Лекция 11. Чарльз Бэббидж

ИСТОРИЯ И МЕТОДОЛОГИЯ ПРИКЛАДНОЙМАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИЛекция 11:Развитие вычислительных средств. Биографияи достижения Чарльза БэббиджаВМиК МГУ им. М.В. Ломоносова, Кафедра АСВКДоцент Власов В.К.,Ассистент Волканов Д.Ю.План лекции•••••История вычислительных механизмовБиография Чарльза БэббиджаРазностная машинаАналитическая машинаБиография Ады Лавлайс2Исторический фон1642Первая вычислительная машина(Паскаль)Домеханическая1600 г.Логарифмическаялинейка1820-1834Проекты разностнойи аналитической машин(Бэббидж)Механическая эпоха1700 г.1800 г.1887Табулятор(Холлерит)Эл-механич.

эпоха1900 г.1944МашинаMARK-I(Айкен)Электронная эпоха2000 г.1945ENIAC(Moyчли,Эккерт)3Абак (1)•Костяшки на прутьях для вычислений•Используется в Азии!Древнеримский абак4Абак (2)Русские счетыКитайские счеты «суаньпань»5Логарифмическая линейка (1)Джон Непер(Napier, John;1550-1617)Титульный лист книги Непера«Описание удивительных таблицлогарифмов», 1614 г.6Логарифмическая линейка (2)• ЛогарифмическаяЛинейка 1630• Основана на правилахлогарифмированияНэпера• Использовалась до 19707Логарифмическая линейка (3)log (a*b) = log a + log bb1234 5 61234 56aa•bЛогарифмическаялинейка8Логарифмические Линейки9ЦилиндрическаяЛогарифмическая Линейка10СпиральнаяЛогарифмическая Линейка11Вильям Шиккард (15921635)• Первая работающая машина длясложения 6-разрядных чисел12Блез Паскаль (1623-1662)13Машина Паскаля (1623-1662)• Множество зубчатых колёс• Вычитание в дополнительном коде14Машина Паскаля (1623-1662)Паскалина (1642 г.) Вид спереди15Машина Паскаля (1623-1662)Паскалина.

Вид сзади16Машина Паскаля (1623-1662)Паскалина. Механизм передачи десятков17Готфрид Лейбниц (1646 – 1716)18Готфрид Лейбниц (1646 – 1716)• Механический калькулятор,выполняющий арифмитическиедействия19Готфрид Лейбниц (1646 – 1716)Для умножения чиселиспользуется способмногократного сложения.Слева - на бумаге и Паскалине,справа - на арифмометре1526*312=====1526+1526+ 1526 <+ 1526 <+ 1526+ 1526======== 476112*+=+=+++=1526312=====15261526----3052----- -> сдвиг каретки30521526-----18312------ -> сдвиг каретки18312152615261526=======47611220Машина ЛейбницаДля механизации операции умноженияЛейбниц ввел в конструкциювычислительной машины: механизм многократного ввода слагаемого(ступенчатый валик Лейбница); размещение механизма ввода на подвижнойкаретке21Ступенчатый валик Лейбница22Реконструкция машиныЛейбницаАрифмометр Лейбница (1673 г., реконструкция).

Механизмввода слагаемых размещен спереди на подвижной каретке,его ступенчатые валики вращаются правой рукояткой.Суммирующий механизм расположен сзади, сдвиг кареткипроизводится поворотом левой рукоятки23XIX ВекПромышленноепроизводствоарифмометров сваликом Лейбницабыло налажено воФранции КарломТомасом в 1821 г.Всего в течение XIX векабыло выпущено около 2000томас-машин.

Некоторые изних использовались вплотьдо 30-х годов XX века.24XIX ВекРовно через 200 лет после изобретения ступенчатоговалика, в 1873 г., петербургский изобретатель В. Т. Однер(1845-1905) предложил более простое и удобное устройстводля ввода слагаемых – колесо Однера с переменным числом25зубцовАрифмометры ОднераАрифмометр Однеравыпуска 1876 г.Арифмометрначала XX века26“Железный” ФеликсПосле эмиграции Однера в Швецию в 1917 г.арифмометры его конструкции выпускались назаводе им. Дзержинскогопод маркой «Феликс».В 1969 г. их было произведено 300 000 шт. 27“Железный” ФеликсУсовершенствование механического арифмометрапродолжалось вплоть до 70-х годов XX века.Были разработаны многочисленные конструкции сручным и электрическим приводом28От арифмометров ккалькуляторамЭлектронные калькуляторы по своимфункциональным возможностям соответствовалимеханическим, но работали быстрее и бесшумно.Одна из первых моделей электронного 29калькулятора фирмы Burroughs (1970-е годы)Ткацкий Станок Жакарда(1801)• Впервые сохраняетсяпрограмма –металлические карты• Первыйпромышленныйкомпьютер• Работает до сих пор!30Ткацкий Станок Жакарда(1801)Станок управлялсясвязанными в цепочкукартоннымиперфокартами31Чарльз Бэббидж(1791-1871)32Чарльз Бэббидж• Декабрь 26, 1791• Сын Бенджамина Бэббиджа (Лондонскогобанкира)• Поступил в Trinity College, Cambridge• Учился с Джоном Гершелем и ДжорджемПикоком.33Чарльз Бэббидж••••В 1813 перешёл в колледж Св.

