Блез Паскаль и его вычислительные устройства

До определенного момента своего развития, человечество при подсчете предметов довольствовалось природным «калькулятором» — данными от рождения десятью пальцами. Когда их стало не хватать, пришлось придумывать различные примитивные инструменты: счетные камешки, палочки, абак, китайский суань-пань, японский соробан, русские счеты.

Устройство этих инструментов примитивно, однако обращение с ними требует изрядной сноровки. Так, например, для современного человека, родившегося в эру калькуляторов, освоить умножение и деление на счетах необычайно сложно. Такие чудеса «костяной» эквилибристики сейчас под силу, пожалуй, лишь микропрограммисту, посвященному в тайны работы интелевского микропроцессора.

Прорыв в механизации счета наступил, когда европейские математики начали наперегонки изобретать арифмометры.

Однако, именно Блез Паскаль, который первым не только сконструировал, но и построил работоспособный арифмометр, начинал, как говорится, с нуля. Блистательный французский ученый, один из создателей теории вероятностей, автор нескольких важных математических теорем, естествоиспытатель, открывший атмосферное давление и определивший массу земной атмосферы, и выдающийся мыслитель, оставивший после себя такие не утратившие и по сей день сочинения как «Мысли» и «Письма к провинциалу».

Мне Блез Паскаль интересен как человек и как изобретатель, поэтому я хочу узнать о его жизни побольше и его изобретениях, а особенно о вычислительной машине.

Паскаль (Pascal) Блез (19. VI. 1623 — 19. VII. 1662) — французский математик, физик и философ (см. рис. 2). Он был третьим ребенком в семье. Его мать умерла, когда ему было только три года. В 1632 семейство Паскаля, покинуло Клермонт и отправилось в Париж.

Отец Паскаля имел хорошее образование и решил непосредственно передать его сыну. Отец решил, что Блез не должен изучать математику до 15 лет, и все математические книги были удалены из их дома. Однако любопытство Блеза, толкнуло его на изучение геометрии в возрасте 12 лет. Он обнаружил, что сумма углов в любом треугольнике равна двум правильным углам. Когда это узнал отец, он смягчался и позволил Блезу изучить Эвклида. В декабре 1639 семейство Паскаля оставило Париж, чтобы жить в Роене, куда отец был назначен налоговым сборщиком Верхней Нормандии.

В 1641 (по другим источникам в 1642) Паскаль сконструировал суммирующую машину. Это был первый цифровой калькулятор, который помог его отцу с работой. Устройство, называющееся «Паскалиной», походило на механический калькулятор 1940;ых. Машина Паскаля получила широкое применение: во Франции она оставалась в употреблении до 1799 г., а в Англии даже до 1971 года.

Блез Паскаль внес значительный вклад в развитие математики. В трактате «Опыт теории конических сечений» (1639, изд. 1640) он изложил одну из основных теорем проективной геометрии т. н. Паскаля теорему. К 1654 закончил ряд работ по арифметике, теории чисел, алгебре и теории вероятностей. Паскаль нашел общий признак делимости любого целого числа на любое другое целое число, основанный на знании суммы цифр числа, способ вычисления биномиальных коэффициентов (Арифметический треугольник); дал способ вычисления числа сочетаний из n чисел по m; сформулировал ряд основных положений элементарной теории вероятностей.

Труды Паскаля, содержащие изложенный в геометрической форме интегральный метод решения ряда задач на вычисление площадей фигур, объемов и площадей поверхности тел, а также других задач, связанных с циклоидой, явились существенным шагом в развитии анализа бесконечно малых.

В физике Паскаль занимался изучением барометрического давления и вопросами гидростатики. Его философские воззрения колебались между рационализмом и скептицизмом. Занимался он и литературной деятельностью — его «Письма к провинциалу» оказали значительное влияние на развитие французской художественной прозы и театра 17−18 вв. Он был одним из тех учеников, которого недолюбливали одноклассники. Трудно любить того, у кого средний бал был настолько высок, что по сравнению с ним всякий казался глупым.

Паскаль выделялся своими способностями во всём, чему бы он себя не посвятил: физике, гидростатике, гидродинамике, математике, статистике, изобретении, логике, полемике, философии и прозе. Мы говорим о давлении «Паскаля», Принципе Паскаля, и даже компьютерный язык называется Паскаль. Учёные, которые занимаются исследованием истории литературы, называют Паскаля Отцом Французской Прозы, а богословы обсуждают Пари Паскаля, в то время как евангелисты используют его для свидетельствования грешникам о Евангелии. Он знал, что такое боль, он знал, что такое борьба, и он знал Иисуса Христа так глубоко и чувственно, как знают лишь некоторые.

Все свои открытия он совершил, не дожив до сорока лет. Репутация Паскаля как математика возрастала, и, находясь в зените своей славы, он переписывался с другими выдающимися учёными и философами, среди которых были: Ферма, Декарт, Кристофер Рен, Лейбниц, Гюйгенс, и другие. Он продолжал работать над коническими сечениями, проективной геометрией, вероятностью, биноминальными коэффициентами, циклоидами и многими другими загадками того времени. Иногда он даже спорил со своими известными коллегами о сложных проблемах, которые сам он, конечно же, мог решить.

