Информационные технологии

Стремительное развитие цифровой вычислительной техники (вт) и становление науки о принципах ее построения и проектирования началось в 40-х годах ХХ-го столетия, когда технической базой ВОТ стала электроника, затем микроэлектроника, а основой для развития архитектуры компьютеров (электронных вычислительных машин ЭВМ) — достижения в области искусственного интеллекта.

До этого времени в течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за 5 столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

Первый в мире эскизный рисунок тринадцятирозрядного десятичного счетного устройства на основе колес с десятью зубцами принадлежит Леонардо да Винчи (Leonardo de Vince, 1452-1519). Он был сделан в одном из его дневников (ученый начал вести дневник еще до открытия Америки в 1492).

В 1623 г. спустя более 100 лет после смерти Леонардо да Винчи немецкий ученый Вильгельм Шиккард (Wilhelm Schikkard, 1592-1636) предложил свое решение той же задачи на базе шестирозрядного десятичного вычислителя, состоявшего также из зубчатых колес, рассчитанного на выполнение сложения, вычитания, а также табличного умножения и деления. Оба изобретения были обнаружены только в наше время и оба остались только на бумаге. Подробнее про историю технологий на нашем специализированном сайте.

Вильгельм ШиккардШестиразрядной десятичный вычислитель на зубчатых колесах

Первым реально осуществленным и ставший известным механическим цифровым вычислительным устройством стала «паскалина» великого французского ученого Блеза Паскаля (Blaіse Pascal, 1623-1662) — 6-ти (или 8-ми) разрядное устройство, на зубчатых колесах, рассчитанное на суммирование и вычитание десятичных чисел (1642 г.).

Через 30 лет после «паскалины» в 1673. появился «арифметический прибор» Готфрида Вильгельма Лейбница (Gottfried Wіlhelm Leibniz, 1646-1716) — двенадцатиразрядный десятичное устройство для выполнения арифметических операций, включая умножение и деление, для чего, в дополнение к зубчатых колес использовался ступенчатый валик. «Моя машина дает возможность выполнять умножение и деление над огромными числами мгновенно» — с гордостью писал Лейбниц своему другу.

О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы. В цифровых электронных вычислительных машинах, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (тот же самый, что и «арифметический прибор» Лейбница), получило название арифметического. Позже, с увеличением логических действий, его стали называть арифметико-логическим.

Он стал основным устройством современных компьютеров. Таким образом, два гения XVII века, установили первые вехи в истории развития цифровой вычислительной техники. Заслуги В.Лейбниц, однако, не ограничиваются созданием «арифметического прибора». Начиная со студенческих лет и до конца жизни он занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, ставшей в дальнейшем, основной при создании компьютеров. Готфрид Вильгельм ЛейбницИзображение медали, нарисованное Готфрид Вильгельмом Лейбницем в 1697г.Он придавал ей некоторое мистическое значение и считал, что на ее базе можно создать универсальный язык для объяснение явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии. Сохранилось изображение медали, нарисованное на.Лейбницем в 1697 г., что поясняет соотношение между двоичной и десятичной системами счисления.

Прошло еще более ста лет и лишь в конце XVIII века во Франции были осуществлены следующие шаги, имеющие принципиальное значение для дальнейшего развития цифровой вычислительной техники — «программное» с помощью перфокарт управление ткацким станком, созданным Жозефом Жакардом (Joseph Jacquard, 1752-1834) и технология вычислений при ручном счете, предложенная Гаспаром де Прони (Gaspar de Prony, 1755-1838), который разделил численные вычисления на три этапа: разработка численного метода вычислений, который сводил решение задачи к последовательности арифметических операций, составление программы последовательности арифметических действий, проведение собственно вычислений путем арифметических операций над числами в соответствии с составленной программы. Эти два новшества были использованы англичанином Чарльзом Беббіджем (Charles Babbege, 1791-1881), который осуществил качественно новый шаг в развитии средств цифровой вычислительной техники — переход от ручного к автоматическому выполнению вычислений по составленной программе. Им был разработан проект Аналитической машины — механической универсальной цифровой вычислительной машины с программным управлением (1830-1846 гг.). "Паскалина"Блез ПаскальМашина включала пять устройств (как и первые ЭВМ появившиеся 100 лет спустя): арифметическое (АУ), запоминающее (ЗУ), управления, ввода, вывода. АУ строилось на основе зубчатых колес, на них же предлагалось реализовать ЗУ (на 1000 50-разрядных чисел!). Для ввода данных и программы использовались перфокарты. Предполагаемая скорость вычислений — сложение и вычитание за 1 сек, умножение и деление — за 1 мин. Помимо арифметических операций имелась команда условного перехода.

