Категорії

Введіть ваш e-mail для підписки:

Наша кнопка


Розвиток обчислювальної техніки у світі й в Україні. Реферат

Розвиток обчислювальної техніки у світі й в Україні

Людям завжди доводилося щось рахувати, і люди завжди прагнули спростити цей процес, як, наприклад,   ювелір ювелірного магазину.

Тисячі років тому першими засобами, які полегшували обчислення, були пальці на руках, камінці й палички.

Древні греки[1] і римляни застосовували для арифметичних обчислень лічильні дошки — абаки (від грец. дошка), які нагадували рахівниці: паралельні лінії позначали одиниці, десятки, сотні і т.д., а на цих лініях розміщували відповідні кількості жетонів. У Західній Європі на абаках рахували ще до 18 століття. Наприкінці 15 століття було винайдено логарифмічну лінійку.

У щоденниках Леонардо да Вінчі[2] знайдено ескізи обчислювальної машини на зубчастих колесах, яка могла додавати й віднімати 13-розрядні десяткові числа[3]. 1623 року німець Вільгельм Шиккард[4] у листі до польського астронома Кеплера наводив малюнок машини для додавання й множення 6-розрядних десяткових чисел.

У 1641 році француз Блез Паскаль[5] сконструював на основі зубчастих коліс пристрій для механічного виконання додавання та віднімання 6-розрядних (пізніше й 8-розрядних) десяткових чисел. Машини Паскаля були першими у світі калькуляторами, які випускалися серійно.

У 1673 році німецький математик Лейбніц[6] сконструював арифмометр‚ який виконував 4 арифметичні дії (додавання, віднімання, множення й ділення) над 12-розрядними десятковими числами (до зубчастих коліс він додав ступінчатий валик, який давав можливість множити й ділити). Особливо широке застосування арифмометри мали в 19 столітті‚ використовувалися вони й у 20 столітті[7], але всі дії на арифмометрі й запис проміжних результатів виконували люди‚ а це звичайно ж робилося дуже повільно. Лейбніц також займався дослідженнями двійкової[8] системи числення, яка стала основою при створенні комп’ютерів уже в 20 столітті.

У 1834—1848 роках англійський математик Чарльз Беббідж[9] (раніше у 1820—1822 роках він створив різницеву машину для табулювання многочленів) розробив основні ідеї і спробував сконструювати універсальну обчислювальну аналітичну машину‚ яка мала виконувати обчислення (у десятковій системі числення) без участі людини‚ програма і вхідні дані мали задаватися з перфокарт‚ проміжні дані також мали зберігатися на перфокартах[10]. Програми для цієї обчислювальної машини писала перший у світі програміст Ада Августа Лавлейс[11]. Ада вже тоді бачила можливості застосування обчислювальних машин не лише для одержання цифрових результатів: “Машина… може видавати результати трьох видів: символічні результати, числові й алгебраїчні в буквених позначеннях”.

Проте рівень розвитку техніки того часу не дав можливості завершити розробку обчислювальної машини[12]. Сам Беббідж вважав, що десь через півстоліття така машина може бути створена.

У 1870 р. англiйський математик Вільям Стенлі Джеванс (1835—1882), професор Манчестерського університету, сконструював першу в свiтi “логiчну машину” (“логічне піаніно”), яка механiзувала одержання найпростiших логiчних висновків. Результати роботи машини подавалися в умовно-буквеній формі. Джеванс використовував свій винахід як навчальний прилад для викладання курсу логiки. У кінці 19 століття професор Харківського університету Павло Дмитрович Хрущов (1849—1909), який за спеціальністю був хіміком, але цікавився проблемами мислення й логіки, вiдтворив машину Джеванса і використовував її для викладання логіки й мислення. Після смерті Хрущова ця машина була передана до Харківського університету. Нею зацікавився інший вчений-хімік Олександр Миколайович Щукарьов[13], який з 1911 року викладав у Харківському університеті. Спочатку Щукарьов популяризував машину Хрущова, а потім створив її вдосконалений варіант (була компактніша —довжина і ширина по 25 см, висота 40 см; видавала логічні висновки словами на світлове табло). Він наголошував на можливих практичних застосуваннях логічної машини, розглядаючи її як технiчний засiб механiзацiї тих сторiн мислення, якi пiддаються формалiзацiї, і як пристрій, який істотно допоможе людині в розумовій праці.

