Счетные машины 100 – 80 лет до н.э.

Содержание

Введение 3
Счетные машины 100 – 80 лет до н.э. 4
Арифмометр Годфрида фон Лейбница (1673 год) 6
Ткацкий станок Жозефа Жаккарда (1808 год) 8
Механические компьютеры Чарльза Бэббиджа (1819 - 1851 годы) 9
Булева алгебра (1847 - 1854 годы) 13
Изобретение телеграфа 14
Изобретение телефона 16
Первая электронная лампа 17
Электрическая «считающая машина» Германа Холлерита (1890 год) 18
Открытие радио 20
Вальдемар Поульсен - принцип записи на магнитных носителях (1898 год) 21
Заключение 22
Список литературы 23

Введение

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационные технологии (ИТ, от англ. information technology, IT) — это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы.
Сами ИТ требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их внедрение должно начинаться с создания математического обеспечения, моделирования, формирования информационных хранилищ для промежуточных данных и решений.
Те компьютеры, которые у нас сейчас есть, никогда бы не появились, если, начиная с древних времен и до открытия электричества не создавались бы механические вычислительные машины.
Создание Интернета было бы невозможно без изобретения телеграфа, телефона и радио. Первое объединение двух компьютеров в сеть в США (октябрь 1965 года) было по телефонным проводам, так как других коммутируемых линий еще не было.
Первая сеть компьютеров в СССР появилась еще раньше - в конце 50-х годов прошлого века и была беспроводной, используя радиочастоту.
Рассмотрим историю появления информационных технологий.
Счетные машины 100 – 80 лет до н.э.Принято считать, что создание «счетных машин» началось в 17 веке, но «Антикитерский механизм» был создан примерно в 80-м году до н.э. Это устройство еще называют «древнегреческим компьютером». А как еще можно назвать машину, которая вычисляет положение Солнца, Луны и планет солнечной системы на основе ввода даты (с помощью рычага).
В упрощенном виде компьютер можно представить как устройство ввода данных, устройство (процессор) их обрабатывающий и устройство вывода данных. Именно такие действия и выполняет «Антикитерский механизм».
Устройство использует дифференциальную передачу (которая была вновь изобретена лишь в 16 веке) и бесподобен с точки зрения минитюаризации и сложности его частей. Механизм состоит из более 30 дифференциальных передач, с зубьями, образующими равносторонние треугольники (рис. 1).
Рис. 1. Антикитерский механизм
Использование дифференциальных передач позволяло механизму добавлять или вычитать угловые скорости, рассчитывать синодический лунный цикл, вычитая эффекты смещения, вызванного гравитацией Солнца.
Возможно, Антикитерский механизм не был уникален. Цицерон, живший в 1-м столетии до н.э., упоминает инструмент, который "недавно сконструировал наш друг Посидоний, который в точности воспроизводит движения Солнца, Луны и пяти планет". Подобные устройства упоминаются и в других древних источниках.
В начале 9 века, Китаб ал-Хиял ("Книга изобретенных устройств"), по поручению Халифа Багдада, описал сотни механических устройств, созданных по греческим текстам, которые были сохранены в монастырях. Позже эти знания были объединены со знаниями европейских часовых мастеров.
Арифмометр Годфрида фон Лейбница (1673 год)Годфрид Вильгельм фон Лейбниц (21.06.1646 - 14.11.1716) - немецкий математик, физик, изобретатель. Он описал двоичную систему счисления с цифрами 0 и 1, создал комбинаторику как науку, заложил основы математической логики, создал дифференциальное и интегральное исчисления.
Лейбниц изобрел собственную конструкцию арифмометра — он умел выполнять умножение, деление, извлечение квадратных и кубических корней, а также возведение в степень (рис. 2).
Рис. 2. Арифмометр Годфрида фон Лейбница
Лейбниц продемонстрировал свой арифмометр в 1673 году в Лондоне на заседании Королевского общества. Предложенные Готфридом ступенчатый валик и подвижная каретка легли в основу всех последующих арифмометров вплоть до XX столетия. «Посредством машины Лейбница любой мальчик может производить труднейшие вычисления», — сказал об этом изобретении один из французских ученых.
Позже Лейбниц в своем труде изложил проект другой вычислительной машины, работающей в двоичной системе, в которой использовался прообраз перфокарты. Единицы и нули в воображаемой машине были представлены соответственно открытыми или закрытыми отверстиями в перемещающейся банке, через которую предполагалось пропускать шарики, падающие в желоба под ней.