Программы для решения задач на машине Беббиджа, а также описание принципов ее работы, были составлены Адой Августой Лавлейс — дочерью Байрона (Ada Augusta Lavelace, 1816-1852).

Были созданы отдельные узлы машины. Всю машину из-за ее громоздкости создать не удалось. Только зубчатых колес для нее понадобилось бы более 50000. Заставить такую махину работать можно было только с помощью паровой машины, что и намечал Бэббидж.

«…Летом 2001 года машина Бэббиджа была, наконец, построена стараниями Дорона Суода*, директора лондонского Музея науки. Эта машина не только стала плодом гениального замысла, но и стала шедевром инженерной работы. Она состоит из более восьми тысяч отдельных деталей, в большинстве выточенных вручную — всего пять тонн очень точной механики! Особенно впечатляет «принтер XIX века». Он оттесняет результаты вычислений на поверхности печатной формы и печатает их на бумаге. Так завтрашний день становится копией прошлого, а механическое мелькание деталей — которое ожило музыкой мысли, зримыми переливами логики. Поворот рукоятки, и вся машины начинает двигаться. Она рассуждает. Валы трещат; шпиндели фурчать; штанги стучат; колеса вращаются.

В свое время Бэббидж надеялся, что задуманная им машина станет предсказывать стихийные бедствия и удары судьбы, сводя циферки многочисленных фактов воедино и превращая последовательность единичных событий в фатальную картину всеобщей связи вещей.

Теперь его машине предстоит влачить скромное, призрачное существование. Время от времени Суод будет вручать гостям музея сувенир — листок, на котором распечатано решение любимого уравнения Бэббиджа: Y=X2+X+41…»

Чарльз БэббиджМеханическая универсальная цифровая вычислительная машина

Интересно отметить, что в 1870 г. (за год до смерти Беббиджа) английский математик Жевонс сконструировал (вероятно, первую в мире) «логическую машину», позволяющую механизировать простейшие логические выводы.

В России о работе Джевонса стало известно в 1893 г., когда профессор университета в Одессе.Слешинський опубликовал статью «Логическая машина Джевонса» («Вестник опытной физики и элементарной математики», 1893 , p.7).

«Строителями» логических машин в дореволюционной России стали Павел Дмитриевич Хрущев (1849-1909) и Александр Николаевич Щукарев (1884-1936), работавшие в учебных заведениях Украины.

Первым воспроизвел машину Джевонса профессор П.Д.Хрущев. Экземпляр машины, созданный им в Одессе, получил «в наследство» профессор Харьковского технологического института Щукарев, где он работал начиная с 1911 г. Он сконструировал машину заново, привнесши в нее целый ряд усовершенствований, и неоднократно выступал с лекциями о машине и о ее возможных практических применениях. Одну из лекций была прочитана в 1914 г. в Политехническом музее в Москве. Присутствовавший на лекции проф. А.Н.Соков писал:

Александр Щукарев«Если мы имеем арифмометры, что составляют, что отнимают, что умножающие миллионные цифры поворотом рычага, то, очевидно, время требует иметь логическую машину, способную делать безошибочные выводы и умозаключения одним нажатием соответствующих клавиш. Это сохранит массу времени, оставив человеку область творчества, гипотез, фантазии, вдохновения — душу жизни». Эти пророческие слова были сказаны в 1914 г.! (Журнал «Вокруг света», № 18, статья А.Н.Сокова «Мыслительная машина»).

Следует отметить, что самый Жевонс, першостворювач логической машины, не видел для нее каких-либо практических применений.

К сожалению, машины Хрущева и Щукарева не сохранились. Однако, в статье «Механизация мышления (логическая машина Джевонса), опубликованной профессором А.М.Щукаревым в 1925 г. («Вестник знания», № 12), дается фотография машины сконструированной Щукаревым и ее достаточно подробное описание, а также, что очень важно — рекомендации по ее практическому применению.

Таким образом, у Алана Тьюринга, опубликовавшего в 1950 г. статью «может Ли машина мыслить?» были предшественники в Украине, интересовавшиеся этим вопросом.

