из колес (Бэббидж назвал его «store» - склад),

АЛУ – арифметико-логическое устройство («mill» - мельница),

Устройство управления и устройства ввода-вывода, последних было даже целых три: печать одной или двух копий (!), изготовление стереотипного отпечатка и пробивка на перфокартах. Перфокарты служили для ввода программ и данных в машину. ОЗУ имело емкость 1000 чисел по 50 десятичных знаков, то есть около 20 килобайт. Заслуги Бэббиджа и Лавлейс значительны: они стали провозвестниками компьютерной эры, наступившей только через 100 лет. В их честь назвали языки программирования – АДА и БЭББИДЖ.

Уроженец Эльзаса Карл Томас , основатель и директор двух парижских страховых обществ в 1818 году сконструировал счетную машину, уделив основное внимание технологичности механизма, и назвал ее арифмометром. Уже через три года в мастерских Томаса было изготовлено 16 арифмометров, а затем и еще больше. Таким образом, Томас положил начало счетному машиностроению. Его арифмометры выпускали в течение ста лет, постоянно совершенствуя и меняя время от времени названия.

Начиная с XIX века, арифмометры получили очень широкое применение. На них выполнялись даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала даже особая профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность действий впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно, т.к. при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена. Первые арифмометры были дороги, ненадежны, сложны в ремонте и громоздки. Поэтому в России стали приспосабливать к более сложным вычислениям счеты. Например, в 1828 году генерал-майор Ф.М.Свободской выставил на обозрение оригинальный прибор, состоящий из множества счетов, соединенных в общей раме. Основным условием, позволявшим быстро вычислять, было строгое соблюдение небольшого числа единообразных правил. Все операции сводились к действиям сложения и вычитания. Таким образом, прибор воплощал в себе идею алгоритмичности.

Пожалуй, одно из последних, принципиальных изобретений в механической счетной технике было сделано жителем Петербурга Вильгодтом Однером . Построенный Однером в 1890 году арифмометр фактически ничем не отличается от современных подобных ему машин. Почти сразу Однер с компаньоном наладил и выпуск своих арифмометров - по 500 штук в год. К 1914 году в одной только России насчитывалось более 22 тысяч арифмометров Однера. В первой четверти XX века эти арифмометры были единственными математическими машинами, широко применявшимися в различных областях деятельности человека. Начиная с 1931 года, в СССР выпускается арифмометр ”Феликс”, один из вариантов арифмометра Однера. В России эти, громко лязгающие во время работы, машинки получили прозвище «Железный Феликс». Ими были оснащены практически все конторы.

Этапы развития вычислительной техники

Выполнил: Ворошилов И.А.

Проверила:

Введение 3

Ранние приспособления и устройства для счёта 3

Этапы развития вычислительной техники 4

Домеханический этап 4

Механический этап 5

Электромеханический этап 11

Суммирующая машина Паскаля 14

История 14

Калькулятор Лейбница 16

История создания 16

Арифмометр 18

Разностная машина Чарльза Бэббиджа 20

История создания 20

Аналитическая машина 24

Заключение 25

Список литературы 26

Приложение 27

Список иллюстраций 27

Введение Ранние приспособления и устройства для счёта

Человечество научилось пользоваться простейшими счётными приспособлениями тысячи лет назад. Наиболее востребованной оказалась необходимость определять количество предметов, используемых в меновой торговле. Одним из самых простых решений было использование весового эквивалента меняемого предмета, что не требовало точного пересчёта количества его составляющих. Для этих целей использовались простейшие балансирные весы, которые стали, таким образом, одним из первых устройств для количественного определения массы.

Принцип эквивалентности широко использовался и в другом, знакомом для многих, простейшем счётном устройств Абак или Счёты. Количество подсчитываемых предметов соответствовало числу передвинутых костяшек этого инструмента.

Сравнительно сложным приспособлением для счёта могли быть чётки, применяемые в практике многих религий. Верующий как на счётах отсчитывал на зёрнах чёток число произнесённых молитв, а при проходе полного круга чёток передвигал на отдельном хвостике особые зёрна-счётчики, означающие число отсчитанных кругов.

