Информационные технологии и история их развития. Возникновение и развитие информационных технологий. Характеристики современных компьютерных средств

Наиболее раннее упоминание об использовании вычислительных устройств приходится на период 2700--2300 до н. э. Тогда в древнем Шумере был распространён абак. Он состоял из доски с начерченными линиями, которые разграничивали последовательность порядков системы счисления. Изначальный способ использования шумерского абака заключался в начертании линий на песке и гальке. Модифицированные абаки использовались также, как современные калькуляторы.

Также интерес представляет Антикитерский механизм, который считается самым ранним из известных механических аналогов компьютера. Он был предназначен для расчета астрономических позиций. Такой механизм был обнаружен в 1901 году на развалинах греческого острова Андикитира между Китирой и Критом и был датирован 100 г. до н. э. Технологические артефакты подобной сложности больше не появлялись до 14-го века, когда в Европе были изобретены механические астрономические часы.

Принято считать, что создание «счетных машин» началось в 17 веке, но «Антикитерский механизм» был создан примерно в 80-м году до н.э. Это устройство ещё называют «древнегреческим компьютером». А как ещё можно назвать машину, которая вычисляет положение Солнца, Луны и планет солнечной системы на основе ввода даты (с помощью рычага).

В упрощенном виде компьютер можно представить как устройство ввода данных, устройство (процессор) их обрабатывающий и устройство вывода данных. Именно такие действия и выполняет «Антикитерский механизм».

Устройство использует дифференциальную передачу (которая была вновь изобретена лишь в 16 веке) и бесподобен с точки зрения минитюаризации и сложности его частей. Механизм состоит из более 30 дифференциальных передач, с зубьями, образующими равносторонние треугольники. Использование дифференциальных передач позволяло механизму добавлять или вычитать угловые скорости, рассчитывать синодический лунный цикл, вычитая эффекты смещения, вызванного гравитацией Солнца.

Возможно, Антикитерский механизм не был уникален. Цицерон, живший в 1-м столетии до н.э., упоминает инструмент, который "недавно сконструировал наш друг Посидоний, который в точности воспроизводит движения Солнца, Луны и пяти планет." Подобные устройства упоминаются и в других древних источниках.

В начале 9 века, Китаб ал-Хиял ("Книга изобретённых устройств"), по поручению Халифа Багдада, описал сотни механических устройств, созданных по греческим текстам, которые были сохранены в монастырях. Позже эти знания были объединены со знаниями европейских часовых мастеров.

Механические аналоговые вычислительные устройства появились сотни лет спустя в средневековом исламском мире. Примерами устройств этого периода являются экваториум изобретателя Аз-Заркали, механический мотор астролябии Абу Райхан аль-Бируни и торкветум Джабир ибн Афлаха. Мусульманские инженеры построили ряд автоматов, в том числе музыкальных, которые могут быть «запрограммированы», чтобы играть различные музыкальные композиции. Эти устройства были разработаны братьями Бану Муса и Аль-Джазари. Мусульманскими математиками также сделаны важные достижения в области криптографии и криптоанализа, а также частотного анализа Аль-Кинди.

Новые поколения принесли немало изменений в совершенствование информационных технологий. После того, как в начале 17 века Джон Непер открыл логарифмы для вычислительных целей, последовал период значительного прогресса среди изобретателей и учёных в создании инструментов расчёта. В 1623 году Вильгельм Шиккард разработал вычислительную машину, но отказался от проекта, когда прототип, который он начал строить, был уничтожен пожаром в 1624 году. Около 1640 года Блез Паскаль, ведущий французский математик, построил первое механическое устройство сложения. Структура описания этого устройства основана на идеях греческого математика Герона.

Особое место в истории информационных технологий имеет имя Годфрида Лейбниц. Годфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646 - 1716) - немецкий математик, физик, изобретатель. Он описал двоичную систему счисления с цифрами 0 и 1, создал комбинаторику как науку, заложил основы математической логики, создал дифференциальное и интегральное исчисления.

Лейбниц изобрел собственную конструкцию арифмометра, гораздо лучше паскалевской, -- он умел выполнять умножение, деление, извлечение квадратных и кубических корней, а также возведение в степень.

Лейбниц продемонстрировал свой арифмометр в 1673 году в Лондоне на заседании Королевского общества. Предложенные Готфридом ступенчатый валик и подвижная каретка легли в основу всех последующих арифмометров вплоть до XX столетия. «Посредством машины Лейбница любой мальчик может производить труднейшие вычисления», -- сказал об этом изобретении один из французских учёных.

Позже Лейбниц в своем труде изложил проект другой вычислительной машины, работающей в двоичной системе, в которой использовался прообраз перфокарты. Единицы и нули в воображаемой машине были представлены соответственно открытыми или закрытыми отверстиями в перемещающейся банке, через которую предполагалось пропускать шарики, падающие в желоба под ней.

После арифмометра Лейбница до создания малой разностной машины Чарльза Бэббиджа в 1822 году в сфере вычислительной техники не было создано ничего принципиально нового. Новые модели «счетных машин» создавали десятки, если не сотни, механики в разных странах, но эти арифмометры годятся на роль «предков» только современных калькуляторов. Заслуга этих изобретателей в "популяризации" механических вычислителей и создании конкуренции, которая служила стимулом для совершенствования конструкций.

Через 63 года после смерти Ч.Беббиджа нашелся "некто" взявший на себя задачу создать машину, подобную - по принципу действия, той, которой отдал жизнь Ч. Беббидж. Им оказался немецкий студент Конрад Цузе (1910 - 1985). Работу по созданию машины он начал в 1934 г., за год до получения инженерного диплома. Конрад не знал ни о машине Беббиджа, ни о работах Лейбница, ни об алгебре Буля, которая подходит для того, чтобы проектировать схемы с использованием элементов, имеющих лишь два устойчивых состояния.

Тем не менее, он оказался достойным наследником В. Лейбница и Дж. Буля поскольку вернул к жизни уже забытую двоичную систему исчисления, а при расчете схем использовал нечто подобное булевой алгебре. В 1937г. машина Z1 (что означало Цузе 1) была готова и заработала.

Она была подобно машине Беббиджа чисто механической. Использование двоичной системы сотворило чудо - машина занимала всего два квадратных метра на столе в квартире изобретателя. Длина слов составляла 22 двоичных разряда. Выполнение операций производилось с использованием плавающей запятой. Для мантиссы и ее знака отводилось 15 разрядов, для порядка - 7. Память (тоже на механических элементах) содержала 64 слова (против 1000 у Беббиджа, что тоже уменьшило размеры машины). Числа и программа вводилась вручную. Через год в машине появилось устройство ввода данных и программы, использовавшее киноленту, на которую перфорировалась информация, а механическое арифметическое устройство заменило АУ последовательного действия на телефонных реле. В этом К. Цузе помог австрийский инженер Гельмут Шрайер, специалист в области электроники. Усовершенствованная машина получила название Z2. В 1941 г. Цузе с участием Г. Шрайера создает релейную вычислительную машину с программным управлением (Z3), содержащую 2000 реле и повторяющую основные характеристики Z1 и Z2. Она стала первой в мире полностью релейной цифровой вычислительной машиной с программным управлением и успешно эксплуатировалась. Ее размеры лишь немного превышали размеры Z1 и Z2.

Еще в 1938 г. Г. Шрайер, предложил использовать для построения Z2 электронные лампы вместо телефонных реле. К. Цузе не одобрил его предложение. Но в годы Второй мировой войны он сам пришел к выводу о возможности лампового варианта машины. Они выступили с этим сообщением в кругу ученых мужей и подверглись насмешкам и осуждению. Названная ими цифра - 2000 электронных ламп, необходимых для построения машины, могла остудить самые горячие головы. Лишь один из слушателей поддержал их замысел. Они не остановились на этом и представили свои соображения в военное ведомство, указав, что новая машина могла бы использоваться для расшифровки радиограмм союзников.