У 1884 році американець Герман Голлерит (Холлерит) сконструював перфокартковий обчислювальний пристрій для розв’язування складних статистичних задач: інформація кодувалася за допомогою перфорацій (пробивок) на спеціальних картах[14], а електричний компонент розпізнавав отвори і передавав сигнали в процесор. Цей пристрій використовувало Бюро перепису США для обробки даних перепису населення 1880 року. У 1911 році Голлерит створив підприємство Tabulating Machine Company, яке у 1924 році перетворилося на фірму IBM (International Business Machines Corporation) — найвідомішого тепер виробника комп’ютерної техніки.

У 20 столітті (через 63 роки після смерті Беббіджа) ідеї Беббіджа перевідкрив німецький інженер Конрад Цузе[15] і в 1934—1937 роках створив аналогічну чисто механічну релейну (на телефонних реле) машину Z1, вперше використавши двійкову систему числення і алгебру логіки. Машина займала (саме завдяки використанню двійкової системи числення) всього два квадратні метри на столі. У 1941 році Цузе створив першу в світі релейну обчислювальну машину Z3 з програмним керуванням (розміри її були не набагато більшими від Z1). У роки Другої світової війни він запропонував також створити машину на електронних лампах (потрібно було 2000 ламп), але військове відомство його не підтримало. У той час про розробки Цузе ніхто не знав — вони були розсекречені лише після війни.

На основі праць Беббіджа‚ але з використанням електромеханічних реле в 1937—1944 роках у США в Гарвардському університеті на базі виробничих приміщень фірми IBM (International Business Machines Corporation) під керівництвом Говарда Айкена (Howard H. Aiken, 1900—1973) була створена машина Mark-1 (як тоді вважалося, перша у світі), у якій використовувалася десяткова система числення. Ця машина містила 500 тисяч механічних деталей, мала довжину 17 м, висоту 2,5 м, вагу — 5 тонн.

Проте визначною подією в розвитку обчислювальної техніки стало створення електронних машин. Електронні обчислювальні машини принципово відрізняються від обчислювальних машин інших типів (механічних, електричних, електромеханічних та ін.) як компонентами, так і формою утворювання й подання сигналів. Електронно-обчислювальні машини мають ряд переваг: компактніші, надійніші, споживають менше енергії, швидкодіючі, зручніше стикуються з зовнішніми джерелами інформації. Поява комп’ютерів, які відрізнялися від ранньої обчислювальної техніки, стала можливою завдяки таким трьом технічним винаходам, як електронний перемикач, цифрове кодування інформації і запам’ятовуючі пристрої, які зберігають різні програми розв’язування задач і забезпечують можливість автоматичного виконання цих програм.

Наприкінці 1937 року американський (болгарського походження) професор математики та фізики університету Айови Джон Вінсент Атанасов сформулював ідею електронного комп’ютера. У 1938—1941 роках він разом з аспірантом Кліфордом Беррі побудував перший у світі комп’ютер-макет спеціалізованої цифрової обчислювальної машини ABC (Atanasoff-Berry Computer) з використанням двійкової системи числення для розв’язування систем алгебраїчних рівнянь. Цей макет містив 300 електронних ламп і мав пам’ять на конденсаторах[16]. У США, в Національному музеї американської історії у Вашингтоні зберігається лист Атанасова до всесвітньовідомого українського математика Михайла Пилиповича Кравчука[17], у якому Атанасов писав, що не зміг би створити свою машину без відкриттів українського вченого (зокрема методів, обґрунтованих Кравчуком).

У 1942—1943 роках в Англії під керівництвом математика Алана Тьюринга[18] в обстановці найстрогішої секретності була створена перша в світі спеціалізована цифрова обчислювальна (перша в Англії і Європі електронна обчислювальна) машина Colossus на електронних лампах (2000 ламп) для розшифровування секретних радіограм німецьких радіостанцій.

У 1943—1946 роках в США в Пенсильванському університеті під керівництвом Джона Мочлі (John P. Mauchly, 1907—1986) і Дж. Преспера Еккерта (John Presper Eckert, 1919—1995) була створена найбільша електронна цифрова обчислювальна машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Automatic Calculator) на основі електронних ламп (близько 18 тисяч; довжина її — 26 м, висота — 6 м, вага — 30 тонн), яка використовувала десяткову систему числення. Ця машина використовувалася для розрахунку балістичних ракет‚ передбачень погоди, розрахунків для атомної енергетики, вивчення космічних променів, конструювання аеродинамічних труб. Завдяки використанню електронних ламп вона працювала в тисячу разів швидше‚ ніж релейна, проте в неї складно було вводити програми для обчислень — треба було спеціально під’єднувати проводи, що займало багато годин або навіть днів. Слід зауважити, що федеральний окружний суд США майже 20 років розбирав справу щодо видачі патенту на ENIAC і відмовив, визнавши в 1973 році першість у галузі лампових комп’ютерів за Джоном Атанасовим.

