Классификация истории развития информатики

Историю развития информатики принято разделять на два этапа:

предыстория и история.

Предыстория включает в себя несколько этапов:

• · развитие устной речи;
• · возникновение письменности;
• · возникновение книгопечатанья;
• · успех в точных науках (прежде всего в информатике и физике) и начало научно-технической революции. [4.]

История связана с разработкой ЭВМ.

• · Простейшие ручные приспособления.
• · Механизация и автоматизация обработки информации. (Механический этап, электромеханический этап.)
• · Информационный взрыв.
• · Появление компьютеров. (Электронный этап.)

Характеристика развития истории информатики

Как уже было сказано выше всю историю информатики можно разделить на два больших этапа: предысторию и историю. Рассмотрим эти этапы более подробно.

• · Начальный этап предыстории информатики — освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации. 4.]
• · Второй этап — возникновение письменности. На этом этапе резко возросли возможности хранения информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук. С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия «натуральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления. 4.]
• · Третий этап — книгопечатание. Появление в ХVI веке печатного станка позволило значительно увеличить возможности человека обрабатывать и хранить нужные сведения. Информация в печатном виде была основным способом хранения и обмена и продолжала им оставаться вплоть до середины ХХ века. [3, C.1].
• · Четвертый этап предыстории информатики связан с успехами точных наук и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, а позднее и телевидение. Появились новые возможности получения и хранения информации — фотография и кино. К ним очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски). 4.]

С появлением ЭВМ возникли принципиально новые, гораздо более эффективные способы сбора, хранения, обработки и передачи информации. С ними принято связывать возникновение информатики как науки, начало ее истории. Для такой привязки имеется несколько причин. Во-первых, сам термин «информатика» появился благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации. В этом состояла инициирующая роль вычислительной техники при возникновении и оформлении новой науки. [3, C.2].

Нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак, который первоначально представлял собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, представляющие числа. В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях. Такие таблицы наносили на поверхность стола. В некоторых случаях счетные таблицы наносили не на поверхность стола, а на его скатерть. Подобными приспособлениями в первую очередь пользовались ростовщики и менялы. Возможность смены скатерти с таблицей они использовали для быстрого перехода от операций с одними денежными системами к операциям с другими системами [5, с. 53].

Почти через двести лет после появления печатного станка были разработаны первые устройства для механической обработки числовой информации. С этого времени начинается механический этап в развитии средств обработки информации. Основное отличие этого этапа состоит в том, что вычисления осуществляются путем механических перемещений различных узлов — рычагов, валиков различной формы, зубчатых колес и т. д.

Первой известной попыткой построения такого механизма является относящийся примерно к 1500 году эскиз суммирующего устройства Леонардо да Винчи. К сожалению, в то время построить по этому эскизу реальное счетное устройство не удалось. А первое действующее устройство для выполнения сложения было создано только в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Он называл свое изобретение «Суммирующими часами», так как оно было создано на базе механических часов. Блез Паскаль в 1641—1645 годах разработал суммирующую машину, которая получила широкую известность и была выпущена целой серией в 50 машин, из которых 8 экземпляров дошло до наших дней. Машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания, а Готфриду Лейбницу в 1671—1674 годах удалось построить арифмометр — машину для выполнения всех четырех арифметических операций. 3, c. 55.].

В ходе промышленной революции появились, и стали широко использоваться бумажные ленты с отверстиями — перфоленты и листы из плотного картона с отверстиями — перфокарты, которые являются разновидностью долговременных носителей информации. С помощью определенных комбинаций отверстий на перфолентах и перфокартах задавался конкретный план работы различных устройств. Примером такого рода устройств является автоматический ткацкий станок, изобретенный во Франции в 1801—1808 годах Жозефом Жаккардом. Работой этого станка управляла перфокарта с заранее нанесенными на нее отверстиями. Наличие или отсутствие отверстия в перфокарте заставляло подниматься или опускаться нить при одном ходе челнока. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданному плану. [6.].

Таким образом, в частном случае производства роль человека свелась к составлению плана выполнения нужных действий, а сами действия уже выполнялись без участия человека — автоматически.

В 1822 году Чарльз Бэббидж опубликовал статью с описанием так называемой «разностной» машины, предназначенной для вычисления и печати таблиц математических функций, используемых в морской навигации. Разностная машина, которая «умела» выполнять только операции сложения и вычитания при решении однотипных задач, была построена и успешно работала. Затем Бэббидж начал работать над проектом машины, которую впоследствии стали называть «аналитической». По замыслу Бэббиджа, эта машина должна самостоятельно решать произвольные задачи с привлечением всех арифметических операций. Эта идея полностью исключала участие человека в вычислительном процессе, сводя его роль к подготовке необходимых числовых данных и, как и в случае с ткацким станком Жаккарда, составлению программы, то есть плана выполнения вычислений, зафиксированного в некоторой специальной форме. 6.].