В физике Паскаль преуспел как в теории, так и в эксперименте. В возрасте 30 лет, он закончил Трактат о Равновесии Жидкостей первая систематическая теория гидростатики. В ней он сформулировал свой известный закон давления, который утверждает, что давление одинаково во всех направлениях на всей поверхности данной глубины. Сегодня этот принцип является фундаментальным во многих областях и применяется во многих объектах, таких как: подводные лодки, дыхательные аппараты для плавания под водой, и многие дыхательные устройства. Применяя этот принцип, Паскаль изобрёл шприц и гидравлический пресс.

Проницательный ум Блеза Паскаля помог ему объяснить поднимающуюся жидкость в барометре не как «свойство жидкости, которая не выносит вакуум», но как давление находящегося снаружи воздуха на жидкость в резервуаре. Он выступал против Декарта (который не верил, что вакуум существует) и других последователей Аристотеля того времени. Заметив, что с высотой атмосферное давление понижается, он сделал вывод, что вакуум находится выше, чем атмосфера. Джеймс Кейфер пишет: «Представление таких результатов это своего рода насмешка над оппонентами Иезуитами. Тем самым он отодвинул их методы назад, и обвинил их в том, что они опираются на авторитет Аристотеля в физике, и в то же самое время игнорируют авторитет Писания и отцов, в религии». Его остроумие, ирония, проницательность, знание, и логика, подкрепленная математикой, сделали его работу яркой и наполненной воодушевлением и силы. Кейфер пишет: «Он учил своих соотечественников, как писать так, чтобы люди читали написанный текст с удовольствием». Его работа и в самом деле читается с удовольствием! Его самая известная работа даже не была названа и не была закончена.

Предположительно, в 30 лет он начал работать над «Апологетикой [защитой] Христианской Религии», но, к сожалению, после его смерти, была найдена лишь стопка беспорядочных бумаг, которые были опубликованы под названием Pensees (Мысли). Тем не менее, Паскаль написал достаточно материала, который заставляет верующих и неверующих размышлять о природе человека, грехе, страданиях, неверии, философии, ложной религии, Иисусе Христе, Писании, небесах и аде и многом другом. Пари не просто слепая надежда, что я окажусь на правильной стороне после того, как умру; это осознанный выбор, который приведёт мою жизнь в порядок в будущем и даёт мне мир, радость и цель в настоящем. Паскаль умер в возрасте 39 лет от рака желудка.

Математик Блез Паскаль начал создавать суммирующую машину «Паскалину» в 1642 г. в возрасте 19 лет, наблюдая за работой своего отца, который был сборщиком налогов и был вынужден часто выполнять долгие и утомительные расчёты.

Машина Паскаля представляла собой механическое устройство в виде ящичка с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками. Складываемые числа вводились в машину при помощи соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждое из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду числа, были нанесены деления от 0 до 9. При вводе числа, колесики прокручивались до соответствующей цифры. Совершив полный оборот избыток над цифрой 9 колёсико переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на 1 позицию.

Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колёс, позднее их число увеличилось до шести или даже восьми, что позволяло работать с большими числами, вплоть до 9 999 999. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса. Вращение колёс было возможно лишь в одном направлении, исключая возможность непосредственного оперирования отрицательными числами. Тем не менее, машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, но требовала при этом применения довольно неудобной процедуры повторных сложений.

Вычитание выполнялось при помощи дополнений до девятки, которые для помощи считавшему появлялись в окошке, размещённом над выставленным оригинальным значением. Первый образец постоянно ломался, и через два года Паскаль сделал более совершенную модель.

Это была чисто финансовая машина: она имела шесть десятичных разрядов и два дополнительных: один поделенный на 20 частей, другой на 12, что соответствовало соотношению тогдашних денежных единиц (1 су = 1/20 ливра, 1 денье = 1/12 су).

Каждому разряду соответствовало колесо с конкретным количеством зубцов. Именно Паскалю принадлежит первый патент на «Паскалево колесо», выданный ему в 1649 году французским королем. В знак уважения к его заслугам в области «вычислительной науки», один из современных языков программирования назван Паскалем.

Несмотря на преимущества автоматических вычислений использование десятичной машины для финансовых расчётов в рамках действовавшей в то время во Франции денежной системы было затруднительным. Расчёты велись в ливрах (фунтах), су (солидах) и денье (денариях). В ливре насчитывалось 20 су, в су — 12 денье. Понятно что использование десятичной системы усложняло и без того нелёгкий процесс вычислений.

Тем не менее, примерно за 10 лет Паскаль построил около 50 из самых разнообразных материалов: из меди, из различных пород дерева, из слоновой кости.