Но шанс создать в Германии не только первую релейную, но и первую в мире электронную вычислительную машину был упущен.

К этому времени К. Цузе организовал небольшую фирму, и ее усилиями были созданы две специализированные релейные машины S1 и S2. Первая - для расчета крыльев "летающих торпед" - самолетов-снарядов, которыми обстреливался Лондон, вторая - для управления ими. Она оказалась первой в мире управляющей вычислительной машиной.

К концу войны К. Цузе создает еще одну релейную вычислительную машину - Z4. Она окажется единственной сохранившейся из всех машин, разработанных им. Остальные будут уничтожены при бомбежке Берлина и заводов, где они выпускались.

И так, К. Цузе установил несколько вех в истории развития компьютеров: первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему исчисления (1937 г.), создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 г.) и цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).

Эти воистину блестящие достижения, однако, существенного влияния на развитие вычислительной техники в мире не оказали.

Дело в том, что публикаций о них и какой-либо рекламы из-за секретности работ не было, и поэтому о них стало известно лишь спустя несколько лет после завершения Второй мировой войны.

По другому развивались события в США. В 1944 г. ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире.) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. По своим характеристикам (производительность, объем памяти) она была близка к Z3, но существенно отличалась размерами (длина 17 м, высота 2,5 м, вес 5 тонн, 500 тысяч механических деталей).

В машине использовалась десятичная система счисления. Как и в машине Беббиджа в счетчиках и регистрах памяти использовались зубчатые колеса. Управление и связь между ними осуществлялась с помощью реле, число которых превышало 3000. Г. Айкен не скрывал, что многое в конструкции машины он заимствовал у Ч. Беббиджа. "Если бы был жив Беббидж, мне нечего было бы делать", - говорил он. Замечательным качеством машины была ее надежность. Установленная в Гарвардском университете она проработала там 16 лет.

Вслед за МАРК-1 ученый создает еще три машины (МАРК-2, МАРК-3 и МАРК-4) и тоже с использованием реле, а не электронных ламп, объясняя это ненадежностью последних.

В отличие от работ Цузе, которые велись с соблюдением секретности, разработка МАРК1 проводилась открыто и о создании необычной по тем временам машины быстро узнали во многих странах. Дочь К. Цузе, работавшая в военной разведке и находившаяся в то время в Норвергии, прислала отцу вырезку из газеты, сообщающую о грандиозном достижении американского ученого.

К. Цузе мог торжествовать. Он во многом опередил появившегося соперника. Позднее он направит ему письмо и скажет об этом. А правительство Германии в 1980 г. выделит ему 800 тыс. марок для воссоздания Z1, что он и осуществил вместе с помогавшими ему студентами. Своего воскресшего первенца К. Цузе передал на вечное хранение в музей вычислительной техники в Падеборне.

Продолжить рассказ о Г. Айкене хочется любопытным эпизодом. Дело в том, что работы по созданию МАРК1 выполнялись на производственных помещениях фирмы IBM. Ее руководитель в то время Том Уотсон, любивший порядок во всем, настоял, чтобы огромная машина была "одета" в стекло и сталь, что делало ее очень респектабельной. Когда машину перевезли в университет и представили публике, то имя Т. Уотсона в числе создателей машины не было упомянуто, что страшно разозлило руководителя IBM, вложившего в создание машины полмиллиона долларов. Он решил "утереть нос" Г. Айкену. В результате появился релейно-электронный монстр, в огромных шкафах которого размещались 23 тыс. реле и 13 тыс. электронных ламп. Машина оказалась не работоспособной. В конце-концов она была выставлена в Нью-Йорке для показа неискушенной публике. На этом гиганте завершился период электромеханических цифровых вычислительных машин.

Что касается Г. Айкена, то, вернувшись в университет, он первым в мире, начал чтение лекций по новому тогда предмету, получившему сейчас название Computer Science - наука о компьютерах, он же, один из первых предложил использовать машины в деловых расчетах и бизнесе. Побудительным мотивом для создания МАРК-1 было стремление Г. Айкена помочь себе в многочисленных расчетах, которые ему приходилось делать при подготовке диссертационной работы (посвященной, кстати, изучению свойств электронных ламп).

Однако, уже надвигалось время, когда объем расчетных работ в развитых странах стал нарастать как снежный ком, в первую очередь в области военной техники, чему способствовала Вторая мировая война.

В 1941 г. сотрудники лаборатории баллистических исследований Абердинского артиллерийского полигона в США обратились в расположенную неподалеку техническую школу при Пенсильванском университете за помощью в составлении таблиц стрельбы для артиллерийских орудий, уповая на имевшийся в школе дифференциальный анализатор Буша - громоздкое механическое аналоговое вычислительное устройство. Однако, сотрудник школы физик Джон Мочли (1907-1986), увлекавшийся метереологией и смастеривший для решения задач в этой области несколько простейших цифровых устройств на электронных лампах, предложил нечто иное. Им было составлено (в августе 1942 г.) и отправлено в военное ведомство США предложение о создании мощного компьютера (по тем временам) на электронных лампах. Эти, воистину исторические пять страничек были положены военными чиновниками под сукно, и предложение Мочли, вероятно, осталось бы без последствий, если бы им не заинтересовались сотрудники полигона. Они добились финансирования проекта, и в апреле 1943 г. был заключен контракт между полигоном и Пенсильванским университетом на создание вычислительной машины, названной электронным цифровым интегратором и компьютером (ЭНИАК). На это отпускалось 400 тыс. долларов. К работе было привлечено около 200 человек, в том числе несколько десятков математиков и инженеров.

Руководителями работы стали Дж. Мочли и талантливый инженер-электронщик Преспер Эккерт (1919 - 1995). Именно он предложил использовать для машины забракованные военными представителями электронные лампы (их можно было получить бесплатно). Учитывая, что требуемое количество ламп приближалось к 20тысячам, а средства, выделенные на создание машины, весьма ограничены, - это было мудрым решением. Он же предложил снизить напряжение накала ламп, что существенно увеличило надежность их работы. Напряженная работа завершилась в конце 1945 года. ЭНИАК был предъявлен на испытания и успешно их выдержал. В начале 1946 г. машина начала считать реальные задачи. По размерам она была более впечатляющей, чем МАРК-1: 26 м в длину, 6м в высоту, вес 35 тонн. Но поражали не размеры, а производительность - она в 1000 раз превышала производительность МАРК-1. Таков был результат использования электронных ламп!

В остальном ЭНИАК мало чем отличался от МАРК-1. В нем использовалась десятичная система исчисления. Разрядность слов - 10 десятичных разрядов. Емкость электронной памяти - 20 слов. Ввод программ - с коммутационного поля, что вызывало массу неудобств: смена программы занимала многие часы и даже дни.

В 1945 г., когда завершались работы по созданию ЭНИАК, и его создатели уже разрабатывали новый электронный цифровой компьютер ЭДВАК в котором намеривались размещать программы в оперативной памяти, чтобы устранить основной недостаток ЭНИАКа - сложность ввода программ вычислений, к ним в качестве консультанта был направлен выдающийся математик, участник Матхеттенского проекта по созданию атомной бомбы Джон фон Нейман (1903-1957). Следует сказать, что разработчики машины, судя по всему, не просили этой помощи. Дж. Нейман, вероятно, сам проявил инициативу, услышав от своего приятеля Г. Голдстайна, математика, работавшего в военном ведомстве, об ЭНИАКе. Он сразу оценил перспективы развития новой техники и принял самое активное участие в завершении работ по созданию ЭДВАКа. Написанная им часть отчета по машине, содержала общее описание ЭДВАКа и основные принципы построения машины (1945 г.).