После арифмометра Лейбница до создания малой разностной машины Чарльза Бэббиджа в 1822 году в сфере вычислительной техники не было создано ничего принципиально нового. Новые модели «счетных машин» создавали десятки, если не сотни, механики в разных странах, но эти арифмометры годятся на роль «предков» только современных калькуляторов. Заслуга этих изобретателей в "популяризации" механических вычислителей и создании конкуренции, которая служила стимулом для совершенствования конструкций.
Ткацкий станок Жозефа Жаккарда (1808 год)Особое место в истории ИТ занимает ткацкий станок Жозефа Жаккарда (1752-1834). Станок не делал никаких вычислений, но в его работе использовалась лента из плотного материала с рядом отверстий. Получалось то, что называется перфолентой (от слова перфорация пробивка отверстий). Специальный щуп управляющего устройства машины находил эти отверстия и в соответствии с ними перемещал основы ткани, создавая тем самым требуемый рисунок (рис. 3).
Рис. 3. Ткацкий станок Жаккарда
Возможно, это изобретение лионского ткача подсказало идею Чарльзу Бэббиджу использовать в «Аналитической машине» (1834 год) программы на перфокартах. В 1812 году во Франции работало уже 18 тысяч станков Жаккарда.
Механические компьютеры Чарльза Бэббиджа (1819 - 1851 годы)Чарльз Бэббидж (Charles Babbage; 26.12.1791 — 18.10.1871) - английский математик, физик, механик, изобретатель. В 1819 году он приступил к созданию малой разностной машины (от названия математического метода конечных разностей). В 1822 году Бэббидж закончил ее строительство и выступил перед Королевским Астрономическим обществом с докладом о применении машинного механизма для вычисления астрономических и математических таблиц.
За создание этой машины Бэббидж был награжден первой золотой медалью Астрономического общества. Однако малая разностная машина имела небольшую память и не могла быть использована для больших вычислений.
В 1823 году Бэббидж приступил к разработке большой разностной машины, которая позволила бы заменить огромное количество людей, занимающихся вычислением различных астрономических, навигационных и математических таблиц. Это позволило бы сэкономить затраты на оплату труда, а также избавиться от ошибок, связанных с человеческим фактором.
Большая разностная машина должна была состоять из 25 000 деталей, весить почти 14 тонн и быть 2,5 метра высотой. Кроме того, она должна была быть оснащена печатным устройством для вывода результатов. Память была рассчитана на 1000 50-разрядных чисел (рис. 4).
Рис. 4. Большая разностная машина
Проект получился настолько масштабным, что технологии того времени с этим не справились. В 1834 году работы по созданию машины были приостановлены.
В том же 1834 году Бэббидж начал проектировать программируемую вычислительную машину, которую он назвал Аналитической (прообраз современного компьютера). В отличие от разностной машины, Аналитическая машина позволяла решать более широкий ряд задач. Именно эта машина стала делом его жизни и принесла посмертную славу. Архитектура современного компьютера во многом схожа с архитектурой Аналитической машины, которая состояла из следующих блоков:
"Склад" - для хранения как значений переменных, с которыми производятся операции, так и результатов операций. В современной терминологии это называется памятью.
"Мельница" - для операции над переменными, а также хранения в регистрах значение переменных, с которыми в данный момент осуществляет операцию (арифметико-логическое устройство, часть современного процессора).
Третье устройство - для управления последовательностью операций, перемещения переменных в "склад" и извлечения их из "склада", а также для вывода результатов. Оно считывало последовательность операций и переменных с перфокарт.
Перфокарты. Они были двух видов: операционные карты и карты переменных. Из операционных карт можно было составить библиотеку функций.
Кроме того, машина должна была содержать устройство печати и устройство вывода результатов на перфокарты для последующего использования.
Как и предыдущий проект, Аналитическая машина так и не была построена при жизни Бэббиджа. Основной причиной стала полное отсутствие финансирования проекта и низкий уровень технологий того времени. Бэббидж не стал в этот раз просить помощи у правительства, так как понимал, что после неудачи с разностной машиной ему все равно откажут.
Вот, что писал Бэббидж в 1851 году: «Все разработки, связанные с Аналитической машиной, выполнены за мой счет. Я провел целый ряд экспериментов и дошел до черты, за которой моих возможностей не хватает. В связи с этим я вынужден отказаться от дальнейшей работы».
Только в 1906 году его сын, Генри Бэббидж, совместно с фирмой Монро построил действующую модель Аналитической машины, включающую арифметическое устройство и устройство для печатания результатов. Машина Бэббиджа оказалась работоспособной.
