Bối cảnh ra đời của máy tính

3

Bối cảnh của việc tạo ra máy tính

Tiến sĩ Khoa học Vật lý và Toán học
N. Kh. ROSOV,
Viện sĩ Viện Hàn lâm Khoa học Bulgaria
Vl. H.SENDOV

Giờ đây, vào cuối thế kỷ 20, không ai có thể ngạc nhiên trước những báo cáo về tốc độ tiến bộ cao trong các lĩnh vực khoa học và phản ánh kỹ thuật khác nhau, về số lượng đổi mới khoa học và kỹ thuật ngày càng tăng nhanh trong các lĩnh vực khác nhau của đời sống chúng ta. Tuyên bố về điều này đã trở nên rộng rãi, và có rất nhiều bằng chứng về điều này, sự phát triển này của sự phát triển khác.

Tuy nhiên, người ta có thể nghĩ rằng tốc độ phát triển, cường độ và bề rộng thâm nhập vào mọi lĩnh vực hoạt động và công nghệ máy tính theo đúng nghĩa đen là một trong những hiện tượng độc đáo nhất. Ngay cả những người thuộc thế hệ trung lưu cũng nhớ rõ thời kỳ mà máy tính điện tử được nhắc đến như một thứ gì đó trừu tượng và xa vời, và bản thân từ viết tắt MÁY TÍNH vẫn chưa được nhiều người biết đến.

Ngày nay, nếu không có máy tính với khả năng linh hoạt to lớn thì nhiều quy trình sản xuất, lập kế hoạch kinh tế toàn cầu, nghiên cứu cơ bản tốt nhất, đáp ứng nhu cầu đa dạng của hàng triệu người, v.v. đơn giản là không thể tồn tại.

Công nghệ điện toán hiện đại đã thay đổi đáng kể và mở rộng đáng kể khả năng của khoa học toán học. Giờ đây, không chỉ nhiều bài toáns trở nên “có sẵn”, mà chỉ có thể giải quyết được trong quá trình “về nguyên tắc”, về mặt lý thuyết, trong thực tế vẫn không thể vượt qua do khối lượng tính toán cần thiết cực kỳ lớn. Điều quan trọng nhất là, dựa trên việc sử dụng máy tính, vai trò và tầm quan trọng của mô hình toán học ngày càng tăng lên. Mỗi ngày, ngày càng có nhiều thí nghiệm mới có thể được thay thế bằng “tính toán trên máy” và điều này mang lại lợi ích đáng kể về tiền bạc và thời gian. Không phải vô cớ mà quan điểm như vậy đã trở nên phổ biến: toán học, được tạo ra bởi máy tính hiện đại, đã trở thành một môn khoa học thực nghiệm.

Tuy nhiên, cuộc thảo luận dưới đây sẽ không nói về tình trạng hiện tại của công nghệ máy tính cũng như về triển vọng phát triển và sử dụng nó trong tương lai. Bài viết này dành cho một số khía cạnh về lịch sử quá khứ của máy tính, những ngày qua của chính nó.

4

Câu chuyện này đối với chúng ta dường như là một ví dụ cụ thể thú vị, có ý nghĩa và mang tính hướng dẫn về quá trình biện chứng hình thành tri thức của con người. Mỗi ý tưởng cơ bản, về tổng thể, dẫn đến việc tạo ra máy tính, một mặt, là sản phẩm của một bộ óc nhạy bén, nguyên bản, mặt khác, là sản phẩm tự nhiên và tất yếu của quá trình tiến hóa lịch sử về điều kiện, nhu cầu của con người và sự phát triển của khoa học và công nghệ.

“Cỗ máy” luôn bên bạn

Nhu cầu đếm có lẽ là một trong những nhu cầu trí tuệ đầu tiên mà nomo sapiens đã trải qua khi bắt đầu cuộc hành trình lịch sử của mình. Nó được xác định trước và kích thích bởi các vấn đề khoa học về sự tồn tại của con người nguyên thủy và trên hết là bởi nhu cầu thường xuyên được biết và học hỏi về số lượng thay đổi của thực phẩm, vật nuôi, ngũ cốc và các vật thể động vật khác. Tuy nhiên, con người làm chủ con người rất chậm, bởi vì việc hình thành các khái niệm trừu tượng “một”, “hai”, v.v. đòi hỏi sự tích lũy hàng nghìn năm kinh nghiệm thực tế hàng ngày.

Trong quá trình lâu dài và khó khăn để hiểu chính ý tưởng đếm, một người đã đặc biệt hữu ích… những ngón tay của mình. Đây là cách tự nhiên hoạt động, rằng một người được ban cho một “chiếc máy đếm” tự nhiên - mười ngón tay trên bàn tay - và liên tục mang nó bên mình trong suốt cuộc đời.

