user9253571

4 Передача информации.

Как вы можете догадается, эти задачи человечество начало решать задолго до появления любой из вышеперечисленных профессий, или в принципе каких-либо вычислительных устройств, а именно, наверное, с момента появления наскальной письменности. Однако сам термин "IT", и то, что мы под ним понимаем, появился намного позже. Точнее, в статье 1958 года, опубликованной в Harvard Business Review. Её авторы, Гарольд Дж. Ливитт и Томас Л. Уислер отметили, что «у этой новой технологии ещё нет единого общепринятого названия. Мы будем называть её информационной технологией (ИТ)».

Часть профессий, в частности программирование и ряд других отраслей, тесно связанны с развитием таких наук как математика, логика, алгоритмизация.

Программу сложно написать, не зная элементарных принципов математики, а для работы программы нужен некий план действия, а точнее алгоритм ее работы.

Но я бы сейчас не хотел вдавятся в историю всех наук, поэтому сегодня мы поговорим о втором столпе информационных технологий, а именно, о истории и развитии вычислительной техники.

Как и математическая часть ИТ, вычислительная техника тоже имеет очень долгую историю, которая началась задолго до изобретения первого компьютера, поэтому для удобства мы выделим несколько главных этапов развития вычислительной техники.

Нулевой этап.

Нулевой этап, или нулевая эра вычислительных устройств, это эра механических вычислителей.

Абак, или счёты, — одно из первых известных человечеству вычислительных устройств, появившееся примерно в VI–V веках до нашей эры у разных народов. Он представлял собой доску или рамку с костяшками, нанизанными на стержни, и использовался главным образом для арифметических вычислений, особенно в торговле. Хотя его трудно сравнивать даже с простейшим калькулятором, не говоря уже о современных компьютерах, абак можно считать нулевым этапом развития вычислительных устройств, поскольку он олицетворяет ранние попытки систематизировать и автоматизировать процесс счета.

С изобретением зубчатых колёс появились значительно более сложные вычислительные устройства, одним из самых известных примеров которых является Антикитерский механизм. Это загадочное устройство, значительно опередившее свою эпоху, на протяжении многих лет порождало многочисленные теории и легенды. По одной из версий, его автором мог быть сам Архимед, однако эта гипотеза была скорее опровергнута, чем доказана. Механизм был обнаружен в начале XX века среди обломков древнего судна, затонувшего около 65 года до н. э. Судя по сохранившимся фрагментам, он предназначался для календарных расчётов, предсказания затмений, определения благоприятных периодов для сельскохозяйственных работ, а также моделирования движения небесных тел. Его вычисления осуществлялись благодаря сложной системе из более чем 30 бронзовых шестерёнок и нескольких циферблатов. Однако с закатом античного мира технологии изготовления подобных механизмов были утеряны, и человечеству понадобилось почти полторы тысячи лет, чтобы снова достичь аналогичного уровня инженерной мысли.

Следующий шаг развития вычислительной техники приходится на XVII век, когда механические устройства стали значительно сложнее и начали использоваться не только для счёта, но и для выполнения более сложных арифметических операций.

В 1623 году немецкий учёный Вильгельм Шиккард разработал механическое счётное устройство, известное как «Считающие часы». Оно использовало шестерёнки, подобно часовым механизмам, но, в отличие от них, могло выполнять арифметические операции. Однако изобретение на долгое время осталось в забвении, так как чертежи машины были утеряны и обнаружены только в 1935 году.

В 1642 году молодой французский математик Блез Паскаль, которому на тот момент было всего 19 лет, создал механический калькулятор «Паскалину». Он разработал его для помощи своему отцу — сборщику налогов. Первая версия машины могла выполнять сложение и вычитание, а позднее Паскаль усовершенствовал её, выпустив около 50 экземпляров из различных материалов. Хотя некоторые машины даже удалось продать, высокая стоимость устройства не позволила ему стать массовым.

В 1673 году немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм Лейбниц доработал идеи Паскаля и представил свой арифмометр. В отличие от «Паскалины», эта машина могла не только складывать и вычитать, но и выполнять умножение и деление, что сделало её более универсальной. Однако высокая сложность изготовления привела к тому, что она не получила широкого распространения. Интересно, что Лейбниц предложил использовать двоичную систему счисления вместо привычной десятичной, что в будущем стало основой для работы всех современных компьютеров. Однако в его время эта идея опередила технологии, и большинство вычислительных устройств продолжали использовать десятичную систему.

Несмотря на все ограничения, механические калькуляторы XVII века заложили основу для последующих достижений в области вычислительной техники. Их конструкции вдохновили будущих инженеров, а принципы работы механических устройств со временем привели к созданию первых программируемых вычислительных машин.

Следующим важным шагом в развитии вычислительной техники стало создание разностной, а затем и аналитической машин Чарльза Бэббиджа, которого часто называют "отцом" современного компьютера.