Говоря о Чарльзе Бэббидже нельзя не отметить заслуг перед ИТ его верной помощницы - дочери знаменитого поэта лорда Байрона, Ады Августы Лавлейс (Байрон) (1815-1852 гг.). Ее комментарии к работам Бэббиджа восхитили самого создателя Аналитической машины: «Она описала мои идеи лучше, чем я сам!». Ада автор терминов «цикл», «подпрограмма» и других. В честь мисс Лавлейс назван один из языков программирования - «Ada».
В 1864 году Чарльз Бэббидж написал: «Пройдет, вероятно, полстолетия, прежде чем люди убедятся, что без тех средств, которые я оставляю после себя, нельзя будет обойтись». В своем предположении он ошибся на 30 лет. Только через 80 лет после этого высказывания, в 1944 году была построена электронная машина МАРК-I, которую назвали «осуществленной мечтой Бэббиджа» (рис. 5).
Рис. 5. Электронная машина МАРК-I
Архитектура МАРК-I была очень схожа с архитектурой Аналитической машины. Говард Эйкен на самом деле серьезно изучал публикации Бэббиджа и Ады Лавлейс перед созданием своей машины, причем его машина идеологически незначительно ушла вперед по сравнению с недостроенной аналитической машиной. Производительность МАРК-I оказалась всего в десять раз выше, чем расчетная скорость работы Аналитической машины.
Булева алгебра (1847 - 1854 годы)Джордж Буль (George Boole; 02.11.1815 — 08.12.1864) - известный английский математик и логик. Автор «логических операторов» и «двоичной системы», без которых сегодня невозможна работа каких-либо компьютеров, оперирующие двумя видами сигналов - наличие сигнала (1) или его отсутствие (0).
Сама идея об использования 1 и 0 в качестве основных операторов математической логики была высказана ещё в работах Лейбница, однако, именно Буль сумел довести его идеи до совершенства.
Всего Булем было опубликовано около пятидесяти статей в различных изданиях и несколько монографий. Из них наиболее значимыми для последующего развития ИТ были: статья «Математический анализ логики» (1847) и трактат «Исследование законов мышления, на которых основываются математические теории логики и вероятностей» (1854).
Буль первым показал, что существует аналогия между алгебраическими и логическими действиями, так как и те, и другие предполагают лишь два варианта ответов — истина или ложь (true/false), нуль или единица.
Он придумал систему обозначений и правил, пользуясь которыми можно было закодировать любые высказывания, а затем манипулировать ими как обычными числами. Булева алгебра располагала тремя основными операциями — И, ИЛИ, НЕ, которые позволяли производить сложение, вычитание, умножение, деление и сравнение символов и чисел.
Изобретение телеграфаПервый электромагнитный телеграф создал российский учёный Павел Львович Шиллинг в 1832 году. Впоследствии электромагнитный телеграф был построен в Германии — Карлом Гауссом и Вильгельмом Вебером (1833), в Великобритании — Куком и Уитстоном (1837), а в США электромагнитный телеграф запатентован С. Морзе в 1837 году. Большой заслугой Морзе является изобретение телеграфного кода, где буквы алфавита были представлены комбинацией коротких и длинных сигналов — «точек» и «тире» (код Морзе).
В 1858 году Чарльз Уитстон (англ. Sir Charles Wheatstone; 06.02.1802 — 19.11.1875) — английский физик, изобретает телеграфный аппарат, в котором передача ведется не ключом Морзе, а автоматически. Достигается это применением бумажных лент, на которых текст телеграмм наносится предварительно в виде пробитых рядов отверстий, соответствующих точкам и тире. Так появились перфоленты, пропускаемые через считывающий передающий аппарат с большой скоростью. Телеграф Уотсона позволил увеличить скорость передачи до 400-500 букв в минуту. Однако оставалась необходимость расшифровки принятых телеграмм.
Эту проблему, в том же году решил американец Дейвид Эдвин Юз (1831-1900), изобретший буквопечатающий аппарат. Используя принцип синхронности и синфазности работы передающего и приемного аппаратов, основой которых стали одинаковые колеса с выгравированными по их окружности буквами, цифрами и знаками препинания, аппараты Юза позволили передавать около 125 букв в минуту, но зато депеша принималась сразу в читаемом варианте, что в целом увеличило скорость передачи в 5 раз.
Следующим этапом стал изобретённый в 1874 году "печатающий многократный телеграф" французского изобретателя Жана Мориса Эмиля Бодо (1845-1903). Аппарат Бодо позволил использовать для передачи сигналов время пауз между точками и тире. Стало возможным, используя специальный коммутатор, по одной линии работать сразу четырем, шести и более телеграфистам. Передача велась специальным равномерным пятизначным кодом. Наибольшее распространение получили двукратные аппараты Бодо. Работавшие на дальние связи почти до конца 20 века и передававшие до 760 знаков в минуту.
