История отрасли пособие

1670 г. Г.Лейбниц привел описание "пошагового вычислителя", относящегося к виду арифмометров, последняя модель которого была изготовлена в 1694 г. Основной деталью его машин являлся разработанный ступенчатый валик, представляющий собой цилиндр с нанесенными по продольной оси зубцами различной длины. Валик перемещался вдоль своей оси на расстояние, пропорциональное значению вводимой цифры. При вводе в счетный

механизм установленного на входе числа с помощью рукоятки все валики одновременно поворачивались на 360о, а зубчатые колеса счетного механизма (на каждый валик – одно зубчатое колесо) поворачивались на различный угол в зависимости от того, с каким количеством зубцов валика соответствующее колесо входит в зацепление. Лейбницу удалось в своей машине ус-

корить операции умножения и деления за счет разделения машины на две части – подвижную и неподвижную.

Рис.98. Валик Лейбница

1675 г. Клод Перро (Франция) изготовил "Рабдологический абак" – счетную машину, представлявшую собой небольшую пластину, в которой в качестве исполнительных механизмов использованы линейки, располагаемые в специальных выдолбленных дорожках. Каждая линейка, способная подниматься вверх и опускаться к основанию машины, служит для представления соответствующего числа (единиц, десятков и т. д.). Линейки разделялись по длине на 26 частей глубокими прорезями. Для ввода числа необходимо было установить штифт в соответствующую прорезь на линейке и сдвигать линейку до тех пор, пока штифт не упрется в нижний торец паза. Он применил в машине 7 реек по числу разрядов вычисления. При заполнении одного разряда специальный крючок сдвигал соседнюю рейку на один зубец. В 1700 г. Перро издает в Париже "Сборник большого числа машин собственного сочинения", где описывает и "Рабдологический абак".

1703 г. Г.Лейбниц написал трактат "Expication de l'Arithmetique Binary"

о возможности использования двоичной системы счисления в счетных -ма шинах, где им сделана попытка разработать правила двоичной арифметики.

1709 г. Математик и астроном Джованни Полени дал описание предложенной им экспериментальной модели счетной машины, в которой приведение в действие счетного механизма осуществлялось падающим грузом-

гирькой, привязанной к свободному концу каната. Он также выдвинул идею "зубчатого колеса с переменным числом зубьев".

1714 г. Инженеру Г.Миллю британским патентным бюро выдан патент на первую пишущую машинку - прообраз клавиатуры и принтера.

1725 г. Х.Герстен изготовил модель семиразрядной машины, содержащей счетные колеса и рейки. В машине первое число вводилось зубчатым колесом, а второе - зубчатой рейкой, что позволяло более точно контролировать правильность ввода. Машина подсчитывала количество последовательных сложений и вычитаний при проведении операций умножения и деления, необходимых при умножении чисел, а также в ней предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода (установки) второго слагаемого.

1727 г. Немецкий механик Якоб Лейпольд разработал множительное устройство на основе граненного барабана. Каждая из десяти граней барабана содержала нанесенную на них таблицу умножения по схеме Непера. Работа счетной машины Лейпольда была основана на предложенном им принципе так называемого "переменного пути зубчатки". В начале движения привод-

ной ручки машины зубья зубчатой рейки сцеплялись с колесом основного счетчика и поворачивали его на определенный угол. Момент расцепления рейки с колесом определялся пройденным расстоянием кулачка, связанного с устройством ввода.

1750 г. Одной из первых машин, применяющихся для обучения счету, относится суммирующее устройство испанского учителя Родригеса Перейры. В его машине основными деталями являлись10 зубчатых цилиндров, расположенных на одной оси. Цилиндры делились на 30 частей с тремя последовательностями цифр 0 – 9. Перенос десятков в машине осуществлялся с помощью качающегося рычага. Цилиндры служили одновременно устройством ввода, механизмом непосредственного счета и индикации вносимого числа.

Ввод расчетных значений производился вставкой штифтов в зубчатые края цилиндров, суммирование и вычитание – их поворотом, а индикация – считыванием в окошках цифр, нанесенных на края цилиндров.