Коли в 1945 році Мочлі й Еккерт почали розробляти нову машину EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer, 1945—1951), до них приєднався математик Джон фон Нейман[19]. Написана Нейманом у 1945 році частина звіту містила загальний опис EDVAC і основні принципи побудови машини. Узагальненням існуючого досвіду щодо створення обчислювальних машин став звіт Неймана, Голдстайна і Беркса “Попереднє обговорення логічного конструювання електронного обчислювального пристрою” (червень 1946 року). Цей звіт містив розгорнутий і детальний опис принципів побудови цифрових електронних машин, які тепер називають нейманівськими принципами: машина працює в двійковій системі числення; програма записується в двійковому коді й міститься в запам’ятовуючому пристрої машини; пам’ять організована ієрархічно; арифметичний пристрій конструюється на основі схем, які виконують операцію додавання; використовується паралельна організація обчислювального процесу. Нейман розробив систему зберігання програм у середині комп’ютера й автоматичного вводу їх у дію.

Першою обчислювальною машиною, яка зберігала програму в оперативній пам’яті, була машина EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), створена в 1946—1949 роках молодим англійським вченим із Кембриджського університету Морісом Уілксом (Maurice Vincent Wilkes, народ. 1913). У машині EDSAC використовувалася двійкова система числення, пам’ять її була реалізована на ртутних трубках.

У другій половині 1950-х років з’явилися комп’ютери на транзисторах. Вони були в сотні разів меншими від лампових. Перша інтегральна схема (чип)‚ яка містила мініатюрні транзистори та інші елементи‚ була розроблена в 1958 році (під керівництвом Джека Кілбі на фірмі Texas Instruments). У квітні 1964 року фірма IBM розпочала випуск сімейства цифрових обчислювальних машин IBM-360 з універсальною організацією на інтегральних напівпровідникових схемах. У 1965 році фірма DEC (Digital Equipment Corporation) випустила перший у США міні-комп’ютер PDP-8 розміром‚ як холодильник. Один з перших персональних комп’ютерів Kenbak-1 був створений у 1971 році. А в 1975 році фірма MITS розпочала продаж першого персонального комп’ютера Altair-8800[20]‚ зробленого на основі мікропроцесора Intel-8080. У 1976 році на ринок впевнено вийшли персональні комп’ютери фірми Apple[21].

Поширення персональних комп’ютерів наприкінці 1970-х років привело до зниження попиту на великі обчислювальні машини (оскільки багато інженерних і комерційних розрахунків можна було виконувати на значно дешевших персональних комп’ютерах‚ крім того‚ персональні комп’ютери було зручно використовувати для підготовки різноманітних текстових документів). Фірма IBM‚ яка успішно виробляла великі комп’ютери‚ вирішила попробувати зробити персональний комп’ютер‚ але не “з нуля”‚ а використовуючи існуючі комплектуючі деталі інших фірм. У 1981 році з’явився комп’ютер IBM PC (Personal Computer)[22]. Він завоював ринок. Зараз сумісні з IBM PC[23] становлять 90% усіх персональних комп’ютерів у світі. Вони досить надійні при використанні й недорогі. Успіх цих персональних комп’ютерів пояснюється також тим, що в них вперше було закладено принцип відкритої[24] архітектури, яка дає можливість змінювати конфігурацію комп’ютера, модернізувати його застарілі блоки.

Наприкінці 1940-х років електронно-обчислювальні машини почали розробляти і в СРСР.

В СРСР розвиток кібернетики та обчислювальної техніки починався в Україні. У 1947 році в АН УРСР було створено лабораторію моделювання й обчислювальної техніки; в 1957 році створено Обчислювальний центр АН УРСР на правах науково-дослідного інституту‚ який згодом, у 1962 році, реорганізовано в Інститут кібернетики[25] (більше, ніж третина обчислювальної техніки СРСР, яка випускалася серійно, була розроблена в Інституті кібернетики АН УРСР). У 1965 році на механіко-математичному факультеті Київського державного університету було створено кафедру теоретичної кібернетики, а в 1969 році вперше в СРСР був організований факультет кібернетики в КДУ. Перша Всесоюзна конференція з програмування відбулася в Києві в 1968 році.