Собственно процесс обработки информации должен был выполняться автоматически по заданной программе. Первый эскиз этой машины появился в 1834 году. Однако, несмотря на несколько десятилетий работы и затраченные усилия, Бэббиджу не удалось реализовать свою идею, в основном из-за несовершенства материальной и технической базы того периода. Несмотря на то, что аналитическая машина Бэббиджа имелась только в виде проекта, для нее была составлена первая в мире программа. В 1843 году Ада Лавлейс опубликовала работу, в которой были заложены основы современного программирования. Ею же была составлена программа вычисления так называемых чисел Фибоначчи. Проект машины Бэббиджа, опередивший свое время, содержал все основные компоненты вычислительных машин, появившихся почти столетие спустя. [6.].

В связи с появлением электрических устройств и началом развития электротехники в конце XIX века начался следующий, электромеханический этап в развитии средств обработки информации. Отличительной чертой этого этапа является сочетание при выполнении вычислительных операций механических перемещений с работой электрических устройств. Первым такого рода устройством считается табулятор — машина, автоматизирующая выполнение простых вычислений на основе данных, нанесенных в виде пробивок на перфокарты. При этом какие-либо программы вычислений в табуляторах не использовались, а вычислительные операции, как правило, сводились к считыванию с перфокарт больших массивов числовых данных и их последующему суммированию. Первый табулятор был создан Германом Холлеритом в 1887 году. Основу этого устройства составляли простейшие электромеханические реле. Табуляторы широко использовались для выполнения расчетов статистического характера, например для проведения переписи населения в конце XIX века в США, Канаде, России и некоторых других странах. Для производства табуляторов Г. Холлерит в 1897 году организовал фирму Tabulating Machine Company, которая впоследствии преобразовалась в фирму IBM — признанного и широко известного в настоящее время мирового лидера в сфере компьютерного производства. Различного рода табуляторы весьма эффективно использовались во всем мире для самых разных расчетов вплоть до середины XX века. [8.c.15.].

В тридцатых годах XX века в разных странах начались разработки принципиально иных устройств — программно-управляемых релейных вычислительных машин. Считается, что первая в мире программно-управляемая электромеханическая вычислительная машина под названием «Z-3» была создана Конрадом Цузе в Германии в 1939;1941 годах. Эта машина могла «помнить» до 64 чисел одновременно и выполняла сложение двух чисел за 0,3 с (секунды), а умножение — за 5 с. Однако возможности и этой, и созданной после войны более совершенной модели «Z-4» по составлению программ были достаточно скромными.

Полностью идеи Чарльза Бэббиджа впервые были реализованы в машине «Марк-1», разработанной в фирме IBM под руководством Говарда Айкена в 1937;1944 годах. Эта машина считается первой в мире программно-управляемой универсальной вычислительной машиной. Вместе с тем устройство для выполнения арифметических действий в машине «Марк-1» было чисто механическим. Затем, в 1947 году, была построена полностью релейная машина «Марк-2». Она выполняла одну операцию умножения за 0,7 с. 8. c 17.].

Ускоренное развитие производства естественным образом сопровождалось соответствующим увеличением и обновлением суммы знаний, накопленных человечеством. Д. Мартин, один из крупнейших специалистов в области обработки информации, утверждал, что «…к 1800 году общая сумма человеческих знаний удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. она удваивалась каждые 10 лет, а к 1970 г. — каждые 5 лет». Лавинообразный рост информационных потоков, начавшийся в XIX веке, к середине ХХ века привел к тому, что люди потеряли возможность ориентироваться в море информации и эффективно ее обрабатывать, поскольку даже на простой поиск нужной информации приходилось затрачивать весьма значительные усилия. И это несмотря на то что значительная доля людей уже оказалась вовлеченной в трудовой процесс, непосредственно связанный с обработкой информации. По данным ряда исследователей, к середине XX века в информационную сферу труда в США было вовлечено более 30% трудоспособного населения (бухгалтеры, почтовые служащие, банковские работники и т. д.). Возникшая ситуация получила в свое время название «информационный взрыв». К концу XX века основным предметом труда в общественном производстве промышленно развитых стран стала информация. И тенденция перекачивания трудовых ресурсов из материальной сферы в сферу, так или иначе связанную с обработкой информации, неуклонно укрепляется во всем мире. 6.].