1770 г. Часовой мастер Евна Якобсон (Литва) создает суммирующую машину, способную работать с 9-значными числами. Для проведения операции умножения на верхнюю крышку машины Якобсон нанес таблицу умножения. Основой его машины являлся механизм Шиккарда, дополненный полудиском и рычагом для ввода чисел. Особенностью машины Якобсона было особое устройство, которое позволяло автоматически подсчитывать число произведенных вычитаний - определять частное.

1774 г. Пастор Филипп Ган (Германия) построил умножающую 11 разрядную счетную машину, а в 1778 г. - 14 разрядную. Отличительной чер-

той машины Гана было круглая форма конструкции и использование"ступенчатых валиков" Лейбница, которые изобретатель расположил вдоль боковой стороны машины.

1775 г. Чарльз Стенхоуп (Англия) на основе ступенчатых валиков Лейбница построил арифмометр, особенностью которого было впервые введенное разделение операции передачи десятков из разряда в разряд.

1778 г. Ф.Ган на основе своих ранних проектов построил арифмометр

(от греч. arithmos – число и metreo – измеряю).

1783 г. Военный инженер И.Мюллер(Германия) сформулировал идею устройства разностной машины, суть которой заключалась в замене непосредственного вычисления функции последовательным выполнением серии операций суммирования разностей значений этой функции. Им был изготовлен на основе ступенчатых валиков Лейбница калькулятор, способный выполнять все четыре действия арифметики над 14-ти разрядными числами.

1790 г. Начальник бюро переписи барон де Прони по заданию Наполеона разработал технологию составления математических таблиц. Прони разделил весь процесс вычисления на три этапа: первый - разработка математического обеспечения, второй – организация процесса вычислений на материалах обеспечения, третий – непосредственное вычисление данных и оформление результатов.

1791 г. Во Франции разработана метрическая система единиц, введенная декретом от 1 августа 1793 г. Революционного конвента. В России метрическая система была введена 14 сентября 1918 г. декретом Совнаркома.

1804 г. Жозеф Мари Жаккар (Франция) реализовал принцип автоматического управления работой ткацких станков. Управление заключалось в программировании работы станкас помощью специальных перфорированных карт (перфокарт). Работа станка программировалась при помощи колоды карт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. В результате ткацкий станок Жаккара мог на ткани воспроизводить сложные узоры.

1812 г. Поставив перед собой цель механизировать вычисление логарифмических и тригонометрических таблиц, Ч.Бэббидж конструирует и начинает процесс изготовления разностной вычислительной машины.

1818 г. Руководитель парижского страхового общества Карл Томас изобрел первый арифмометр, основным элементом которого был ступенчатый валик Лейбница - цилиндр с зубцами разной длины в виде ступенек. На его поверхности находилось девять зубцов, причем второй в два раза превос-

ходит по длине первый, третий в три раза и т.д. Напротив каждого ступенчатого валика помещалась установочная зубчатка, перемещающаяся вдоль четырехгранной оси. Количество ступенчатых валиков определялось наибольшим вычисляемым числом.

1820 г. Шарль Кольмар создал "Арифмометр", первый массово производимый калькулятор. Он позволял производить умножение и деление, используя принцип Лейбница. Основу конструкции арифмометра К. Томаса составили ступенчатые валики Г.Лейбница. Одному разряду соответствовал один ступенчатый валик. Против каждого валика находилась установочная зубчатка, которая могла двигаться вдоль четырехгранной оси с помощью ползуна, заканчивающегося на лицевой панели кнопкой. При установке чисел кнопка свободно передвигалась по прорезям-разрядам, тем самым передвигая установочную зубчатку по оси до ее совпадения с нужной цифрой. Вращая с помощью рукоятки ступенчатые валики, зубчатка входила в зацепление с соответствующим числом ступенек на валике и поворачивала его на тот или иной угол. На осях находились промежуточные шестерни, которые передавали это вращение цифровому колесу счетчика.

1822 г. Английский ученый и изобретатель Ч.Бэбидж завершает работу над действующей моделью разностной машины, способной табулировать функции с точностью до 8 знака.

1828 г. Генерал-майор русской армии Ф. М. Слободской создает счетные приборы, которые вместе со специальными таблицами позволяли сводить арифметические действия к сложению и вычитанию. Счетный прибор Слободского состоял из нескольких счетов (обычно их было двенадцать, но в некоторых устройствах их число доходило до тридцати), объединенных в одной раме. Использование прибора позволило увеличить скорость расчетов, которая определялась скоростью передвижения оператором костяшек с -по мощью специального прута с рукояткой. Например, для извлечения кубического корня из 21-значного числа требовалось всего три минуты.

