Бизенц Торра - Том 15. От абака к цифровой революции. Алгоритмы и вычисления

Однако эта теория принесла первые плоды не в XX веке, а намного раньше. Первый калькулятор в истории был создан еще в XVII веке. Его изобретение стало логичным продолжением развития механических вычислительных устройств, о которых мы только что рассказали. Это устройство, получившее название «часы для счета», создал Вильгельм Шиккард(1592–1635) в Тюбингене в 1623 году.

Немецкая марка с изображением «часов для счета» Вильгельма Шиккарда.

С помощью первого в мире калькулятора можно было выполнять четыре основных арифметических действия. Сложение и вычитание выполнялись полностью механически, в отличие от умножения и деления: в этом случае оператору приходилось выполнять промежуточные действия самому. Детали машины напоминали палочки Непера, перенос значений в старший разряд осуществлялся механически при помощи зубчатых колес: когда колесо, соответствовавшее единицам, совершало полный оборот, колесо, обозначавшее десятки, сдвигалось на одно деление. Подобные механизмы использовались в Европе как минимум с XVI века при создании шагомеров, служивших для измерения пройденного пути. Древнейший из известных нам шагомеров был создан французом Жаном Фернелем в 1525 году.

Калькулятор Шиккарда не оказал большого влияния на вычисления: его изобретатель стал жертвой одной из эпидемий, бушевавших в Европе в те годы. Изобретение затерялось и было вновь найдено лишь в XX веке. О нем стало известно из переписки Шиккарда с Иоганном Кеплером, с которым тот сотрудничал. В своих письмах он приводит многочисленные эскизы своего изобретения. Благодаря им стало возможным воссоздать машину и убедиться, что она действительно работала. В одном из писем Кеплер подтверждает, что попросил экземпляр калькулятора у своего друга и коллеги Шиккарда.

«Паскалина», калькулятор, изобретенный Блезом Паскалем, стал первой широко известной вычислительной машиной. Этот гениальный философ и математик представил свое изобретение публике в 1642 году, когда ему было всего 19 лет. Созданная Паскалем машина была схожа с изобретением Вильгельма Шиккарда: когда колесо, соответствовавшее меньшему разряду, совершало полный оборот, колесо, соответствовавшее следующему разряду, поворачивалось на одно деление. К сожалению, подобное устройство было источником различных проблем, поскольку зубчатые колеса не всегда сцеплялись правильно.

« Паскалина», изобретенная Блезом Паскалем.

Было доказано, что Паскаль создал свою машину независимо от Вильгельма Шиккарда. «Паскалина» была проще, и с ее помощью можно было выполнять только сложение и вычитание. Первая версия работала с пятизначными числами (машина Шиккарда с шестизначными), в последующих версиях число разрядов было увеличено. Некоторые калькуляторы поступили в продажу, но их высокая цена отпугнула покупателей и не принесла семье Паскаля существенной прибыли. «Паскалина» стала всего лишь игрушкой, символом статуса для зажиточных людей Франции и других стран Европы. Паскаль в течение 10 лет улучшал свое изобретение и создал 50 различных версий.

Несмотря на ограничения и сбои в работе, эти машины имели огромное значение. С их появлением всю Европу охватила жажда изобретательства, математики и инженеры один за другим принялись создавать новые и новые механические калькуляторы. Некоторые из них были более совершенными, чем «Паскалина», другие были еще проще. Англичанин Сэмюэль Морленд(1625–1695) , например, создал вычислительную машину, адаптированную к британской денежной системе с пенни, шиллингами и фунтами, которая отличалась от десятичной. В отличие от «Паскалины», его калькулятор не мог переносить значения в старший разряд автоматически. В нем присутствовали отдельные колеса для значении, перенесенных в каждый разряд, которые требовалось учитывать вручную. Машина Морленда была примечательна своими размерами: она свободно помещалась в карман.

* * *

БЛЕЗ ПАСКАЛЬ (1623–1662)

Французский математик, физик, философ и богослов Блез Паскаль вместе с Чарльзом Бэббиджем считается отцом современных компьютеров. Паскаль был вундеркиндом: уже в И лет он написал небольшой трактат о звуках вибрирующих тел и самостоятельно доказал, что сумма углов треугольника равна сумме двух прямых углов. В 12 лет он изучил труды Евклида и начал посещать собрания, на которых присутствовали лучшие математики и другие ученые Европы: Роберваль, Дезарг, сам Декарт. Паскаль создал свои фундаментальные труды по проективной геометрии, когда ему было всего 16 лет. Прочитав рукопись, Декарт не мог поверить, что ее автор — подросток. Паскаль был математиком и физиком первой величины, а его открытия ярко сияют на звездном небе современной науки.

* * *

В книге The Description and Use of two Arithmetick Instruments, изданной в Лондоне в 1673 году, описывается вычислительная машина, изобретенная Сэмюэлем Морлендом.

Калькулятор, созданный Готфридом Лейбницем, был намного более совершенным по сравнению с машиной Паскаля, так как с его помощью можно было автоматически выполнять умножение. До этого умножение с помощью калькуляторов было трудоемким и требовало выполнения промежуточных вычислений вручную. Однако вновь возникала извечная проблема: машины становились все сложнее и сложнее и в итоге переставали работать вовсе. Точность деталей была недостаточной, чтобы обеспечить требуемую надежность. Но несмотря на это, усовершенствования, представленные Лейбницем, оказали большое влияние на последующие изобретения. Среди них выделяются два нововведения: зубчатый механизм Лейбница (цилиндр, удерживавший зубчатые колеса на определенных расстояниях друг от друга) и передвижная каретка. Улучшения, необходимые для того, чтобы эти изобретения стали по-настоящему надежными, внес француз Шарль Ксавье Тома де Кольмар в 1822 году, когда изобрел и начал серийный выпуск арифмометра.

Однако вклад Лейбница не ограничивался одним лишь созданием неточного вычислительного калькулятора. Намного более важным был его труд о двоичной системе счисления, лежащей в основе современной информатики. Эту систему счисления до него изучал англичанин Томас Хэрриот(1560–1621) , однако результаты его работы не были опубликованы. В следующей таблице приведена запись чисел от 0 до 15 в двоичной системе.