Только полностью электронные, то есть исключающие механические перемещения в процессе вычислений и, следовательно, безинерционные устройства могли решить проблему быстродействия вычислительных машин.

Начало важнейшего на сегодняшний день электронного этапа в развитии средств обработки информации относится к сороковым годам XX века. В 1937;1942 годах в США под руководством Дж. Атанасова и К. Берри была сконструирована первая полностью электронная машина «ABC», содержавшая около 600 электронных ламп накаливания. Но эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания. 6.].

Первой в мире работающей электронной цифровой машиной стал специализированный компьютер COLOSSUS, который с 1943 года использовался англичанами для дешифровки радиосообщений, пересылаемых на немецкие подводные лодки. А первая в полном смысле этого слова ЭВМ была разработана в 1943;1945 годах в Пенсильванском университете США под руководством Д. Мочли и П. Эккерта. Эта машина называлась «ENIAC» — электронно-цифровой интегратор и вычислитель. Она весила 30 тонн, ее высота была 6 метров, а площадь -120 квадратных метров. Машина состояла из 18 тысяч электронных ламп накаливания и выполняла примерно 5 тысяч арифметических операций в секунду. Программа работы машины «ENIAC» задавалась вручную с помощью механических переключателей и гибких кабелей со штекерами, вставляемыми в нужные разъемы. Поэтому любые изменения в программе требовали много сил и времени. Выдающийся математик Джон фон Нейман, анализируя работу первых компьютеров, пришел к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в ее электронных схемах, а не вне нее — на перфокартах, перфолентах или разъемах со штекерами. Первой машиной с хранимой программой является компьютер «EDSAC» — автоматический вычислитель с электронной памятью на линиях задержки, построенный М. Уилксом в Великобритании в 1949 году. С этой машины принято вести отсчет первого поколения компьютеров. 6.].

В нашей стране первые ЭВМ создавались примерно в тот же самый период. В 1947;1951 годах под руководством академика С. А. Лебедева была выпущена первая советская вычислительная машина — МЭСМ (Малая Электронно-Счетная Машина). Кроме того, выпускались машины «Стрела», «Минск», «Днепр», «Урал», БЭСМ (Большая Электронно-Счетная Машина), М-2, «Мир» и некоторые другие, разработанные под руководством крупных советских конструкторов и теоретиков И. С. Брука, М. А. Карцева, Б. И. Рамеева, В. М. Глушкова, Ю. А. Базилевского. 6.].

Первые вычислительные машины создавались в единичных экземплярах, они стоили очень дорого, занимали огромные площади, и ко всему прочему они были весьма ненадежны. Работать с этими машинами могли только профессионалы высочайшей квалификации. Просто для того, чтобы обслуживать машину, ремонтировать ее при сбоях и т. д., требовался целый коллектив специалистов. Первые компьютеры использовались в основном для выполнения математических вычислений при решении задач научно-технического характера в оборонной и некоторых других областях. Однако, несмотря на все вышеперечисленные недостатки, их применение для обработки информации оказалось весьма успешным. 3. c. 60.].

По мере развития технологической базы машины уменьшались в размерах, становились все более надежными и дешевыми. Накапливался опыт применения компьютеров в различных областях деятельности человека. Постепенно машины стали применять в коммерческой деятельности, метеорологии, лингвистике и в других областях, где можно было с успехом применять математический аппарат. Появились новые долговременные носители информации, такие, как магнитные ленты и барабаны, магнитные, оптические и другие диски, на которых научились хранить не только числовую, но и текстовую, звуковую, графическую информацию. Появились удобные средства для организации взаимодействия человека и машины, такие, как подобные телевизионным приемникам монохромные и цветные устройства для отображения информации — дисплеи, компактные и надежные клавиатуры, служащие для первичного ввода информации и управления работой компьютера. Увеличивались темпы выпуска машин. Так, в 1952;1953 годах в мире производилось примерно 10 машин в год, а уже к 1965 году производство возросло до 40 тысяч машин в год. Если в 1983 году было продано 2 миллиона, то в 1994 году — уже 100 миллионов персональных компьютеров. Широкое распространение получили компьютерные сети, представляющие собой объединение с помощью специальных средств нескольких (от двух до сотен миллионов и более) компьютеров. Такое объединение позволяет осуществлять оперативный обмен информацией между несколькими компьютерами, расположенными на значительных расстояниях друг от друга. [6.].

Все это создало предпосылки для резкого расширения сфер применения вычислительной техники и привело к тому, что в последней четверти XX века создалась ситуация, когда хранить информацию на бумаге стало невыгодно — более удобным и дешевым оказалось ее хранение на машинных носителях информации. Машинные носители обеспечили также чрезвычайно высокую плотность хранения информации.