Одну из них ученый преподнес канцлеру Сегье (Pier Seguier, 1588−1672), какие-то модели распродал, какие-то демонстрировал во время лекций о последних достижениях математической науки. 8 экземпляров дошло до наших дней. Несмотря на вызываемый ею всеобщий восторг, машина не принесла богатства своему создателю. Сложность и высокая стоимость машины в сочетании с небольшими вычислительными способностями служили препятствием её широкому распространению. Тем не менее, заложенный в основу «Паскалины» принцип связанных колёс почти на три столетия стал основой для большинства создаваемых вычислительных устройств.

Машина Паскаля стала вторым реально работающим вычислительным устройством после Считающих часов Вильгельма Шикарда (нем. Wilhelm Schickard), созданных в 1623 году.

Через 30 лет после «Паскалины» в 1673 г. появился «арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница — двенадцати разрядное десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатым колесам использовался ступенчатый валик. «Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно» — с гордостью писал Лейбниц своему другу.

Прошло еще более ста лет и лишь в конце XVIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники — «программное» с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакаром, и технология вычислений, при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони, разделившего численные вычисления на три этапа: разработка численного метода, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программой. Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббиджем, осуществившим, качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники — переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект Аналитической машины — механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830−1846 гг.).

В 1799 году переход Франции на метрическую систему, коснулся также её денежной системы, которая стала, наконец, десятичной. Однако, практически до начала 19-го столетия создание и использование считающих машин оставалось невыгодным. Лишь в 1820 году Чарльз Ксавиер Томас де Колмар (англ. Charles Xavier Thomas de Colmar) запатентовал первый механический калькулятор, ставший коммерчески успешным.

В конце XIX века на мировой рынок арифмометров самым решительным образом вторглась Россия. Автором этого прорыва стал обрусевший швед Вильгодт Теофилович Однер (1846−1905), талантливый изобретатель и удачливый бизнесмен. До того, как заняться выпуском счетных машин, Вильгодт Теофилович сконструировал устройство автоматизированной нумерации банкнот, применявшееся при печатании ценных бумаг. Ему принадлежит авторство машины для набивки папирос, автоматического ящика для голосования в Государственной Думе, а также турникетов, применявшиеся во всех судоходных компаниях России.

В 1875 году Однер сконструировал свой первый арифмометр, права на производство которого передал машиностроительному заводу «Людвиг Нобель».

Спустя 15 лет, став владельцем мастерской, Вильгодт Теофилович налаживает в Петербурге выпуск новой модели арифмометра, которая выгодно отличается от существовавших на тот момент счетных машин компактностью, надежностью, простотой в обращении и высокой производительностью.

Спустя три года мастерская становится мощным заводом, производящим в год более 5 тысяч арифмометров. Изделие с клеймом «Механический завод В. Т. Однер, С-Петербург» начинает завоевывать мировую популярность, ему присуждаются высшие награды промышленных выставок в Чикаго, Брюсселе, Стокгольме, Париже. В начале ХХ века арифмометр Однера (см. рис.5) начинает доминировать на мировом рынке.

После скоропостижной кончины «русского Билла Гейтса» в 1905 году дело Однера продолжили его родственники и друзья. Точку в славной истории компании поставила революция: Механический завод В. Т. Однер был преобразован в ремонтный завод.

Однако в середине 1920;х годов выпуск арифмометров в России был возрожден. Наиболее популярная модель, получившая название «Феликс», выпускалась на заводе им. Дзержинского до конца 1960;х годов. Параллельно с «Феликсом» в Советском Союзе был налажен выпуск электромеханических счетных машин серии «ВК», в которых мускульные усилия были заменены электрическим приводом. Данный тип вычислителей был создан по образу и подобию германской машины «Мерседес». Электромеханические машины в сравнении с арифмометрами имели существенно более высокую производительность. Однако создаваемый ими грохот походил на стрельбу из пулемета. Если же в операционном зале работало десятка два «Мерседесов», то в шумовом отношении это напоминало ожесточенный бой.

В 1970;е годы, когда начали появляться электронные калькуляторы — сперва ламповые, потом транзисторные — все описанное выше механическое великолепие начало стремительно перемещаться в музеи, где поныне и пребывает паскаль счетный арифмометр Заключение В своей работе я достигла те цели, которые ставила себе раньше. Я узнала о жизни великого учёного Блеза Паскаля. Он внёс значительный вклад в развитие многих наук. Из моей работы понятно, что Блез Паскаль был достаточно образованным человеком, иначе я думаю, что он бы не сделал столько открытий в таких областях знаний как: физика, гидростатика и т. д.

Поверьте, их довольно много. Он является первым создателем вычислительной техники, которая получила широкое применение. Заложенный в её основу принцип связанных колёс почти на три столетия стал основой для большинства создаваемых вычислительных устройств. В честь Блеза Паскаля даже назван очень известный язык программирования, который пользуется большой популярностью в сфере профессионального программирования. И из этого следует, что Блез Паскаль был сам по себе гениальный человек, внёсший большой вклад в развитие науки.

Список информационных ресурсов.

• 1. www. calc. ru
• 2. http://www.icfcst.kiev.ua/museum/Early_r.html
• 3. http://www.wikiznanie.ru
• 4. http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/technics/189/