Она была размножена Г. Голдстайном (без согласования с Дж. Мочли и П. Эккертом) и разослана в ряд организаций. В 1946г. Нейманом, Голдстайном и Берксом (все трое работали в Принстонском институте перспективных исследований) был составлен еще один отчет ("Предварительное обсуждение логического конструирования устройства", июнь 1946 г.), который содержал развернутое и детальное описание принципов построения цифровых электронных вычислительных машин. В том же году отчет был распространен на летней сессии Пенсильванского университета.

Изложенные в отчете принципы сводились к следующему.

1. Машины на электронных элементах должны работать не в десятичной, а двоичной системе исчисления.
2. Программа должна размещаться в одном из блоков машины - в запоминающем устройстве, обладающем достаточной емкостью и соответствующими скоростями выборки и записи команд программы.
3. Программа, так же как и числа, с которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям:
- - промежуточные результаты вычислений, константы и другие числа могут размещаться в том же запоминающем устройстве, что и программа;
- - числовая форма записи программы позволяет машине производить операции над величинами, которыми закодированы команды программы.
4. Трудности физической реализации запоминающего устройства, быстродействие которого соответствует скорости работы логических схем, требует иерархической организации памяти.
5. Арифметическое устройство машины конструируется на основе схем, выполняющих операцию сложения, создание специальных устройств для выполнения других операций нецелесообразно.
6. В машине используется параллельный принцип организации вычислительного процесса (операции над словами производятся одновременно по всем разрядам).

Нельзя сказать, что перечисленные принципы построения ЭВМ были впервые высказаны Дж. Нейманом и остальными авторами. Их заслуга в том, что они, обобщив накопленный опыт построения цифровых вычислительных машин, сумели перейти от схемных (технических) описаний машин к их обобщенной логически ясной структуре, сделали важный шаг от теоретически важных основ (машина Тьюринга) к практике построения реальных ЭВМ. Имя Дж. Неймана привлекло внимание к отчетам, а высказанные в них принципы и структура ЭВМ получили название неймановских.

Под руководством Дж. Неймана в Принстонском институте перспективных исследований в 1952 г. была создана еще одна машина на электронных лампах МАНИАК (для расчетов по созданию водородной бомбы), а в 1954 г. еще одна, уже без участия Дж. Неймана. Последняя была названа в честь ученого "Джониак". К сожалению, всего три года спустя Дж. Нейман тяжело заболел и умер.

Дж. Мочли и П. Эккерт, обиженные тем, что в отчёте Принстонского университета они не фигурировали и выстраданное ими решение располагать программы в оперативной памяти стали приписывать Дж. Нейману, а, с другой стороны, увидев, что многие, возникшие как грибы после дождя, фирмы стремятся захватить рынок ЭВМ, решили взять патенты на ЭНИАК.

Однако в этом им было отказано. Дотошные соперники разыскали информацию о том, что еще в 1938 - 1941 годах работавший в сельскохозяйственном училище штата Айова профессор математики Джон Атанасов (1903 - 1996), болгарин по происхождению, вместе со своим помощником Клиффордом Бери разработал макет специализированной цифровой вычислительной машины (с использованием двоичной системы счисления) для решения систем алгебраических уравнений. Макет содержал 300 электронных ламп, имел память на конденсаторах. Таким образом, пионером ламповой техники в области компьютеров оказался Атанасов.

К тому же Дж. Мочли, как выяснил суд, разбиравший дело по выдаче патента, оказывается, был знаком с работами Атанасова не по наслышке, а провел пять дней в его лаборатории, в дни создания макета.

Что касается хранения программ в оперативной памяти и теоретического обоснования основных свойств современных компьютеров, то и здесь Дж. Мочли и П. Эккерт не были первыми. Еще в 1936 г. об этом сказал Алан Тьюринг (1912 - 1953) - гениальный, математик, опубликовавший тогда свою замечательную работу "О вычислимых числах".

Полагая, что наиболее важная черта алгоритма (задания на обработку информации) - это возможность механического характера его выполнения, А. Тьюринг предложил для исследования алгоритмов абстрактную машину, получившую название "машина Тьюринга". В ней он предвосхитил основные свойства современного компьютера. Данные должны были вводиться в машину с бумажной ленты, поделенной на клетки-ячейки. Каждая из них содержала символ или была пустой. Машина не только могла обрабатывать записанные на ленте символы, но и изменять их, стирая старые и записывая новые в соответствии с инструкциями, хранимыми в ее внутренней памяти. Для этого она дополнялась логическим блоком, содержащим функциональную таблицу, определяющую последовательность действий машины. Иначе говоря, А. Тьюринг предусмотрел наличие некоторого запоминающего устройства для хранения программы действий машины. Но не только этим определяются его выдающиеся заслуги.

В 1942 - 1943 годах, в разгар Второй мировой войны, в Англии, в обстановке строжайшей секретности с его участием в Блечли-парке под Лондоном была построена и успешно эксплуатировалась первая в мире специализированная цифровая вычислительная машина "Колоссус" на электронных лампах для расшифровки секретных радиограмм немецких радиостанций. Она успешно справилась с поставленной задачей. Один из участников создания машины так оценил заслуги А. Тьюринга: "Я не хочу сказать, что мы выиграли войну благодаря Тьюрингу, но беру на себя смелость сказать, что без него мы могли ее и проиграть". После войны ученый принял участие в создании универсальной ламповой ЭВМ. Внезапная смерть на 41-м году жизни помешала реализовать в полной мере его выдающийся творческий потенциал. В память об А. Тьюринге в установлена премия его имени за выдающиеся работы в области математики и информатики. ЭВМ "Колоссус" восстановлена и хранится в музее местечка Блечли парк, где она была создана.

Однако, в практическом плане Дж. Мочли и П. Эккерт действительно оказались первыми, кто, поняв целесообразность хранения программы в оперативной памяти машины (независимо от А. Тьюринга), заложили это в реальную машину - свою вторую машину ЭДВАК. К сожалению ее разработка задержалась, и она была введена в эксплуатацию только в 1951г. В это время в Англии уже два года работала ЭВМ с хранимой в оперативной памяти программой! Дело в том, что в 1946 г. в разгар работ по ЭДВАК Дж. Мочли прочитал курс лекций по принципам построения ЭВМ в Пенсильванском университете. Среди слушателей оказался молодой ученый Морис Уилкс (родился в 1913 г.) из Кембриджского университета, того самого, где сто лет назад Ч. Беббидж предложил проект цифровой машины с программным управлением. Вернувшись в Англию, талантливый молодой ученый сумел за очень короткий срок создать ЭВМ ЭДСАК (электронный компьютер на линиях задержки) последовательного действия с памятью на ртутных трубках с использованием двоичной системы исчисления и хранимой в оперативной памяти программой. В 1949 г. машина заработала. Так М. Уилкс оказался первым в мире, кто сумел создать ЭВМ с хранимой в оперативной памяти программой. В 1951 г. он же предложил микропрограммное управление операциями. ЭДСАК стал прототипом первой в мире серийной коммерческой ЭВМ ЛЕО (1953г.). Сегодня М. Уилкс - единственный из оставшихся в живых компьютерных пионеров мира старшего поколения, тех, кто создавал первые ЭВМ. Дж. Мочли и П. Эккерт пытались организовать собственную компанию, но ее пришлось продать из-за возникших финансовых затруднений. Их новая разработка - машина УНИВАК, предназначенная для коммерческих расчетов, перешла в собственность фирмы Ремингтон Рэнд и во многом способствовала ее успешной деятельности.

Хотя Дж. Мочли и П. Эккерт не получили патента на ЭНИАК, его создание стало, безусловно золотой вехой в развитии цифровой вычислительной техники, отмечающей переход от механических и электромеханических к электронным цифровым вычислительным машинам.

