Обчислювальна техніка. Родовідне дерево

Стрімке розвиток цифрової обчислювальної техніки (ОТ) і становлення науки про принципи її побудови і проектування почалося в 40-х роках нашого століття, коли технічної базою Вт стала електроніка, потім мікроелектроніка, а основою для розвитку архітектури комп'ютерів (електронних обчислювальних машин ЕОМ) - досягнення в галузі штучного інтелекту.

До цього часу протягом майже 500 років цифрова обчислювальна техніка зводилася до найпростіших пристроїв для виконання арифметичних операцій над числами. Основою практично всіх винайдених за 5 століть пристроїв було зубчате колесо, розраховане на фіксацію 10 цифр десяткової системи числення.

Перший у світі ескізний малюнок трінадцатіразрядного десяткового підсумовує пристрої на основі коліс з десятьма зубцями належить Леонардо да Вінчі. Він був зроблений в одному з його щоденників (вчений почав вести щоденник ще до відкриття Америки в 1492 р.).

В 1623 через 100 з гаком років після смерті Леонардо да Вінчі німецький учений Вільгельм Шиккард запропонував своє рішення тієї ж задачі на базі шестіразрядного десяткового обчислювача, що складався також з зубчастих коліс, розрахованого на виконання додавання, віднімання, а також табличного множення і ділення. Обидва винаходи були виявлені тільки в наш час і обидва залишилися тільки на папері.

Першим реально здійсненим і став відомим механічним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскаліна" великого французького вченого Блеза Паскаля - 6-ти (або 8-ми) розрядне пристрій, на зубчатих колесах, розраховане на підсумовування і віднімання десяткових чисел (1642 р.).

Через 30 років після "Паскаліни" в 1673 р. з'явився "арифметичний прилад "Готфріда Вільгельма Лейбніца - двенадцатіразрядное десяткове пристрій для виконання арифметичних операцій, включаючи множення і ділення, для чого, на додаток до зубчастих коліс використовувався східчастий валик. "Моя машина дає можливість здійснювати множення і ділення над величезними числами миттєво "- з гордістю писав Лейбніц своєму другові.

Про машині Лейбніца було відомо в більшості країн Європи. У цифрових електронних обчислювальних машинах, що з'явилися понад два століття по тому, пристрій, що виконує арифметичні операції (ті ж самі, що й "арифметичний прилад" Лейбніца), отримало назву арифметичного. Пізніше, у міру додавання ряду логічних дій, його стали називати арифметико-логічним.

Воно стало основним пристроєм сучасних комп'ютерів. Таким чином, два генії XVII століття, встановили перший віхи в історії розвитку цифрової обчислювальної техніки. Заслуги В. Лейбніца, однак, не обмежуються створенням "арифметичного приладу". Починаючи зі студентських років і до кінця життя він займався дослідженням властивостей двійкової системи числення, що стала в Надалі, основною при створенні комп'ютерів. Він надавав їй якийсь містичний сенс і вважав, що на її базі можна створити універсальну мову для пояснення явищ світу і використання у всіх науках, у тому числі у філософії. Збереглося зображення медалі, намальоване В. Лейбніцем в 1697 р., що пояснюють співвідношення між двійкової та десяткової системами числення.

Минуло ще понад сто років і лише наприкінці XVIII століття у Франції були здійснені наступні кроки, що мають принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної технiки - "програмне" за допомогою перфокарт управління ткацьким верстатом, створеним Жозефом жакард, і технологія обчислень, при ручному рахунку, запропонована Гаспаром де Проні, що розділив чисельні обчислення на три етапи: розробка чисельного методу, складання програми послідовності арифметичних дій, проведення власне обчислень шляхом арифметичних операцій над числами відповідно до складеної програмою. Ці два нововведення були використані англійцем Чарльзом Беббідж, які здійснили, якісно новий крок у розвитку засобiв цифрової обчислювальної техніки - перехід від ручного до автоматичного виконання обчислень за складеною програмою. Ним було розроблено проект Аналітичної машини - механічної універсальної цифрової обчислювальної машини з програмним керуванням (1830-1846 рр..). Машина включала п'ять пристроїв -- арифметичне АП, що запам'ятовує ЗП, керування, вводу, виводу (як і перша ЕОМ що з'явилися 100 років тому). АУ будувалося на основі зубчастих коліс, на них же пропонувалося реалізувати ЗУ (на 1000 50-розрядних чисел!). Для введення даних і програми використовувалися перфокарти. Передбачувана швидкість обчислень -- додавання і віднімання за 1 сек, множення і ділення - за 1 хв. Крім арифметичних операцiй була команда умовного переходу.