1834 г. Георг и Эдвард Шойтци(Швеция) по описанию проекта Беббиджа изготовили деревянную модель разностной машины(дифференциального анализатора). В течение 1834-42 гг. они изготовили несколько действующих машин собственной конструкции, способных вычислять линейные функции с точностью до 5 знаков.

Французский физик Андре Мари Ампер выпустил книгу"Очерки по философии науки", в которой применил термин"кибернетика" для обозначения гипотетической науки об управлении государством, обществом (от греч. "кибернетос" - рулевой, кормчий, управляющий).

Ч.Бебидж начал разработку аналитической машины для проведения расчетов в цифровом виде.

1836 г. Ч.Бебидж закончил разработку структуры аналитической машины, в которой были заложены идеи, предвосхитившие конструкцию современных компьютеров. По проекту "аналитическая машина" должна была хранить промежуточные результаты вычислений (на перфокартах), иметь раздельные "процессор" и "память", реализовывать условные переходы, разветвляющих алгоритм вычислений, и организацию циклов для многократного повторения одной и той же подпрограммы, обеспечивать автоматический ввод и вывод информации при работе вычислительного устройства.

По проекту Бебиджа аналитическая машина, обобщенная структура которой представлена на рис.99., должна была содержать блок хранения (склад) рассчитываемых чисел и кодов выполняемых операций, вычислительный блок (мельница), перфокартное устройство ввода и вывода рассчитываемой информации и блок управления.

Рис.99. Структура (архитектура) аналитической машины Ч.Бебиджа

Блок хранения предназначался для хранения исходных, промежуточных и рассчитанных чисел. Так как хранение чисел предполагалось временно, то по современной терминологии это устройство равноценно оперативному запоминающему устройству. Хранение информации Бебидж планировал производить на перфокартах или на металлических вращающихся дисках. Планируемая емкость склада должна была составлять1000 чисел в 50 десятичных разрядов каждое, что соответствует 20 килобайтам.

Мельница предназначалась для выполнения основных четырех арифметических действий.

Блок управления по проекту Бебиджа должен был состоять из двух механизмов считывания перфокарт. Первый механизм - для приведения вычислительного блока в готовность выполнения требуемой арифметической операции, а второй для обеспечения взаимной передачи данных из блока памяти и вычислительного блока. Для кодирования вида выполняемой операции им были предусмотрены специальные операционные перфокарты (рис.100).

Устройство вывода предполагалось снабдить механизмом нанесения рассчитанных результатов на медные пластинки для последующей распечат-

ки. В разрабатываемой машине Бебидж ввел управляющую команду условного перехода, что стало началом использования в счетной технике логических операций.

Полностью разностная машина Ч. Бэббиджа была достроена только в наше время в 1991 г. двумя инженерами Р.Криком и Б.Холловеем в Лондонском научном музее к 200-летию со дня рождения ее автора.

Рис.100. Операционные перфокарты

1837 г. Ч.Бебидж предложил идею использования графопостроителя для вывода на печать рассчитанных аналитической машиной зависимостей.

1842 г. Итальянский инженер Л.Ф.Менабриа в своей статье дал подробное описание аналитической машины Бебиджа и заложенных в нее идей.

Ада Лавлейс, дочь известного поэта лорда Байрона, осуществила перевод статьи Л.Менабриа на английский язык со своими обширными примечаниями относительно принципиальных возможностей аналитической машины Бебиджа. В этих примечаниях, которые по существу являлись самостоятельным научным трудом, А. Лавлейс, подчеркивая, что аналитическая машина предназначена для обработки цифровой (абстрактной) информации ("Суть и предназначение машины изменятся от того, какую информацию мы в нее вложим"), отмечает необходимость разработки специальной программы для решения конкретной задачи, чем заложила основы программирования. В своей работе она предлагает первые программы, заложив многие идеи программирования и введя ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени. К таким понятиям относятся рабочая переменная(рабочая ячейка), цикл операции, машинный язык и т.д.