В 1996 г. по инициативе Пенсильванского университета многие страны мира отметили 50-летие информатики, связав это событие с 50-летием создания ЭНИАК. Для этого имелись многие основания - до ЭНИАКа и после ни одна ЭВМ не вызвала такого резонанса в мире и не имела такого влияния на развитие цифровой вычислительной техники как замечательное детище Дж. Мочли и П. Эккерта.

Во второй половине нашего века развитие технических средств пошло значительно быстрее. Еще стремительней развивалась сфера программного обеспечения, новых методов численных вычислений, теория искусственного интеллекта.

В 1995 г. американский профессор информатики Университета штата Вирджиния Джон Ли опубликовал книгу "Компьютерные пионеры". В число пионеров он включил тех, кто внес существенный вклад в развитие технических средств, программного обеспечения, методов вычислений, теорию искусственного интеллекта и др., за время от появления первых примитивных средств обработки информации до наших дней.

1-й этап (до второй половины XIX века) - “ручная” информационная технология, инструментарий которой составляют: перо, чернильница, бухгалтерская книга. Коммуникации осуществляются ручным способом путем почтовой пересылки писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии - представление информации в нужной форме.

2-й этап (с конца XIX века) - “механическая” технология, инструментарий которой составляют: пишущая машинка, телефон, фонограф, почта, оснащенная более совершенными средствами доставки. Основная цель технологии - представление информации в нужной форме более удобными способами.

3-й этап (40-60-е годы XX века) - “электрическая” технология, инструментарий которой составляют: большие ЭВМ и соответствующее программное обеспечение, электрические пишущие машинки, копировальные аппараты, портативные магнитофоны. Изменяется цель технологии. С формы представления информации акцент постепенно перемещается на формирование ее содержания.

4-й этап (с начала 70-х годов XX века) - “электронная” технология, основным инструментарием которой становятся большие ЭВМ и создаваемые на их базе автоматизированные системы управления (АСУ), оснащенные широким спектром базовых и специализированных программных комплексов. Центр тяжести технологии существенно смещается на формирование содержательной стороны информации.

5-й этап (с середины 80-х годов XX века) - “компьютерная” технология, основным инструментарием которой является персональный компьютер с большим количеством стандартных программных продуктов разного назначения. На этом этапе создаются системы поддержки принятия решений. Подобные системы имеют встроенные элементы анализа и искусственного интеллекта для разных уровней управления. Они реализуются на персональном компьютере и используют телекоммуникационную связь. В связи с переходом на микропроцессорную базу значительно изменяются технические средства бытового, культурного и прочего назначения. В различных областях начинается широкое использование телекоммуникационной связи, локальных компьютерных сетей.

Наиболее широко персональные ЭВМ применяются для редактирования текстов при подготовке журналов, книг и различного рода документации. преимущества компьютеров перед пишущими машинками очевидны: снижается число ошибок и опечаток, ускоряется подготовка материалов, повышается качество их оформления.

Развитие информационных технологий немыслимо без организации электронной почты, сетей связей и информационных коммуникаций на базе сетей ЭВМ.

Любое новое применение компьютеров требует, как правило, не столько приобретения дополнительных технических устройств, сколько оснащения надлежащими программными средствами.

Существует несколько классификаций программных средств для ЭВМ. Рассмотрим классификацию программных средств для персонального компьютера. В ней выделяются игровые, учебные, деловые программы, а также информационные системы и инструментальные программные средства.

Игровые программы - одна из форм увлекательных занятий на компьютере. С игровых программ и началось массовое распространение персональных компьютеров. В какой-то мере компьютерные игры - это новая технология отдыха. При играх нужно помнить, во-первых, поговорку “делу время, а потехе час”, а во-вторых, что чрезмерное увлечение любой игрой может принести вред.

Учебные программы служат для организации учебных занятий. Эти программы могут использоваться для занятий по логике, истории, информатике, русскому языку, биологии, географии, математике, физике и другим учебным дисциплинам. Компьютеры на таких занятиях могут использоваться в качестве электронных учебников и тренажеров, лабораторных стендов и информационно-справочных систем.

Деловые программы предназначены для подготовки, накопления и обработки различного рода служебной информации. Эти программы могут употребляться для компьютеризации делопроизводства - ведения документации, подготовки расписаний, составления графиков дежурств и других работ. Для этого используются различные текстовые редакторы, электронные таблицы, графические редакторы, базы данных, библиотечные информационно-поисковые системы и другие специализированные программы.

Информационные системы служат для организации, накопления и поиска на компьютере самой различной информации. К их числу относятся базы данных, библиотечные информационно-поисковые системы, системы продажи и регистрации билетов в театрах, в железнодорожных и авиационных кассах.

Перспективными информационными средствами являются базы знаний и экспертные системы. С их помощью будут даваться консультации на медицинские темы, справки по делам различных служб, помогать изобретателям, консультировать технологов, конструкторов и давать ответы, моделируя поведение экспертов в той или иной области знаний и профессиональной деятельности.

Инструментальные средства - это программы и комплексы программ, которые программисты используют для создания программ и автоматизированных систем. В их число входят редакторы текстов, интерпретаторы, компиляторы и другие специальные программные средства.

Если игровые, деловые и учебные программы служат средствами для организации технологий представления информационных услуг, то инструментальные программы создают основу для тех или иных технологий программирования.

Особую роль в функционировании компьютеров и поддержания работы программных средств играют операционные системы. Работа любого компьютера начинается с загрузки и запуска операционной системы, предварительно размещенной на системном диске.

История возникновения информационных технологий уходит своими корнями в глубокую древность. Первым этапом можно считать изобретение простейшего цифрового устройства – счетов. Счеты были изобретены совершенно независимо и практически одновременно в Древней Греции, Древнем Риме, Китае, Японии и на Руси.

Счеты в Древней Греции назывались абак, то есть доска или еще «саламинская доска» (остров Саламин в Эгейском море). Абак представлял собой посыпанную песком доску с бороздками, на которых камешками обозначались числа. Первая бороздка означала единицы, вторая – десятки и т.д. Во время счета на любой из них могло набраться более 10 камешков, что означало добавлениеодного камешка в следующую бороздку. В Риме абак существовал в другом виде: деревянные доски заменили мраморными, шарики также делали из мрамора.

В Китае счеты «суан-пан» немного отличались от греческих и римских. В их основе лежало не число десять, а число пять. В верхней части «суан-пан» находились ряды по пять косточек-единиц, а в нижней части – по две. Если требовалось, скажем, отразить число восемь, в нижней части ставили одну косточку, а в части единиц – три. В Японии существовало аналогичное устройство, только название было уже «серобян».

На Руси счеты были значительно проще – кучка единиц и кучки десятков с косточками или камешками. Но в XV в. получит распространение «дощаный счет», то есть применение деревянной рамки с горизонтальными веревочками, на которых были нанизаны косточки.

Обычные счеты были родоначальниками современных цифровых устройств. Однако, если одни из объектов окружающего материального мира поддавались непосредственному счетному, поштучному исчислению, то другие требовалипредварительного измерения числовых величин. Соответственно, исторически сложились два направления развития вычислений и вычислительной техники: цифровое и аналоговое.

Аналоговое направление, основанное на исчислении неизвестного физического объекта (процесса) по аналогии с моделью известного объекта (процесса), получило наибольшее развитие в период конца XIX – середины XX века. Основоположником аналогового направления является автор идеи логарифмического исчисления шотландский барон – Джон Непер, подготовившийв 1614г. научный фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов». Джон Непер не только теоретически обосновал функции, но и разработал практическую таблицу двоичных логарифмов.

Принцип изобретения Джона Непера заключается в соответствии логарифма (показателя степени, в которую нужно возвести число) заданному числу. Изобретение упростило выполнение операций умножения и деления, так как при умножении достаточно сложить логарифмы чисел.

В 1617г. Непер изобрел способ перемножения чисел с помощью палочек. Специальное устройство состояло из разделенных на сегменты стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что при сложении чисел в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах получался результат умножения этих чисел.