Програми для вирішення завдань на машині Беббідж, а також опис принципів її роботи, були складені Адою Августою Лавлейс - дочкою Байрона.

Були створені окремі вузли машини. Всю машину через її громіздкість створити не вдалося. Тільки зубчастих коліс для неї знадобилося б понад 50.000. Змусити таку махину працювати можна було тільки за допомогою парової машини, що і намічав Беббідж.

Цікаво відзначити, що в 1870 р. (за рік до смерті Беббідж) англійський математик Джевонс сконструював (ймовірно, перший у світі) "логічну машину", що дозволяє механізувати найпростіші логічні висновки.

В Росії про роботу Джевонса стало відомо в 1893 р., коли професор університету в Одесі І. Слешинський опублікував статтю "Логічна машина Джевонса" ( "Вісник дослідної фізики та елементарної математики", 1983 р., № 7).

"Будівельниками" логічних машин в дореволюційній Росії стали Павло Дмитрович Хрущов (1849-1909) і Олександр Миколайович Щукарьов (1884-1936), що працювали в навчальних закладах України.

Першим відтворив машину Джевонса професор Хрущов. Примірник машини, створений ним у Одесі, отримав "у спадок" рофессор Харківського технологічного інституту Щукарьов, де він працював починаючи з 1911 р. Він сконструював машину заново, внісши в неї цілий ряд удосконалень, і неодноразово виступав з лекціями про машину і про її можливих практичних застосуваннях. Одна з лекцій була прочитана в 1914 р. в Політехнічному музеї в Москві. Присутній на лекції проф. А. Н. Соков писав:

"Якщо ми маємо арифмометри, додають, вiднiмають, множать мільйонні цифри поворотом важеля, то, очевидно, час вимагає мати логічну машину, здатну робити безпомилкові висновки й умовиводи одним натисканням відповідних клавіш. Це збереже багато часу, залишивши людинi галузь творчості, гіпотез, фантазії, натхнення - душу життя ". Ці пророчі слова були сказані в 1914 р.! (Журнал "Навколо світу", № 18, стаття А. Н. Сокова "Розумова машина ").

Слід зазначити, що сам Джевонс, первосоздатель логічної машини, не бачив для неї будь-яких практичних застосувань.

До жаль, машини Хрущова і Щукарьова не збереглися. Однак, у статті "Механізація мислення" (логічна машина Джевонса), опублікованій професором О. М. Щукарьова в 1925 р. ( "Вiсник знання", № 12), дається малюнок машини сконструйованої Щукарьова і її достатньо докладний опис, а також, що дуже важливо - рекомендації щодо її практичного застосування.

Таким чином, у Алана Тьюринга, який опублікував в 1950 р. статтю "Чи може машина мислити? "були попередники в Україні, цікавилися цим питанням.

геніальну ідею Беббідж здійснив Говард Айкен, американський вчений, який створив в 1944 р. перший у США релейно-механічний комп'ютер. Її основні блоки - арифметики і пам'яті були виконані на зубчатих колесах!

