Влияние науки «Информатика» на развитие России и мира. Мировые лидеры науки «Информатика»

Первоначально все вычисления базировались на использовании количества частей тела (в основном пальцев конечностей). Жители древнего Египта умели умножать с помощью пальцев рук числа от 6 до 9. В дальнейшем подсчет чисел с помощью пальцев был усовершенствован настолько, что можно было оперировать с числами вплоть до 10 000. В Древней Греции с помощью пальцев одной руки могли получать комбинации чисел вплоть до 100. Был распространен также способ подсчета с помощью пар, так как многие органы человека парные (отсюда двоичная система, используемая в том числе и в современных ЭВМ). Так у разных народов начинали развиваться различные системы счисления. Помимо способа вычисления требовался и какой-то метод записи этих вычислений. Результаты вычислений первоначально фиксировали с помощью подручных бытовых предметов: насечек, счетных палочек, узелков и т.д. С появлением письменности числовые данные стали пытаться как-то обозначать, отмечая определенными знаками и буквами. Постепенно вместе со счетом на пальцах, примерно пять тысяч лет назад в Древнем Вавилоне, появилось первое приспособление для облегчения операций - абак.
Абак представлял из себя доску, разделенную на полосы. Каждая полоса предназначалась для фиксации каких-то разрядов чисел. Вначале на полосу ставили камни по числу единиц, затем на второй полосе обозначали число десятков, далее сотен и т.д. Абак в основном использовали для финансовых расчетов. Важнейшим достижением древних вычислителей было создание позиционной системы счисления. Современную систему изобрели в IX веке н.э. индийские ученые (хотя по некоторым данным современная форма записи числа идет из Китая). Десятичная позиционная система позволила записывать числа самого большого размера. К началу XVII человечество сумело накопить достаточно знаний, чтобы перейти к новому этапу развития науки и средств вычислительной техники. С ростом торговли и развитием ростовщичества появилась нужда в большом объеме вычислений. Леонардо да Винчи в конце XV века сделал попытку модернизировать привычный абак. Им был создан эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. В 17 веке в Европе был изобретен арифмометр, устройство, которое было способно производить арифметические действия с достаточно большими числами. Изобретение приписывают Шиккарду (он описал теоретические принципы в 1623 году). Первый действующий арифмометр создал Паскаль в 1642 году. Лейбниц создал еще один известный арифмометр и довел разряд вычислений до 12 уже в конце 17 века. В России первый отечественный арифмометр создал Пафнутий Чебышев.
Математические основы вычислительной техники заложил Джон Буль, который открыл миру математическую логику в виде булевой алгебры. Сейчас в компьютерах используется двоичная система счисления. Ее предложил уже упомянутый Лейбниц, который вообще предлагал человечеству перейти от десятичной системы к двоичной. В первом прообразе современного ЭВМ использовалась перфокарта, с помощью которой производился ввод – вывод информации. Перфокарту изобрел некто Жаккар в начале 19 века для своего ткацкого станка. А сам первый прообраз компьютера попытался сделать в тридцатые годы XIX века профессор математики Кембриджского университета Ч. Бэббидж. У него все закончилось провалом из-за стремления создать слишком сложную универсальную машину. К началу ХХ века человечеству удалось создать аналоговые механические устройства, позволяющие существенно ускорить процесс вычислений. Эти устройства активно использовались вплоть до появления персональных компьютеров в начале 80-х годов ХХ века.
Фактически первый цифровой компьютер создал немец Конрад Цузе в 30-е годы ХХ века. Его ЭВМ отвечал всем принципам построения архитектуры компьютера фон Неймана. Он создал компьютер с памятью, его можно было программировать. Впервые была использована двоичная логика и получена возможность работать с числами с плавающей точкой, что крайне важно для науки. Машинные команды хранились в той же памяти, что и данные. Он же создал и первый язык программирования. Цузе опередил свое время. Однако, мировая война помешала талантливому инженеру реализовать все планы. Его компьютер был электромеханическим.
Английский математик Алан Тьюринг в 1936 году для формализации понятия алгоритма предложил модель, получившей название машина Тьюринга. Машина Тьюринга является расширением понятия конечного автомата и способна имитировать все другие исполнители (с помощью задания правил перехода), каким-либо образом реализующие процесс пошагового вычисления, в котором каждый шаг элементарный. Тьюринг показал, что не существует машины, способной решать любые задачи, но построил то, что позволяло решать многое. Это предопределило создание ЭВМ. Надо отметить, что практически сразу возможности новых машин встали в прямую зависимость от элементной базы, из которой они были сделаны, то есть от электронных компонентов (а первоначально и аналоговых, как лампы). Официально же первым создателем компьютера считают Атанасова. Он создал свой образец в 1939 году, но не запустил в производство. А в этом же году, но чуть позже, Айкен создал Марк-1. Первым широко используемым ЭВМ стал «Эниак», выпущенный в 1946 году в США. Все это были ламповые компьютеры. Такие компьютеры относят к первому поколению ЭВМ, и они были ненадежными, так лампы приходилось часто менять

. Компьютеры этого поколения уже позволяли решать множество задач энергетики, военного характера (шифрования), но они были слишком большими и дорогими. «Эниак» был предназначен для проведения артиллерийских расчетов, но первым применением стали расчеты по Манхэттенскому ядерному проекту (программе разработок ядерного оружия).
