История развития информационных технологий и вычислительной техники

В основе современных информационных технологий лежит вычислительная техника. История вычислений уходит в даль веков так же, как и развитие человечества. Накопление запасов, делёж добычи, обмен – все подобные действия связаны со счётом. Для подсчёта люди использовали собственные пальцы, камешки, палочки, узелки и другие подручные материалы. Потребность в поиске решений всё более и более сложных задач поставила человека перед необходимостью находить способы, изобретать приспособления, которые могли бы ему в этом помочь. Одним из первых устройств (VI – V вв. до н. э.), облегчающих вычисления, можно считать специальную доску для вычислений, названную «абак». Вычисления на ней производились перемещением камешков или костей в углубления досок из бронзы, камня или слоновой кости. Со временем эти доски стали расчерчивать на несколько полос и колонок. В Греции абак существовал уже в V веке до н. э., у японцев он назывался «серобян», у китайцев – «суанпан». В Древней Руси при счёте применялось устройство, похожее на абак, называемое «русский шот». В XVII веке этот прибор уже обрёл вид привычных русских счёт.
В начале XVII столетия, когда математика стала играть ключевую роль в науке, всё острее ощущалась необходимость в изобретении счётной машины. И в середине века молодой французский математик и физик Блез Паскаль создал «суммирующую» машину, названной Паскалиной, которая кроме сложения выполняла и вычитание.
В 1670 – 1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц конструировал счётную машину, которая выполняла все арифметические действия. В течение следующих двухсот лет было изобретено и построено ещё несколько подобных счётных устройств, которые, однако, из-за своих недостатков, в том числе из-за медлительности в работе, не получили широкого распространения.
Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину, выполнявшую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшую популярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургским инженером Однером в 1874 году Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметических действия.
В 30-е годы XX столетия в нашей стране был разработан более совершенный арифмометр – «Феликс». Эти счётные устройства использовались несколько десятилетий, став основным техническим средством облегчения человеческого труда.
С 1812 по 1822 годы английский математик и экономист Чарльз Бэббидж работал над созданием, так называемой машины, которая должна была не просто выполнять арифметический действия, а проводить вычисления по программе, задающей определённую функцию. В качестве основного элемента своей машины Бэббидж взял зубчатое колесо для запоминания одного разряда числа (всего таких колёс было 18).
В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины. Его проект содержал более 2000 чертежей различных узлов. Машина Бэббиджа предполагалась как чисто механическое устройство с паровым приводом. Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел. Бэббидж работал над созданием своей машины до конца своей жизни, но так ее и не создал.
После Бэббиджа значительный вклад в развитие техники автоматизации счёта внёс американский изобретатель Г. Холлерит, который в 1890 году впервые построил ручной перфоратор для нанесения цифровых данных на перфокарты и ввёл механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробива. Им была построена машина – табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы. В 1896 году Холлерит основал всемирно известную фирму Computer Tabulating Recording, специализирующуюся на выпуске счетно-перфорационных машин и перфокарт. В дальнейшем фирма была преобразована в фирму International Business Machines (IBM), ставшую сейчас передовым разработчиком компьютеров.
В 1942 году профессор электротехнической школы Мура Пенсильванского университета Д. Маучли представил проект «Использование быстродействующих электронных устройств для вычислений», положивший начало созданию первой электронной вычислительной машины ENIAC. Около года проект пролежал без движения, пока им не заинтересовалась Баллистическая исследовательская лаборатория армии США. В 1943 году под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта были начаты работы по созданию ENIAC, демонстрация состоялась 15 февраля 1946 года.
С точки зрения архитектуры ЭВМ с хранимой в памяти программой революционными были идеи американского математика, Члена Национальной АН США и американской академии искусств и наук Джона фон Неймана (1903 – 1957). Эти идеи были изложены в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства», опубликованная в 1946 году.
Машина, согласно фон Нейману, должна состоять из следующих основных блоков:
