В переводе слово Upgrade означает нечто вроде "улучшение характеристик". Глядя на окружающие нас гаджеты и компьютеры, трудно даже представить, сколько веков понадобилось человечеству, чтобы путем многократных улучшений, скрещиваний и селекций вывести удивительную породу устройств, приспособленную к вычислительной и аналитической деятельности.
Как уверяют историки, первый след напряженной человеческой мысли, связанной с вычислениями, был оставлен 30 тысяч лет назад, то есть уже в верхнем палеолите.
При раскопках стоянки охотников на мамонта в Дольни-Вестонице (что в чешской области Моравия), помимо разных чудесных предметов вроде глиняной статуэтки дамы с угрожающими пропорциями археологи нашли испещренную зарубками кость, позволившую им предположить, что уже тогда наши предки производили какие-то вычисления (поголовье мамонтов на подведомственной территории?).
И что удивительно: с самых первых шагов вычислительная техника оказалась связанной с полупроводниками — ведь вряд ли 30 тысяч лет тому назад человек мог использовать для зарубок на кости что-нибудь иное, кроме кремниевых зубил.
Но человек разумный — а это был он — не внял зову природы и позднее, вплоть до XX века, использовал для создания вычислительных устройств все, что угодно, кроме кремния — увы! Правда, чуть позже (эдак через 25 тысяч лет) в первых калькуляторах кремний все же применялся — в виде морского песка (оксида кремния). Происходило это следующим образом.
Обычно древнегреческий счетовод, собираясь хорошенько посчитать на досуге, брал стиральную доску своей супруги, отправлялся на берег морской и, насыпав на доску ровным слоем песок, наносил бороздки (для единиц, десятков, сотен и т. д.), после чего в каждой бороздке размещал по десять камешков. Отгадайте, как древнегреческие счетоводы называли эти камешки?
Калькули! Доску для подсчетов поэтому вполне справедливо можно было именовать калькулятором, так она, кстати, и называлась в Древнем Риме (calculis), хотя более распространенным было другое название — абак.
Помню, в 80-х годах двадцатого века в одном центральном магазине я стал свидетелем одной любопытной сценки: группа иностранцев с изумлением наблюдала, как кассирша рассчитывала стоимость покупок при помощи канцелярских счет.
Тогда я не понял суть происходящего, сегодня же хорошо представляю, что ввело иностранцев в сомнамбулическое состояние, — они даже представить себе не могли, что в СССР в магазинах можно увидеть настоящий абак. Да уж, абак преспокойно пережил несколько тысяч лет разных исторических волнений и с незначительными конструкционными модификациями дожил до двадцатого века, превратившись в канцелярские счеты — деревянную раму со спицами, на которых нанизаны деревянные косточки по десять штук.
От идеи песочного калькулятора очень скоро отказались, ввиду очевидной непрактичности такой технологии. При раскопках на острове Саламин (рядом с Афинами) в 1899 году была обнаружена доска, изготовленная примерно за 300 лет до н. э. Это была мраморная модификация абака. В Древнем Риме, как уже было сказано, для расчетов также применялись абаки. И вот тут обнаруживается некая странность.
Дело в том, что в Древнем Риме использовалась непозиционная система счисления, тогда как абак мог освоить лишь человек, знающий позиционную систему счисления. Да и вообще, развитие такой сложной в техническом отношении цивилизации, каковой была Древнеримская империя, без использования хотя бы умножения, деления и возведения в степень числа, совершенно невозможно представить.
Я, например, решительно отказываюсь раздумывать над тем, как можно возвести в квадрат (операция, без которой очень затруднительны различные геометрические построения), скажем, хотя бы число MMMDCCCXLVII (3847). Тут какая-то тайна, как любил говаривать Буратино. (Кстати, изготовив своего экспериментального робота из полена, Папа Карло совершил роковую ошибку — с математикой у Буратино были постоянные проблемы — не удивительно, что его не слишком интересовала школа.)
Другая тайна в развитии вычислительной техники также связана с Римом, вернее с Римским Папой Сильвестром II, до занятия папского трона именовавшимся Гербертом из Орийака. Он прожил некоторое время в Испании, был монахом. Некоторые исследователи рассказывают о его таинственном путешествии в Индию, где Герберт якобы почерпнул различные познания, изумлявшие окружающих.
