Рабдология 
Рабдология
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра информационных технологий и коммуникаций Реферат по дисциплине «История вычислительной техники» по теме «Рабдология» Выполнил студент группы ЗИУ - 31 Тарасов В. О. 6.01ИУ093 Проверил доцент Васильева Э. М. АСТРАХАНЬ, 2002 ПЛАН 1. Жизнь, научная и изобретательная деятельность Джона Непера. 2. Создание рабдологии (изобретение палочек Непера). 3. Усовершенствования палочек Непера - два направления. 3.1. Работы Женейема и Люка. 3.2. «Математический орган» Кирхера и Шотта. Жизнь и деятельность этих ученых. 3.3. Вариант механизации палочек Непера Самюэлем Морлендом. Жизнь и деятельность Самюэля Морленда. 3.4. Другие варианты механизации палочек Непера (Грийе, Пти, Лейпольд). 1. Жизнь, научная и изобретательная деятельность Джона Непера Как вычислительный прибор абак был прекрасно приспособлен для выполнения операций сложения и вычитания. Хотя умножение и деление до распространения десятичной системы с арабскими цифрами тоже производились на абаке, это был далеко не самый удобный способ выполнения этих действий. Поэтому понятно то глубокое впечатление, которое произвело крупнейшее изобретение шотландского математика Джона Непера (1550-1617 гг.) - логарифмы. В письме к М. Местлину от декабря 1618 г. Иоганн Кеплер писал: «Некий шотландский барон, имя которого я не запомнил, выступил с блестящим достижением, в котором он каждую задачу на умножение и деление превращает в чистое сложение и вычитание». Действительно, с помощью логарифмических таблиц можно было сравнительно легко выполнять умножения и деления больших чисел. Недостатком была сама необходимость пользования таблицами. Частично этот недостаток был устранен последующим изобретением логарифмической линейки (именно частично, поскольку аналоговый прибор от цифрового рассчитан на получение приближенных численных результатов). Изобретатель логарифмических таблиц прекрасно понимал их огромные достоинства и определенные недостатки. С целью создания альтернативного способа он изобретает счетные палочки, которые стали называться палочками Непера. Непер писал, что изобрел их для тех, кто предпочитает не только пользоваться логарифмами, а производить операции непосредственно над исходными числами. В основу изобретения Непера был положен широко известный в его время способ умножения решеткой. Этот способ был разработан в Индии и получил применение в ряде стран Востока. 400 лет назад город Эдинбург состоял из одной улицы длиною в милю, постепенно поднимавшейся от ворот Холирудского аббатства - резиденции шотландских королей до Эдинбургского замка, возведенного на мрачных и неприступных скалах. Маленькие, грязные и узкие боковые улочки сбегались к «королевской миле», беря начало прямо в полях и поросших вереском торфяниках. Подступы к городу защищали замки: на юго - востоке возвышался величественный Крейгмиллар, на юго - западе одиноко стояла башня Мэрчистона. Владельцы замков были тесно связаны с жизнью столицы Шотландии. Несколько представителей семьи Неперов лэрдов Мэрчистона - были в разные годы мэрами города, членами Тайного совета и судьями. Помощником судьи и управляющим Монетным двором был и Арчибальд Непер - отец великого шотландского математика Джона Непера. Род Неперов принадлежал к числу тех воинственных шотландских кланов, которые всю жизнь воевали друг против друга, против своих или чужих королей. Свое происхождение они вели от стариннейшей семьи графа Леннокса. Семейное предание гласило, что изменению фамилии Неперы обязаны Дональду Ленноксу, который сражался так мужественно, что король объявил после битвы перед войском: Дональд - Na peer (не имеет равных). Джон Непер, восьмой владелец Мэрчистона, родился в 1550 году. Его отцу в то время едва исполнилось 16 лет, мать Джаннет Босуэлл была еще моложе. В детстве и юности Джон отличался нелюдимым и застенчивым характером и не слишком крепким здоровьем. О воспитании мальчика больше всего заботилась мать и ее брат - епископ оркнейский Адам Босуэлл. 