Информатика как наука

В 1943 году для расчета артиллерийских таблиц был создан компьютер «Марк  I», весивший семь тонн. В 1945 году Джон фон Нейман разработал теоретические основы взаимосвязи устройств в компьютере, и том же году появился компьютер «Eniac», созданный на основе электронных ламп и весивший тридцать тонн. Машина имела 18 тысяч ламп, 1,5 тысячи реле и множество других элементов, потребляла массу электроэнергии, а на испускаемый ею свет, особенно по вечерам, слеталось столько насекомых, что они вызывали частые сбои. С тех пор сбои в компьютере часто называют жучками. В 1948 году Норберт Винер выпустил книгу «Кибернетика, или Управление и связь в животном машине», в которой заложил основы управления.

Вторая половина XX-го века.

Пятидесятые годы XX века ознаменовались промышленным выпуском кремниевых транзисторов, и в 1956 году был создан первый компьютер на этой основе, что резко уменьшило размеры компьютера, а компанией IBM был создан первый жесткий диск КАМАК 305.Далее начинается ускоренное развитие, как аппаратных, так и программных средств компьютера. В конце 50-х годов был создан язык программирования Фортран, который до сих пор используется в научных расчетах, в 60-е годы – Кобол и Алгол-60, появляются первые модемы и мышь, в 1964 году появился язык Бейсик для обучения программированию, в 1969 году  - первая версия операционной системы Unix. В 1970 году удалось соединить первые четыре компьютера, находившиеся на значительном расстоянии друг от друга, в сети Arpanet, которая позже переросла в сеть Интернет. Появляется первый 4-разрядный микропроцессор, в 1971 году создаются язык Паскаль и первый флоппи-диск, а в 1972 году – 8-разрядный процессор Intel 8008. С 1973 года появились первые персональный компьютер и операционная система СР/М, начинают развиваться процессоры и другие устройства для компьютера, год от года растет производительность и емкость устройств. В 1974 году появляется язык Си и вскоре – 8-разрядный процессор 8080. В 1976 году поступил в продажу первый компьютер AppleI, в 1977 году появился первый компьютер Atari, появляются первые принтеры. Далее уже несколько компаний предлагают персональные компьютеры, появляются видеоигры, первые промышленные модемы и начинает развиваться прикладное программное обеспечение, в частности первый текстовый редактор.Помимо персональных компьютеров, одновременно развивались и большие компьютеры, которые в 60 – 70-х годах были распространены, естественно по меркам того времени, даже больше, чем персональные компьютеры.Понятно, что основой развития являлось необходимость в большом количестве расчетов в военном деле.

Первые машины были громоздкими  монстрами и требовали трудоемкого  заведения данных и программирования. Для каждой машины выделялись специальные помещения.Первые машины были довольно больших размеров, особенно в сравнении с их вычислительными возможностями, так как работали они на электронных лампах. Кроме того, они потребляли много энергии и требовали хорошего охлаждения. Эти машины выполняли несколько сот операций в секунду, к тому же стоили очень дорого, так как производились в малых количествах.

К первому поколению компьютеров  относятся отечественные машины «Минск-1», «Урал-1», «БЭСМ-1».Уменьшение размеров компьютеров стало возможным лишь около сорока лет назад с появлением транзисторов.Машины следующего поколения были выполнены на полупроводниках, стали меньше, потребляли несколько киловатт и выполняли несколько тысяч операций в секунду. К этому поколению относятся отечественные машины «Минс-21», «Урал-14», «Наири».

Третье поколение основано на интегральных схемах. В нашей  стране таковы были машины серии ЕС ЭВМ. Что же до компьютеров четвертого поколения, то они используют большие  и сверхбольшие интегральные микросхемы.На Западе в 70 – 80-х годах были распространены большие машины серии IBM 360 и IBM 370, в нашей стране – серия ЕС (Единая Система). Части машин серии ЕС выпускались в разных социалистических странах, например, магнитные ленты производились в ГДР, лентопротяжные механизмы – в Болгарии, процессоры в СССР и т.д. Эти машины занимали много места и требовали помещения не менее 20 квадратных метров, специально оборудованные залы для машины, а также помещения для персонала. Требовался и специальный обслуживающий персонал: Системщик отвечал за работу программного обеспечения, а электронщик – электронного, то есть аппаратного.Машина работала в специально оборудованном помещении с фальшполом, устанавливались приборы для поддержания определенной температуры и влажности. Если температура превышала требуемую, компьютер начинал работать нестабильно. Производительность этих компьютеров считалось высокой. На самом деле машины серии ЕС уступали по этому показателю современному персональному компьютеру. Например, в 70-х годах магнитные диски имели размер 7 Мбайт, затем 29.Каждый сменный диск был размером с современный системный блок, а само устройство для работы с ним напоминало письменный стол. Устройство для считывания магнитных лент было с небольшой книжный шкаф. Не менее громоздким были устройства считывания с перфокарт и принтеры. По тем временам эта техника считалась прогрессивной. Кроме серии ЕС, были машины отечественного производства типа Минск-22 (32), выпускавшиеся Белоруссией, и БЭСМ. Долгое время машина БЭСМ считалась не хуже зарубежных аналогов и хорошо послужила народному хозяйству. Производительность указанных машин была примерно одного порядка.

