История и методология прикладной математики. Русанов, Росляков (2004) (1185895), страница 43
Текст из файла (страница 43)
В дальнейшем эта конструкция использовалась в большинстве механических счетных машин, будучи, однако, изобретенной заново — машина Шиккарда сгорела во время пожара, и сведения о ней пе стали общеизвестными. Сам Шиккард умер в 1636 году в возрасте 44 лет от чумы. В 1640 году 18-тилетний Влез Паскаль, уже известный как ма- . 216 тематик и автор знаменитой теоремы Паскаля, начал работу над механической вычислительной машиной. Построенная в 1641 году первая модель оказалась неработоспособной.
В 1642 году была изготовлена новая, уже работающая модель, а в 1645 году— первый экземпляр машины. В течение следующих восьми лет Паскаль, пользуясь специальной королевской привилегией, изготовил более пятидесяти различных моделей, однако надежды наладить постоянное производство не оправдались. Причиной была высокая цена и то, что маши~а могла выполнять только операции сложения и вычитания. Создание действующей счетной машины имело, однако, важное принципиальное значение. По существу, было впервые продемонстрировано, что можно создать машину реализующую часть умственной деятельности человека.
Как писал сам Паскаль, "машина производит действия, которые ближе к действиям мысли, чем все то, что могут произвести животные". Первый арифмометр, то есть устройство предназначенное для выполнения всех четырех арифметических операций„был создан в 1694 году великим немецким философом и математиком Годфридом Лейбницем. Он работал над ним с перерывами практически всю жизнь. Новой и основной идеей, введенной Лейбницем, был ступенчатый валик, ускоряющий ввод чисел, а также введение подвижной части, позволяющей эффективно выполнять умножение. Несмотря на эти усовершенствования, сделавшие машину действительно эффективно работающей, арифмометр Лейбница не получил распространения в основном потому, что в конце ХЧ11 — начале ХЧП1 веков не существовало сколько-нибудь устойчивого спроса иа столь сложную и дорогую машину.
Вторая причина была в том, что Лейбниц, будучи выдахощимся ученым, не обладал квалификацией инженера, и при конструировании машины были допущены чисто технические и вполне устранимые погрешности, вследствие которых в некоторых случаях получался неверный результат. Как отмечал один из специалистов вычислительной техники, "точный чертеж, с помощью которого реализуются на практике технические открытия был чужд Лейбницу. Он настойчиво предпочитал чертежу словесные описания своих идей".
В ХЧП. ХЧП1 веках было предложено много конструкций ме- — 217— ханических счетных машин, либо как-то улучшающих машины Паскаля и Лейбница, либо оригинальных. С точки зрения функциональных свойств машины делились на суммирующие (выполнялись только действия сложения и вычитания), множительные и арифмометры. Числа разрядов в суммирующих машинах находилось в пределах от 6-7 до 9, и операции выполнялись над целыми числами. Суммирующие машины могли применяться и дня умножений путем последовательного суммирования, а также путем специальных приемов (например, использование таблиц умножения).
Все множительные устройства, разработанные в ХУП вЂ” ХЧП! веках были построены на принципе палочек Непера и предназначены для получения произведения мнагозначного (да 9 знаков) числа на однозначное. При этом пользователю приходилось как и при работе с палочками Непера сила,лывать однозначные числа и учитывать при этом перенес десятков. 4. Арифмометром, начиная с Лейбница, стало принятым называть счетную машину, выполняющую автоматически, без записи на бумагу, все четыре арифметических действия. Практически они начали разрабатываться только в ХЧП1 веке. Первые арифмометры ХЧП! века были наиболее сложными и наименее отработанными конструкциями вычислительной техники.
Наиболее известной и практически использовавшейся была машина Матеуса Гана, изготовленная им в 1774 году. Она была специально сконструирована для расчетов создаваемого Ганом планетария. Машина была способна оперировать над числами длиной 11 разрядов, а в 1778 году была создана машина на 14 разрядов.
В работе над машинами Гану помогали часовые подмастерья, поскольку, как говорил Ган, мастера "часто хотели быть умнее меня и были упрямы или работали слишком медленно или требовали слишком болыпую плату". В целом ХУП и ХУШ века в развитии вычислительной техники могут рассматриваться как подготовительная фаза. В это время была предложена значительная часть идей в обпасти механических машин. Среди изобретателей были величайшие умы человечества (Паскаль и Лейбниц), профессиональные ученые (1Пиккард), высокоталантливые непрофессионалы, практики и многие другие. В Х1Х веке в области вычислительной математики на первое место выходят работы по арифмометрам.