“Máy tính” đơn giản, tiện lợi và đáng tin cậy này có tất cả các khả năng của một máy tính thu nhỏ: bạn có thể nhập thông tin số vào nó, nó giúp bạn thực hiện các phép tính số học, báo cáo kết quả và, nếu cần, cho phép bạn lưu nó trong một thời gian. Tất nhiên, thời lượng lưu trữ thông tin và dung lượng bộ nhớ của một “cỗ máy” như vậy, khả năng tính toán và trọng lượng của nó rất khiêm tốn, mặc dù không hề nhỏ như người ta tưởng.

Một số cuốn sách về toán học mô tả các kỹ thuật rất khéo léo cho phép bạn đếm “bằng ngón tay” đến những số khá lớn và không chỉ thực hiện phép cộng, phép trừ mà còn cả phép nhân. Bây giờ đây chỉ là trò vui, thủ thuật, nhưng ngay cả ở thế kỷ 13, một trong những người sáng tạo ra toán học thời trung cổ ở châu Âu, Leonardo xứ Pisa, hay được biết đến với cái tên Fibonacci, đã khuyến nghị sử dụng ngón tay để hỗ trợ đếm.

Đếm ngón tay đóng một vai trò đặc biệt trong sự phát triển của toán học. Có vẻ đáng tin cậy rằng chính ở đây, trong thực tế, các ngón tay của người phục vụ đã sinh ra, và sau đó được củng cố về mặt tâm lý, thói quen đếm hàng chục, dẫn đến sự xuất hiện của hệ thống số thập phân (mười). Nó dần dần phát triển từ các hệ thống số khác (ví dụ: thập nhị phân hoặc lục thập phân) được một số dân tộc sử dụng và từ lâu đã được chấp nhận rộng rãi trên toàn thế giới.

Vì tất nhiên, không thể để lại thông tin số trên ngón tay của một người trong một thời gian dài, nên một người phải đối mặt với tất cả sự liên quan thực tế bài toán phát minh ra cách chỉ định và lưu trữ số. Vào buổi bình minh của nhân loại, các vết khía và khía trên các đồ vật khác nhau, que đếm đặc biệt, đá cuội, thẻ, v.v. Nhưng cách đáng tin cậy và thuận tiện nhất để chỉ định và lưu trữ số đã xuất hiện cùng với sự ra đời của chữ viết. Nhân tiện, một số câu chuyện cho rằng mọi người học viết số thậm chí còn sớm hơn cả chữ cái.

Một sự kiện lịch sử nổi bật đã quyết định mọi sự phát triển tiếp theo của toán học là việc phát hiện ra cách đánh số theo vị trí. Rõ ràng cô ấy được sinh ra vào khoảng 4000 tuổi

5

trước đây ở Babylon cổ đại.
Tiếc thay thời gian đã không mang đến cho chúng ta cái tên thiên tài đầu tiên bày tỏ ý tưởng tính đến vị trí của từng chữ số một cách đặc biệt khi viết số! Sự tiện lợi không thể so sánh được của việc đánh số theo vị trí đã đảm bảo chiến thắng của nó trước tất cả các cách viết số khác (ví dụ: trước hệ thống đánh số La Mã nổi tiếng); Chính cô là người sau này đã mở ra khả năng cơ giới hóa việc đếm và cuối cùng là tạo ra một chiếc máy tính.

Làm thế nào để đếm nhanh hơn và đáng tin cậy hơn?

Cuộc cách mạng vĩ đại trong toán học là việc phát minh ra bàn tính, hay nói cách khác là bàn tính. Unfortunately, it is unknown who and when created this sheder, just as it is impossible to name the exact number of its historical and national varieties.

The abacus was a convenient and simple device that allowed a person to determine arithmetic operations on numbers by moving certain objects (counting stamps) according to special rules. Người ta biết rộng rãi rằng các nhà toán học cổ đại rất coi trọng hình học

Bàn tính Nga.

lời giải bài toán “sử dụng số và thước kẻ.” But few people know that a similar situation should remain in arithmetic: bài toán was considered solved only if it was indicated how the corresponding necessary calculations were carried out on the abacus.

Chỉ đến cuối thời Trung cổ, sau sự ra đời của giấy ở châu Âu và với sự phổ biến cũng như áp dụng hệ thống số vị trí thập phân (trong đó các phép tính số học được viết dễ dàng thực hiện), bàn tính mới khẳng định ý nghĩa phổ quát của nó đối với số học. Dần dần, nó biến thành một thiết bị phụ trợ, có thể nói, trong một thời gian, “kỹ ​​thuật” cung cấp các phép tính thương mại, v.v. Ví dụ, bàn tính của Nga vẫn giúp nhân viên thu ngân lưu trữ thành công trong công việc của họ (trong những năm gần đây, bàn tính đã nhường chỗ cho chúng, được tự động thay thế bằng máy tính tiền và máy tính vi mô).