Работать на машинах 70 – 80-х годов  было довольно сложно. Вся информация заводилась при помощи перфокарт  или перфолент. Каждая перфокарта служила для описания одной строки (программы, данных). Если случалась ошибка, то нужно было найти перфокарту и ее заменить, после чего запустить программу еще раз. Все это занимало немало времени. Особенно сложно было, когда перфокарта не имела надписей, тогда приходилось по кодам определять нужную.Труднее всего было работать с перфолентами. В случае ошибки по кодам (разное расположении выбитых отверстий на ленте) нужно было определить ее месторасположение, вырезать, набить вставку с несколькими предыдущими и последующими командами (данными), затем наложить куски лент, соединить их липкой лентой и пробить снова отверстия шилом, чтобы устройство могло правильно считать дырки на ленте. На компьютерах того времени дисплей и клавиатура (если они присутствовали) использовались системщиком для организации работы на машине. Пользователи же должны были работать с перфокартами и перфолентами.

Первые персональные компьютеры появились  в 80-х годах. Это были не те персональные компьютеры, на которых мы работаем сегодня. Разные фирмы Wang, французский системы Realite, компьютер фирмы IBM – XT. Вычислительные машины имели разные архитектуру и свои наборы команд для работы с ним. Поэтому, переходя с одной машины на другую, нужно было переучиваться. Что же до нашей промышленности, то она выпускала машины «Искра» разных модификаций. С течением времени в мире стала пользоваться все большой популярностью модель АТ, выпущенной фирмой IBM.

Программирование в  первых компьютерах происходило  в машинных кодах, затем на языке Ассемблер, который очень похож на машинный код, но имеет мнемонику, которую легче запомнить вместо кодов (цифр) команд. Язык Ассемблер называют языком низкого уровня, то есть он приближен к машинным командам, где одна команда соответствует машинной.Затем появились языки программирования высокого уровня. Где каждая программа могла транслироваться в несколько машинных команд. Это связано с тем, что в математических расчетах часто применяются одни и те же функции, например sin, cos и др., и каждая из них требовала свою программу. Там, где на языке Ассемблер нужно использовать несколько десятков команд, на языке высокого уровня достаточно написать одну формулу (например, y=5*sin(x)*cos(x/3)). Эти языки предназначались для определенных видов задач, где они и применялись. Например, Fortran (Фортран) – для научных расчетов, Basic (Бейсик) – для обучения программированию. Кстати, на языке Фортран программируют до сих пор, хотя появились более прогрессивные языки программирования. Дело в том, что за десятилетия работы с ними накоплено большое количество программ и библиотек с подпрограммами, перепрограммирование  которые на другой язык потребовало  бы больших затрат. Кроме того, нужно иметь в виду, что пользователи, работающие на одном языке, с трудом переходят на другой, особенно если эти люди не молодые.

2.3. Развитие персональных компьютеров.

После того как фирма IBM представила другим фирмам структуру своего компьютера, то есть сделала его открытым, начали появляться разработки других фирм в области персональных компьютеров, которые включали аппаратное обеспечение (новые устройства) и программное обеспечение (программы). Скоро разные фирмы начали выпускать компьютеры, похожие на персональные компьютеры фирмы IBM. Они назывались клонами или IBM-совместимыми компьютерами. Фирма IBM начала терять лидирующие позиции на рынке персональных компьютеров. Усилилась фирма Microsoft, которая выпускала программное обеспечение для персональных компьютеров, в частности, до сих пор, разрабатывает новые версии DOS, системы Windows и другое программное обеспечение. Фирма Intel стала лидером по производству и разработке процессоров.Первый процессор 8086 появился в 1978 году, а первая половина 80-х годов отмечена появлением DOS компании IBM (1981 г.), сопроцессор, стандарта CGA, MDA (1981 Г.), стримера емкостью 60 Мб, магнитооптических накопителей, игольчатых принтеров, 286 процессоров (1982 г.), появился первый вариант языка PostScript, электронная таблица Lotus 1-2-3, язык СИ++ и АДА, технология CD-ROM. Это был период закладки фундамента развития персональных компьютеров, когда имелось много компаний, производивших аппаратную и программную составляющие для компьютеров, когда не было общепризнанных, закрепленных стандартов, по которым можно было бы создать унифицированные устройства. Это было время разработки новых подходов и принципов построения, когда сохраняли жизнеспособность только те устройства, которые полнее отвечали запросам потребителя и выдерживали конкуренцию с другими компаниями, создавшими компьютеры на основе других принципов. Вскоре появилась первая версия программы NortonCommander, с которой было так удобно работать, что она перекочевала на многие компьютеры того времени и очень долго оставалась популярной.

