История и методология ИВТ Л3

1. История и методология ИВТ Лекция 3 Историческое развитие вычислительной техники и информатики в доэлектронную эпоху

БУ ВО ХМАО-Югры «Сургутский государственный университет»
Политехнический институт
Кафедра АСОИУ
История и методология ИВТ
Лекция 3
Историческое развитие
вычислительной техники и
информатики в доэлектронную
эпоху
Составители: старший преподаватель кафедры АСОИУ
Урманцева Нелли Руслановна, аспирант кафедры
АСОИУ Смагин Глеб Сергеевич
Сургут, 2022

2. Структура лекции

1.
Возникновение счета.
2.
Возникновение систем счисления.
3.
Возникновение современной десятичной системы счисления.
4.
Недесятичные системы счисления.
5.
Средства автоматизации счета в раннее Новое время.
6.
Арифметические машины.
7.
Предвестники цифровой вычислительной техники.
2

3. Периоды истории вычислительной техники

В истории вычислительной техники выделяют четыре периода:
1.
Домеханический (с древних времен до середины XVII века).
2.
Механический (с середины XVII века до конца XIX века).
3.
Электромеханический (с конца XIX века до 40-х годов XX века).
4.
Электронный (с 40-х годов XX века по настоящее время).
3

4. Возникновение счета

Период верхнего полеолита (40-12 тыс. лет назад) – появление первых
следов человеческой мысли, связанной с вычислениями.
4

5. Бирки, зарубки, узелки

Бирки – палочки или дощечки из дерева (реже из кости или камня), на
которые наносили насечки (или так называемые зарубки) различной
формы.
Узелки – один из видов старинного счета с помощи веревок, на которых
числа отмечались завязыванием различных узелков.
5

6. Пальцевый счет

Древнейшим счетным инструментом,
который сама природа предоставила в
распоряжение человека, была его
собственная рука. Она обладает
немаловажными
достоинствами,
которыми современные инженеры
стремятся наделить разрабатываемые
счетные устройства, а именно
простота,
надежность,
компактность. Есть у данного
инструмента и недостатки. Самый
существенный из них – неудобство
хранения результатов.
6

7. Счетные доски

Римский абак
Русские счеты
Китайский суан-пан
7

8. Возникновение систем счисления (1)

Система счисления – это способ записи чисел с помощью специальных
знаков, называемых цифрами. Число цифр, с помощью которых
записываются числа в данной системе счисления, называется основанием
системы счисления.
Системы счисления могут быть:
непозиционными;
I
1
II
2
III
3
IV
4
V
5
VI
6
VII
7
VIII
8
IX
9
X
10
XI
11
XII
12
XIII
13
XIV
14
XV
15
XVI
16
XVII
17
XVIII
18
XIX
19
XX
20
позиционными;
016
010
116
110
216
210
316
310
416
410
516
510
616
610
716
710
816
810
916
910
A16
1010
B16
1110
C16
1210
D16
1310
E16
1410
F16
1510
смешанными.
010
110
210
310
410
510
610
710
810
910
00002
00012
00102
00112
01002
01012
01102
01112
10002
10012
8

9. Возникновение систем счисления (2)

Хронология появления систем счисления:
Китай (около 4 тыс. лет до н.э.);
Египет (около 3 тыс. лет до н.э.);
а)
Вавилон (около 2 тыс. лет до н.э.);
Греция (около 500 лет до н.э.);
б)
Рим (около 500 лет до н.э.).
в)
г)
д)
Примеры записи числа 6789 в различных системах счисления: а) китайская;
б) египетская; в) вавилонская; г) греческая; д) римская.
9

10. Возникновение современной десятичной системы счисления

Индия
Индийские системы счисления проходили в своем развитии те же этапы, что и во
всех прочих цивилизациях. Однако, к VIII-IX векам н.э. в Индии была
сформирована система, обладающая признаками современной: она была
десятичной, цифровой и позиционной.
Аравия
В 722 году из Индии были привезены и переведены на арабский язык
философские трактаты, после чего арабские купцы стали применять в торговых
расчетах индийскую систему счисления. Позже итальянские купцы
позаимствовали у арабов их систему счисления, и таким образом она попала в
средневековую Европу.
10

11. Недесятичные системы счисления (1)

Шестидесятеричная
–
в
основном
использовалась при подсчете времени
(минуты, секунды), а также численного
выражения углов (минута дуги, секунда дуги).
Двенадцатеричная – удобна при пальцевом
счете, т.к. основание системы счисления
совпадает с количеством фаланг пальцев
одной руки, если считать их большим
пальцем.
Также
использовалась
для
обозначения времени и углов.
Еще
одно
преимущество
шестидесятеричной и двенадцатеричной
систем счисления заключалось в наличии
множества делителей.
11

12. Недесятичные системы счисления (2)

1578 = 11110
4C2916 = 1949710
10213 = 3410
101101102 = 18210
+
00112
10012
11002
Восьмеричная и шестнадцатеричная –
удобны для записи двоичных чисел, поскольку
группируют цифры по 3 или 4 разряда.
Двоичная – является основой двоичной
арифметики и двоичной логики; играет
исключительную роль в вычислительной
технике.
Троичная – рассматривается как альтернатива
двоичной системе счисления; на ее основе
была
разработана
троичная
логика,
обладающая рядом преимуществ над двоичной
логикой.
–
110102
001012
101012
12