• устройства ввода/вывода информации;
• память компьютера;
• процессор, состоящий из устройства управления (УУ) и арифметико-логического устройства (АЛУ).
Кроме того должны быть реализованы следующие принципы:
• принцип двоичного кодирования – вся информация, поступающая в ЭВМ, кодируется с помощью двоичных сигналов;
• принцип программного управления – программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности;
• принцип однородности памяти – программы и данные хранятся в одной и той же памяти, и, поэтому ЭВМ не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными;
• принцип адресности – основная память состоит из пронумерованных ячеек, процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка, и отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было бы впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Развитие ЭВМ можно условно разделить на несколько этапов, которые имели свои характерные особенности.
Первый этап (ЭВМ первого поколения) в период с 1947 – до конца 50-х годов XX века. ЭВМ этого поколения строились на электронных лампах, потребляющих огромное количество электроэнергии и выделяющих много тепла. Числа в ЭВМ вводились с помощью перфокарт и набора переключателей, а программа задавалась соединением гнезд на специальных наборных платах.
В СССР в 1951 году под руководством С. Лебедева в Институте электротехники АН УССР была создана МЭСМ (малая электронная счетная машина), которая считается первым советским компьютером. Ее скорость вычисления составляла – 3000 операций в минуту. Среди известных отечественных машин этого поколения необходимо также отметить Урал, Стрела, БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина), М-20.
Второй этап (ЭВМ второго поколения) связан с появлением в 1948 г. нового полупроводникового устройства – транзистора. Появление ЭВМ, построенных на транзисторах, привело к уменьшению их габаритов, массы, энергопотребления и стоимости, а также к увеличению их надежности и производительности. В этот период появились так называемые алгоритмические языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Были созданы мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы. Использование транзисторных ЭВМ продолжалось до середины 60-х годов XX века.
Третий этап (ЭВМ третьего поколения) – до начала 70-х годов XX века. Элементной базой в ЭВМ третьего поколения являются интегральные схемы (микросхемы). Создание технологии производства интегральных схем, состоящих из десятков электронных элементов, образованных в прямоугольной пластине кремния, позволило увеличить быстродействие и надежность ЭВМ на их основе, а также уменьшить габариты, потребляемую мощность и стоимость ЭВМ.
Машины третьего поколения – характеризуются единой архитектурой и являются программно-совместимыми. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Емкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
В этот период широкое распространение получили мини-ЭВМ. Простота обслуживания мини-ЭВМ, их сравнительно малая стоимость и малые габариты позволяли снабдить этими машинами небольшие коллективы исследователей, разработчиков-экспериментаторов и т. д. В период машин третьего поколения произошел крупный сдвиг в области применения ЭВМ. Если раньше ЭВМ использовались в основном для научно-технических расчетов, то в 60-70 годы все больше места стала занимать обработка символьной информации.
Четвертый этап (ЭВМ четвертого поколения) – по настоящее время. Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС) и далее сверх больших интегральных схем, где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электронных элементов. Это позволило разработать более дешевые ЭВМ, имеющие большую память и меньший цикл выполнения команд: стоимость байта памяти и одной машинной операции резко снизилась. Но так как затраты на программирование почти не сокращались, то на первый план вышла задача экономии человеческих, а не машинных ресурсов. Разрабатывались новые ОС, позволяющие программистам отлаживать свои программы прямо за дисплеем ЭВМ, что ускоряло разработку программ.
Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 – первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства.

1. Аналитическая машина Бэббиджа была сконструирована как …

машина-табулятор для считывания данных с перфокарт

механическое устройство с паровым приводом

устройство, являющееся аналогом русских счет

машина, использующая первые электронные лампы

2. В каком году Джон фон Нейман в статье «Предварительное рассмотрение логической конструкции электронного вычислительного устройства» сформулировал и изложил принципы построения ЭВМ:

в 1938

в 1951

в 1946

в 1971

в 1961