Несколько позднее англичанин Генри Бриггс составил первую таблицу десятичных логарифмов. На основе теории и таблиц логарифмов были созданы первые логарифмические линейки. В 1620 г. англичанин Эдмунд Гюнтер применил для расчетов на популярном в те времена пропорциональном циркуле специальную пластинку, на которую были нанесены параллельно друг другу логарифмы чисел и тригонометрических величин (так называемые «шкалы Гюнтера»). В 1623 г. Уильям Отред изобрел прямоугольную логарифмическую линейку, а Ричард Деламейн в 1630 г. – круговую. В 1775 г. библиотекарь Джон Робертсон добавил к линейке «бегунок», облегчающий считывание чисел с разных шкал. И, наконец, в 1851-1854 гг. француз Амедей Маннхейм резко изменил конструкцию линейки, придав ей почти что современный вид. Полное господство логарифмической линейки продолжалось вплоть до 20-30-х гг. XX века, пока не появились электрические арифмометры, которые позволяли проводить несложные арифметические вычисления с гораздо большей точностью. Логарифмическая линейка постепенно утратила свои позиции, но оказалась незаменимой для сложных тригонометрических вычислений и потому сохранилась и продолжает использоваться и в наши дни.

Большинство людей, пользующихся логарифмической линейкой, успешно проводит типовые вычислительные операции. Однако, сложные операции расчета интегралов, дифференциалов, моментов функций и т. д., которые осуществляются в несколько этапов по специальным алгоритмам и требуют хорошей математической подготовки, вызывают значительные затруднения. Все это обусловило появление в свое время целого класса аналоговых устройств, предназначенных для расчета конкретных математических показателей и величин пользователем, не слишком искушенным в вопросах высшей математики. В начале-середине XIX века были созданы: планиметр (вычисление площади плоских фигур), курвиметр (определение длины кривых), дифференциатор, интегратор, интеграф (графические результаты интегрирования), интегример (интегрирование графиков) и др. устройства. Автором первого планиметра (1814 г.) является изобретатель Германн. В 1854 г. появился полярный планиметр Амслера. С помощью интегратора фирмы «Коради» вычислялись первый и второй моменты функции. Существовали универсальные наборы блоков, например, комбинированный интегратор КИ-3, из которых пользователь в соответствии с собственными запросами, мог выбрать необходимое устройство.

Цифровое направление развития техники вычислений оказалось более перспективным и составляет сегодня основу компьютерной техники и технологии. Еще Леонардо да Винчи в начале XVI в. создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX в., все же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

В 1623 г. профессорВильгельм Шиккард в письмах И. Кеплеру описал устройство счетной машины, так называемых «часов для счета». Машина также не была построена, но сейчас на основе описания создана работающая ее модель.

Первая построенная механическая цифровая машина, способная суммировать числа с соответствующим увеличением разрядов, была создана французским философом и механиком Блэзом Паскалем в 1642 г. Назначением этой машины было облегчить работу отца Б. Паскаля – инспектора по сбору налогов. Машина имела вид ящика с многочисленными шестернями, среди которых находилась основная расчетная шестерня. Расчетная шестерня при помощи храпового механизма соединялись с рычагом, отклонение которого позволяло вводить в счетчик однозначные числа и проводить их суммирование. Проводить вычисления с многозначными числами на такой машине было достаточно сложно.

В 1657 г. два англичанина Р. Биссакар и С. Патридж совершенно независимо друг от друга разработали прямоугольную логарифмическую линейку. В неизменном виде логарифмическая линейка существует и по сей день.

В 1673 г. известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрел механический калькулятор – более совершенную счетную машину, способную выполнять основные арифметические действия. При помощи двоичной системы счисления машина могла складывать, вычитать, умножать, делить и извлекать квадратные корни.

В 1700 г. Шарль Перро издал книгу своего брата «Сборник большого числа машин собственного изобретения Клода Перро». В книге описывается суммирующая машина с зубчатыми рейками вместо зубчатых колес под названием «рабдологический абак». Название машины состоит из двух слов: древнего «абак» и «рабдология» – средневековая наука о выполнении арифметических операций с помощью маленьких палочек с цифрами.

Готфрид Вильгейм Лейбниц в 1703 г., продолжая серию своих работ, пишет трактат «Explication de I"Arithmetique Binaire» об использовании двоичной системы счисления в вычислительных машинах. Позже, В 1727 г. на основе работ Лейбница была создана счетная машина Джакоба Леопольда.

Немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен в 1723 г. создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных.

В 1751 г. француз Перера на основе идей Паскаля и Перро изобретает арифметическую машину. В отличие от других устройств она была компактнее, так как ее счетные колеса располагались не на параллельных осях, а на единственной оси, проходившей через всю машину.

В 1820 г. состоялся первый промышленный выпуск цифровых счетных машин арифмометров. Первенство принадлежит здесь французу Тома де Кальмару. В России к первым арифмометрам данного типа относятся самосчеты Буняковского (1867 г.). В 1874 г. инженер из Петербурга Вильгодт Однер значительно усовершенствовал конструкцию арифмометра, применив для ввода чисел колеса с выдвижными зубьями (колеса «Однера»). Арифмометр Однера позволял проводить вычислительные операции со скоростью до 250 действий с четырехзначными цифрами за один час.

Вполне возможно, что развитие цифровой техники вычислений так и осталось бы на уровне малых машин, если бы не открытие француза Жозефа Мари Жаккара, который в начале XIX века применил для управления ткацким станком карту с пробитыми отверстиями (перфокарту). Машина Жаккара программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока так, что при переходе к новому рисунку, оператор заменял одну колоду перфокарт другой. Учёные попытались использовать это открытие для создания принципиально новой счётной машины, выполняющейоперации без вмешательства человека.

В 1822 г. английский математик Чарльз Бэббидж создал программно-управляемую счетную машину, представляющую собой прототип сегодняшних периферийных устройств ввода и печати. Она состояла из вращаемых вручную шестеренок и валиков.

В конце 80-х гг. XIX века сотрудник национального бюро переписи населения США Герман Холлерит сумел разработать статистический табулятор, способный автоматически обрабатывать перфокарты. Создание табулятора положило начало производству нового класса цифровых счётно-перфорационных (счётно-аналитических) машин, которые отличались от класса малых машин оригинальной системой ввода данных с перфокарт. К середине XX века счетно-перфорационныемашины выпускались фирмами IBM и Remington Rand в виде достаточно сложных перфо-комплексов, включающих: перфораторы (набивка перфокарт), контрольные перфораторы (повторная набивка и контроль несовпадения отверстий), сортировочные машины (раскладка перфокарт по группам в соответствии с определенными признаками), раскладочные машины (более тщательная раскладка перфокарт и составление таблиц функций), табуляторы (чтение перфокарт, вычисление и вывод на печать результатов расчета), мультиплееры (операции умножения для чисел, записанных на перфокартах). Лучшие модели перфокомплексов обрабатывали до 650 карт в минуту, а мультиплеер в течение часа умножал 870 восьмизначных чисел. Наиболее совершенная модель электронного перфоратора Model 604 фирмы IBM, выпущенная в 1948 г., имела программируемую панель команд обработки данных и обеспечивала возможность проведения до 60 операций с каждой перфокартой .

В начале XX века появились арифмометры с клавишами для ввода чисел. Повышение степени автоматизации работы арифмометров позволило создать счетные автоматы, или, так называемые, малые счетные машины с электроприводом и автоматическим выполнением за час до 3 тысяч операций с трех- и четырехзначными цифрами. В промышленном масштабе малые счетные машины в первой половине XX века выпускались компаниями Friden, Burroughs, Monro и др. Разновидностью малых машин являлись бухгалтерские счетно-записывающие и счетно-текстовые машины, выпускавшиеся в Европе фирмой Olivetti, а в США –- National Cash Register (NCR). В России в этот период были широко распространены «Мерседесы» – бухгалтерские машины, предназначенные для ввода данных и расчета конечных остатков (сальдо) по счетам синтетического учета.

