| Информатика и информационно-коммуникационные технологии | Планирование уроков и материалы к урокам | 6 классы | Материал для любознательных | Арифмометр

Материал
для любознательных

Арифмометр

Шло время, и потребности людей в обработке числовой информации возрастали. Первые идеи механизации вычислительного процесса появились в конце XV - начале XVI века. Об этом свидетельствует найденный в конце 60-х годов прошлого века эскиз суммирующего устройства, разработанный еще Леонардо да Винчи.

В XVII веке физики и астрономы столкнулись с необходимостью произведения сложных и громоздких вычислений. Им требовались машины, способные выполнять большой объем вычислений за малое время и с высокой точностью.

В 1642 году молодым французом Блезом Паскалем, ставшим в будущем знаменитым физиком и математиком, была создана и завоевала огромную популярность первая механическая счетная машина - арифмометр. Счетная машина Паскаля была похожа на маленькую шкатулку, на крышке которой, как на часах, были расположены циферблаты. На них и устанавливали числа. Для цифр разных разрядов были отведены различные зубчатые колеса. Каждое предыдущее колесо соединялось с последующим с помощью одного зубца. Этот зубец вступал в зацепление с очередным колесом только после того, как были пройдены все девять цифр данного разряда. Пусть, например, к шести прибавляется пять, тогда колесо единиц совершит в сумме 11 шагов; в положении «0», следующем после положения «9», сцепится с колесом десятков и повернет его на один зубец. В результате колеса покажут число 11.

За три века, прошедшие с момента создания первого арифмометра, было создано около четырехсот видов разнообразных механических счетчиков и счетных машин. Большинство из этих изобретений уже забыто. Но были и такие изобретения, которые явились важными событиями в истории вычислительных машин.

В 1677 году великий немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал свою счетную машину, позволявшую не только складывать и вычитать, но также умножать и делить многозначные числа. В своем арифмометре Лейбниц использовал вместо колес цилиндры. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел девять рядов выступов: один выступ - в первом ряду, два - во втором и так до девятого, содержащего девять выступов. Эти цилиндры были подвижными и устанавливались в определенные положения оператором.

Большой вклад в усовершенствование счетных машин внесли русские ученые и инженеры. Так арифмометр, созданный в 1874 году русским инженером Однером, успешно конкурировал с лучшими арифмометрами европейских фирм и нашел применение во всем мире. Его модификация «Феликс» выпускалась в нашей стране до 50-х годов XX века.

Арифмометры долгое время обладали серьезным недостатком: каждый результат вычислений вручную записывался на листке бумаги. Пора было позаботиться о том, чтобы счетная машина сама печатала на бумаге ответ, тем более что пишущая машинка уже была изобретена. И вот в 1889 году появилась первая счетная машина, снабженная печатающим устройством.

Когда и кем был придуман первый арифмометр? June 14th, 2014

Все началось со сказки. Ведь «Путешествия Гулливера» - все же сказка? Сказка, которую рассказал злой и остроумный Джонатан Свифт (Jonathan Swift) (1667 — 1745) . Сказка, в которой он осмеял многие глупости и благоглупости современного ему мира. Да что там осмеял - бесстыдно помочился на все, что возможно. Как герой его произведения, который залил мочой королевский дворец в Лилипутии, когда тот загорелся.

В третьей книге о путешествиях Гулливера сей здравомыслящий корабельный врач попадает на летающий остров Лапуту, где проживают гениальные ученые. Ну, от гениальности до сумасшествия один шаг и, по мнению Джонатана Свифта, лапутянские ученые этот шаг сделали. Их изобретения должны бы сулить выгоды всему человечеству. Между тем, выглядят они смешно и жалко.

Среди прочих лапутянских ученых был один, который придумал машину для написания гениальных изобретений, романов, научных трактатов. Все это должно было возникнуть совершенно случайным образом на машине, состоящей из множества кубиков, похожих на игральные кости. Сорок учеников крутили ручки, приводившие в движения все эти кубики, которые в результате поворачивались различными гранями, образовывая всякие слова и сочетания слов, из которых рано или поздно должны были сложиться гениальные творения.