Гениальную идею Беббиджа осуществил Говард Айкен (Howard Aiken, 1900-1973), американский ученый, создавший в 1944 г. первый в США релейно-механический компьютер. Его основные блоки — арифметики и памяти были исполнены на зубчатых колесах!

Алан ТьюрингГовард Айкен

Если Бэббидж намного опередил свое время, то Айкен, использовав те же зубчатые колеса, в техническом плане использовал устаревшие решения. Еще на десять лет раньше, в 1934 г. немецкий студент Конрад Цузе (Konrad Zuse, 1910-1995), работавший над дипломным проектом, решил сделать (у себя дома) цифровую вычислительную машину с программным управлением и с использованием — впервые в мире! — двоичной системы счисления. В 1937 г. машина Z1 (Цузе 1) заработала! Она была двоичной, 22-х разрядной, с плавающей запятой, с памятью на 64 числа и чисто механической (ричажною)!

В том же 1937 г., когда заработала первая в мире двоичная машина Z1, Джон Атанасов (John Atanasoff, 1903-1963) болгарин по происхождению, живший в США, начал разработку специализированного компьютера, впервые в мире применив электронные лампы (300 ламп).

Пионерами электроники оказались и англичане — в 1942-43 годах в Англии при участии Алана Тьюринга (Alan Turing, 1912-1954) была создана вычислительная машина «Колоссус». В ней было 2000 электронных ламп! Машина предназначалась для расшифровки радиограмм германского вермахта. Работы Цузе и Тьюринга были секретными. О них в то время знали немногие. Они не вызвали какого-либо резонанса в мире. И только в 1946 г. когда появилась информация о электронную вычислительную машину (ЭВМ) — «ENIAC» (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и компьютер), созданной в США Д.Мочли (John Mauchly, 1907-1986) и П.Эккертом (Presper Echert, 1919-1995), перспективность электронной техники стала очевидной (в машине использовалось 18 тыс.электронных ламп и она выполняла около 3 тыс. операций в сек). Однако машина оставалась десятичной, а ее память составляла лишь 20 слов. Программы хранились вне оперативной памяти.

Джон АтанасовДжон Маучли

Завершающую точку в создании первых ЭВМ поставили, почти одновременно, в 1949-52 гг. ученые Англии, Советского Союза и США, которые создали ЭВМ с программой, которая хранилась в памяти: Морис Уилкс — ЕДСАК (Маигісе Wіlkes, 1913, Electronic Delay Storage Automate Computer EDSAC) — электронный автоматический компьютер на линиях задержки, 1949 г.; Сергей Лебедев (1902-1974) — Малая электронная счетная машина МЭСМ, 1951 г.; Исаак Брук — М1, 1952 г.; Джон Мочли и Преспер Эккерт, Джон фон Нейман — ЕДВАК (John von Neumann, 1903-1957, Electronic Discrete Variable Computer EDVAC) 1952 г.

В течение механического, релейного и в начале электронного периода развития цифровая вычислительная техника оставалась областью техники, научные основы которой только созревали.

Первыми составляющими будущей науки, которые в дальнейшем были использованы для создания основ теории вычислительных машин, стали исследования двоичной системы счисления, проведенные Лейбніцом (XVII век), алгебра логики, разработанная Джорджем Булем (ХІХ век), абстрактная «машина Тьюринга», предложенная гениальным англичанином в 1936 г. для доказательства возможности механической реализации любого алгоритма, имеет решение, теоретические результаты Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-е годы ХХ ст.), которые объединили электронику с логикой.

Преспер ЭккертДжон фон Нейман

Принципы построения компьютеров, высказанные Эккертом и Нейманом (США, 1946 г.) и, независимо, Лебедевым (СССР, 1948 г.) стали завершением первого этапа развития науки о компьютерах.

Цифровая вычислительная техника в это время была еще несовершенна и во многом уступала аналоговой, имевшей в своем арсенале механические интеграторы, машины для решения дифференциальных уравнений и др.

В СССР, в том числе в Украине, понятие «вычислительная техника» долгое время использовалось как для обозначения технических средств, так и науки о принципах их построения и проектирования.

Однако, на следующем этапе цифровая техника сделала беспрецендентный рывок за счет интеллектуализации ЭВМ, в то время как аналоговая техника не вышла за рамки средств для автоматизации вычислений.