Основываясь на идеях и изобретениях Бэббиджа и Холлерита, профессор Гарвардского университета Говард Эйкен смог создать в 1937 – 1943 гг. вычислительную перфорационную машину более высокого уровня под названием «Марк-1», которая работала на электромагнитных реле. В 1947 г. появилась машина данной серии «Марк-2», содержащая 13 тысяч реле.

Примерно в этот же период появились теоретические предпосылки и техническая возможность создания более совершенной машины на электрических лампах. В 1943 г. к разработке такой машины приступили сотрудники Пенсильванского университета (США) под руководством Джона Мочли и Проспера Эккерта, с участием знаменитого математика Джона фон Неймана. Результат их совместных усилий ламповая вычислительная машина ENIAC (1946 г.), которая содержала 18 тысяч ламп и потребляла 150 кВт электроэнергии. В процессе работы над ламповой машиной Джон фон Нейман опубликовал доклад (1945 г.), являющийся одним из наиболее важных научных документов теории развития вычислительной техники. В докладе были обоснованы принципы устройства и функционированияуниверсальных вычислительных машин нового поколения компьютеров, которые вобрали в себя все лучшее, что было создано многими поколениями ученых, теоретиков и практиков.

Это привело к созданию компьютеров, так называемого, первого поколения. Они характерны применением вакуумно-ламповой технологии, систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанов и электронно-лучевых трубок Вильямса. Данные вводились с помощью перфолент, перфокарт и магнитных лент с хранимыми программами. Использовались печатающие устройства. Быстродействие компьютеров первого поколения не превышало 20 тыс. операций в секунду.

Далее развитие цифровой техники вычислении происходило быстрыми темпами. В 1949 г. по принципам Неймана английским исследователем Морисом Уилксом был построен первый компьютер. Вплоть до середины 50-х гг. в промышленном масштабе выпускались ламповые машины. Однако, научные исследования в области электроники открывали все новые перспективы развития. Ведущие позиции в этой области занимали США. В 1948 г. Уолтер Браттейн, Джон Бардин из компании AT&T изобрели транзистор, а в 1954 г. Гордон Тип из компании Texas Instruments применил для изготовления транзистора кремний. С 1955 года стали выпускаться компьютеры на транзисторах, имеющие меньшие габариты, повышенное быстродействие и пониженное потребление энергии в сравнении с ламповыми машинами. Сборка компьютеров проходила вручную, под микроскопом.

Применение транзисторов ознаменовало переход к компьютерам второго поколения. Транзисторы заменили электронные лампы и компьютеры стали более надежными и быстрыми(до 500 тысяч операций в секунду). Усовершенствовались и функциональные устройства – работы с магнитными лентами, памяти на магнитных дисках.

В 1958 г. были изобретены: первая интервальная микросхема (Джек Килби -Texas Instruments) и первая промышленная интегральная микросхема (Chip), автор которой Роберт Нойс основал впоследствии (1968 год) всемирно известную фирму Intel (INTegrated ELectronics). Компьютеры на интегральных микросхемах, выпуск которых был налажен с 1960 года, были еще более скоростными и малогабаритными.

В 1959 г. исследователи фирмы Datapoint сделали важный вывод о том, что компьютеру необходим центральный арифметико-логический блок, который мог бы управлять вычислениями, программами и устройствами. Речь шла о микропроцессоре. Сотрудники Datapoint разработали принципиальные технические решения по созданию микропроцессора и совместно с фирмой Intel в середине 60-х годов стали осуществлять его промышленную доводку. Первые результаты были не совсем удачными микропроцессоры Intel работали гораздо медленнее, чем ожидалось. Сотрудничество Datapoint и Intel прекратилось.

В 1964 г. были разработаны компьютеры третьего поколения с применением электронных схем малой и средней степени интеграции (до 1000 компонентов на кристалл). С этого времени стали проектировать не отдельный компьютер, а скорее целое семейство компьютеров на базе применения программного обеспечения. Примером компьютеров третьего поколения можно считать созданные тогда американский IBM 360, а также советские ЕС 1030 и 1060. В конце 60-х гг. появились мини-компьютеры, а в 1971 г. – первый микропроцессор. Годом позже компания Intel выпускает первый широко известный микропроцессор Intel 8008, а в апреле 1974 г. – микропроцессор второго поколения Intel 8080.

С середины 70-х гг. были разработаны компьютеры четвертого поколения. Они характерны использованием больших и сверхбольших интегральных схем (до миллиона компонентов на кристалл). Первые компьютеры четвертого поколения выпустила фирма Amdahl Corp. В этих компьютерах использовались быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт. При выключении данные оперативной памяти переносились на диск. При включении проходила самозагрузка. Производительность компьютеров четвертого поколения – сотни миллионов операций в секунду.

Также в середине 70-х появились первые персональные компьютеры. Дальнейшая история компьютеров тесно связана с развитием микропроцессорной техники. В 1975 г. на основе процессора Intel 8080 был создан первый массовый персональный компьютер Альтаир. К концу 70-х гг., благодаря усилиям фирмы Intel, разработавшей новейшие микропроцессоры Intel 8086 и Intel 8088, возникли предпосылки для улучшения вычислительных и эргономических характеристик компьютеров. В этот период крупнейшая электротехническая корпорация IBM включилась в конкурентную борьбу на рынке и попыталась создать персональныйкомпьютер на основе процессора Intel 8088. В августе 1981 г. появился компьютер IBM PC, быстро завоевавший огромную популярность. Удачная конструкция IBM PC предопределила его использование в качестве стандарта персональных компьютеров конца XX в.

С 1982 г. ведутся разработки компьютеров пятого поколения. Их основой является ориентация на обработку знаний. Ученые уверены в том, что обработка знаний, свойственная только человеку, может вестись и компьютером с целью решения поставленных проблем и принятия адекватных решений.

В 1984 г. фирма Microsoft представила первые образцы операционной системы Windows. Американцы до сих пор считают это изобретение одним из выдающихся открытий XX в.

Важным оказалось предложение, сделанное в марте 1989 г. сотрудником международного европейского научного центра (CERN) Тимом Бернерс-Ли. Суть идеи состояла в создании новой распределенной информационной системы под названием World Wide Web. Информационная система на базе гипертекста смогла бы объединить информационныересурсы CERN (базы данных отчетов, документацию, почтовые адреса и т.д.). Проект был принят в 1990 г.

Исто́рия информацио́нных техноло́гий берёт своё начало задолго до возникновения современной дисциплины информатика , появившейся в XX веке . Информационные технологии (ИТ) связаны с изучением методов и средств сбора, обработки и передачи данных с целью получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Ввиду возрастания потребностей человечества в обработке всё большего объёма данных, средства получения информации совершенствовались от самых ранних механических изобретений до современных компьютеров . Также в рамках информационных технологий идёт развитие сопутствующих математических теорий , которые сейчас формируют современные концепции .

Информационные технологии активизируют и эффективно используют информационные ресурсы общества (научные знания, открытия, изобретения, технологии, передовой опыт), что позволяет получить существенную экономию других видов ресурсов – сырья, энергии, полезных ископаемых, материалов и оборудования, людских ресурсов, социального времени . К настоящему времени ИТ прошли несколько эволюционных этапов , смена которых определяется главным образом развитием научно-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. Основным техническим средством технологии переработки информации является персональный компьютер , который существенно повлиял как на концепцию построения и использования технологических процессов, так и на качество информации, получаемой после обработки .