Во второй половине 80-х  годов появились первые версии операционных систем Windows и ОС/2, стандарты допустимых излучений мониторов. В 1987 году был представлен 386 процессор, выпущен первый струйный принтер, появился стандарт SVGA, первый пакет MicrosoftOffice. Это было время, когда произошел активный переход на процессор Intel, которые стали завоевывать все более обширный сегмент рынка, другие же виды персональных компьютеров стали терять популярность, за исключением компьютеров серии Макинтош. По этой причине многие разработчики программного обеспечения также перешли на разработки для персональных компьютеров, как их тогда называли IBM-совместимых компьютеров. По мере расширения программных возможностей этих компьютеров росла и их популярность, хотя еще существовали достаточно неплохие для своего времени компьютеры других компаний. Самыми популярными и дорогими были компьютеры, собранные компанией IBM, которая начала налаживать их производство в странах Азии. Компьютеры, произведенные там, обходились дешевле, хотя первые модели уступали по качеству, собранным в Америке и в Европе. Однако постепенно они завоевывали и этот рынок. Спрос на компьютеры был велик, и развитие шло быстрыми темпами. Если раньше персональные компьютеры использовались главным образом в организациях, то в этот период их стали покупать для работы дома. Рынок быстро расширялся.

В 90-92 годах появилась  сеть Интернет, первый ручной монохромный  сканер, 486 процессор, первая звуковая стереоплата, язык Ява, пакет Windows 3.1. 1993 год был отмечен появлением операционной системы WindowsNT для работы в сети, стандарта PCI, первого процессора Pentium, Стандарта Plug&Play. Рынок компьютеров был уже определен, появились общепризнанные стандарты для устройств, компьютеры продолжали развиваться в сторону производительности и увеличения емкости устройств.

В последнее десятилетие XX века появились: стандарты DVD, новые процессоры PentiumPro (1995 г.), PentiumII (1997 г.), Celeron (1998 г.), PentiumIII (1999 г.), далее PentiumIV, накопители Zip и Jaz (1997 г.), были выпущены новые версии Windows 95, Windows 98, на основе WindowsNT, была создано версия Windows 2000. Появились новые версии и других операционных систем, например ОС/2, были созданы шины USB, порт AGP. Началось и стало быстро расти производство ноутбуков с жидкокристаллическим экраном, активно развивались видеокарты. Теперь все видеокарты выпускаются с трехмерным ускорителем 3D, столь необходимым для игр. Компьютерных игр так много и число их растет так быстро, что за этим просто трудно уследить, целые тома книг и специальные журналы описывают все новые и новые. Для игр созданы особые устройства, такие как очки и шлемы, костюмы, передающие малейшие изменения в положении тела человека. Появляются новые версии прикладного программного обеспечения, энциклопедии на CD-ROM-дисках, графические редакторы и другие программы в новых версиях.

     3.Перспективы развития.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее  время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к  их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Наиболее перспективные, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные  вычислительные системы – вычислительные сети – ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы. Специалисты считают, что в первой четверти XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды. Удельные объемы информации, получаемой обществом по традиционным информационным каналам (радио, телевидение, печать) станут катастрофически малы по сравнению с объемами получаемой информации посредством компьютерных сетей.Прогнозируется дальнейший рост массового производства и распространения персональных ЭВМ, встраиваемых микропроцессоров, создания глобальных и региональных сетей обмена информацией. Примером здесь является развитие сети Internet.

Уже сегодня пользователям глобальной сети Internet стала доступной практически любая находящаяся в хранилищах знаний этой сети не конфиденциальная информация. Электронная почта Internet позволяет получить почтовое отправление из любой точки Земного шара (где есть терминалы этой сети) через 5 с, а не через неделю или месяц, как это имеет место при использовании обычной почты. В Массачусетском университете (США) создана электронная книга, куда можно записывать любую информацию из сети; читать эту книгу можно, отключившись от сети, автономно, в любом месте. Сама книга в твердом переплете, содержит тонкие жидкокристаллические индикаторы – страницы с бумагообразной синтетической поверхностью и высоким качеством "печати".

При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры – суперЭВМ и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, – нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП – транспьютеры.

Транспьютер – микропроцессор сети со встроенными средствами связи. Например, транспьютер IMS T 800 при тактовой частоте 30 МГц имеет быстродействие 15 млн. оп/с (операций в сек.), а транспьютер Intel WARP при тактовой частоте 20 МГц – 20 млн. оп/с (оба транспьютера 32-разрядные).