Bàn tính (bàn tính) tất nhiên chưa thể gọi là máy tính được. Đây chỉ là một thiết bị tính toán cho phép bạn tổ chức việc thực hiện phép tính theo dạng xoay (thay thế cho phép tính “cột” hình trụ)

6

không phải các phép tính số học thực sự được thực hiện bởi chính con người, trong đầu anh ta. Và chuyển động của các dấu đếm, mà phép tính được giảm bớt, cũng được thực hiện bởi chính một người, bằng chính bàn tay của mình.

Tuy nhiên, với sự ra đời của bàn tính, ý tưởng cơ bản về một thiết bị đặc biệt đã được hiện thực hóa và củng cố, thực hiện vô số thao tác thuộc một số loại nhất định mà không cần bất kỳ bản ghi trung gian nào.

Dụng cụ đếm, ngoài bàn tính và bàn tính, còn có nhiều thiết bị khác khá độc đáo và thú vị. Chúng tôi sẽ không liệt kê tất cả ở đây mà chỉ đề cập đến một điều nữa, điều này thoạt nhìn khá bất ngờ trong loạt dụng cụ đếm. Đây là… bảng logarit. Tuy nhiên, không cần phải ngạc nhiên! Nếu bạn nghĩ về cách thực hiện phép nhân bằng cách sử dụng bảng logarit, không khó để nhận thấy rằng về nguyên tắc, vai trò của chúng không khác gì vai trò của bàn tính.

Các bảng logarit được xuất bản vào năm 1614 bởi nhà toán học người Scotland John Napier (1550-1617), mặc dù ông đã tạo ra chúng sớm hơn nhiều - vào khoảng đầu những năm 90 của thế kỷ 16. Xuất hiện ban đầu như là nền tảng của một “thiết bị tính toán” tự do, khái niệm logarit đóng một vai trò đặc biệt trong lịch sử phát triển của toàn bộ ngành khoa học toán học.

Những nỗ lực đầu tiên để giao hóa đơn cho một chiếc máy

Các quy tắc đếm bằng văn bản trong hệ thống số vị trí thập phân chắc chắn rất thuận tiện, nhưng điều này không ngăn được việc tính toán trở nên khó khăn và tẻ nhạt, đặc biệt nếu đây là những phép tính dài với số lượng lớn. Vì vậy, với thắng lợi của hệ thống số vị trí thập phân, ý tưởng tạo ra các thiết bị hỗ trợ đếm vẫn không hề mất đi sức hấp dẫn. Hơn nữa, sự phát triển mạnh mẽ hơn nữa về nhu cầu thương mại và tài chính, sự phát triển nhanh chóng của công nghệ trong quá trình hình thành phương thức sản xuất tư bản chủ nghĩa, thiên văn, khảo sát, điều hướng và các phép tính khác, nhu cầu cụ thể (“đến số”) lời giải toán học ứng dụng bài toán - tất cả những điều này khiến bài toán việc giải phóng một người khỏi giai đoạn khó khăn khi đếm thang đo trở nên quan trọng.

Công nghệ cực kỳ quan trọng tiếp theo có từ thế kỷ 17 - sự xuất hiện của một thiết bị đếm.

Từ lâu, người ta đã tin rằng thiết bị đầu tiên được chế tạo vào năm 1642 bởi nhà toán học, nhà vật lý và vật lý người Pháp Blaise Pascal (1623-1662). Tuy nhiên, cách đây không lâu người ta đã xác định rằng lần đầu tiên, vào khoảng năm 1623, một chiếc máy tính toán đã được chế tạo bởi nhà khoa học người Đức Wilhelm Schickard (1592-1636), giáo sư toán học và … ngôn ngữ phương Đông tại Đại học Tübingen.

Sự khác biệt căn bản giữa thiết bị đếm và thiết bị tính toán là bản thân nó, không cần sự tham gia của đầu người, sẽ tự động thực hiện một phép tính số học trên các số ban đầu đã thiết lập và báo cáo kết quả thu được. Tuy nhiên, phần công việc liên quan đến việc lập kế hoạch thực hiện tuần tự các hoạt động khác nhau, do đó nhập dữ liệu trước mỗi hoạt động và ghi lại các kết quả trung gian, vẫn thuộc về con người.

Điều quan trọng nữa là hỗ trợ thực tế rằng việc thực hiện các hoạt động tính toán trong một thiết bị đếm được thực hiện trên cơ sở chuyển động cơ học của các bộ phận của nó (ví dụ: biểu thức của bánh xe quấn) với sự chuyển đổi tự động của số mười ở một chữ số nhất định thành đơn vị của các chi tiết kỹ thuật sau).