Известно, что Дж.Свифт в виде этого ученого спародировал своего старшего современника Готфрида Вильгельма Лейбница (Gottfried Wilhelm von Leibniz) (1646 — 1716) . Честно говоря, Лейбниц такого осмеяния не был достоин. На его научном счету множество открытий и изобретений, в том числе - математический анализ, дифференциальное и интегральное исчисления, комбинаторика и математическая логика. Царь Петр I (о нем было написано 25.04.2014) во время своего пребывания в Германии в 1712 году встречался с Лейбницем. Лейбниц смог внушить российскому императору две важных идеи, которые повлияли на дальнейшее развитие Российской империи. Это идея о создании Императорской Академии наук и идея «Табели о рангах»

Среди изобретений Лейбница - первый в мире арифмометр, изобретенный им в 1672 году. Этот арифмометр должен был автоматизировать арифметические вычисления, которые до этого считались прерогативой человеческого разума. В общем, Лейбниц на вопрос «может ли машина мыслить?» ответил положительно, и Свифт его за это осмеял.

Собственно говоря, Г.В.Лейбница нельзя считать настоящим изобретателем арифмометра. Он придумал идею, он изготовил прототип. Но по-настоящему арифмометр был придуман в 1874 году Вильгодом Однером. В.Однер был шведом, но жил в Санкт-Петербурге. Изобретение свое он запатентовал сначала в России, а потом в Германии. И производство арифмометров Однера началось в 1890 году в Петербурге, а в 1891 году - в Германии. Так что Россия не только родина слонов, но также родина арифмометров.

После революции производство арифмометров в СССР сохранилось. Арифмометры первоначально производили в Москве, на заводе имени Дзержинского. Поэтому и назвали его «Феликсом». Вплоть до 1960-х годов арифмометры производили заводы в Курске и в Пензе.

«Изюминкой» конструкции арифмометра В.Однера было особенное зубчатое колесо с переменным количеством зубцов. Колесо это называлось «Колесом Однера» и в зависимости от положения специального рычажка могло иметь от одного до девяти зубцов.

На панели арифмометра было 9 разрядов. Соответственно на оси арифмометра были закреплены 9 колес Однера. Числа в разрядах устанавливались перемещением рычажка по панели в одну из 10 позиций, от 0 до 9. При этом на каждом из колес выдвигалось соответствующее количество зубцов. После набора числа можно было провернуть рукоятку в одну сторону (для сложения) или в другую сторону (для вычитания). При этом зубцы каждого колеса входили в зацепление с одной из 9 промежуточных шестерен и проворачивали их на соответствующее количество зубцов. На результирующем счетчике появлялось соответствующее число. После этого набиралось второе число и производилось сложение или вычитание двух чисел. На каретке арифмометра находился счетчик оборотов ручки, который при необходимости обнулялся.

Умножение производилось многократным сложением, а деление - многократным вычитанием. Но умножать многозначные числа, например, 15 на 25, выставив сначала число 15, а затем прокрутив ручку арифмометра 25 раз в одну сторону, было утомительно. При подобном подходе в вычисления легко могла вкрасться ошибка.

Для умножения или деления многозначных чисел каретка делалась подвижной. При этом умножение, например на 25 сводилось к сдвигу каретки вправо на один разряд, двум поворотам ручки в сторону «+». После этого каретка сдвигалась влево и ручка проворачивалась еще 5 раз. Точно так же производилось деление, только ручку следовало вращать в сторону «-»

Арифмометр был простым, но очень эффективным устройством. Пока не появились электронные вычислительные машины и калькуляторы, он широко применялся во всех отраслях народного хозяйства СССР.

И в научных учреждениях тоже. Расчеты по атомному проекту велись на арифмометрах. А вот расчет вывода на орбиту спутников и расчеты водородной бомбы были очень сложными. Произвести их вручную уже не представлялось возможным. Так в Советском Союзе было дано добро на производство и использование электронных вычислительных машин. Хотя кибернетика, как известно, была публичной девкой на ложе американского империализма.

Вариант 1.

1. Основным носителем информации, а также и средством ее хранения в конце ХХ века:

а) являлась бумага (изобретена в Китае во II веке нашей эры, в Европе бумага появилась в XI веке);

б) являлись кино и фотопленка (изобретены в XIX столетии);

в) являлась магнитная лента (изобретена в XX веке);

г) являлись дискета, жесткий диск (появились в 80-е годы XX века);

д) являлись лазерные компакт-диски (появились в последнем десятилетии ХХ века).

1. Первый арифмометр выполнявший четыре арифметических действия, сконструировал в XVII веке:

а) Ч. Бэббидж; б) Б. Паскаль; в) Г. Холлерит; г) В. Лейбниц; д) Дж. Буль.