1843 г. А.Лавлейс подготовила для машины Ч.Бебиджа первую программу по расчету чисел Бернулли.

1845 г. З.Я.Слонимский (Россия) на основе созданной им теории чисел предложил суммирующее устройство с автоматическим переносом десятков следующего разряда. На суммирующую машину, названную автором "Снаряд для сложения и вычитания", получен патент и Демидовская премия. Основными элементами машины были зубчатые колеса с24 коническими зубцами. Ввод расчетных чисел производился поразрядно штифтом, вставляемым в отверстия между зубцами колеса.

1846 г. Учитель музыки Куммер представил в Петербургскую академию наук устройство счета, впоследствии названное счислителем Куммера. Механизм счета в устройстве был выполнен на зубчатых рейках. Счислитель имел вид прямоугольной доски с фигурными рейками. Сложение и вычитание производилось посредством простейшего передвижения реек. Вдоль них в верхней половине имелась надпись"Сложение" и цифры от "1" до "9". В нижней половине, отделенной от верхней планкой для считывания результатов, помещались цифры от "9" до "1" и надпись "Вычитание". Чтобы осуществлять передвижение реек вверх и вниз, следовало вставлять специальный штырек в отверстия, расположенные на рейках около цифр.

1847 г. Ирландский математик Джорж Буль издал книгу"The Mathematical Analysis of Logic (Математический анализ логики)", в которой он обосновал алгебраические правила двоичной системы счисления, которая получила название "булева алгебра".

1848 г. Ч.Бебидж начал работу над новым проектом разностной машины, в которой предполагал использовать при сложении сквозную схему -пе реноса вместо последовательной.

1850 г. Д.Пармелю выдан в США патент на одноразрядную суммирующую машину, использующую клавишный ввод рассчитываемых чисел.

Одноразрядная машина отличалась простотой конструкции в виду отсутствия механизма переноса десятков, в ней можно было последовательно складывать цифры, стоящие в разряде единиц, затем – в разряде десятков, сотен и т. д. Для расчетов много разрядных чисел необходимо было запоминать одноразрядные суммы и переносить их в старшие разряды. По указанным причинам эти машины распространения не получили.

1853 г. Г.Шойтц построил первый полноразмерный дифференциальный анализатор. Машина работала с 15 - разрядными числами и дифференциалами четвертого порядка. Результаты расчетов выводились на печатную матрицу по принципу Беббиджа. Позднее английской фирмой Brian Donkin была построена вторая машина.

1854 г. Джорж Буль публикует работу "Исследование законов мышления". В работе он описывает предлагаемую им систему обозначений и правил, применимую к всевозможным объектам от чисел и букв до предложений. Согласно этой системе все суждения могут быть сведены только к двум понятиям "истинно" или "ложно". Закодировав высказывания с помощью предлагаемых им символов, можно оперировать ими в виде простых алгебраических уравнений подобно обычным числам. В его алгебре основными логическими операциями являются операции "И" и "ИЛИ". Операции "И" соответствуют выражения 0 х 0 = 0, 0 х 1 = 0, 1 х 0 = 0, 1 х 1 = 1, а операции

"ИЛИ" - 0 + 1 = 0, 0 +1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 +1 = 1. Таким образом, Буль ввел в

обиход двоичную систему счисления.

Таблица 2. Таблица соответствия систем счисления

Десятичная	Двоичная	Десятичная	Двоичная
система	система	система	система
0	0	9	1001
1	1	10	1010
2	10	11	1011
3	11	12	1100
4	100	13	1101
5	101	14	1110
6	110	15	1111
7	111	16	10000
8	1000

1859 г. Ч.Бебидж выдвинул идею параллельной работы нескольких вычислительных устройств под единым управлением.

1860 г. Чарлз Сандерс Пирс (США) предложил двоичную логику Буля использовать для описания электрических переключательных схем. Пирс разработал также простую электрическую логическую схему, в которой ток в цепи может либо протекать, либо отсутствовать, подобно тому, как логическое утверждение может быть либо истинным, либо ложным.

1863 г. В.Буллок (США) изобрел устройство, печатающее на бумажной ленте с укрепленных на цилиндре печатных знаков, последствии ставшее ротационной печатной машиной.