Энциклопедичный YouTube

1 / 5

✪ История появления и развития программирования и ЭВМ

✪ Лекция 1: Структура и задачи службы информационных технологий

✪ XXI век - век информационных технологий

✪ История развития информационной технологии

✪ 01 - Базы данных. Этапы развития информационных систем и баз данных

Субтитры

Ранняя история

Наиболее раннее упоминание об использовании вычислительных устройств приходится на период 2700-2300 до н. э. Тогда в древнем Шумере был распространён абак . Он состоял из доски с начерченными линиями, которые разграничивали последовательность порядков системы счисления . Изначальный способ использования шумерского абака заключался в начертании линий на песке и гальке. Модифицированные абаки использовались также, как современные калькуляторы .

Механические аналоговые вычислительные устройства появились сотни лет спустя в средневековом исламском мире . Примерами устройств этого периода являются экваториум изобретателя Аз-Заркали , механический мотор астролябии Абу Райхан аль-Бируни и торкветум Джабир ибн Афлаха . Мусульманские инженеры построили ряд автоматов, в том числе музыкальных, которые могут быть «запрограммированы», чтобы играть различные музыкальные композиции. Эти устройства были разработаны братьями Бану Муса и Аль-Джазари . Мусульманскими математиками также сделаны важные достижения в области криптографии и криптоанализа , а также частотного анализа Аль-Кинди .

После того, как в начале XVII века Джон Непер открыл логарифмы для вычислительных целей, последовал период значительного прогресса среди изобретателей и учёных в создании инструментов расчёта. В 1623 году Вильгельм Шиккард разработал вычислительную машину, но отказался от проекта, когда прототип, который он начал строить, был уничтожен пожаром в 1624 году. Около 1640 года Блез Паскаль , ведущий французский математик, построил первое механическое устройство сложения . Структура описания этого устройства основана на идеях греческого математика Герона . Затем, в 1672 году, Готфрид Вильгельм Лейбниц изобрёл ступенчатый калькулятор , который он собрал в 1694 году .

Для возможности создания первого современного компьютера ещё требовалось значительное развитие теории математики и электроники .

Бинарная логика

К этому времени было изобретено первое механическое устройство, управляемое бинарной схемой. Промышленная революция дала толчок механизации многих задач, включая ткачество . Перфокарты контролировали работу ткацких станков Жозефа Мари Жаккара , где перфорированное отверстие на карте означало бинарную единицу, а неперфорированное место означало бинарный ноль. Благодаря перфокартам станки имели возможность воспроизводить сложнейшие узоры. Ткацкий станок Жаккара был далек от того, чтобы называться компьютером, но он показывает, что бинарная система могла быть использована для управления механизмами .

Становление дисциплины

Пионеры вычислительной техники

До 1920-х годов компьютерами (что-то вроде вычислительной машины ) были клерки, выполнявшие вычисления. Много тысяч таких компьютеров было занято в коммерции, работали в правительстве и научно-исследовательских учреждениях. «Компьютерами», в большинстве своём, являлись женщины, которые имели специальное образование. Некоторые выполняли астрономические вычисления для календарей .

Математические основы современной информатики были заложены Куртом Гёделем в его теореме о неполноте (1931). В этой теореме, он показал, что существуют пределы того, что может быть доказано и опровергнуто с помощью формальной системы. Это привело к определению и описанию Гёделем и другими формальных систем, в том числе были определены такие понятия, как μ-рекурсивная функция и λ-определимые функции .

1936 был ключевым годом для информатики. Алан Тьюринг и Алонзо Черч параллельно друг с другом представили формализацию алгоритмов с определением пределов того, что может быть вычислено, и «чисто механическую» модель для вычисления.

Алан Тьюринг и его аналитическая машина

После 1920-х годов выражение вычислительная машина относят к любым машинам, которые выполняли работу человека-компьютера , особенно к тем, которые были разработаны в соответствии с эффективными методами тезиса Чёрча - Тьюринга . Этот тезис формулируется как: «Всякий алгоритм может быть задан в виде соответствующей машины Тьюринга или частично рекурсивного определения, а класс вычислимых функций совпадает с классом частично рекурсивных функций и с классом функций, вычислимых на машинах Тьюринга» . По-другому, тезис Чёрча-Тьюринга определяется как гипотеза о природе механических устройств расчетов, таких как электронно-вычислительные машины. Любое вычисление, какое только возможно, может быть выполнено на компьютере, при условии, что в нем достаточно времени и места для хранения.

Механизмы, работающие над вычислениями с бесконечностями, стали известны как аналоговый тип. Значения в таких механизмах представлялись непрерывными числовыми величинами, например, угол вращения вала или разность электрического потенциала .

В отличие от аналоговых, цифровые машины имели возможность представлять состояние числового значения и хранить отдельно каждую цифру. Цифровые машины использовали различные процессоры или реле до изобретения устройства с оперативной памятью .

Название вычислительная машина с 1940-х начало вытесняться понятием компьютер . Те компьютеры были в состоянии выполнять вычисления, которые раньше выполняли клерки. Начиная с того, как значения перестали зависеть от физических характеристик (как в аналоговых машинах), логический компьютер, основанный на цифровом оборудовании, был в состоянии сделать всё, что может быть описано чисто механической системой .

Машины Тьюринга были разработаны, чтобы формально математически определить, что может быть вычислено с учётом ограничений на вычислительную способность. Если машина Тьюринга может выполнить задачу, то задача считается вычислимой по Тьюрингу. Тьюринг в основном сосредоточился на проектировании машины, которая могла определить, что может быть вычислено. Тьюринг сделал вывод, что, пока существует машина Тьюринга, которая могла бы вычислять приближение числа, это значение исчислимо. Кроме того, машина Тьюринга может интерпретировать логические операторы , такие как AND, OR, XOR, NOT, и «Если-То-Иначе», чтобы определить, является ли функция вычислимой .

На симпозиуме по крупномасштабной цифровой технике в Кембридже Тьюринг сказал: «Мы пытаемся построить машину, чтобы делать различные вещи просто путём программирования, а не путём добавления дополнительного оборудования» .

Шеннон и теория информации

До и во время 1930-х годов инженеры-электрики смогли построить электронные схемы для решения математических и логических задач, но большинство из них делали это специальным образом, не имея никакой теоретической строгости. Все изменилось с публикацией диссертации магистра 1937 году Клода Э́лвуда Ше́ннона на тему: Символический анализ релейных соединений и соединение с коммутацией каналов (A Symbolic Analysis of Relay and Switching Circuits). Шеннон, находящийся под воздействием работы Буля , признал, что она может быть использована для организации электромеханических реле для решения логических задач (затем стала использоваться в телефонных коммутаторах). Эта концепция (об использовании свойств электрических переключателей) лежала в основе всех электронных цифровых вычислительных машин.

Шеннон основал новый раздел информатики - теория информации . В 1948 году он опубликовал статью под названием . Идеи из этой статьи применяются в теории вероятностей к решению проблемы, как лучше кодировать информацию, которую хочет передать отправитель. Эта работа является одной из теоретических основ для многих областей исследований, в том числе сжатие данных и криптография .

Винер и кибернетика

Из экспериментов с зенитными системами, которые интерпретировали радиолокационные изображения для обнаружения вражеских самолетов, Норберт Винер ввел термин кибернетика от др.-греч. κυβερνητική «искусство управления». Он опубликовал статью «Кибернетика» в 1948 году, что повлияло на появление искусственного интеллекта. Винер также сравнил вычисления, вычислительную технику, устройства памяти и другие когнитивно сходные понятия со своего рода анализом мозговых волн.

Джон фон Нейман и архитектура фон Неймана

В 1946 году была создана модель компьютерной архитектуры, которая стала известна как архитектура фон Неймана . С 1950 года модель фон Неймана обеспечила единство конструкций последующих компьютеров. Архитектура фон Неймана считалась новаторской, поскольку фон Нейман ввел представление, позволяющее использовать машинные команды и распределять области памяти. Модель Неймана состоит из 3 основных частей: арифметическо-логическое устройство (АЛУ), память (ОП) и блок управления памятью .