Так это или нет, сегодня проверить крайне затруднительно. Во всяком случае, именно Герберта д'Орийака считают изобретателем первых в истории человечества механических часов. А может, он просто повторил механизм, ставший известным ему от восточных мудрецов? Бог весть...
Во всяком случае, римляне считали папу Сильвестра II, посаженного на трон германским императором Оттоном III, алхимиком и сатанистом. В немалой степени этому способствовали необычайные знания Сильвестра II, да и год занятия кафедры Св. Петра — 999, то есть перевернутые три шестерки, также наводил на определенные размышления средневековых любителей спагетти, привыкших видеть во всем таинственные знамения.
(Я думаю, уважаемые читатели, мы простим автору эту маленькую вольность. Ведь даже первоклассник знает, что спагетти были изобретены в 1819 году, так что средневековые матерые человечища есть их ну никак не могли. Зато первые макароны были состряпаны в 490 г. до н. э., возможно, их или другое хлебобулочно-веревочное изделие и лопали проклятые инквизиторы — прим. ред.)
Помимо прочих разных чудес, во дворце Сильвестра II была бронзовая голова, которая отвечала "да" или "нет" на предлагаемые ей вопросы. Уже в наше время на основании неполных, случайно сохранившихся описаний, специалисты сделали предположение, что речь идет об аналитической машине, построенной на основе использования двоичной системы счисления, то есть об автомате, аналогичном современным двоичным машинам.
Папа-алхимик внезапно умер в 1003 году во время службы в базилике Святого Креста в Риме. Причиной смерти неофициальное предание называет коварную месть Сатаны за нарушение некоего договора (не иначе Папа пострадал за просрочку оплаты партии шестеренок для часов). Как бы там ни было, но после смерти Сильвестра II все его изобретения, в том числе и пресловутая бронзовая голова, были уничтожены, а документы засекречены.
Возможно, если бы удалось заглянуть в закрома Ватиканской библиотеки, то можно было бы обнаружить там немало интересного...
Следующий шаг в деле развития вычислительной техники совершил также житель солнечной Италии — Леонардо да Винчи (1452-1519). Сегодня уже ни для кого не секрет, что этот великий живописец эпохи Возрождения был и изобретателем различных технических устройств. Леонардо очень изящно отзывался о механике, называя ее "раем математических наук".
Он пытался определить коэффициенты трения скольжения, изучал сопротивление материалов, увлеченно занимался гидравликой. Ему принадлежит пальма первенства в изобретении таких повсеместно используемых сегодня чудес, как танк, подводная лодка, вертолет, парашют и др. И опять же неизвестно, было ли это озарение гениального инженера, или же ему были известны какие-то более ранние работы, например, творчество Сильвестра II. Одним из изобретений Леонардо да Винчи было 13-разрядное суммирующее устройство.
Каждый разряд был представлен колесом с десятью зубьями — по одному для каждой цифры. Уже в наше время по эскизам Леонардо это устройство было построено и оказалось вполне работоспособным. К сожалению, изобретениям Леонардо да Винчи повезло гораздо меньше его картин — они не были востребованы временем.
А в это самое время в Европе развертывались целые баталии между абакистами — приверженцами счета на абаке и алгоритмиками — фэнами алгоритмов. Корни слова "алгоритм" долгое время оставались неясными. Его пытались объяснить, комбинируя разные слова, сходные в смысловом и фонетическом планах. В конце концов, историки математики обнаружили истинное происхождение этого слова — от имени арабского ученого аль-Хорезми (полное имя Абу Джафар Мухаммад ибн Муса аль-Хорезми), который около 825 года написал книгу об общих правилах решения задач при помощи уравнений, она называлась "Китаб аль-джабр уа-ль-мукабала" — "Книга о восстановлении и противопоставлении".
Эта книга, переведенная в 1120 году на латинский язык, дала имя науке алгебре.
Рассказ о начальном этапе становления вычислительной техники будет неполным без упоминания счетных палочек, которые в 1617 году изобрел шотландский математик Джон Непер (John Napier, 1550-1617) — автор таблицы логарифмов (по совместительству лорд). Вы вот смеетесь, а между тем палочки Непера существенно отличались от кремнево-костяного арифмометра древних кроманьонцев.