Создание — 218— новых суммирующих и множительных машин продолжалось, однако область их применения была ограничена. Остановимся кратко на тех моделях арифмометров, которые получили распространение в Х1Х веке, а также на тех, которые выдержали конкуренцию и использовались вплоть до середины ХХ века.
Карл Томас из Эльзаса начал серийное производство арифмометров собственной конструкции в 1821 году в Париже. Основной принцип работы томас-машин, как их стали называть, основан на использовании ступенчатого валика Лейбница. В отличие от арифмометра Лейбница, который был блестящей по замыслу конструкцией, нуждающейся, однако, в инженерной доводке, томас-машина была готова для повседневного применения. Важным достоинством арифмометра Томаса была надежность и долговечность в эксплуатации. Однако вначале он имел и ряд недостатков, сказавшихся на маспггнбах его серийного производства.
Хотя многие недостатки томас-машины были устранены, ее начала вытеснять новая конструкция арифмометра, изобретенная во второй половине Х1Х века. В. Т. Однер родился в 1845 году в Швеции. В 1866 году он закончил Стокгольмский технологический институт, в 1869 году приехал в Петербург, где и остался до конца жизни. Однер, по-видимому, работал на заводе "Русский дизель", на котором в 1874 году был изготовлен первый образец арифмометра Однера. Арифмометр быстро завоевал популярность во всем мире и в течение десятков лет был самой рагпространенной вычислительной машиной: Только появление электронных калькуляторов вытесняло арифмометры Однера из всеобщего употребления. Основная идея Однера, обеспечившая успех его изобретения, была замена ступенчатого валика Лейбница (для установки числа) более совершенной компактной деталью — зубчатым колесом с переменным числом зубцов. Идею конструкции такого типа предложил в ХЧ1П веке Полени, однако она была реализована только в модели Кроме того, были введены отклоняющиеся зубцы для переноса десятков, из которых один действовал при сложении и умножении, а другой при вычитании н делении, а также другие усовершенствования.
Основным недостатком моделей арифмометра Однера была недостаточная надежность, однако и этот недостаток был впоследствии устранен, и арифмо- — 219— метр Однера распространился во всем мире. Всего в разных странах было выпущено несколько миллионов таких машин. Только в конце первой половине ХХ века появились соперники арифмометра Однера — электрические клавишные машины типа "Мерседес" и "Рейнметал", в которых были применены существенно иные конструктивные решения.
В основу машины "Мерседес" для ввода чисел вместо ступенчатого валика или колеса Однера был положен так называемый пропорциональный рычаг, изобретенный немецким инженером Г. Гаманом. Это оказалось наиболее подходящим для устройства клавишного ввода вместо рычажного и значительно повысило скорость работы, особенно при электрическом приводе, где основная часть времени (при рычажном вводе) тратилась на ввод чисел. 5. В 20-30-е годы Х1Х века английский ученый и естествоиспытатель Чарльз Бэбидж разработал проекты двух вычислительных машин совершенно нового типа — разностной и аналитической.
Бэбидж был разносторонним и талантливым человеком. Начав деятельность ученого в молодости как математик, он затем работал в самых различных областях науки — от подводных исследований до изучения солнечной короны. Бэбидж обладал также незаурядным талантом изобретателя, и ему принадлежат открытия во многих областях техники. Характерной чертой Бэбиджа было стремление применить всюду, где это возможно, численные методы, проводить различные измерения и подсчеты. В истории вычислительной техники Бзбидж остался как человек, на сто лет опередивший свое время. Разностная машина Бэбиджа была разработана в связи с задачей табулирования функций и предназначалась для вычисления табличных значений функции по ее разностям высокого порядка постоянным на некотором интервале.
Эта задача имела важное практическое значение, так как таблицы широко использовались во многих областях науки, промышленности и экономики. С технической точки зрения разностная машина Бэбиджа радикально отличалась от предшествующих ей вычислительных машин. Много из того, что вошло в проект, а затем и в реальную конструкцию, было разработано и создано впервые.
Однако, несмотря на то, что проект был в значительной степени реализован н часть машины была построена, закончить его не удалось, главным образом кз-за финансовых проблем. Другая причина того, что Бзбидж оставил работу над рэзностной машиной, состояла в том, что в 1834 году он занялся всерьез идеей создания аналитической машины. Говоря современным языком, зто был проект первого в мире программно-управляемого устройства для выполнения сложных расчетов. Не имея возможности подробно описывать устройстно аналитической машины, приведем (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
