ТЕМА 1.1 Історія розвитку систем обробки інформації

Людство з давніх часів прагнуло автоматизувати свою працю та покласти на плечі машин і механізмів важку, рутинну роботу. Так з часів Леонардо-да-Вінчі дійшли до нас креслення механізму, що нагадував за принципом роботи суматор. Блез Паскаль фактично вперше примінив суматор, а потім систему суматорів і створив першу обчисювальну машину, що могла додавати числа. Вона була механічною за принципом дії і ввійшла в історію під назвою машина Паскаля. 

Перші спроби управління механізмами зв’язані з ім’ям французького винахідника Жозефа Марі Жаккара, що запропонував в 1804 році для виготовлення шовкової тканини дуже тонкої фактури перфокарточний метод управління. Цей метод було реалізовано в ткацькому верстаті, що відомий під назвою <машина Жаккарда> і управлявся перфокартами, які послідовно з’єднувались в вигляді стрічки. Рухом човника керували дерев’яні шпильки <механіхму читання> верстата, які по положенню дирочок на перфокарті визначали, які нитки потрібно піднімати, а які опускати для отримання потрібного узору.

 Приблизно через 30 років потому, англійський математик Чарльз Бебідж використав ідею Жаккара при створенні обчислювальної машини, яку він назвав Аналітичною машиною. Починаючи з 1822 року Бебідж працював над проектом Аналітичної машини, що стала справою всього його життя. Він помер в 1871 році, залишивши 37 кв.м креслень, що стали фактично предвісниками сучасної комп’ютерної техніки і таким чином значно випередив свій час, адже технологічних можливостей для виготовлення даного обладнання ще не було. Бебідж задумав Аналітичну машину не як засіб, що призначався для вирішення якоїсь конкретної задачі чи проблеми, а як універсальний механізований комплекс для рішення широкого класу типових задач. По суті Бебідж спроектував універсальний програмований комп’ютер, який був наділений багатьма рисами, що притаманні сьогоднішнім машинам. Це й не дивно тому що запропонована в той час структура обчислювальної машини використовується і зараз. Так Бебідж ввів поняття <Склад> для запам’ятовування чисел, а сьогодні це не що інше як оперативна пам’ять, а <Фабрика> - арифметико-логічний пристрій або процесор. Управління роботою Аналітичної машини мало здійснюватись з допомогою перфокарт на яких наносилась програма. Графиня Ада Лавлейс зуміла зрозуміти і оцінити винахід Бебіджа, а також його практичне значення. Вона розробила теоретичні основи управління послідовністю обчислень для Аналітичної машини, котрі в теорії програмування використовуються і сьогодні. Наприклад вона описала набір команд, що визначають циклічну обробку даних і по праву вважається першим програмістом.

Лише через 20 років, після смерті Бебіджа, ідея використання перфокарт прийшла Герману Холлериту під час спостереження за провідником в поїзді, який компостував залізничні квитки. Саме цю ідею було покладено в новий винахід Холлерита – електромеханічну обчисювальну машину – табулятор, що використовувався для перепису населення в США в 1890 році. Табулятор отримав досить широке примінення і для задоволення попиту на винахід Холлерит відкрив власну фірму, яка через деякий час переросла в знамениту корпорацію IBM (International Business Machines), яка перфокарти використала в якості стандартного засобу програмування комп’ютерів.

Однак ще довгий час перфокарти керувати більш складними системами не могли і звісно про універсальність говорити ще було рано. І лише в 1941 році німецький інженер Конрад Цузе побудував діючу машину Z3 для проведення складних інженерних обчислень яку по праву можна було назвати програмованою. Машини Цузе того часу керувались з допомогою перфострічки, що виготовлялась з використаної кіноплівки, основною елементною базою служили електромеханічні реле. Величезна заслуга Цузе була в тому, що він один із перших в машині Z3 використав двоїчну систему числення замість привичної десятичної. Саме представлення інформації у вигляді нулів та одиниць ідеально підходило для електричних схем, що можуть знаходитись в двох станах: включено або виключено. Двоїчна система числення підходила не тільки для розрахунків, а і для кодування логічних операцій, що можуть нриймати значення: <істина> або <хибно> і таким чином відкривала можливість використання комп’ютера не тільки для обчислень, а й для чогось більшого.