Счетные палочки изготовлялись в виде прямоугольных брусков, разделенных на десять квадратов. Каждый квадрат, кроме самого верхнего, в свою очередь, делился по диагонали на две части, в каждой из которых в определенном порядке записывались числа. Самый верхний квадрат содержал всего одну цифру. Помимо этого в набор входил еще один брусок, поделенный также на десять частей. Верхний квадрат такого бруска оставался пустым, а в нижние записывались по порядку числа от единицы до девяти.
Для выполнения операции умножения двух чисел брался основной брусок и брусок, у которого в верхнем квадрате был записан один из множителей. Далее эти бруски располагались рядом так, чтобы их края совпадали. После этого в том квадрате, который располагался на одной линии со вторым множителем, из основного бруска складывались два находившихся там числа, при этом число, располагавшееся левее, обозначало десятки, а число правее — единицы.
Таким образом операция умножения сводилась к сложению... В общем, не очень сложно, если вдуматься... Предлагаю на досуге по приведенному описанию изготовить комплект палочек Непера и что-нибудь посчитать.
Да, славное было времечко. Одно было неудобно: вплоть до XVII столетия все вычислительные устройства (за исключением, разве что, говорящей головы папы Сильвестра II) работали на мускульной силе счетоводов, которые их использовали.
Это положение становилось все более и более невыносимым ввиду приближающегося начала эпохи Великих Научных Открытий, и с XVII века (и вплоть до века двадцатого) изобретатели отдавали предпочтения механическим устройствам...
Но это уже совсем другая история. Следующая...
ДополнительноО слове "цифра"
Для обозначения числа, в котором отсутствует какой-либо разряд (например, 207 или 1380), индийцы — изобретатели позиционной системы счисления — вместо названия цифры употребляли слово "пустой" ("сунья").
При записи на месте "пустого" разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок.
Такой кружок назывался "сунья" — "пустое место" (хинди).Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык, они говорили "сифр".
Современное слово "нуль" родилось сравнительно недавно, позднее, чем "цифра". Оно происходит от латинского слова nihil — "никакая".
В книге "Близнец бесконечности. Биография числа "нуль" американского математика и публициста, автора многих научных публикаций и книжек, Чарльза Зайфе можно почерпнуть очень полезные сведения о "биографии" нуля.
Роль кремния
Обычный песок, из которого изготовляется стекло, представляет собой окись кремния (CiO). Стекло является очень хорошим. Каким же образом песок используется в электронике? Чистый кремний легко получается из оксида при помощи химической реакции и является типичным полупроводником. Что такое полупроводник? Если проводник (например, медь с удельным сопротивлением 1,6 х 10*8 Ом*м) — это вещество с очень малым удельным сопротивлением, что позволяет электрическому току (свободным электроном) легко течь под воздействием электродвижущей силы (ЭДС). А диэлектрик, наоборот, препятствует электрическому току, то полупроводник по своим характеристикам занимает как бы промежуточное положение. В полупроводнике, в отличие от проводника, очень мало свободных электронов (его проводимость, правда, увеличивается при нагревании, вызывая так называемый тепловой пробой, из- за чего полупроводниковые элементы очень боятся перегрева). Если в полупроводник ввести специальную примесь (атомы которой имеют меньшую или большую, чем атомы полупроводника, валентность), то его проводимость резко возрастает Это свойство используется при изготовлении интегральных схем.
Обычный песок, из которого изготовляется стекло, представляет собой окись кремния (CiO). Стекло является очень хорошим. Каким же образом песок используется в электронике? Чистый кремний легко получается из оксида при помощи химической реакции и является типичным полупроводником. Что такое полупроводник? Если проводник (например, медь с удельным сопротивлением 1,6 х 10*8 Ом*м) — это вещество с очень малым удельным сопротивлением, что позволяет электрическому току (свободным электроном) легко течь под воздействием электродвижущей силы (ЭДС). А диэлектрик, наоборот, препятствует электрическому току, то полупроводник по своим характеристикам занимает как бы промежуточное положение. В полупроводнике, в отличие от проводника, очень мало свободных электронов (его проводимость, правда, увеличивается при нагревании, вызывая так называемый тепловой пробой, из- за чего полупроводниковые элементы очень боятся перегрева). Если в полупроводник ввести специальную примесь (атомы которой имеют меньшую или большую, чем атомы полупроводника, валентность), то его проводимость резко возрастает Это свойство используется при изготовлении интегральных схем.
Из архива печатного журнала UPgrade