20 декабря 1563 года Джон поступает в колледж св. Сальватора старейшего шотландского университета Сент Эндрюса. Около 1566 года, после смерти матери, он оказывается в Европе, где с целью пополнения образования посещает Италию, Данию Францию. Неустойчивая политическая ситуация заставляет его в 1751 году вернуться в Мэрчистон. В том же году он обручается, а в 1752 году женится на Элизабет Стирлинг. В 1608 году Элизабет Непер умерла. Джон вторично женился - на Агнессе Чизхолм. В 1608 году многочисленное семейство Неперов переехало в Мэрчистон, где 4 апреля 1617 года закончил свой жизненный путь Джон Непер, который, по словам английского историка «заслуживает звания Великого Человека более, чем любой другой шотландец, когда - либо появившийся на свет». Наиболее выдающимся своим трудом он считал книгу «Простое объяснение откровений св. Иоанна», вышедший в 1593 году. В течение 30 лет она выдержала 17 изданий в Англии, Голландии, Франции и Германии. Увлекался Непер и астрологией, следствием чего явился «Кровавый альманах, содержащий много верных предсказаний относительно того, что произойдет в текущем 1647 году. Вместе с вычислениями дня «Страшного суда» составлено и опубликовано знаменитым астрологом лордом Непером Мэрчистонским». Во время войны с Испанией он написал - как мы сейчас сказали бы докладную записку «Секретные изобретения, полезные и необходимые для защиты острова сопротивления иноземцам, врагам истинной веры». «Секретные изобретения» включали: - зеркало для поджигания вражеских кораблей на расстоянии; - устройство для плавания под водой с различными хитрыми приспособлениями для внезапного нападения на врага (подводная лодка?); - металлическую колесницу, легко и быстро движимую находящимися внутри воинами, которые поражали врага через маленькие отверстия в корпусе колесницы (танк?); - и, наконец, пушку, выстрел которой гарантировал гибель не менее 30000 турок, а «христианам при этом никакого вреда не наносил» (истинно христианское оружие!). Достойными гения Непера были лишь его математические работы. 2. Создание рабдологии (изобретение палочек Непера). Термин «рабдология» Непер объяснял как «счет с помощью палочек» (впоследствии этим термином воспользовался К. Перро). Эти палочки под названием «палочек Непера», как и сам метод умножения с их помощью, быстро получили распространение в Европе и были одно время даже более популярны, чем логарифмы - главное изобретение Непера. Счетную доску (или просто лист чистой бумаги) расчеркивали в виде сетки прямоугольников, разделенных диагоналями. По сторонам сетки (сверху и справа) записывали сомножители, а промежуточные произведения помещали в треугольники так, чтобы диагональ разделяла единицы и десятки (единицы помещались в нижний треугольник, а десятки - в верхний). Для получения произведений осуществляли суммирование «вдоль диагоналей», а результат записывали снизу сетки (младшие разряды) и слева от сетки (старшие разряды). Непер предложил разрезать «школьную» таблицу умножения на 10 полосок (включая нулевую) и числа разделить диагональю на единицы и десятки. Полоски наклеивались на деревянные палочки и использовались следующим образом. Пусть требуется умножить 2085 на 4. Для этого брали палочки для цифр 2, 0, 8 и 5 и еще одну - единичную. Против цифры 4 единичной палочки искали произведение 4 на цифры 2, 0, 8 и 5, из которых составлено множимое. Суммируя числа как в «gelosia», получаем: 2085 * 4 = 8; (0 + 3); (2 + 2); 0; = 8340. Таким образом, каждая палочка имела на противолежащих гранях полоски для некоторой цифры и ее дополнения до девяти. С помощью «палочек Непера» можно было выполнять не только операцию умножения, но и деления извлечения квадратного корня. 