Петра1814 – бакалавр1814 – женился на Джорджии Витмур1816 – становится членом КоролевскогоОбщества Лондона• 1817 - магистр• 1819 – профессор Эдинбургскогоуниверситета34Чарльз Бэббидж• В 1820 становится членом КоролевскогоАстрономического Общества• 1827 – умерли отец, жена и 2 детей• 1827 – стал профессором математических наук вКембридже• 1832 – избран иностранным членомкорреспондентом Петербургской академии наук• В 1839 году уволился оттуда и до конца жизнизанимался разработкой вычислительных машин35Основные результаты• Создал вагон-лабораторию безопасности движения• Придумал спидометр и тахометр• Сконструировал поперечно-строгальный и токарноревольверный станки• Придумал методы изготовления зубчатых колес• Предложил новый метод заточки инструментов и литьяпод давлением• Содействовал реформированию почтовой системы вАнглии• Составил первые надежные страховые таблицы• «Сравнительный обзор различных систем страхованияжизни»36Основные результаты (2)•••••••Занимался теорией функционального анализаВопросы шифрованияГрамматика и словарь мирового языка«Таблица констант для млекопитающих»Структурная лингвистикаПроверка формул для простых чиселПридумал офтальмоскоп, сейсмограф, устройство длянаведения артиллерийского орудия• Занимался экспериментальными исследованиямиэлектромагнетизма• Проверка гипотез• Геология и геофизика37Основные результаты (3)• Участвовал в экспедиции на Везувий, погружался на дноозеро в водолазном колоколе, участвовал вархеологических раскопках, изучал залегание руд,спускаясь в шахты• Книга «Экономика технологий и производств» 1834• Сглаживание противоречий между наукой и религией(“Девятый бриджуотерский трактат” 1837)• Статья “О принципах построения орудий для токарнойобработки и строгания металлов”• Книга “Отрывки из жизни философа” 1864• Разностная машина• Аналитическая машина38Чарльз Бэббидж - 1792-1871• Разностная Машина 1822– Огромный калькулятор• Аналитическая Машина1833– Могла сохранять числа– Вычислитель “мельница”испольозовалметаллические перфокартыдля ввода– Была паровой машиной!– Точность до 6го знака послезапятой39Разностная Машина40Разностная Машина41Принцип работы разностноймашины (1)• Метод конечных разностей– Возьмём дифференциальное уравнение– Заменим производную на конечную разность– Получаем аппроксимированную форму42Принцип работы разностноймашины (2)• 2x^2 – 3x + 2x0f(x)2Delta_fDelta^2_f-11143243443Принцип работы разностноймашины (2)• 2x^2 – 3x + 2x0f(x)2Delta_fDelta^2_f-1114323444444Принцип работы разностноймашины (2)• 2x^2 – 3x + 2x0f(x)2Delta_fDelta^2_f-11143244731141142245Вехи создания (1)• 1812 – первые идеи под влиянием идейбарона Прони о 3 уровневых вычислениях• 1819 – начало работ над малой разностноймашиной• 1822 – окончание её строительства– 18 разрядов– Точность 8 знаков после запятой– Значения многочленов 7ой степени– 12 членов последовательности в минуту46Большаяразностная машина• На 1827 было потрачено 3500, но недостроена• В 1830 возобновлено её создание• К 1834 было потрачено 17000 + 6000фунтов, но проект не был завершён• 1854 – швед Шойц строит машину• 1991 – воссоздание Разностной машины47Большаяразностная машина• 25000 деталей• 14 тонн• 2,5 метра высотой• Печатное устройство вывода• Память 6Кб (1000 50разрядных чисел)48Разностная Машина49Разностная Машина50Разностная Машина51Воссоздание 199152Разностная машина53Архитектура аналитическоймашины Бэббиджа54Архитектура аналитическоймашины Бэббиджа55Вехи создания• 1834 – начало работы• 1851 – окончание работ, машина НЕ быласоздана• 1888 - Генри Бэббидж построил“процессор”• 1906 – Г.Бэббидж построил действующуюмодель аналитической машины• Были подсчитаны произведения числа "пи"на числа натурального ряда от одного до32 с точностью до 29 знаков!56Аналитическая Машина57Аналитическая Машина58Аналитическая Машина59Ада Августа Лавлайс(1815-1852)60Ада Августа Лавлайс(1815-1852)• Первая программистка• Написала программу дляаналитической машины вычислениеуравнения Бернулли• Придумала понятия цикла, рабочейячейки• Наметила подпрограммы ибиблиотека подпрограмм,модификации команд и индексныйрегистр61Бэббидж(интересные факты)• Теннисон– Каждое мгновение умирает человек,– Но каждую минуту человек рождается• Ответ Теннисону– Каждое мгновение умирает человек,– Но 1,16 человека рождается...••••“Беспроигрышная” система ставок на скачкахАвтомат для игры в крестики-ноликиРоман в 3 книгахСтимпанк (Брюс Стерлинг, Уильям Гибсон “МашинаРазличий” 1990 (2001), Майкл Флинн “В стране слепых”1990)• Альтернативная история (Джон Краули “Роман лордаБайрона”62Спасибо за внимание!63.