Этапы развития вычислительной техники Домеханический этап

Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании частей тела,

Рисунок 1. Суань-пань

в первую очередь пальцев рук и ног. Пальцевый счет уходит корнями в глубокую древность, встречаясь в том или ином виде у всех народов и в наши дни. Конечно, счёт был примитивным, а уровень абстракции очень низким. Понятие числа максимально конкретно, оно неразрывно связано с предметом (т.е. это, например, не число «два», а «две рыбы», «два коня» и т.д.). Диапазон счёта невелик. Можно выделить три типа таких счётных приспособлений. Искусственные приспособления: зарубки (насечки) на различных предметах, в Южной Америке получают широкое распространение узелки на верёвках. Предметный счёт, когда используются предметы типа камешков, палочек, зёрен и т.д. Часто этот тип счёта использовался вместе с пальцевым. Счёт с помощью предметов был предшественником счёта на абаке - наиболее развитом счётном приборе древности, сохранившем некоторое значение в настоящее время (в виде русских счётов, китайского суань-паня и др.). Под абаком понимается счётный прибор, на котором отмечены места (колонки или строчки) для отдельных разрядов чисел.

Механический этап

Рисунок 2. Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci, 1452–1519)

Под механическим вычислительным устройством понимается устройство, построенное на механических элементах и обеспечивающее автоматическую передачу из низшего разряда в высший. Один из первых арифмометров, точнее «суммирующая машина», был изобретен Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci, 1452–1519) около 1500 года. Правда, о его идеях никто не знал на протяжении почти четырех столетий. Рисунок этого устройства был обнаружен только в 1967 году, и по нему фирма IBM воссоздала вполне работоспособную 13-разрядную суммирующую машину, в которой использован принцип 10-зубых колес.

Десятью годами раньше в результате исторических изысканий в Германии были обнаружены чертежи и описание арифмометра, выполненные в 1623 году Вильгельмом Шиккардом (Wilhelm Schickard, 1592–1636), профессором математики университета в Тюбингене. Это была весьма «продвинутая» 6-разрядная машина, состоявшая из трех узлов: устройства сложения-вычитания, множительного устройства и блока записи промежуточных результатов. Если сумматор был выполнен на традиционных зубчатых ко-лесах, имевших кулачки для передачи в соседний разряд единицы переноса, то множитель был построен весьма изощренно. В нем немецкий профессор применил метод «решетки», когда при помощи «насаженной» на валы зубчатой «таблицы умножения» происходит перемножение каждой цифры первого сомножителя на каждую цифру второго, после чего со сдвигом складываются все эти частные произведения.

Рисунок 3. Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623–1662)

Эта модель оказалась работоспособной, что было доказано в 1957 году, когда она была воссоздана в ФРГ. Однако неизвестно, смог ли сам Шиккард построить свой арифмометр. Есть свидетельство, содержащееся в его переписке с астрономом Иоганном Кеплером (Johannes Kepler, 1571–1630) относительно того, что недостроенная модель погибла в огне во время пожара в мастерской. К тому же автор, вскоре скончавшийся от холеры, не успел внедрить в научный обиход сведения о своем изобретении, и о нем стало известно лишь в середине ХХ века.

Поэтому Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623–1662), который первым не только сконструировал, но и построил работоспособный арифмометр, начинал, как говорится, с ну-ля. Блистательный французский ученый, один из создателей теории вероятностей, автор нескольких важных математических теорем, естествоиспытатель, открывший атмосферное давление и определивший массу земной атмосферы, и выдающийся мыслитель, был в повседневной жизни любящим сыном президента королевской палаты сборов. Девятнадцатилетним юношей, в 1642 году, желая помочь отцу, тратившему много времени и сил, составляя финансовые отчеты, он сконструировал машину, которая могла складывать и вычитать числа.

Первый образец постоянно ломался, и через два года Паскаль сделал более совершенную модель. Это была чисто финансовая машина: она имела шесть десятичных раз-рядов и два дополнительных: один поделенный на 20 частей, другой на 12, что соответствовало соотношению тогдашних денежных единиц (1 су = 1/20 ливра, 1 денье = 1/12 су). Каждому разряду соответствовало колесо с конкретным количеством зубцов.

За свою недолгую жизнь Блез Паскаль, проживший всего 39 лет, успел сделать около пятидесяти счетных машин из самых разнообразных материалов: из меди, из различных пород дерева, из слоновой кости. Одну из них ученый преподнес канцлеру Сегье (Pier Seguier, 1588–1672), какие-то модели распродал, какие-то демонстрировал во время лекций о последних достижениях математической науки. 8 экземпляров дошло до наших дней.