3.Усовершенствования палочек Непера - два направления 3.1. Работы Женейема и Люка Палочки Непера неоднократно усовершенствовались. Это совершенствование шло в двух направлениях и оказало определенное влияние на последующий ход развития вычислительной техники. Первое направление развивалось в рамках домеханических вычислительных средств. По существу, это те же палочки Непера, точно так же перекладываемые ручным способом но отличающиеся формой (бруски, полоски и т. п.). второе направление - это механические вычислительные устройства, в которых выполнение операции умножения базировалось на той или иной форме использования палочек Непера. Первую идею усовершенствования счетных палочек дал их изобретатель. В первом приложении к «рабдологии» Непера содержится описание набора из 200 счетных палочек, позволяющего сразу производить умножение многозначных чисел на многозначные. Пользование таким набором более сложно, чем обычным набором счетных палочек, и неэффективно при перемножении небольших чисел. Однако если разрядность сомножителей велика (Непер приводит пример 8 795 036 412 * 3 586 290 741 = 31 541 557 651 113 461 292), то использование такого прибора ускоряет вычисления. Наиболее остроумная модификация была предложена в 1885 году двумя французскими изобретателями: железнодорожным инженером Женейном и сотрудником Музея искусств и ремесел Эдуардом Люка. Набор Женейя и Люка содержал 11 брусков. Один из них, соответствующий множителю, имел боковую грань, разделенную на два вертикальных столбца. Левый столбец разбит на 8 клеток с цифрами 2, 3, …, 9, означающими множитель. Правый столбец разбивался на различное число клеток в зависимости от множителя; против множителя 2 были две клетки с цифрами 0, 1, против множителя 3 - три клетки с цифрами 0, 1, 2 и т. д. У остальных 10 брусков использовались все четыре боковые грани. Каждая их них также разбивалась на два вертикальных столбца. В самом верху грани справа была написана цифра множимого. Далее правая колонка разбивалась на клетки так же, как и на бруске, написанном выше. Произведение однозначных чисел записывается так: верхняя клетка правой колонки содержит цифру единиц произведения; в следующих клетках пишутся соседние цифры в порядке возрастания. Цифра десятков изображается в левой колонке с помощью черного треугольника, вершина которого находится на высоте нужной клетки. Благодаря этому, читая цифры результата против вершин, мы избавляемся от необходимости сложения для получения нужных значений разрядов. Второе направление совершенствования палочек Непера имеет место в рамках механической вычислительной техники. 3.2. «Математический орган» Кирхера и Шотта. Жизнь и деятельность этих ученых Этот удивительный XVII век! Век замечательных открытий и изобретений, век становится современной науки, век математический, век, когда трудами Фрэнсиса Бэкона и Рене Декарта естествознание начало освобождаться от пут теологии; век, когда были созданы маятниковые часы и морской хронометр, микроскоп, телескоп, термометр, ртутный барометр, гигрометр, счетная машина… XVII век - век Галилео Галилея, Иоганна Кеплера, Исаака Ньютона, Вильгельма Лейбница, Блеза Паскаля, Джона Непера, братьев Бернулли, Христиана Гюйгенса, Роберта Гуака, Антона Левенгука, Роберта Бойля, Жозефа Савера и многих, многих других. В XVII веке появляются первые академии наук - Флорентийская академия опытов (1657 г.), Лондонское Королевское общество (1662 г.), Парижская академия наук (1666 г.); первые государственные обсерватории - в Париже (1672 г.) и Гринвиче (1675 г.); первые научные журналы - французский «Журнал ученых» (1665 г.), английский «Философские труды» (1665 г.). «Ах, люди XVII века! Как основательно они все знали! Как медленно читали!» (Густав Флобер). Люди XVII века знали все «основательно», но еще не всегда могли отличать