1. Идея использования двоичной системы счисления в вычислительных устройствах принадлежит:

а) Ч. Бэббиджу; б) Б. Паскалю; в) Г. Лейбницу; г) Дж. Булю; д) Дж. Фон Нейману.

1. Решающий вклад вклад в возможность формальных преобразований логических выражений внес:

а) А. Тьюринг; б) Г. Лейбниц; в) Дж. Буль; г) Ч. Бэббидж; д) Н. Винер.

1. Одна из первых электронно-вычислительных машин ENIAC была создана под руководством:

а) Дж. Маучли и Дж. П. Эккерта; б) Г. Айкена; в) Д. Анастасова; г) К. Цузе. д) С.А. Лебедева

1. Первая отечественная ЭВМ, разработанная под руководством С. А. Лебедева, называлась:

1. Время появления первой ЭВМ в нашей стране.

а) XIX век; б) первая половина ХХ века; в) 1951 год; г) 60-е годы ХX века.

1. Поколения ЭВМ отличаются друг от друга по:

в) элементной базе; г) периоду создания вычислительной машины.

1. ЭВМ первого поколения:

1. Какая из отечественных ЭВМ была лучшей в мире ЭВМ второго поколения?

а) МЭСМ; б) БЭСМ; в) БЭСМ-6; г) Минск-22.

1. Какое поколение машин позволяет нескольким пользователям работать с одной ЭВМ?

а) первое; б) второе; в) третье; г) четвертое.

1. Что представляет собой большая интегральная схема?

а) на одной плате расположены различные транзисторы;

б) это набор программ для работы на ЭВМ;

в) это набор ламп, выполняющих различные функции;

г) это кристалл кремния, на котором размещаются от десятков до сотен логических элементов.

Вариант 2.

1. Первым средством передачи информации на большие расстояния принято считать:

а) радиосвязь; б) электрический телеграф; в) телефон; г) почту; д) компьютерные сети.

1. Кто впервые сконструировал счетное устройство?

а) Дж. Непер; б) Б. Паскаль; в) Ч. Бэббидж; г) Дж. фон Нейман.

1. Идея программного управления вычислительными процессами была впервые сформулирована:

а) Н. Винером; б) Дж. Маучли; в) А. Лавлейс; г) Ч. Бэббиджем; д) Дж. Фон Нейманом.

1. Кем были разработаны основные принципы цифровых вычислительных машин?

а) Б. Паскаль; б) Г. Лейбниц; в) Ч. Бэббидж; г) Дж. Фон Нейман.

1. В каком году появилась первая ЭВМ?

а) 1823; б) 1946; в) 1951; г) 1949.

1. Первая ЭВМ, разработанная в нашей стране называлась:

а) БЭСМ; б) Стрела; в) МЭСМ; г) Урал; д) Киев.

1. Кто является основоположником отечественной вычислительной техники?

а) С. А. Лебедев; б) М.В. Ломоносов; в) П.Л. Чебышев; г) Н.И. Лобачевский.

1. Что понимают под термином « поколение ЭВМ»?

а) все счетные машины;

б) все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технических принципах;

в) совокупность машин, предназначенных для обработки, хранения и передачи информации,

г) все электронные машины.

1. ЭВМ второго поколения:

а) имели в качестве элементной базы полупроводниковые элементы; программировались с использованием алгоритмических языков;

б) имели в качестве элементной базы электронные лампы; характеризовались малым быстродействием, низкой надежностью; программировались в машинных кодах;

в) имели в качестве элементной базы интегральные схемы, отличались возможностью доступа с удаленных терминалов;

г) имели в качестве элементной базы - большие интегральные схемы, микропроцессоры, отличались способностью обрабатывать различные виды информации

д) имели в качестве элементной базы - сверхбольшие интегральные схемы, обладали способностью воспринимать видео- и звуковую информацию.

1. В каком поколении машин появились первые программы?

а) в первом; б) во втором; в) в третьем; г) в четвертом.

1. На какой серии вычислительных машин остановилось развитие отечественной электронной промышленности?

а) ЕС; б) IBM; в) Pentium; г) Wax.

1. Целью создания “пятого поколения ЭВМ” является:

а) реализация новых принципов построения компьютера;

б) создание дешевых компьютеров;

в) достижение высокой производительности персональных компьютеров (более 10 млрд. операций в 1 с);

г) реализация возможности моделирования человеческого интеллекта (искусственного интеллекта);

д) создание единого человеко-машинного интеллекта.