Совершенствование передачи информации по телеграфу готовило почву для создания теории пакетной коммутации, которая используется сейчас в сети Интернет.
К началу 20 века на Земле было проложено около 8 млн. км телеграфных проводов.
Изобретение телефона7 марта 1876 года Александром Беллом был получен патент на изобретение телефона. Любопытно, что А. Белл пытался изобрести не телефон, а «гармонический телеграф». В то время в телеграфии испытывался огромный дефицит линий.
25 июня 1876 года Александр Белл впервые продемонстрировал свой телефон на первой Всемирной электротехнической выставке в Филадельфии. Трубка Белла служила по очереди и для передачи, и для приёма человеческой речи. В телефоне А. Белла не было звонка, позже он был изобретён коллегой А. Белла — Т. Ватсоном (1878 год). Вызов абонента производился через трубку при помощи свистка. Дальность действия этой линии не превышала 500 метров. Долгое время именно Александр Белл считался официальным изобретателем телефона и только 11 июня 2002 года Конгресс США в резолюции №269 признал право изобретения телефона за Антонио Меуччи.
В 1860 году в США иммигрант итальянского происхождения Антонио Меуччи продемонстрировал устройство, которое могло передавать звуки по проводам, и названное им Telectrophon. Меуччи подал заявку на патент своего изобретения в 1871 году.
Первая электронная лампаВ 1883 году Томас Эдисон (11.02.1847 — 18.10.1931), американский изобретатель пытался увеличить срок службы осветительной лампы с угольной нитью накаливания в вакууммированной стеклянной колбе. С этой целью в одном из опытов он ввёл в вакуумное пространство лампы металлическую пластину с проводником, выведенным наружу. При экспериментах он заметил, что вакуум проводит ток, причём только в направлении от электрода к накалённой нити и только тогда, когда нить накалена. Это было неожиданно для того времени, в то время считалось, что вакуум не может проводить ток, так как в нём нет носителей заряда. Изобретатель не понял тогда значение этого открытия, но на всякий случай запатентовал.
Вакуумные электронные лампы стали элементной базой компьютеров первого поколения. Главным недостатком электронных ламп было то, что устройства на их основе были довольно громоздкими. Для питания ламп необходимо было подводить дополнительную энергию для нагрева катода (именно он испускает электроны, необходимые для тока в лампе), а образованное ими тепло отводить. Например, в первых компьютерах использовались тысячи ламп, которые размещались в металлических шкафах и занимали много места. Весила такая машина десятки тонн.
Электрическая «считающая машина» Германа Холлерита (1890 год)В 1890 году для подсчета данных переписи населения США использовался статистический электрический табулятор, созданный Германом Холлеритом (29.02.1860 — 17.11.1929).
Впервые для хранения информации и программы для машины стали применяться перфокарты. В 1880 году Холлерит поступил на работу в Бюро по переписи населения в Вашингтоне. Он прибыл туда как раз после переписи населения США. Ручная обработка данных требовала работы сотни служащих в течение семи с половиной лет.
Изобретение Холлерита вышло победителем в соревновании с несколькими другими системами, и с ним был заключен контракт на проведение следующей переписи 1890 года. Система Холлерита стала еще одним этапом в истории развития компьютеров.
Карты табулятора Холлерита были размером в долларовую бумажку. На каждой карте имелось 12 рядов, в каждом из которых можно было пробить по 20 отверстий, соответствующих таким данным, как возраст, пол, место рождения, количество детей, семейное положение и прочие сведения, включенные в вопросник переписи американского населения.
Агенты, проводившие перепись, записывали ответы опрашиваемых в специальные формуляры. Заполненные формуляры отсылались в Вашингтон, где содержащуюся в них информацию переносили на карты путем соответствующего перфорирования. Затем перфокарты загружали в специальные устройства, соединенные с табуляционной машиной, где они нанизывались на ряды тонких игл, по одной игле на каждую из 240 перфорируемых позиций на карте.
Когда игла попадала в отверстие, она проходила его, замыкая контакт в соответствующей электрической цепи машины; это в свою очередь приводило к тому, что счетчик, состоящий из вращающихся цилиндров, продвигался на одну позицию вперед.
Машина Холлерита оказалась настолько быстродействующей, что предварительные подсчеты были завершены через 6 недель, а полный статистический анализ занял два с половиной года. За истекшее с предыдущей переписи десятилетие население США выросло почти на 13 млн. человек, достигнув 62 622 250 чел., но обработка результатов переписи 1890 г. потребовала почти втрое меньше времени по сравнению с предыдущей.