зерна от плевел. Вот почему в то время, когда Роберт Бойль создавал основы научной химии, еще дымились реторты в лабораториях алхимиков; «отец» научной геологии датчанин Н. Стенсен пытался связать свою геологическую историю земли с библейским потопом; гениальный астроном Кеплер составлял гороскопы; великие математики Непер и Ньютон вычисляли день «Страшного суда» и прихода Антихриста, а книги наряду с научным содержанием были полны описаниями невероятных событий, диковинных фактов и неожиданных изобретений… Весьма показательны в этом отношении книги двух отцов - иезуитов - Афанасия Кирхера и Каспара Шотта, трудолюбивых исследователей и неутомимых сочинителей. «Кирхер был человеком, обладавшим необыкновенной эрудицией, но не любившим тщательного обдумывания и не терпевших критики», - писал один из его биографов. «Он был одарен очень смелым воображением, обширной памятью и колоссальным терпением, но несмотря на это ему не удалось» проверить все факты, изложенные в его книгах». А вот мнение о трудах Шотта французского писателя и ученого Мерсье де Сент - Леже (1785 г.): «Я знаю, эти сочинения не свободны от недостатков; их автор, если хотите, перегружен множеством бесполезных, случайных и смешных вещей, но там можно найти любопытные факты, драгоценные наблюдения, опыты, заслуживающие внимания; они могу указать дорогу к открытиям тех, кто будет иметь смелость копаться в этой шахте…» В 1688 году была опубликована (после смерти автора) книга Каспара Шотта «Математический инструмент», в которой содержалось описание множительного устройства, изобретенного, по - видимому, его другом Анасиусом Кирхером. Конструкция прибора Кирхера - Шотта практически идентична конструкциям Шиккарда и Грийе. Только в «математическом инструменте» 9 цилиндров с навернутыми на них таблицами, что позволяло увеличить длину множимого до 9 десятичных разрядов. Не следует, однако, забывать, что конструкция Шиккарда была, по всей вероятности, не известна Кирхеру и Шотту, а машина Грийе появилась позже (во всяком случае, с публикацией о ней Шотт не был знаком: книга Грийе вышла в свет через 7 лет после смерти Шотта). Жизненные пути Афанасия Кирхера и Каспара Шотта, то пересекавшиеся между собой, то расходившиеся, характерны для «кабинетных» ученых XVII столетия, которые в первую часть жизни учились сами, а во вторую - учили других. Афанасий Кирхер родился 2 мая 1601 года в Гейсене, он был девятым ребенком доктора теологии Иоганна Кирхера. До 11 лет посещал гейсенскую начальную школу и, кроме того, занимался с отцом музыкой, латынью и географией. В 1612 году мальчика перевели в иезуитское училище при старинном монастыре Фульда, а еще через шесть лет, после вступления Кирхера в Орден Иисуса, его зачислили в иезуитский колледж в Падеборне. Здесь он изучал математику, физику, логику, философию и языки - греческий и древнееврейский. В 1623 году Кирхер начинает свою преподавательскую деятельность в качестве учителя греческого языка в Эйхсфельде, но затем вновь в течение 1624 - 1627 годов изучает теологию в Майнце. По педагогической традиции иезуитов, в соответствие с которой последний год студент обязан провести в стенах другого училища. Кирхер переводится в 1628 году в Шнеер, где и получает сан священника. В следующем году он зачисляется профессором математики, философии и восточных языков Вюрцбургского университета. Одним из его студентов и восторженным почитателем был 23 - летний иезуит Каспар Шотт, с которым молодого профессора связала крепкая дружба. Вскоре, однако, Тридцатилетняя война вмешалась в жизнь университета: после победного сражения у Брейтенфельда шведский король Густав - Адольф в октябре 1631 года занял Вюцбург. Кирхер бежит во Францию, где в Авиньоне продолжает свою педагогическую деятельность, а Шотт находит прибежище в одном из итальянских иезуитских колледжей.
Страницы: 1, 2
|