5. Кроссворд

Ведущий:

Каждая команда получает по две карточки. Необходимо разгадать кроссворд. На это командам дается 5 минут. Разминка оценивается максимум в 11 баллов.

1 команда:

По горизонтали: 3. Название, которое заменило термин «ЭВМ». 4. Устройство, изобретенное в 1888 г. для автоматизации вычислений при переписи населения США. 6. Имя создателя Паскалины. 7. Первичное, неопределяемое понятие в информатике. 11. Ученый, создавший «разностную» машину. 12. Первая ЭВМ. 13. Наименьшая единица информации. 16. Первая женщина-программист. 18. Количество действий, выполняемых машиной Лейбница. 22. Устройство, созданное фирмой Intel в 1971 г.

По вертикали: 1. Так называли абак в Японии. 2. Одна из машин Беббиджа. 5. Ученый, создавший свою машину в 1670 – 1680 гг. 8. Устройство, сконструированное Однером. 9. Ученый, создавший в 1958 г. первую опытную интегральную схему. 10. Один из основателей фирмы «Apple Computer», которая с 1977 г. наладила выпуск персональных компьютеров. 14. Одно из свойств информации. 15. Применялась как в машине Беббиджа, так и в устройстве Холлерита и представляла собой лист бумаги с пробитыми в нем дырочками. 17. Одно из свойств информации. 19. То, с помощью чего считали древние люди. 20. 1024 байт. 21. Поколение компьютеров с конца 50-х по конец 60-х.

Ответы:

По горизонтали: 3. Компьютер. 4. Табулятор. 6. Блез. 7. Информация. 11. Беббидж. 12. ЭНИАК. 13. Бит. 16. Лавлейс. 18. Четыре. 22. Микропроцессор.

По вертикали: 1. Серобян. 2. Аналитическая. 5. Лейбниц. 8. Арифмометр. 9. Килби. 10. Джобс. 14. Актуальность. 15. Перфокарта. 17. Достоверность. 19. Пальцы. 20. Килобайт. 21. Второе.

2 команда:

По горизонтали: 2. Одно из свойств информации. 5. Все типы и модели ЭВМ, разработанных различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах. 6. Схема, которую создал Джон Килби. 9. Техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, обработки и передачи информации средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. 15. Имя первой женщины-программиста. 16. Лист бумаги с пробитыми в нем дырочками, который применялся и в машине Беббиджа, и в машине Холлерита. 17. Изобретатель арифмометра. 19. То, что писала Лавлейс для машины Беббиджа. 20. Имя изобретателя «аналитической» машины. 21. Поколение компьютеров с конца 60-х до конца 70-х годов. 22 То, в виде чего передается информация.

По вертикали: 1. Имя изобретателя табулятора. 3. Название арифмометра, созданного в 30 годы XX в.. 4. То, что пришло на смену электронно-вакуумным лампам и привело к появлению ЭВМ второго поколения. 5. Одно из свойств информации. 7. Имя Лейбница. 8. Машина, созданная в середине 17 века. 10. Один из первых механических помощников. 11. Одно из действий, выполняемых машиной Паскаля. 12. Одна из машин Беббиджа. 13. То, из чего могли изготовлять абак. 14. Один из основателей фирмы «Apple Computer», которая с 1977 г. наладила выпуск персональных компьютеров. 16. Поколение компьютеров с 1946 г. по середину 50-х годов. 18. Единица измерения информации.

Ответы:

По горизонтали: 2. Однозначность. 5. Поколение. 6. Интегральная. 9. Информатика. 15. Ада. 16. Перфокарта. 17. Однер. 19. Программа. 20. Третье.

По вертикали: 1. Холлерит. 3. Феликс. 4. Транзистор. 5. Понятность. 7. Готфрид. 8. Табулятор. 10. Абак. 11. Сложение. 12. Разностная. 13. Камень. 14. Вознер. 16. Первое. 18. Байт.

Перед вами программистские версии известных русских пословиц и поговорок. Попробуйте вспомнить, как звучат они в оригинале.

 Компьютер - лучший друг.

(Книга - лучший друг.)

 Скажи мне, какой у тебя компьютер, и я скажу, кто ты.

(Скажи мне, какой у тебя друг, и я скажу, кто ты.)

 Без компьютера жить, только небо коптить.

(Без труда жить, только небо коптить.)

 На дисплей неча пенять, коли видеокарта крива.

(На зеркало неча пенять, коли рожа крива.)

 Без винчестера - полсироты, а без материнской платы - и вся сирота.