В 1822 году Бэббидж разработал первую небольшую модель своего устройства, получившего название "разностная машина". Её основным назначением было автоматизированное составление различных таблиц, в том числе навигационных, которые в то время вычислялись вручную целыми командами математиков. Хотя сами расчёты не были сложными, они требовали значительных трудозатрат и были подвержены ошибкам. Разностная машина должна была решить эту проблему, выполняя вычисления по заданной программе, что делало её одной из первых попыток автоматизации вычислительного процесса.

Для усовершенствования своей машины и разработки более продвинутой "Разностной машины №2" Бэббидж обратился за финансированием к правительству Великобритании. Изначально ему выделили средства, но проект оказался слишком дорогим, и по мере того как деньги расходовались, работы пришлось приостановить. Однако это не остановило Бэббиджа, и уже в 1834 году он начал работу над ещё более сложной "аналитической машиной". В отличие от предыдущего проекта, эта машина задумывалась как универсальное вычислительное устройство, способное выполнять произвольные последовательности инструкций — то есть настоящую программу. Фактически, она стала первым прообразом современного компьютера.

Тем не менее, Бэббидж так и не смог завершить её создание. Основными препятствиями стали нехватка финансирования и технические ограничения того времени. Например, для работы машины требовались тысячи мелких зубчатых колёс с высокой точностью обработки, а технология их изготовления была ещё недостаточно развита.

Несмотря на это, аналитическая машина оказала огромное влияние на развитие вычислительной техники. Именно для неё была создана первая в мире программа, а её автором стала Ада Августа Лавлейс, дочь поэта Байрона.

С детства Ада увлекалась математикой и музыкой, а её научная деятельность оставила значительный след в истории программирования. Она не только написала программу для аналитической машины, но и ввела такие ключевые концепции, как ячейки памяти и циклы. Кроме того, она описала устройство, которое во многом напоминает современный процессор. Однако, поскольку машина Бэббиджа так и не была построена, её программы существовали только на бумаге и никогда не были запущены при её жизни.

Спустя более чем столетие энтузиасты переписали программы Ады и запустили их на современных компьютерах. При этом была обнаружена небольшая ошибка, что делает Аду не только первым программистом в истории, но и автором первой программной ошибки — "бага". В честь неё был назван один из языков программирования — Ada, который используется в критически важных системах, требующих высокой надёжности.

Переходной этап

С момента появления электронных компонентов в вычислительной технике начался переход от чисто механических устройств к электромеханическим системам, которые объединили в себе преимущества обеих технологий.Одним из первых инженеров, создавших такие компьютеры, был немецкий инженер Конрад Цузе, разработавший серию компьютеров Z1 – Z4. Начав работу в 1936 году, он уже в 1938 году представил первый компьютер Z1. Это устройство работало на основе механических элементов, использовало двоичную систему счисления и имело тактовую частоту около 1 Гц, выполняя одно умножение за 5 секунд. Данные вводились с клавиатуры, основанной на печатной машинке, а вывод осуществлялся с помощью панели с лампочками. Однако из-за конструктивных особенностей механических частей Z1 оказался недостаточно точным и надёжным.

Постепенно Цузе совершенствовал свои машины, отказываясь от чисто механических компонентов в пользу электромеханических реле. Однако развитие его проектов серьёзно затруднила Вторая мировая война. Немецкое правительство не проявляло большого интереса к финансированию разработки вычислительных машин, считая их не слишком важными для военных нужд. Поэтому компьютеры Z1 – Z4 так и не стали полностью электронными. Тем не менее, они появились раньше американских и британских аналогов первых компьютеров. Большинство этих машин было уничтожено во время войны, но позднее Цузе реконструировал Z3, который считается первым в мире программируемым компьютером.

На другой стороне Атлантики был разработан компьютер Harvard Mark I, или Automatic Sequence Controlled Calculator (автоматический последовательный вычислитель). Этот электромеханический компьютер был построен 7 августа 1944 года. Его разработал Говард Эйкен, математик из Гарвардского университета, вдохновившись идеями Чарльза Бэббиджа. Сам Эйкен однажды сказал, что если бы Бэббидж был жив, он остался бы без работы.

Проект финансировала IBM, выделив на его создание 500 000 долларов. Mark I был настоящим гигантом: он состоял из 765 000 деталей, соединённых 800 километрами проводов, весил около 4,5 тонн и занимал несколько десятков квадратных метров. Производительность по современным меркам была невысокой — всего несколько десятков операций в секунду, однако он стал первым полноценным программируемым компьютером в США, способным работать без постоянного вмешательства оператора. Программы загружались в компьютер с помощью перфоленты.

Mark I использовался в военных целях и даже применялся при расчётах, связанных с разработкой атомной бомбы в рамках Манхэттенского проекта. Это устройство стало важным шагом на пути к созданию полностью электронных компьютеров, которые появились уже в конце 1940-х годов.