Паралельно з Цузе в Гарвардському університеті математик Говард Айкен з групою інженерів фірми IBM завершили роботу над машиною <Марк-1>, що була створена для проведення балістичних розрахунків ВМС США. Вона також управлялась з допомогою перфострічки та була побудована на електро-механічних реле, однак для обчислень використовувала десятичну систему числення.

В 1945 році запрацювала перша електронно-обчислювальна машина <Еніак> на електронних лампах, що була створена співробітниками Вищого технічного училища Пенсельванського університету Джоном Мочлі та Преспером Ескертом. Хоча <Еніак> працював в 1000 разів швидше ніж <Марк-1>, однак був досить погано пристосований для задання програми, ненадійний в роботі за рік роботи було замінено 19 тисяч ламп, хоча в ньому використовувалось всього 2 тисячі ламп, а також недоліком було використання десятичної системи числення.

Маючи достатній досвід, Мочлі та Ескерт занялись новим проектом створення комп”ютера, який міг би в пам’яті зберігати одночасно дані і програму. Концептія збереження програми в пам’яті комп’ютера належить математику Джону фон Нейману. Цей проект вони назвали <Едвак> (автоматичний обчислювач з дискретними змінними). Проект <Едвак> так і не був втілений, але він послужив розвитку ряду направлень розвитку обчислювальної техніки. Так Алан Тьюрінг враховуючи та творчо розвиваючи даний проект запропонував план створення машини ACE (Automatic Computing Engine), який теж не був втілений із-за бюрократичних перешкод. В 1950 році проект побачив життя, але в досить зменшеному вигляді та на рівні діючої моделі. І всетаки в 1951 році Екерт і Мочлі створили обчислювальну машину <Юнівак-1>, що стала серійною та користувалась відповідним попитом. Грейс Мюррей Хоппер склала набір стандартних підпрограм для <Юнівака>. В 1952 році пограма для <Юнівака> правильно зробила прогноз виборів в США і передбачила перемогу Д.Ейзенхаура.

 В 1957 році, в Києві, під керівництвом академіка Лєбєдєва було створено першу електронно-обчислювальну машину МЕСМ-1 на електронних лампах, що могла програмуватись з допомогою програм в двоїчних кодах та використовувала концепцію збереження програми в оперативній пам’яті.

 Першим, хто зрозумів, що разом з великими обчислювальними машинами не менш потрібні і малі, був вихованець Масачусетського технологічного інституту Кеннет Олсен. Він створив свою власну фірму та розробив перший комп’ютер PDP-1 (Programmed Data Processor), на початку 60-х, що був за розмірами як три холодильники. Саме це поклало початок індустрії міні-комп’ютерів. В 1965 було серійно випущено PDP-8, що мав шалений комерційний успіх і коштував приблизно 18 тисяч доларів. Це робило доступним PDP-8 багатьом технічним фірмам, фінансовим та медичним закладам.

 Новий етап зменшення розмірів засобів обчислювальної техніки був пов’язаний з винаходом мікропроцесора та появою персонального комп’ютера. Початок цьому процесу було покладено в 1975 році, коли появився мікропроцесор Intel-8080 та розроблена на його базі машина Альтаїр-8800. Ентузіастами нового комп’ютера відразу стали Пол Ален та Уильям Гейтс. Вони вирішили, що машина потребує програмного забезпечення і швидко написали та запропонували для неї інтерпритатор з мови програмування BASIC. Програмне забезпечення мало успіх і Ален та Гейтс організували фірму MicroSoft. Однак перший персональний комп’ютер було створено Стефаном Возняком та Стивеном Джобсом весною 1977 року. Це був APPEL-2, що проклав шлях в життя індустрії персональних комп’ютерів і дуже швидко безліч конкурентів кинулись в цей бізнес.