Чи знаєте Ви ?

Повністю увесь розділ, 300 кб
 

Обчислювальна техніка - інформатика - інформаційні технології
Внесок України в становлення та розвиток інформаційних технологій

Леонардо да Вінчі

Обчислювальна техніка - інформатика - інформаційні технології.
Родовід

Стрімкий розвиток цифрової обчислювальної техніки (ОТ) та становлення науки про принципи її побудови і проектування розпочалося в 40-х роках ХХ-го сторіччя, коли технічною базою ОТ стала електроніка, потім мікроелектроніка, а основою для розвитку архітектури комп'ютерів (електронних обчислювальних машин ЕОМ) - досягнення в галузі штучного інтелекту.

До цього часу протягом майже 500 років цифрова обчислювальна техніка зводилася до найпростіших пристроїв для виконання арифметичних операцій над числами. Основою практично усіх винайдених за 5 століть пристроїв було зубчате колесо, розраховане на фіксацію 10 цифр десяткової системи числення.

Перший у світі ескізний малюнок тринадцятирозрядного десяткового підсумовуючого пристрою на основі коліс із десятьма зубцями належить Леонардо да Вінчі (Leonardo de Vince, 1452-1519). Він був зроблений в одному із його щоденників (учений почав вести щоденник ще до відкриття Америки в 1492 р.).

У 1623 р. через понад 100 років після смерті Леонардо да Вінчі німецький вчений Вільгельм Шиккард (Wilhelm Schikkard, 1592-1636) запропонував своє рішення тієї ж задачі на базі шестирозрядного десяткового обчислювача, що складався також із зубчатих коліс, розрахованого на виконання додавання, віднімання, а також табличного множення та ділення. Обидва винаходи були виявлені тільки в наш час і обидва залишилися тільки на папері.

Вільгельм Шиккард Шестирозрядний десятковий обчислювач на зубчатих колесах

Першим реально здійсненим і ставшим відомим механічним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскаліна" великого французького вченого Блеза Паскаля (Blaіse Pascal, 1623-1662) - 6-ти (або 8-ми) розрядний пристрій на зубчатих колесах, розрахований на підсумовування та віднімання десяткових чисел (1642 р.).

Через 30 років після "паскаліни" у 1673 р. з'явився "арифметичний прилад" Готфріда Вільгельма Лейбніца (Gottfried Wіlhelm Leibniz, 1646-1716) - дванадцятирозрядний десятковий пристрій для виконання арифметичних операцій, включаючи множення і ділення, для чого, на додаток до зубчатих коліс використовувався східчастий валик. "Моя машина дає можливість виконувати множення і ділення над величезними числами миттєво" - із гордістю писав Лейбніц своєму другу.

Про машину Лейбніца було відомо в більшості країн Європи. У цифрових електронних обчислювальних машинах, які з'явилися понад два століття потому, пристрій, що виконує арифметичні операції (той же самий, що і "арифметичний прилад" Лейбніца), одержав назву арифметичного. Пізніше, зі збільшенням логічних дій, його стали називати арифметико-логічним.

Він став основним пристроєм сучасних комп'ютерів. Таким чином, два генії XVІІ століття, установили перші віхи в історії розвитку цифрової обчислювальної техніки. Заслуги В.Лейбніца, однак, не обмежуються створенням "арифметичного приладу". Починаючи зі студентських років і до кінця життя він займався дослідженням властивостей двійкової системи числення, що стала надалі, основною при створенні комп'ютерів. Готфрід Вільгельм Лейбніц Зображення медалі, намальоване Готфрід Вільгельмом Лейбніцем у 1697р. Він надавав їй деяке містичне значення і вважав, що на її базі можна створити універсальну мову для поясненя явищ світу і використання у всіх науках, у тому числі у філософії. Збереглося зображення медалі, намальоване В.Лейбніцем у 1697 р., що пояснює співвідношення між двійковою і десятковою системами числення.