Phát minh của Schiccard vẫn chưa được những người thực hành thực tế biết đến, nhưng

7

Máy tự động của Pascal đã trở nên phổ biến rộng rãi và đóng vai trò là tổ tiên của một dòng thiết bị trích dẫn khổng lồ được tạo ra trong ba thế kỷ tiếp theo. Điều thú vị cần lưu ý là, mặc dù bản thân việc tạo ra các thiết bị như vậy là một vấn đề kỹ thuật, kỹ thuật, nhưng danh sách dài tên của người tạo ra chúng bao gồm nhiều nhà toán học xuất sắc và theo quy luật, họ là những người sở hữu công trình xây dựng ban đầu lời giải. Đây chỉ là một vài ví dụ.

Một trong những người sáng lập phép tính vi phân và tích phân, nhà toán học, nhà khoa học và triết học người Đức Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) đã tích cực tham gia vào việc chế tạo và cải tiến máy đếm trong gần 40 năm cuộc đời của mình. Thiết bị đếm mà ông chế tạo một cách “khéo léo” không chỉ thực hiện phép cộng và phép trừ, giống như máy tự động của Pascal, mà còn thực hiện cả phép nhân và chia. Nói cách khác, Leibniz là tác giả của máy đo số học đầu tiên trong lịch sử - một thiết bị cho phép bạn thực hiện nhanh chóng và thuận tiện cả bốn phép tính số học.

Quy tắc trượt đầu tiên được phát minh vào những năm 20 của thế kỷ 17 bởi nhà toán học nổi tiếng người Anh William Oughtred (1574-1660), nhân tiện, người đã đề xuất sử dụng “chữ thập” × làm dấu nhân. Đã trở nên phổ biến rộng rãi, được cải tiến nhiều lần và tồn tại qua nhiều thế kỷ, thước trượt hóa ra là một trợ thủ đắc lực, tiện lợi và không thể thiếu trong nhiều phép tính thực tế. Cho đến gần đây, chính xác đây là biểu tượng của công việc kỹ thuật: một kỹ sư luôn được miêu tả bằng các biểu tượng và hình vẽ với một thước trượt bất biến trong túi áo ngực.

Tên tuổi của nhà toán học và cơ khí người Nga, người sáng lập thang toán học St. Petersburg Pafnutya Lvovich Chebyshev (1821-1894) nổi tiếng khắp thế giới: công trình của ông có ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển của nhiều ngành toán học. P. L. Chebyshev cũng để lại dấu ấn đáng chú ý trong lịch sử công nghệ máy tính. Ông là người đầu tiên thể hiện (và thực hiện trong máy đo số học của mình) ý tưởng về sự biến đổi liên tục (chứ không phải rời rạc) của số mười thành đơn vị bậc cao. Nguyên tắc truyền liên tục hàng chục đã trở nên đặc biệt quan trọng trong thời đại chúng ta, sau sự ra đời của máy tính.

Thế kỷ 20 được đánh dấu bằng sự gia tăng mạnh mẽ hơn nữa vai trò của máy tính trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người. Có rất nhiều thứ để đếm và rất nhiều thứ để đếm. Trong nửa đầu thế kỷ này, thiết bị tính toán phổ biến nhất trên thế giới là máy đo số học. Các sửa đổi khác nhau của nó, được sản xuất ở các quốc gia khác nhau, về cơ bản không khác biệt so với máy đo số học được thiết kế vào năm 1890 bởi nhà phát minh St. Petersburg Vilg Teofilovich Oder (1845-1905). Nhẹ và kích thước nhỏ, đơn giản và dễ sử dụng, vận hành đáng tin cậy, máy đo số học Oderga là đỉnh cao của nghệ thuật thiết kế trong vô số thiết bị đếm.

Có ai trong số những người thuộc thế hệ cũ, mặc dù bằng cách nào đó liên quan đến tính toán hoặc xử lý dữ liệu số, lại không phải đối mặt với máy đo số học Felix cổ điển không? Cho đến gần đây, nó là công cụ điện toán đại chúng chính; nó có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi. Và ngày nay “Felix” chỉ là một vật trưng bày của bảo tàng lịch sử khoa học. Bị thúc đẩy bởi nhu cầu tồn tại, công nghệ máy tính ngày càng phát triển và chúng ta phải nói lời tạm biệt với người trợ lý trung thành và quen thuộc này. Những tính toán như vậy luôn có chút đáng buồn, nhưng nếu không có chúng thì khoa học sẽ không thể tiến bộ, chúng là điều không thể tránh khỏi…