В СССР первая ЭВМ была введена в 1951 году академиком С. А. Лебедевым и получила название Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). Машина производила с 20 разрядными двоичными кодами 50 операций в секунду и имела оперативную память в 100 ячеек на электронных лампах, а всего она имела около 6000 триодов и диодов, потребляя около 25 кВт в час работы.
В 1958 году в ЭВМ начали применять полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 году Д. Бардиным и У. Шокли – это положило начало второму поколению ЭВМ. Компьютеры второго поколения были надёжнее, служили дольше, выполняя значительно более сложные вычисления, обладали несравненно большей оперативной памятью. Каждый транзистор заменял по возможностям приблизительно 40 электронных ламп. В качестве носителя информации использовалась магнитная лента и магнитный сердечник. Первыми транзисторы применили советские инженеры.
Тогда же появились первые магнитные диски для хранения информации. Начинает развиваться отрасль программного обеспечения. Стали появляться первые языки программирования высокого уровня, заменяющие сложный язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей. Начинают появляться операционные системы. Машинам этого поколения была свойственна программная несовместимость друг с другом, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому к середине 60-х годов прошлого века обозначился переход к созданию ЭВМ, совместимых друг с другом и построенных на единой электронной базе. Надо отметить, что была попытка реализации ЭВМ на троичной логике. Причем в далеком 1958 году советскими учеными под руководством Брусенцова. Его ЭВМ «Сетунь» показывала превосходные для своего времени результаты, но вышестоящее руководство свернуло разработки в данной области.
Машины третьего поколения отличались единой архитектурой. Первая интегральная схема (микросхема) появилась в 1960 году. Интегральные схемы получили широкое распространение из-за малых размеров, но при этом возросших возможностей. Интегральная схема заменяла десятки тысяч обычных транзисторов, а один кристалл выполнял работу, равную «Эниак». ЭВМ с использованием интегральных схем достигли производительности в 10 млн. операций в секунду. Машины третьего поколения имели полноценные операционные системы, обладали возможностями одновременного выполнения сразу многих программ. Третье поколение ЭВМ стало отражением развития новых технологий и позволило решать множество новых сложных научно-технических задач.
В 1971 году был создан первый микропроцессор в современном смысле слова. Это позволило создавать сравнительно небольшие компьютеры. Уже в 80-е годы персональные компьютеры стали доступны рядовым гражданам не только по размерам, которые они занимают, но и по цене. Микропроцессор положил начало четвертому поколению компьютеров. Именно в 70-е годы прошлого века появились принципиально новые технологии: микропроцессорная, космическая и генная. Появление микропроцессора сделало возможным встраивание миниатюрного логического устройства практически куда угодно, позволяя сделать привычные вещи автоматическими.
Примером отечественных ЭВМ четвертого поколения могут служить многопроцессорные вычислительные комплексы «Эльбрус». Эльбрус-1 имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду при объеме оперативной памяти до 64Мб. Пропускная способность каналов ввода-вывода достигала 120 Мб/с. В 1978 году в Советском Союзе было начато производство универсальных многопроцессорных комплексов четвертого поколения Эльбрус-2. Эта ЭВМ имела производительность до 120 млн. операций в секунду. Основными пользователями советских супер-эвм были организации, которые решали секретные задачи обороны. К началу 80-х годов прошлого века производительность персональных компьютеров составляла сотни тысяч операций в секунду. Мировой парк компьютеров превысил 100 млн. Дальнейшее развитие вычислительной техники привело к широкому использованию ее во всех областях человеческой деятельности. Для автоматизации управления технологическими процессами в промышленности стали широко применяться специальные промышленные компьютеры.
Компьютеры пятого поколения построены на новой элементной базе, позволяющей реализовать интеллектуальные способности человека. Основные требования к компьютерам 5-го поколения следующие: развитый человеко-машинный интерфейс (распознавание речи, образов); развитое логическое программирование для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; новых технологий в производстве СБИС (сверхбольшие интегральные схемы); новых архитектуры компьютеров и вычислительных комплексов.
Четвертое поколение компьютеров стало переходным на пути к компьютерам пятого поколения. Хотя пока преждевременно говорить об окончательном переходе к пятому поколению, можно уверенно сказать, что этот переход идет полным ходом