Якщо Беббідж набагато випередив свій час, то Айкен, використавши всі ті ж зубчасті колеса, в технічному плані при реалізації ідеї Беббідж використовував застарілі рішення. Ще десять років тому, в 1934 р. німецький студент Конрад Цузе, працював над дипломним проектом, вирішив зробити (у себе вдома), цифрову обчислювальну машину з програмним управлінням та з використанням - вперше в світі! - Двійкової системи числення. У 1937 р. машина Z1 (Цузе 1) запрацювала! Вона була двійковій, 22-х розрядної, з плаваючою комою, з пам'яттю на 64 числа і все це на чисто механічної (важеля) основі!.

В Того ж 1937 р., коли запрацювала перша в світі двійкова машина Z1, Джон Атанасов (болгарин за походженням, що жив у США) почав розробку спеціалізований комп'ютер, вперше у світі застосувавши електронні лампи (300 ламп).

Піонерами електроніки виявилися і англійці - в 1942-43 роках в Англії була створена (з участю Алана Тьюринга) ВМ "Колоссус". У ній було 2000 електронних ламп! Машина призначалася для розшифрування радіограм німецького вермахту. Роботи Цузе і Тьюринга були секретними. Про них в той час знали небагато. Вони не викликали будь-якого резонансу у світі. І тільки в 1946 р. коли з'явилася інформація про ЕОМ "ЕНІАК" (електронний цифровий інтегратор і комп'ютер), створеної в США Д. Мочлі і П. Еккертом, перспективність електронної техніки стала очевидною (У машині використовувалося 18 тис.електронних ламп і вона виконувала близько 3-х тис. операцій в сек). Проте машина залишалася десятковій, а її пам'ять складала лише 20 слів. Програми зберігалися поза оперативної пам'яті.

Завершальну крапку в створенні перших ЕОМ поставили, майже одночасно, у 1949-52 рр.. вчені Англії, Радянського Союзу і США (Моріс Уiлкс, ЕДСАК, 1949 р.; Сергій Лебедєв, МЕСМ, 1951 р., а Ісак Брук, М1, 1952 р.; Джон Мочлі і Преспер Еккерт, Джон фон Нейман ЕДВАК, 1952 р.), що створили ЕОМ з програмою, яка зберiгається в пам'ятi.

В протягом механічного, релейного і на початку електронного періоду розвитку цифрова обчислювальна техніка залишалася областю техніки, наукові основи якої тільки визрівали.

Першими складовими майбутньої науки, використаними, надалі, для створення основ теорії ВМ, з'явилися дослідження двійкової системи числення, проведені Лейбніц (XYII століття), алгебра логіки, розроблена Джорджем Булем (XIХ століття), абстрактна "машина Тьюринга", запропонована геніальним англійцем в 1936 для доказу можливості механічної реалізації будь-якого має рішення алгоритму, теоретичні результати Клода Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-і роки ХХ ст.) З'єднали електроніку з логікою.

Принципи створення комп'ютерів, висловлені П. Еккертом і Нейманом (США, 1946 р.) і, незалежно, С. Лебедєвим (СРСР, 1948 р.) стали завершенням першого етапу розвитку науки про комп'ютери.

Цифрова обчислювальна техніка в цей час була ще недосконала і багато в чому поступалася аналогової, що мала у своєму арсеналі механічні інтегратори, машини для рішення диференціальних рівнянь і ін

В СРСР, у тому числі в Україні, поняття "обчислювальна техніка" довгий час використовувалося як для позначення технічних засобів, так і науки про принципи їх побудови та проектування.

Однак, на наступному етапі цифрова техніка зробила безпрецедентний ривок за рахунок інтелектуалізації ЕОМ, у той час як аналогова техніка не вийшла за рамки засобів для автоматизації обчислень.

Розвитку цифрової техніки сприяв розвиток у другій половині ХХ ст. науки про комп'ютери. Наукові основи цифрових ЕОМ у цей час поповнилися теорією цифрових автоматів, основами програмування, теорією штучного інтелекту, теорією проектування ЕОМ, комп'ютерними технологіями, що забезпечили становлення нової науки, що одержала назву "Computer Science" (комп'ютерна наука) у США і "інформатика" у Європі. Великий внесок у її розвиток внесли вчені України (В. М. Глушков, К. Л. Ющенко, З. Л. Рабинович, Ю. В. Капитонова, А. А. Летичівський та ін.)