Вважається, що в Україні кібернетика почала розвиватися наприкінці 1940-х років‚ хоча ще на початку 20 століття‚ задовго до “батька кібернетики” Норберта Вінера[26]‚ український вчений-механік‚ професор Дніпропетровського гірничого інституту Ярослав Іванович Грдина[27]‚ який створив розділ теоретичної механіки — динаміку живих організмів‚ що стала першоосновою механіки керованих машин‚ висловив думки про взаємозв’язки між автоматикою та біологією‚ аналогічні тим‚ які спонукали Вінера написати книгу “Кібернетика”[28] (книга вийшла в 1948 році — цю дату прийнято вважати датою народження кібернетики як самостійної науки). Слід зазначити‚ що наука кібернетика‚ як і генетика‚ в 1950-х роках в СРСР вважалася “буржуазною лженаукою”‚ що негативно відбилося на її розвитку в нас.

У 1948—1951 роках[29] у Києві в Інституті електротехніки АН УРСР під керівництвом академіка С.О.Лебедєва[30] розроблено й створено першу в континентальній Європі електронну цифрову обчислювальну машину МЭСМ (малая электронно-счетная машина; початкова розшифровка — модель электронно-счетной машины) загального призначення на електронних лампах (приблизно 6 тисяч електронних ламп; швидкодія —3000 операцій за секунду; триадресна система команд, один арифметичний пристрій паралельної дії на тригерах, оперативна пам’ять обсягом 94 16-розрядних слова реалізована на лампових регістрах; мала зовнішню пам’ять на магнітному барабані; займала площу 60 м2). У МЭСМ використовувалася двійкова система числення, програма зберігалася в оперативній пам’яті. Машина мала пристрої для автоматичного введення вхідних даних (з перфокарт чи зі штекерного комутатора) і виведення результатів розрахунків (на електромеханічний друкуючий пристрій чи за допомогою фотографування).

На цій машині на початку 1950-х років (а в 1952 році лише на ній) розв’язували найважливiші науково-технiчні задачі в галузi балістики, термоядерних процесiв, космiчних польотiв та ракетної технiки, дальнiх мереж електропередач, механiки, статистичного контролю якостi та ін. відомі вчені Радянського Союзу М.В. Келдиш, Б.В. Гнєденко, О.А. Ляпунов, М.О. Лаврентьєв, О.Ю. Ішлінський, А.О. Дородніцин, Я.Б.Зельдович, Г.Н.Савин, С.О.Лебедєв та ін., на ній працювали перші радянські програмісти К.Л. Ющенко, В.С. Королюк, М.Р. Шура-Бура та ін.

У 1952 році вже в Москві‚ використовуючи досвід та ідеї розробки МЭСМ‚ під керівництвом С.О. Лебедєва була створена швидкодіюча машина БЭСМ (быстродействующая электронно-счетная машина — найшвидкодіючіша серед європейських обчислювальних машин того часу — 10 тис. операцій за секунду; 4 тисячі ламп); машини сімейства БЭСМ (БЭСМ-2‚ БЭСМ-4‚ БЭСМ-6) успішно працювали до початку 1990-х років. Слід зазначити, що, коли при створенні БЭСМ виникали якісь труднощі, то з Києва  в Москву для їхнього усунення їздили розробники МЭСМ. Проте, відкриваючи Першу Всесоюзну конференцію з обчислювальної техніки в 1959 році в Москві й характеризуючи рівень розвитку обчислювальної техніки в СРСР, Лебедєв навіть не згадав про МЭСМ.

В СРСР у 1960-х роках були розроблені й серійно випускалися малі машини для інженерних розрахунків на напівпровідникових елементах — транзисторах:

1962 рік — Промінь (Київ‚ ІК АН УРСР; перша в СРСР серійна машина, в якій використано принцип ступінчастого мікропрограмування);

1964 рік — Наири-1 (Єреван; використано мікропрограмний принцип побудови і реалізовано систему автоматичного програмування);

1965 рік — МИР (Київ‚ ІК АН УРСР; для цієї машини вперше в СРСР реалізована алгоритмічна мова, близька до математичної; введення й виведення інформації здійснюється за допомогою електрифікованої друкарської машинки); 1968 рік — МИР-1 (має пристрій введення-виведення на перфострічку); 1969 рік — МИР-2 (вперше в радянських ЕОМ реалізовано діалоговий режим роботи — дисплей зі світловим пером)[31].