Рисунок 4. Готфрид Лейбниц (Gottfried Leibniz, 1646–1716)

Именно Паскалю принадлежит первый патент на «Паскалево колесо», выданный ему в 1649 году французским королем. В знак уважения к его заслугам в области «вычислительной науки», один из современных языков программирования назван Паскалем.

Классическим инструментом механического типа является арифмометр (устройство для выполнения четырёх арифметических действий), изобретённый Готфридом Лейбницем (Gottfried Leibniz, 1646–1716) в 1673 году. Полученная в результате напряженного поиска 8-разрядная модель могла складывать, вычитать, умножать, делить, возводить в степень. Результат умножения и деления имел 16 знаков. Лейбниц применил в своем арифмометре такие конструктивные элементы, которые использовались при проектировании новых моделей вплоть до ХХ века. В XVII-XVIII вв. сколько-нибудь значительной практической потребности в механизации вычислительных работ не существовало. Интерес к механизации вычислений был вызван, в частности, общефилософскими и общенаучными установками того времени, когда законы и принципы механики рассматривались как общие законы бытия. В XIX в. в связи с развитием промышленной революции, возникает потребность в механизации конторских работ.

Рисунок 5. Арифмометр

Пионером серийного изготовления счетных машин стал эльзасец Шарль-Ксавье Тома де Кольмар (Charles-Xavier Thomas de Colmar, 1785–1870). Введя в модель Лейбница ряд эксплуатационных усовершенствований, он в 1821 году начинает выпускать в своей парижской мастерской 16-разрядные арифмометры, которые получают известность как «томас-машины». На первых порах они стоили недешево - 400 франков. И выпускались в не столь уж и больших количествах - до 100 экземпляров в год. Но к концу века появляются новые производители, возникает конкуренция, цены понижаются, а количество покупателей возрастает.

Различные конструкторы как в Старом, так и в Новом свете патентуют свои моде-ли, которые отличаются от классической модели Лейбница лишь введением дополнительных удобств в эксплуатации. Появляется звонок, сигнализирующий об ошибках типа вычитания из меньшего числа большего. Наборные рычажки заменяются клавишами. Приделывается ручка для переноса арифмометра с места на место. Повышаются эргономические показатели. Совершенствуется дизайн.

В конце XIX века на мировой рынок арифмометров самым решительным образом вторглась Россия. Автором этого прорыва стал обрусевший швед Вильгодт Теофилович Однер (1846–1905), талантливый изобретатель и удачливый бизнесмен. До того, как заняться выпуском счетных машин, Вильгодт Теофилович сконструировал устройство автоматизированной нумерации банкнот, применявшееся при печатании ценных бумаг. Ему принадлежит авторство машины для набивки папирос, автоматического ящика для голосования в Государственной Думе, а также турникетов, применявшиеся во всех су-доходных компаниях России.

В 1875 году Однер сконструировал свой первый арифмометр, права на производство которого передал машиностроительному заводу «Людвиг Нобель». Спустя 15 лет, став владельцем мастерской, Вильгодт Теофилович налаживает в Петербурге выпуск новой модели арифмометра, которая выгодно отличается от существовавших на тот момент счетных машин компактностью, надежностью, простотой в обращении и высокой производительностью.

Рисунок 6. Чарльз Бэббидж (Charls Babbige, 1791-1871)

Спустя три года мастерская становится мощным заводом, производящим в год более 5 тысяч арифмометров. Изделие с клеймом «Механический завод В. Т. Однер, С-Петербург» начинает завоевывать мировую популярность, ему присуждаются высшие награды промышленных выставок в Чикаго, Брюсселе, Стокгольме, Париже. В начале ХХ века арифмометр Однера начинает доминировать на мировом рынке. Таким образом к концу XIX в. производство арифмометров становится массовым.

Однако предшественником современных ЭВМ является аналитическая машина Чарльза Бэббиджа. Проект аналитической машины, представляющей собой цифровую вычислительную машину с программным управлением, был предложен Бэббиджем в 30-е годы XIX века. А в 1843 г. для этой машины была создана первая достаточно сложная машинная программа: программа вычислений чисел Бернулли, составленная Адой Лав-лейс. Оба эти достижения были феноменальными. Они более чем на столетие опередили своё время. Только в 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века - электромеханических реле - смог построить такую машину под названием «Марк-1».