Історія розвитку обчислювальних механізмів

Слово "комп'ютер" походить від англійських слів to compute, computer, що у перекладі означає обчислювач чи обчислювати. Спочатку це слово мало на увазі людину, що займається арифметичними обчисленнями за допомогою і без допомоги механічних пристроїв. У 1897 році в Оксфордському словнику англійської мови вперше слово "комп'ютер" трактується як механічний обчислювальний пристрій. Розвиток комп'ютерів — це довга історія з відкриттями та помилками, кожне з них наближало людство до прогресивних комп'ютерних технологій.

Абак (Рахівниця)

Ще 3 тис. років до н. є. у Стародавньому Вавилоні з'явилося перше пристосування для обчислень, можна сказати комп'ютер, древні арабські рахівниці — абак.

Цей пристрій полегшував арифметичні підрахунки при торгових угодах та зборі податків. Спочатку він складався з дерев'яної дощечки, посипаної піском, на якому робилися борозенки. В них розміщувалися рахункові мітки (камінчики, жетони, що позначали цифри), їх пересували по поглибленнях. Одна борозенка позначала одиниці, інша – десятки, третя – сотні. Пізніше почали застосовувати палички чи дріт, з одягненими камінчиками. Робили абак із каменю, слонової кістки, бронзи, кольорового скла. З цими спеціальними кісточками виконували досить складні розрахунки. У Китаї "сучасніший" варіант абака з'явився 500 років до н. е., він отримав назву суаньпань. Китайські рахівниці суаньпань складалися з прямокутної рами, в якій паралельно один одному були прикріплені мотузки або дроти. На них нанизано по 7 кульок. Причому по 2 кульки відокремлювалися від інших перпендикулярною лінією.

Російські рахівниці

Одним із різновидів суаньпань є десятковий абак чи російські рахівниці, які з'явилися в XV - XVI столітті та мали назву "дощатий рахунок". Вони відносяться до одних з ранніх обчислювальних пристроїв, які при дивовижній простоті пристрою та результатах, яких можна було на них досягти, змагалися зі складними рахунковими машинами та застосовувалися при торгових угодах та в бухгалтерських справах до кінця XX століття. "Дощатий рахунок" складався з невеликої рамки з кісточками, нанизаними на металеві дротики. На них було спочатку чотири рахункові поля, потім два.

Ці рахівниці, зроблені у середині XVII століття, зберігаються у Московському Державному історичному музеї. У 1860 році російським математиком, інженером А. К. Больманом був розроблений варіант російських рахівниць відомої та звичної для нас форми.

На них можна було виконувати додавання, віднімання, розподіл, множення, добувати коріння, зводити ступінь, підраховувати відсотки. Верхні ряди мають по 10 кісточок для відкладання цілих чисел. Чотири кісточки є розділовим рядом для цілих та дробових частин. Під ним знаходяться три ряди для підрахунку копійок або десятих, сотих та тисячних числа. У російських рахівницях закладена десяткова система рахунку у зв'язку з тим, що у Росії було прийнято десяткову грошову систему. Рубль дорівнював десяти гривень, гривна — десяти копійкам, червінець — десяти рублям. Конструкція лічильного приладу поступово удосконалювалася. Рахівниці щонайменше два з половиною століття чесно служили нашому народу, за що заслуговують на велику повагу, іноді використовується і нині.

Палички Непера

Шотландський барон, вчений, математик, винахідник Джон Непер в 1617 році написав трактат про спосіб множення за допомогою набору дерев'яних брусків. Згодом їх почали називати паличками Непера. В основі цього пристрою застосовувався метод множення ґратами. Невигадливий прилад складався з десяти паличок-лінійок. На одній паличці намічено цифри від 1 до 9 (вони вказували рядки). На інших було нанесено таблицю множення всіх чисел від 1 до 9. На кожній паличці зверху були нанесені цифри від 1 до 9, а нижче записані результати добутку цього числа на цифри від 1 до 9, причому осередок був розділений діагоналлю на дві частини. У нижній частині осередку було записано розряд одиниць, а верхній — десятків. Для множення вибиралися палички з цифрами зверху, що відповідають значенню множеного та викладалися в ряд. Зліва розміщували покажчик рядків, по ньому шукали рядки, які відповідали множнику. Потім отримували суму чисел, розташованих уздовж діагональної лінії. Наприклад, треба помножити 568 на 7, для цього потрібно взяти палички з цифрами вгорі 5, 6, 8 вишикувати в ряд і прикласти зліва покажчик рядків. Дивимося на сьомий рядок:

Потім складаємо два числа, що знаходяться одне під діагоналлю, інше над діагоналлю наступного квадрата. Ці суми дають результат. За допомогою паличок Непера можна було легко множити числа. Для їхнього виготовлення часто застосовувалася слонова кістка. На основі твору Джона Непера на тему "Опис дивовижної таблиці логарифмів" в 1623 році була винайдена перша логарифмічна лінійка. Джон Непер писав: "Я завжди намагався, наскільки мені дозволяли сили та здібності, звільнити людей від труднощів та нудьги обчислень".

Машина Шиккарда

Вільгельм Шиккард німецький вчений, астроном, професор математики Тюбінгенського університету в 1623 році здійснив перші кроки у створенні механічної лічильної машини. Але про його винахід світ дізнався лише через 300 років. У листі від 20 вересня 1623 року до Йоганна Кеплера, німецького математика, астронома, першовідкривача законів руху Сонячної системи, Шиккард писав, що йому вдалося сконструювати машину, на якій можна автоматично виробляти додавання, віднімання, а за допомогою спеціальних пристосувань ще й множення, поділ. До листа прикладався ескіз.

Робота її ґрунтувалася на використанні шестерень і зірочок, як у годиннику, а якщо результат перевищував запаси пам'яті, долинав дзвін. Шиккард назвав машину "годинник для рахунку" (Лічильний годинник). Він писав, що Кеплер, побачивши, що машина сама накопичує і переносить вліво десятки або сотні, і забирає те, що утримує в пам'яті при відніманні, був би приємно здивований. У листі Шиккард згадав, що два екземпляри машини, які були зроблені, згоріли під час пожежі, тому він дуже засмучений, а часу, щоб відтворити машину, він не має. Таким чином, доказів про працездатність машини не збереглося. А в 1957 році директор Кеплерівського наукового центру в Штутгарді Франц Гаммер, систематизуючи фотокопії листів вченого (всі оригінали зберігаються в Санкт-Петербурзькій філії архіву РАН), виявив лист Шиккарда до Кеплера, фотокопію ескізу його лічильної машини, та ще один чорнильний малюнок машини Шиккарда та письмові настанови механіку Вільгельму Пфістеру, який виготовляв машину. За цими матеріалами, на початку 60-х років вчені Тюбінгенського університету виготовили діючу модель обчислювального годинника, і підтвердили її працездатність. Це відкриття говорить, що проект лічильної машини Шиккарда з'явився на два десятиліття раніше підсумовуючої машини Блез Паскаля, яку вчені протягом трьох століть вважали першою обчислювальною машиною.

У лічильній машині Шиккарда був множинний, підсумковий пристрій і пристосування для заощадження проміжних результатів. Множинний пристрій розташовувався у верхній частині та складався з неперівських паличок, згорнутих у циліндр. Вони були укріплені на шести вертикальних осях і рухалися за допомогою ручок, що знаходилися зверху машини. На передній частині машини була розташована панель з дев'ятьма рядами вікон по шість штук у кожному, в яких з'являлися цифри. Для множення використовувався механізм, що складався із шести осей з нанесеною на них таблицею множення. Попри те, що про машину Шиккарда знали лише кілька людей, і його ескізи не вплинули на розвиток обчислювальної техніки, ім'я Вільгельма Шиккарда стоїть в одному ряду з Блезом Паскалем, Готфрідом Вільгельмом Лейбніцем, Чарльзом Беббіджем, Пафнутиєм Львовичем Чебишевим та іншими відомими винахідниками лічильних механізмів тих часів.