У 1967 році в ІК АН УРСР створено спеціалізовану цифрову машину Київ-67 для керування процесами електроннопроменевої мікрообробки матеріалів. У Радянському Союзі вона була першою машиною такого типу.

Це були прообрази персональних комп’ютерів і по суті останні наші, розроблені самостійно‚ обчислювальні машини.

У 1967 році на виставці в Лондоні демонструвалася машина МИР. Її купила американська фірма IBM (не стільки для того, щоб рахувати на ній, як для того, щоб довести своїм конкурентам, які в 1963 році запатентували принцип ступінчастого мікропрограмування, що “русские” про нього давно вже знали й реалізували в машині, яка серійно випускається[32]). Це була перша й остання покупка радянської електронної обчислювальної машини американською компанією.

На Заході в 1960—70-і роки великою популярністю (і звичайно ж не без підстав) користувалися машини IBM-360 (1964 рік) і IBM-370. І ось у 1972 році країни-члени РЕВ[33] розпочали серійний випуск “своїх” машин серії ЄС ЕОМ (Єдина Серія) —копій IBM з IBM-матзабезпеченням[34]. На це копіювання було кинуто всі наукові сили кібернетиків — електронників і програмістів. Це був не тільки неморальний крок радянської науки. Це був крах розвитку вітчизняної обчислювальної техніки і початок “відставання й доганяння”. Потім були машини серії СМ (СМ-3 — 1978 рік, СМ-4 — 1979 рік, СМ-1420 і СМ-1800 — 1981 рік) — аналоги PDP з PDP-матзабезпеченням‚ у 1987 році СМ-1700 — аналог VAX-11 фірми DEC, потім персональні комп’ютери Поиск-1 (1988 рік), Електроніка (1989 рік)…

Слід зазначити‚ що перша в світі “Енциклопедія кібернетики” (2 томи загальним обсягом 165 облікових аркушів) була видана українською мовою в Києві в 1973 році.

Комп’ютерна техніка за трохи більш, ніж півстолітній період, пройшла значний шлях — від громіздких лампових до компактних швидкодіючих потужних комп’ютерів на мікросхемах; значно змінилося й програмне забезпечення — інтерфейс із примітивного командного перетворився на зручний графічний з елементами інтелекту, прикладні програми забезпечують можливість виконання найрізноманітніших функцій. Комп’ютери, створені спочатку для розв’язування обчислювальних задач, обробляють числову, текстову, графічну, звукову й іншу інформацію. Але структура і основні принципи роботи сучасних комп’ютерів в основному залишилися тими самими, що й у перших комп’ютерів.

Завдяки своїм невеликим розмірам, надійності, широкому діапазону програмного забезпечення і доступній ціні персональні комп’ютери застосовуються в найрізноманітніших сферах людського життя. Найпоширенішими апаратними платформами персональних комп’ютерів є IBM-сумісні комп’ютери й комп’ютери Macintosh фірми Apple, хоча існують й інші платформи. Пов’язано це і з тим, що належність до однієї платформи підвищує сумісність апаратних компонентів комп’ютерів, а також їхнього програмного забезпечення.

Можливості теперішніх персональних комп’ютерів значно перевершують можливості великих ЕОМ, які використовувалися у 1980-і роки.

Джерела інформації:

1.        Енциклопедія кібернетики. У 2-х томах. — К.: УРЕ‚ 1973. — 583 с., 575 с.

2.        Боголюбов А.Н. Математики. Механики. Биографический справочник. — К.: Наукова думка, 1983. — 640 с.

3.        Малиновский Б.Н. Очерки по истории компьютерной науки и техники в Украине. — К.: Феникс, 1998. — 452 с.

4.        Винер Н. Кибернетика‚ или Управление и связь в животном и машине. 2-е издание. — Москва: Наука‚ 1983. — 340 с.

5.        Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд. 7-е, перераб. и доп. — Москва: ИНФРА-М, 2001. — 640 с.

6.        Валах В.Я., Ющук-Кублий Л.И. Открытые сетевые операционные системы. — К.: 1995. — 16 с. — Препринт ИК НАНУ; № 95-26.

7.        Музей історії комп’ютерної науки і техніки в Україні. — сайт www.icfcst.kiev.ua/museum/ .


-1 Responses to Розвиток обчислювальної техніки у світі й в Україні. Реферат