Развитие аппаратного обеспечения

Первое и второе поколения компьютеров

В 1950 году в Национальной физической лаборатории (Великобритания) завершен Pilot ACE , программируемый компьютер небольших масштабов, основанный на модели машины Тьюринга.

Среди других значительных разработок компания IBM 13 сентября 1956 представила первый накопитель на жестких магнитных дисках («винчестер») RAMAC объёмом 5 Мегабайт , 12 сентября 1958 в компании Texas Instruments заработала первая микросхема (изобретателями микросхемы считают Джека Килби и одного из основателей Intel Роберта Нойса).

Третье и последующие поколения компьютеров

Под руководством Лебедева в период 1948-1951 г.г. создавалась первая отечественная вычислительная машина МЭСМ - малая электронная счетная машина первого поколения (1951 г.). Архитектура и принципы построения МЭСМ были аналогичными тем, которые ранее уже использовались в ЭНИАКе, хотя Лебедев не был знаком с архитектурой фон Неймана. Параллельно с работой в Киеве С. А. Лебедев руководит разработкой большой электронной счетной машины БЭСМ в ИТМиВТ. С 1953 г. Первая модель БЭСМ имела сниженное быстродействие, около 2000 операций в с. Было создано 7 экземпляров БЭСМ-2 на Казанском заводе счетно-аналитических машин. Вариант БЭСМ, БЭСМ-4, была разработана на полупроводниковой элементной базе (главный конструктор О. П. Васильев, научный руководитель С. А. Лебедев) .

М-20 (главный конструктор С. А. Лебедев) - одна из лучших машин первого поколения (1958 г.). М-40 - компьютер, созданный в 1960 г. и считающийся первым Эльбрусом на вакуумных лампах (главный конструктор С. А. Лебедев, его заместитель В. С. Бурцев). В 1961 г. зенитная ракета, управляемая компьютером М-40, на испытаниях успешно сбивает межконтинентальную баллистическую ракету, способную нести ядерное оружие .

Вершиной научных и инженерных достижений С. А. Лебедева стала БЭСМ-6, первый образец машины был создан в 1967 г. В ней реализованы такие новые принципы и решения, как параллельная обработка нескольких команд, сверхбыстрая регистровая память, расслоение и динамическое распределение оперативной памяти, многопрограммный режим работы, развитая система прерываний. БЭСМ-6 - суперЭВМ второго поколения .

Начиная с 1958 г., ведутся разработки управляющей ЭВМ «Днепр» (главный конструктор Б. Н. Малиновский , научный руководитель В. М. Глушков), а с 1961 г. началось внедрение этих машин на заводах страны. Эти машины появились одновременно с управляющими машинами в США и выпускались целое десятилетие (обычно срок морального старения ЭВМ составляет пять-шесть лет) .

В 1962 г. по инициативе В. М. Глушкова создается , а в 1963 г. - СКБ вычислительных машин. После «Днепра» главное направление работ коллектива под руководством Глушкова - создание интеллектуальных ЭВМ, упрощающих инженерные расчеты .

Становление программирования в СССР

Начальной точкой возникновения отечественного программирования следует считать 1950 год, когда появился макет первой советской ЭВМ МЭСМ (и первой ЭВМ в континентальной Европе).

Главное и общепризнанное достижение Д. А. Поспелова состоит в создании в конце 60-годов XX-го века комплекса новых методов построения систем управления , в основе которых лежат семиотические модели представления объектов управления и описания процедур управления . Им был создан аппарат ярусно-параллельных форм, позволивший ставить и решать многие проблемы, связанные с организацией параллельных вычислений в вычислительных комплексах и сетях. На его основе в 70-е годы были решены такие проблемы как синхронное и асинхронное распределение программ по машинам компьютерной системы, оптимальная сегментация программ, оптимизация информационных обменов .

Развитие программного обеспечения

Операционные системы

Также набирают популярность мобильные операционные системы . Это операционные системы, которые работают на смартфонах , планшетах , КПК , или других цифровых мобильных устройствах. Современные мобильные операционные системы сочетают в себе черты операционной системы персонального компьютера с такими особенностями, как сенсорный экран , сотовая связь , Bluetooth , Wi-Fi , GPS навигация , фотоаппарат , видеокамера , распознавание речи , диктофон , MP3-плеер , NFC и ИК-порт .

Мобильные устройства с возможностями мобильной связи (например, смартфон) содержат две мобильные операционные системы. Программная платформа, которая доступна пользователю, дополняется второй низкоуровневой собственной операционной системой реального времени, с помощью которой работает радио и другое оборудование . Наиболее распространенными мобильными операционными системами являются Android , Asha , Blackberry , iOS , Windows Phone , Firefox OS , Sailfish OS , Tizen , Ubuntu Touch OS.

Развитие сетей

Одна из первых попыток создать средство связи с использованием электричества относится ко второй половине XVIII века, когда Лесаж в 1774 году построил в Женеве электростатический телеграф . В 1798 году испанский изобретатель Франциско де Сальва создал собственную конструкцию электростатического телеграфа. Позднее, в 1809 году немецкий учёный Самуил Томас Земмеринг построил и испытал электрохимический телеграф .

Дальнейшим развитием телеграфа стал телефон . Александр Грэхам Белл организовал первые телефонные переговоры по телеграфным проводам 9 октября . Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приёма человеческой речи. Телефон, запатентованный в США 1876 году Александром Беллом, назывался «говорящий телеграф». Вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Дальность действия этой линии не превышала 500 метров .

История дальнейшего развития телефона включает в себя электрический микрофон, наконец, окончательно заменивший угольный, громкую связь, тоновый набор, цифровое сжатие звука. Новые технологии: IP-телефония, ISDN, DSL, сотовая связь, DECT.

В дальнейшем встала необходимость в сетях передачи данных (компьютерные сети) - системах связи между компьютерами или вычислительного оборудования. В 1957 году Министерство обороны США посчитало, что Американской армии на случай войны нужны надёжные системы связи и передачи информации. Пол Бэрен, разработал проект распределённой сети. Она была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network). В связи с тем, что на большие расстояния очень тяжело передать аналоговый сигнал без искажений, он предложил передавать цифровые данные пакетами .

В декабре 1969 была создана экспериментальная сеть, соединившая четыре узла:

Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (UCLA)
Калифорнийский университет в Санта-Барбара (UCSB)
Исследовательский университет Стэнфорда (SRI)
Университет штата Юта

За несколько лет сеть постепенно охватила все Соединённые Штаты.

В 1965 году Дональд Дэвис, учёный из Национальной физической лаборатории Англии, предложил создать в Англии компьютерную сеть, основанную на коммутации пакетов. Идея не была поддержана, но к 1970 году ему удалось создать подобную сеть для удовлетворения нужд многодисциплинарной лаборатории и для доказательства работы этой технологии на практике . К 1976 году сеть объединяла уже 12 компьютеров и 75 терминальных устройств .

К 1971 году сотрудниками Массачусетского технологического института была разработана первая программа для отправки электронной почты по сети. Эта программа сразу стала очень популярна среди пользователей. В 1973 году к сети были подключены через трансатлантический телефонный кабель первые иностранные организации из Великобритании и Норвегии, и компьютерная сеть стала международной.

В 1983 году за сетью ARPANET закрепился термин «Интернет ». В сентябре была опубликована спецификация Ethernet . 12 ноября - специалист по информатике Тим Бернерс-Ли опубликовал предложения по системе гипертекстовых диаграмм, дав ей название World Wide Web . В 1990-е годы Интернет объединил в себе большинство существовавших тогда сетей (хотя некоторые, как Фидонет, остались обособленными). Объединение выглядело привлекательным благодаря отсутствию единого руководства, а также благодаря открытости технических стандартов Интернета, что делало сети независимыми от бизнеса и конкретных компаний.