История развития вычислительных механизмов

Слово "компьютер" произошло от английских слов to compute, computer, что в переводе означает вычислитель или вычислять. Изначально это слово подразумевало человека, занимающегося арифметическими вычислениями при помощи и без помощи механических устройств. В 1897 году в Оксфордском словаре английского языка впервые слово "компьютер" трактуется, как механическое вычислительное устройство. Развитие компьютеров - это длинная история с открытиями и ошибками, каждое их них приближало человечество к прогрессивным компьютерным технологиям.

Абак

Еще 3 тыс. лет до н.э. в Древнем Вавилоне появилось первое приспособление для вычислений, можно сказать компьютер, древние арабские счеты - абак.

Это устройство облегчало арифметические подсчеты при торговых сделках и сборе налогов. Первоначально оно состояло  из деревянной дощечки, посыпанной песком, на котором делались бороздки. В них размещались счетные метки (камешки, жетоны, обозначавшие цифры), их передвигали по углублениям. Одна бороздка обозначала единицы, другая - десятки, третья - сотни. Позднее стали применять палочки или проволоку, с надетыми камешками. Делали абак из камня, слоновой кости, бронзы, цветного стекла. С этими специальными костяшками выполняли довольно сложные расчеты. В Китае абак появился в VI веке н.э., он получил название суаньпань. Китайские счеты суаньпань состоят из прямоугольной рамы, в которой параллельно друг другу прикреплены веревки или проволоки. На них нанизано по 7 шариков. Причем по 2 шарика отделяются от остальных перпендикулярной линией.

Русские счеты

Десятичный абак или русские счеты произошли с XV - XVI века и носили название "дощатый счет". Они относятся к одним из ранних вычислительных устройств, которое при удивительной простоте устройства и результатам, каких можно было на них достичь, соперничали со сложными счетными машинами и применялись при торговых сделках и в бухгалтерских делах до конца XX века. "Дощатый счет" состоял из небольшой рамки с четками, нанизанными на веревки. На них было сначала четыре счетных поля, затем два.

Эти счеты, сделанные в середине XVII века, хранятся в Московском Государственном историческом музее. В 1860 году российским математиком, инженером А. К. Больманом был разработан вариант русских счет известной и привычной для нас формы.

На них можно было выполнять сложение, вычитание, деление, умножение, извлекать корни, возводить в степень, подсчитывать проценты. Верхние ряды имеют по 10 костяшек для откладывания целых чисел. Четыре костяшки являются разделительным рядом для целых и дробных частей. Под ним находятся три ряда для подсчета копеек или десятых, сотых и тысячных числа. В русских счетах заложена десятичная система счета в связи с тем, что в России была принята десятичная денежная система. Рубль приравнялся десяти гривенникам, гривенник - десяти копейкам, червонец - десяти рублям. Конструкция счетного прибора постепенно усовершенствовалась. Счеты минимум два с половиной века честно служили нашему народу, за что заслуживают большого уважения.

Палочки Непера

Шотландский барон, ученый, математик, изобретатель Джон Непер в 1617 году написал трактат о способе умножения с помощью набора деревянных брусков. Впоследствии их начали называть палочки Непера. В основе этого приспособления применялся метод умножения решеткой. Незатейливый прибор состоял из десяти палочек-линеек. На одной палочке намечены цифры от 1 до 9 (они указывали строки). На остальных была нанесена таблица умножения всех чисел от 1 до 9. На каждой палочке сверху были нанесены цифры от 1 до 9, а ниже записаны результаты произведения этого числа на цифры от 1 до 9, причем ячейка была разделена диагональю на две части. В нижней части ячейки был записан разряд единиц, а в верхней - десятков. Для умножения выбирались палочки с цифрами сверху, соответствующими значению множимого и выкладывались в ряд. Слева размещали указатель строк, по нему искали строки, которые соответствовали множителю. Затем получали сумму чисел, расположенных вдоль диагональной линии. Например, надо умножить 568 на 7, для этого нужно взять палочки с цифрами вверху 5, 6, 8 выстроить в ряд и приложить слева указатель строк. Смотрим на седьмую строку:

Затем складываем два числа, находящихся одно под диагональю, другое - над диагональю следующего квадрата. Эти суммы дают результат. С помощью палочек  Непера можно было легко умножать числа. Для их изготовления часто применялась слоновая кость. На основе сочинения Джона Непера на тему "Описание удивительной таблицы логарифмов" в 1623 году была изобретена первая логарифмическая линейка. Джон Непер писал: "Я всегда старался, насколько мне позволяли силы и способности, освободить людей от трудности и скуки вычислений".

Машина Шиккарда

Вильгельм Шиккард немецкий ученый, астроном, профессор математики Тюбингенского университета в 1623 году осуществил первые шаги в создании механической счетной машины. Но о его изобретении мир узнал только спустя 300 лет. В письме от 20 сентября 1623 года к Иоганну Кеплеру, немецкому математику, астроному, первооткрывателю законов движения Солнечной системы, Шиккард писал, что ему удалось сконструировать машину, на которой можно автоматически производить сложение, вычитание, а с помощью специальных приспособлений еще и умножение, деление. К письму прикладывался эскиз.

Работа её основывалась на использовании шестеренок и звездочек, как в часах, а если итог превышал запасы памяти, доносился звон колокольчика. Шиккард назвал машину "часами для счета". Он писал, что Кеплер, увидев, что машина сама накапливает и переносит влево десятки или сотни, и отнимает, то, что удерживает в памяти при вычитании, был бы приятно изумлен. В письме Шиккард упомянул, что два экземпляра машины, которые были сделаны, сгорели при пожаре, поэтому он очень расстроен, а времени, чтобы воссоздать машину, у него нет. Таким образом, подтверждений о работоспособности машины не сохранилось. А в 1957 году директор Кеплеровского научного центра в Штутгарде Франц Гаммер, систематизируя фотокопии писем ученого (все оригиналы хранятся в Санкт-Петербургском филиале архива РАН), обнаружил письмо Шиккарда к Кеплеру, фотокопию эскиза его счетной машины, еще один чернильный набросок машины Шиккарда и письменные наставления механику Вильгельму Пфистеру, который изготовлял машину. По этим материалам, в начале 60-х годов ученые Тюбингенского университета изготовили действующую модель вычисляющих часов, и подтвердили её работоспособность. Это открытие говорит о том, что проект счетной машины Шиккарда появился на два десятилетия раньше суммирующей машины Блез Паскаля, которую ученые в течение трех столетий считали первой вычислительной машиной.

В счетной машине Шиккарда было множительное, суммирующее устройства, и приспособление для сбережения промежуточных результатов. Множительное устройство располагалось в верхней части и состояло из неперовских палочек, свернутых в цилиндр. Они были укреплены на шести вертикальных осях и приводились в движение при помощи ручек, находящихся сверху машины. На передней части машины была расположена панель с девятью рядами окошек по шесть штук в каждом, в которых появлялись цифры. Для умножения использовался механизм, который состоял из шести осей с нанесенной на них таблицей умножения. Несмотря на то, что о машине Шиккарда знали всего лишь несколько человек, и его эскизы не оказали влияние на развитие вычислительной техники, имя Вильгельма Шиккарда стоит в одном ряду с Блезом Паскалем, Готфридом Вильгельмом Лейбницем, Чарльзом Бэббиджем, Пафнутием Львовичем Чебышевым и другими известными изобретателями счетных механизмов тех времен.