Термін "інформатика", позначав науку про одержання, передачі, зберіганні та обробці інформації. У свою чергу, її разделяkb на теоретичну і прикладну.

Теоретична інформатика включала математичне моделювання інформаційних процесів. Прикладна охоплювала питання побудови та проектування ЕОМ, мереж, мультимедіа, комп'ютерні технології інформаційних процесів та ін Головною науковою базою прикладної iнформатики були електроніка (мікроелектроніка) і теорія штучного інтелекту.

Слід відзначити, що в галузі штучного інтелекту, незважаючи на багато досягнення, ми стоїмо лише на самому початку розвитку цього важливого наукового напрямку, і тут відкриваються величезні перспективи зближення ЕОМ з "інформаційними" можливостями людини.

Краще за все об "інтелектуальних" можливості машини сказав В. М. Глушков.

"Навряд чи можна сумніватися, що в майбутньому все більш і більш значна частина закономірностей оточуючого нас світу буде пізнаватися, і використовуватися автоматичними помічниками людини. Але настільки ж, поза сумнівом, і те, що всі найбільш важливе в процесах мислення та пізнання завжди буде долею людини. Справедливість цього висновку обумовлена історично.

... Людство не представляє собою просту суму людей. Інтелектуальна та фізична міць людства визначається не тільки сумою людських м'язів і мозку, але й всіма створеними ним матеріальними і духовними цінностями. У цьому сенсі ніяка машина і ніяка сукупність машин, будучи, в кінцевому рахунку продуктом колективної діяльності людей, не можуть бути "розумніший" людства в цілому, тому що при такому порівнянні на одну чашу ваг кладеться машина, а на іншу - Все людство разом з створеної ним технікою, що включає, зрозуміло, і розглянуту машину.

Слід відзначити також, що людині історично завжди буде належати остаточна оцінка інтелектуальних, так само як і матеріальних цінностей, у тому числі і тих цінностей, які створюються машинами, так що і в цьому сенсі машина ніколи не зможе перевершити людини.

Таким чином, можна зробити висновок, що в чисто інформаційному плані кібернетичні машини не тільки можуть, а й обов'язково повинні здолати людину, а в ряді поки ще відносно вузьких галузей вони роблять це вже сьогодні. Але в плані соціально-історичному ці машини є і завжди залишаться не більше ніж помічниками і знаряддями людини ". (В. М. Глушков. Мислення і кібернетика// Вопр. філософії. - 1963. № 1).

В Сьогодні термін "інформатика" все частіше замінюється більш змістовним терміном "інформаційні технології" (ІТ), позначає з одного боку, розробку, проектування і виробництво комп'ютерів, периферії та елементної бази для них, мережевого обладнання, алгоритмічного та системного програмного забезпечення, а з іншого - їх застосування в системах самого різного призначення.

Основоположником ІТ в Україні та в колишньому Радянському Союзі став В. М. Глушков, засновник всесвітньо відомого Інституту кібернетики НАН України, що носить зараз його ім'я.

Що стосується елементної бази, багато в чому визначає розвиток комп'ютерів, то слід сказати, що розміри електронних компонентів уже наближаються до межі - 0,05 мікрона.

Тим не менше, істотно нових і ефективних елементів ще не з'явилося. Хоча в цій області ведуться численні дослідження.

Найбільш активний розвиток цифрової Вт в даний час йде, у першу чергу, по шляху нарощування вбудованого штучного інтелекту. Комп'ютери, що одержали свою назву від першого призначення - виконання обчислень, одержали друге, дуже важливе призначення. Вони стали незамінними помічниками людини в його інтелектуальної діяльності і основним технічним засобом інформаційних технологій.

Відвідавши основні віртуальні експозиційні зали, Ви ознайомитеся з багатьма сторінками історії розвитку інформаційних технологій в Україні.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://museum.e-ukraine.org/