Дальнейшему развитию цифровой техники способствовало развитие во второй половине ХХ века. науки о компьютерах. Научные основы цифровых ЭВМ в это время пополнились теорией цифровых автоматов, основами программирования, теорией искусственного интеллекта, теорией проектирования ЭВМ, компьютерными технологиями разнообразных информационных процессов, обеспечившими становление новой науки, получившей название «Computer Science» (компьютерная наука) в США и «информатика» в Европе. Большой вклад в ее развитие внесли ученые Украины о чем будет сказано ниже.

Конрад ЦузеМашина Z1 (Цузе 1)

Термин «информатика» касался науки о получение, передачу, сохранение и обработку информации. В свою очередь, ее разделяли на теоретическую и прикладную.

Теоретическая информатика включала математическое моделированием информационных процессов. Прикладная охватывала вопросы построения и проектирования ЭВМ, сетей, мультимедиа, компьютерные технологии информационных процессов и др. Главной научной базой прикладной информатики были электроника (микроэлектроника) и теория искусственного интеллекта.

Следует отметить, что в области искусственного интеллекта, несмотря на многие достижения, мы стоим лишь в самом начале развития этого важного научного направления, и здесь появляются огромные перспективы сближения компьютеров с «информационными» возможностями человека.

Лучше всего о «интеллектуальные» возможности машин сказал.М.Глушков:

"ЕДВАК"Джордж Буль

«Вряд ли можно сомневаться, что в будущем все более и более значительная часть закономерностей окружающего нас мира будет познаваться и использоваться автоматическими помощниками человека. Но столь же несомненно и то, что все наиболее важное в процессах мышления и познания всегда будет принадлежать человеку. Справедливость этого вывода обусловлена исторически.

…Человечество не является простой суммой людей. Интеллектуальная и физическая мощь человечества определяется не только суммой человеческих мускулов и мозга, но и всеми созданными им материальными и духовными ценностями. В этом смысле никакая машина и никакая совокупность машин, что является в конечном счете продуктом коллективной деятельности людей, не могут быть «умнее» за человечество в целом, потому что при таком сравнении на весы с одной стороны кладется машина, а с другой — все человечество вместе с созданной им техникой, включающей, разумеется, и машину которая рассматривалась.

Sir Maurice Wilkes

Следует отметить также, что человеку исторически всегда будет принадлежать окончательная оценка интеллектуальных, равно как и материальных ценностей, в том числе и тех ценностей, которые создаются машинами, так что и в этом смысле машина никогда не сможет превзойти человека.

Таким образом, можно сделать вывод, что в чисто информационном плане кибернетические машины не только могут, но и обязательно должны превзойти человека, а в ряде пока еще относительно узких областей они делают это уже сегодня. Но в плане социально-историческом эти машины есть и всегда останутся не более чем помощниками и орудиями человека». (В.М.Глушков. Мышление и кибернетика//Вопр.философии. 1963. № 1).

В настоящее время термин «информатика» все чаще заменяется более содержательным термином «информационные технологии» (ИТ), что обозначает, с одной стороны, разработку, проектирование и производство компьютеров, периферии и элементной базы для них, сетевого оборудования, алгоритмического и системного программного обеспечения, а с другой стороны — их применение в системах различного назначения.

Сергей ЛебедевВиктор Глушков

Основоположником ИТ в Украине и в бывшем Советском Союзе стал.М.Глушков, основатель всемирно известного Института кибернетики НАН Украины, носящего сейчас его имя.

Что касается элементной базы, во многом определяющей в развитии компьютеров, то стоит сказать, что размеры электронных компонентов приближаются к пределу — 0,05 микрона.

Тем не менее, существенно новых и эффективных элементов еще не появились. Не смотря на то, что в этой области ведутся многочисленные исследования.

Наиболее активное развитие цифровой вычислительной техники в настоящее время идет, в первую очередь, путем наращивания встроенного искусственного интеллекта. Компьютеры, получившие свое название от первоначального назначения — выполнения вычислений, получили второе, очень важное применение. Они стали незаменимыми помощниками человека в его интеллектуальной деятельности и основным техническим средством информационных технологий.

Посетив основных залов виртуальной экспозиции, Вы сможете ознакомиться с многими страницами истории развития информационных технологий в Украине.

Яндекс.Метрика