13. Средства автоматизации счета в раннее Новое время

Переход из Средневековья в Новое время
сопровождался
бурным
ростом
производства и торговли, великими
научными
и
географическими
открытиями,
существенными
изменениями в социальной структуре
общества.
Кроме
того,
активно
развивалось мореплавание и астрономия.
Для составления астрономической или
мореходной
таблицы
привлекались
десятки, а то и сотни человек, которые
складывали,
умножали,
делили
и
извлекали корни. Чтобы упростить
процесс
вычисления,
стали
разрабатываться средства автоматизации
счета. К первым счетным приборам того
времени относятся счетные палочки
Непера и логарифмическая линейка.
13

14. Счетные палочки Непера (1)

Джон Непер
(1550-1617)
Палочки Непера
14

15. Счетные палочки Непера (2)

Пример умножения 296 на 73. Берем три палочки, первыми цифрами
которых являются 2, 9 и 6. Движемся справа налево и складываем по
диагонали цифры в каждом отрезке, находящиеся на строках 7 и 3.
Результат сложения записываем под отрезками. При переполнении
переносим старший разряд в следующий отрезок. Получается 21608.
15

16. Логарифмическая линейка (1)

Уильям Отред
(1574-1660)
Модель круговой логарифмической
линейки, выполненной по описанию
Отреда
16

17. Логарифмическая линейка (2)

Разновидности логарифмической линейки
17

18. Прообразы арифметических машин

Развитие науки и инженерного дела с XVII века до конца XIX века
привело к необходимости огромного количества вычислений, требующих
точности и аккуратности. Для облегчения и ускорения такой работы
разрабатывались вычислительные устройства, в основе которых лежало
зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию цифр десятичной системы
счисления. Так появились различные механизмы – первые суммирующие
машины и арифмометры.
18

19. Машина Леонардо да Винчи (конец XV века)

Леонардо да Винчи
(1452-1519)
Модель и схема устройства машины
Леонардо да Винчи
19

20. Машина Шиккарда (1620-е)

Вильгельм Шиккард
(1592-1635)
Реконструкция машины Шиккарда
20

21. Вычислитель Паскаля (1642)

Блез Паскаль
(1623-1662)
«Паскалина»
21

22. Машина Лейбница (1673)

Готфрид Вильгельм Лейбниц
(1646-1716)
Копия арифмометра Лейбница в Немецком музее
22

23. Арифмометр (1818)

Арифмометр – это настольный цифровой механический вычислитель. К
XIX веку технология обработки металлов позволила наладить массовый
выпуск этих устройств. В 1818 году К. Томас модернизировал машину
Лейбница и начал серийное производство. Со временем конструкция
арифмометров усовершенствовалась. Данные устройства выпускались
также в СССР и использовались вплоть до 1980-х.
Арифмометр Томаса
Советский арифмометр «Феликс»
23

24. Предвестники цифровой вычислительной техники

XIX век отмечен несколькими событиями, ставшими первыми шагами на
пути создания цифровой электронной вычислительной техники. Это
начало программирования с помощью перфокарт, появление средств
обработки
перфокарт,
разработка
универсальной
цифровой
вычислительной машины и создание двоичной логики.
24

25. Ткацкий станок Жаккарда (1801)

Перфокарта – это носитель информации из тонкого картона, который
представляет информацию наличием или отсутствием отверстий в
определенных позициях карты.
Жозеф Мари Жаккард
(1752-1834)
Ткацкий станок, изобретенный Жаккардом и
использующий перфокарты для нанесения различных
рисунков на ткань
25

26. Аналитическая машина Бэббиджа (1830-е)

Чарльз Бэббидж (1791-1871)
Модель аналитической машины Бэббиджа
Ада Лавлейс (1815-1852)
26

27. Логика Буля (1854)

Джордж Буль
(1815-1864)
Первым показал, что существует аналогия между
алгебраическими и логическими действиями, т.к.
и те, и другие предполагают лишь два варианта
ответов – истина или ложь, единица или нуль.
Придумал систему обозначений и правил,
пользуясь которыми можно было закодировать
любые высказывания, а затем манипулировать
ими как обычными числами.
Ввел три основные операции – И, ИЛИ, НЕ,
которые позволяли производить сложение,
вычитание, умножение, деление и сравнение
символов и чисел.
В 1937 году Клод Шеннон показал, что существует соответствие между концепциями
булевой логики и некоторыми электронными схемами, которые получили название
«логические вентили» и стали основой современной цифровой техники.
27

28. Статистическая машина Холлерита (1890)

Герман Холлерит
(1860-1929)
Табулятор Холлерита
28

29. Выводы

1.
Примитивные средства счета – счет на пальцах, бирки, узелки.
2.
Первые приспособления – разновидности абака, счеты.
3.
Первые приборы – палочки Непера, логарифмическая линейка.
4.
Системы счисления – непозиционные (египетская, греческая,
римская
и
пр.),
позиционные
(десятичная,
двоичная,
шестнадцатеричная и пр.).
5.
Механические средства счета – машины Л. да Винчи, В. Шиккарда,
Б. Паскаля, Г. В. Лейбница, арифмометры.
6.
Основоположники принципов современной вычислительной техники
– Ж. М. Жаккард (перфокарты), Ч. Бэббидж (архитектура
вычислительного
устройства),
А.
Лавлейс
(основы
программирования), Дж. Буль (двоичная логика), Г. Холлерит
(первое электромеханическое устройство).
29

30. Спасибо за внимание!