(Без отца - полсироты, а без матери - и вся сирота.)

 Компьютер без программы - что фонарь без свечи.

(Голова без ума - что фонарь без свечи.)

 Компьютер не принадлежит человеку, а человек принадлежит компьютеру.

(Золото не принадлежит скупому, а скупой принадлежит золоту.)

 Не смейся над старыми компьютерами, и твой будет стар.

(Не смейся над старыми, и сам будешь стар.)

 Компьютер памятью не испортишь.

(Кашу маслом не испортишь.)

 Компьютер на столе не для одних только игр.

(Голова на плечах не для одной только шапки.)

 По ноутбуку встречают, по уму провожают.

(По одёжке встречают, по уму провожают.)

 На IBM PC «яблоки» не растут.

(На сосне яблоки не растут.)

 Дарёному компьютеру в системный блок не заглядывают.

(Дарёному коню в зубы не смотрят.)

 В Силиконовую долину со своим компьютером не ездят.

(В Тулу со своим самоваром не ездят.)

 Кто БЭСМ вспомянет, тому глаз вон.

(Кто старое вспомянет, тому глаз вон.)

 Не Intel’ом единым жив процессорный мир.

(Не хлебом единым жив человек.)

 Мал микропроцессор (или ноутбук), да дорог.

(Мал золотник, да дорог.)

 Всякий кабель своё гнездо любит.

(Всякая птица своё гнездо любит.)

 Семь раз подумай - один раз апгрейдируй.

(Семь раз подумай - один раз скажи.)

Первая страница в истории создания вычислительных машин связана с именем французского философа, писателя, математика и физика Блеза Паскаля. В 1641-42 году он сконструировал механический вычислитель, который позволил складывать и вычитать числа.

В 1673 году немецкий ученый Готфрид Лейбниц построил первую счетную машину, способную выполнять все четыре действия арифметики. Она послужила прототипом арифмометров. На протяжении 19 века было создано много конструкций арифмометров, повысились их надежность и точность вычислений. Они получили очень широкое распространение.

Существенный вклад в совершенствование счетных машин внесли ученые и конструкторы России: Якобсон, Слободский, Штоффель, Куммер, Чебышев. В 1878 году русский учёный П. Чебышев предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел.

Петербургский инженер Однер изобрел арифмометр с зубчаткой, имеющей переменное число зубьев. Его конструкция оказалась настолько совершенна, (прибор позволял довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия) что арифмометры этого типа выпускались с 1873 года в течение почти ста лет. И только в 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр – “Феликс”. Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий.

В начале 19 века (1823 – 1834) английский математик Чарльз Беббидж сформулировал основные положения, которые должны лежать в основе конструкции вычислительной машины принципиально нового типа. Задуманный проект машины содержал все основные устройства вычислительных машин: память, арифметическое устройство, устройство управления, устройства ввода-вывода. Реализовать проект этой машины не удалось из-за низкого уровня развития машиностроения. Однако вычислительные программы для этой машины были созданы дочерью Джоржа Байрона Адой Лавлейс, которая по праву считается первой программисткой.

Только через 100 лет в 40-х годах 20 века удалось создать программируемую счетную машину на основе электромеханического реле. Эти машины не успели даже начать выпускать серийно, как появились первые ЭВМ на основе радиоламп.

Первая ЭВМ "Эниак" была создана в США в 1946 г. В группу создателей входил выдающийся ученый 20 века Джон фон Нейман, который и предложил основные принципы построения ЭВМ: переход к двоичной системе счисления для представления информации и принцип хранимой программы. Программу вычислений предлагалось помещать в запоминающем устройстве ЭВМ, что обеспечивало бы автоматический режим выполнения команд и, как следствие, увеличение быстродействия ЭВМ.

Одновременно над проектами ЭВМ работали в Англии и России, где первая ЭВМ, получившая название МЭСМ (малая электронная счетная машина) была разработана в 1950 году, а первая большая ЭВМ - БЭСМ в 1952г. С этого момента началось бурное развитие вычислительной техники. Можно выделить пять этапов в развитии электронных вычислительных машин.

o 40-50 годы 20 века - первые ЭВМ в США и СССР;

o 50-60 годы 20 века - первые языки программирования;

o 60-70 годы 20 века - первые АСУ, САПР, ЕС ЭВМ;

o 70-80 годы 20 века - первые персональные компьютеры;

o 80-90 годы 20 века - массовое применение персональных компьютеров.