1867 г. Вице-президент Российской академии наук В.Я. Буняковский создает счетный механизм "самосчеты", основанный на принципе действия русских счетов. Прибор состоял из вращающегося латунного диска, укрепленного на деревянной доске, и неподвижного металлического кольца с нанесенными на него числами (от 1 до 99). Прибор предназначался для сложения большого количества небольших чисел.

Американский топограф К.Л.Шоулз изобретает пишущую машинку, которая выпускалась под наименованием "Ремингтон".

1870 г. Английский математик Вильям Стенли Джеванс изобрел "логическое пианино" - машину, используемую как учебное пособие при преподавании курса логики.

1871 г. Ч.Беббидж для своей аналитической машины создал прототипы процессора и печатающего устройства.

1872 г. Американский изобретатель Ф.Болдуин предложил использовать для счетного устройства колесо с переменным числом зубцов. Позже он получил в Вашингтоне патент на свое изобретение.

1873 г. Вильгодт Однер (Россия) разработал модель умножающего калькулятора. Особенностью калькулятора стало применение зубчатых колес с переменным числом зубцов, которым дали имя Однера, вместо ступенчатых валиков Лейбница. Колесо представляло собой совокупность подвижного диска со ступенчатой прорезью с неподвижным диском, несущим в пазах радиальные выдвигающиеся зубья. Каждое колесо имело девять зубцов, угол между двумя зубцами принимался за единицу. Каждому разряду отводилось одно колесо. При умножении и сложении ручку следовало вращать на себя, а при делении и вычитании - от себя. Установочные числа появлялись в окошках, вырезанных в кожухе прибора. В 1891 г. Однер получил германский патент на свой арифмометр, а в 1897 г. стал владельцем петербургского предприятия "Механический и меднолитейный завод", на котором калькулятор был запущен в массовое производство.

Рис.101. Арифмометр

В СССР в последующие годы машина Однера выпускалась под названием арифмометр "Феликс".

1876 г. Лорд Кельвин предложил проект аналоговой вычислительной машины (АВМ) для решения дифференциальных уравнений.

1877 г. Немецкий математик Эрнст Шредер опубликовал работу"Алгебра логики", в которой осуществил первую попытку построения общей теории алгоритмов и исчислений.

1878 г. Рамон Вериа (США) изобрел калькулятор со встроенной таблицей умножения.

1878 г. Русский математик и механик П.Л.Чебышев создает суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков, а в 1881 г. - приставку к нему для умножения и деления.

1881 г. Русский инженер Иофе предложил счетную машину на основе 70 четырехгранных брусков, что позволило разместить на280 гранях 280 столбцов таблицы Слонимского. Каждый брусок и каждый столбец были помечены, для чего использовались арабские и римские цифры и буквы латинского алфавита. Латинские буквы и римские цифры служили для указания порядка, в котором нужно было размещать бруски, чтобы получить произведение множимого на одноразрядный множитель. Полученные произведения складывались с помощью карандаша и бумаги. В 1882 г. на Всероссийской выставке они получили почетный отзыв.

1882 г. Б.Н.Компанейский предложил так называемые двойные счеты, состоявшие из счетов и валиков: оси валиков располагались параллельно проволочкам счетов, и валики могли свободно передвигаться относительно этих проволочек.

Аналогичный прибор был изобретен Ф.Болдуином (США).

1884 г. Юджин Дорр Фельт на основе привода строгального станка, выполненного в виде храпового механизма, разработал конструкцию многоразрядной машины, получившей название "Комптометр". В машине Фельта над верхней крышкой размещались несколько вертикальных рядов клавиш, укрепленных на длинных стержнях, которые проходили через крышку внутрь конструкции. Оператор при нажатии клавиши заставлял ее стержень повернуть рычаг связанный с рейкой, которая, в свою очередь, находилась в постоянном зацеплении с соответствующей шестеренкой.

1885 г. Уильям Бэрроуз (США) изготовил двухпериодную суммирующую машину, способную печатать результат вычислений на бумажную ленту. Особенностью его машины было разделение во времени процесса набора данных для вычисления и приведение в действие самого счетного механизма, наличие контроля за вводом исходных данных и результатов вычислений.

1887 г. Герман Холлерит(США) разработал счетный комплекс, состоящий из перфоратора для пробивки отверстий в перфокартах и табулятора