Основные этапы истории развития ИТ

Попытки автоматизировать процессы обработки информации предпринимались человеком всегда. Как только люди научились считать, они начали придумывать способы автоматизации этого процесса — так появились устройства и приемы для механизации счетных действий, например использование деревянных палочек (бирок), костей, камней, узелков, четок и т. д. От использования в процессе расчетов отдельных неспециализированных предметов люди постепенно перешли к созданию специальных счетных устройств, которые использовались исключительно для счета. Одним из первых таких устройств был абак, или счетная доска^[1]. Совершенствование устройств типа абака постепенно привело к появлению одного из самых распространенных (до массового внедрения компьютерной техники) приборов, который также повсеместно использовался для ведения расчетов вплоть до самого последнего времени, — русских счет. И абак, и счеты были очень удобны для выполнения операций сложения и вычитания, однако операции умножения и деления с их помощью выполнять было гораздо сложнее.

Широкое распространение бумаги и приборов для письма на ней (карандашей, ручек и т. д.) привело к развитию техник ведения аналитических подсчетов. Одной из прорывных техник в этой области стало изобретение шотландским математиком Джоном Непером понятия логарифма и конструирование им специального устройства для ведения вычислений, которое называют палочками Непера, а также специальной доски для проведения операций умножения, деления, возведения в квадрат и извлечения квадратного корня в двоичной системе счисления. На основе изобретений Непера другой английский математик, Вильям Отред, изобрел в 1622 г. логарифмическую линейку, которая в XIX—XX вв. стала основным инструментом инженеров.

Все эти устройства были предназначены, в основном, для осуществления разных математических операций над числами и использовались в качестве вспомогательных устройств, которые не могли функционировать без участия человека. Первые устройства, которые были способны выполнять автоматические действия, начали появляться только с началом XVII в. (машина Шиккарда, механическое цифровое вычислительное устройство паскалина французского математика Блеза Паскаля, счетная машина немецкого философа, математика и физика Готфрида Вильгельма Лейбница и др.).

Россия также участвовала в создании специализированных устройств для автоматизации вычислений. Так, из «Переписной книги деловой казны» патриарха Никона (1658) следует, что уже в то время существовало промышленное производство счет, такие «счоты» изготавливались в России для продажи^[2]. В середине XIX в. в Российской империи польским изобретателем и математиком еврейского происхождения З. Я. Слонимским было предложено оригинальное счетное устройство, действие которого впервые основывалось не на сложной механике, а на теории чисел. В конце XIX в. в России было уже налажено массовое производство арифмометров (прототипом которых была паскалииа Лейбница), и почти весь XX в. это устройство было преобладающим средством осуществления вычислений.

Считается, что изобретателем первой счетно-вычислительной машины был английский математик Чарльз Бэббидж, который в 1933 г. представил проект универсальной цифровой вычислительной машины — прообраза современной ЭВМ. Бэббидж первым предложил использовать принцип программного управления для автоматического выполнения арифметических вычислений (хотя уже в конце XVIII в. французский изобретатель Жозеф Жаккард предложил ткацкий станок, как теперь принято говорить, с программным управлением, которое осуществлялось с помощью перфокарт). Вычислительная машина Бэббиджа состояла из пяти специализированных блоков: арифметического, запоминающего устройств, устройств управления, ввода и вывода. Для ввода данных и выполнения программы использовались перфокарты.

Интересно, что работы по созданию машины Бэббиджа финансировались дочерью поэта Джорджа Гордона Байрона графиней Адой Лавлейс, которая сама была незаурядным математиком и разрабатывала программное обеспечение для машины Бэббиджа. Признавая заслуги Ады Лавлейс как первого в истории человечества профессионального программиста, ее именем был назван один из языков программирования, который активно разрабатывался в 1980;е гг. — язык ADA.

Поскольку скорость вычислений и в электрических, и в механических счетных машинах была небольшой, ученые начали искать способы ее увеличения; одними из успешных решений этой задачи стали разработки по созданию электронных вычислительных машин, которые были начаты в 30-е гг. XX в. Параллельно с совершенствованием аппаратной базы электронных вычислительных машин шли работы по созданию теории автоматизированных вычислений. Значительный вклад в этой области был сделан американским математиком Аланом Тьюрингом, который в 1936 г. теоретически обосновал возможность построения универсальной цифровой вычислительной машины — абстрактной модели универсальной вычислительной среды, которая получила название «машина Тьюринга». Идеи Тьюринга были подхвачены американским математиком и электротехником Клодом Шенноном, который сумел решить чрезвычайно сложные проблемы технической реализации математических идей Тыоринга и его коллег. Шеннон считается также основателем теории информации, на основных положениях которой строится сегодня вся система высокотехнологичной компьютерной связи.

Синтез теоретической и инженерной мысли оказался очень продуктивным, и в 1946 г. в Университете Пенсильвании в США была представлена научному сообществу первая полностью цифровая электронная вычислительная машина, получившая название ENIAC (от англ. Electronic Numerical Integrator and Computer - электронный числовой интегратор и вычислитель, ЭНИАК). Этот устройство весило 27 т и занимало площадь в 200 м², однако значимость самого факта его существования и продемонстрированного им рабочего потенциала сложно переоценить — ЭНИЛК доказал возможность построения полностью электронного компьютера, способного работать достаточно продолжительное время, чтобы оправдать затраты на его постройку и принести ощутимые результаты. Кроме того, работавший консультантом проекта ЭНИЛК выдающийся венгеро-американский математик Джон фон Нейман сумел на основе своего опыта участия в проекте сформулировать основные принципы построения архитектуры электронно-вычислительных машин, которые получили название «принципы Неймана». Эти принципы следующие.

• 1. Принцип программного управления, согласно которому все вычисления производятся путем последовательного выполнения команд программы.
• 2. Принцип однородности компьютерной памяти означает, что все программы и данные во время выполнения программы хранятся в одном адресном пространстве в оперативной памяти и различаются нс по способу кодирования, а по способу использования.
• 3. Принцип двоичного кодирования при хранении и обработке данных — отдельные разряды двоичного числа объединяются в более крупные единицы, называемые словами.
• 4. Принцип адресности — слова данных размещаются в ячейках памяти. Каждая ячейка памяти имеет адрес, по которому происходят запись или считывание слов данных и программ.

Эти принципы, реализованные в последовавшей за ЭНИАК новой ЭВМ, которая получила имя EDVAC (от англ. Electronic Discrete Variable Automatic Computer — электронный автоматический вычислитель с дискретными переменными), были впоследствии дополнены целым рядом новых положений, однако считается, что именно ЭНИЛК стал «прародителем» всех созданных в последующие годы компьютерных устройств (это было отражено на известном дереве компьютеров — схеме Военно-воздушных сил СШЛ, представленной на рис. 3.1.

• [1] Абак (др.-греч. abax (abakos), лат. abacus) — счетная доска, применявшаяся для арифметических вычислений приблизительно с V в. до н.э. в Древней Греции и Древнем Риме.
• [2] См.: Comphistory: история отечественных компьютеров [Веб-сайт]. URL: pchistory.narod.ru/vehi.html (дата обращения: 30.01.2015).