«Этот аппарат, - восхищенно писал журнал Electrical Engineer, - работает так же безошибочно, как машины бессмертных богов, но намного превосходит их по быстродействию».
В 1896 Холлерит создал компанию TMC (Tabulating Machine Company) для продвижения своих табулирующих машин. В 1911 он продал свою компанию, и она вошла в промышленный конгломерат C-T-R. В 1924 C-T-R была переименована в IBM.
Открытие радиоПервый патент на беспроводную связь получил в 1872 г. Малон Лумис (Mahlon Loomis); в Германии создателем радио считают Генриха Герца (1888); в США - Дэвида Хьюза (1878), Томаса Эдисона (1875), Николу Теслу (1891). В других странах, также были свои изобретатели радио. В России изобретателем радиотелеграфии традиционно считают А. С. Попова.
Создателем первой успешной системы обмена информацией с помощью радиоволн (радиотелеграфии) считается итальянский инженер Гульельмо Маркони (1895), который соединил передатчик Генриха Герца и приёмник А. С. Попова, в одно устройство.
Но конструкцию, которую имеют все современные радио устройства создал Никола Тесла, запатентовавший в 1893 году радиопередатчик, а в 1895 г. приёмник. Конструкция устройств Теслы позволяла модулировать акустическим сигналом колебательный контур передатчика, осуществлять радио передачу сигнала на расстояние и принимать его приёмником, который преобразовывал сигнал в акустический звук.
Вальдемар Поульсен - принцип записи на магнитных носителях (1898 год)Вальдемар Поульсен (дат. Valdemar Poulsen, 23.11.1869 — 23.07.1942) — датский инженер, разработал способ магнитной записи информации на стальную проволоку.
В 1888 году, когда Поульсену было всего 19 лет, он прочел в журнале Electrical World статью американского ученого Оберлина Смита (Oberlin Smith) о гипотетической возможности записи звука на магнитный носитель. В ней говорилось о хлопчатой или шелковой нити с нанесенной на нее стальной пылью.
Сам Оберлайн Смит написал статью под влиянием своего посещения в 1878 году лаборатории Эдисона. Смит не считал, впрочем, что в ближайшем будущем эта экзотическая теория получит практическое применение.
Однако Поульсен загорелся этой идеей, но только через 10 лет, после проведения множества опытов 1 декабря 1898 года он подал заявку на патент, в котором, в частности, говорилось: «Изобретение основано на том факте, что тело, изготовленное из материала, способного быть намагниченным в различных точках и в разное время электромагнитом, включенным в телефонную или телеграфную цепь. Его (материала) отдельные фрагменты подвергаются при этом таким магнитным влияниям, что возможно обратное действие намагниченного тела на электромагнит для получения точно таких же сигналов, которые впоследствии могут быть воспроизведены в телефоне».
Первый прибор, созданный на основе патента Поульсена назывался телеграфоном и использовал металлическую (стальную) проволоку в качестве носителя.
Заключение

Сегодня современное общество вряд ли можно представить без информационных технологий. Перспективы развития вычислительной техники не могут предсказать даже специалисты.
С развитие информационных технологий растет прозрачность мира, скорость и объемы передачи информации между элементами мировой системы, появляется еще один интегрирующий мировой фактор.
Информационные технологии вобрали в себя лавинообразные достижения электроники, а также математики, философии, психологии и экономики.
В данной работе мы рассмотрели появление информационных технологий, перечислили самые важные этапы истории, когда создавались те или иные технологии, без которых не имели бы существование сегодняшние наработки.
В настоящее время общество наполнено и пронизано потоками информации, которые нуждаются в обработке. Поэтому без информационных технологий, равно как без энергетических, транспортных и химических технологий, оно нормально функционировать не может.
Список литературы

Гагарина Л.Г. Информационные технологии: Учебное пособие / Гагарина Л.Г., Теплова Я.О., Румянцева Е.Л.; Под ред. Гагариной Л.Г. - М.:ИД ФОРУМ, НИЦ ИНФРА-М, 2015. - 320 с.
Журавлева И. В. Оформляем документы на персональном компьютере: грамотно и красиво: ГОСТ Р.6.30-2003. Возможности Microsoft Word / Журавлева И.В.,Журавлева М.В. - М.:НИЦ ИНФРА-М, 2016 - 187с.
Каймин В.А. Информатика: Учебник / Каймин В. А. - 6-е изд. - М.: НИЦ ИНФРА-М, 2016. - 285 с.
Шандриков А.С. Информационные технологии / Шандриков А.С. - Мн.:РИПО, 2015. - 443 с.
Свободная энциклопедия Википедия. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/