Пройшло ще понад сто років і лише наприкінці XYІІІ сторіччя у Франції були здійснені наступні кроки, що мають принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної техніки - "програмне" за допомогою перфокарт керування ткацьким верстатом, створеним Жозефом Жакардом (Joseph Jacquard, 1752-1834) і технологія обчислень при ручному рахунку, запропонована Гаспаром де Проні (Gaspar de Prony, 1755-1838), котрий розподілив числові обчислення на три етапи: розробка чисельного методу обчислень, який зводив рішення задачі до послідовності арифметичних операцій, складання програми послідовності арифметичних дій, проведення власне обчислень шляхом арифметичних операцій над числами відповідно до складеної програми. Ці два нововведення були використані англійцем Чарльзом Беббіджем (Charles Babbege, 1791-1881), котрий здійснив якісно новий крок у розвитку засобів цифрової обчислювальної техніки - перехід від ручного до автоматичного виконання обчислень по складеній програмі. Ним був розроблений проект Аналітичної машини - механічної універсальної цифрової обчислювальної машини з програмним керуванням (1830-1846 рр.). "Паскаліна" Блез Паскаль Машина включала п'ять пристроїв (як і перші ЕОМ, що з'явилися 100 років по тому): арифметичний (АП), запам'ятовуючий (ЗП), керування, вводу, виводу. АП будувався на основі зубчатих коліс, на них же пропонувалося реалізувати ЗП (на 1000 50-розрядних чисел!). Для вводу даних і програми використовувалися перфокарти. Передбачувана швидкість обчислень - додавання і віднімання за 1 сек, множення і ділення - за 1 хв. Крім арифметичних операцій була команда умовного переходу.

Програми для розв'язання задач на машині Беббіджа, а також опис принципів її роботи були складені Адою Августою Лавлейс - дочкою Байрона (Ada Augusta Lavelace, 1816-1852).

Були створені окремі вузли машини. Всю машину через її громіздкість створити не вдалося. Тільки зубчатих коліс для неї знадобилося б понад 50000. Змусити таку махину працювати можна було тільки за допомогою парової машини, що і намічав Беббідж.

"...Улітку 2001 року машина Беббіджа була, нарешті, побудована стараннями Дорона Суода*, директора лондонського Музею науки. Ця машина не тільки стала плодом геніального задуму, але і стала шедевром інженерної роботи. Вона складається з понад восьми тисяч окремих деталей, в більшості виточених вручну - всього п'ять тонн дуже точної механіки! Особливо вражає "принтер XІX століття". Він відтискує результати обчислень на поверхні друкованої форми і друкує їх на папері. Так завтрашній день стає копією минулого, а механічне мигтіння деталей - яке ожило музикою думки, зримими переливами логіки. Поворот рукоятки, і вся машини починає рухатися. Вона міркує. Вали тріскотять; шпинделі фурчать; штанги стукають; колеса обертаються.

Свого часу Беббідж сподівався, що задумана їм машина стане пророкувати стихійні лиха й удари долі, зводячи циферки численних фактів воєдино і перетворюючи послідовність одиничних подій у фатальну картину загального зв'язку речей.

Тепер його машині належить тягнути скромне, примарне існування. Час від часу Суод буде вручати гостям музею сувенір - листок, на якому роздруковане рішення улюбленого рівняння Беббіджа: Y=X2+X+41..."

Н.Николаев "Дело Бэббиджа живет и побеждает". Знание и сила, № 1, 2002

* - Dr. Doron Swade, Head of Collections, Science Museum, London, http://www.sciencemuseum.org.uk/

Чарльз Беббідж Механічна універсальна цифрова обчислювальна машина

Цікаво зазначити, що у 1870 р. (за рік до смерті Беббіджа) англійський математик Джевонс сконструював (мабуть, першу у світі) "логічну машину", що дозволяла механізувати найпростіші логічні висновки.

В Росії про роботу Джевонса стало відомо в 1893 р., коли професор університету в Одесі І.Слешинський опублікував статтю "Логічна машина Джевонса" ("Вісник дослідної фізики та елементарної математики", 1893 , р.7).

"Будівельниками" логічних машин у дореволюційній Росії стали Павло Дмитрович Хрущов (1849-1909) і Олександр Миколайович Щукарєв (1884-1936), які працювали в навчальних закладах України.

Першим відтворив машину Джевонса професор П.Д.Хрущов. Примірник машини, створений ним в Одесі, одержав "у спадщину" професор Харківського технологічного інституту Щукарьов, де він працював починаючи з 1911 р. Він сконструював машину наново, привнесши в неї цілий ряд удосконалень і неодноразово виступав із лекціями про машину і про її можливі практичні застосування. Одну з лекцій було прочитано в 1914 р. у Політехнічному музеї в Москві. Присутній на лекції проф. А.Н.Соков писав:

Олександр Щукарьов "Якщо ми маємо арифмометри, що складають, що віднімають, що множать мільйонні цифри поворотом важеля, то, очевидно, час потребує мати логічну машину, спроможну робити безпомилкові висновки й умовиводи одним натисканням відповідних клавіш. Це збереже масу часу, залишивши людині галузь творчості, гіпотез, фантазії, натхнення - душу життя". Ці пророчі слова були сказані в 1914 р.! (Журнал "Вокруг света", № 18, статья А.Н.Сокова "Мыслительная машина").

Слід зазначити, що самий Джевонс, першостворювач логічної машини, не бачив для неї яких-небудь практичних застосувань.

На жаль, машини Хрущова і Щукарьова не збереглися. Проте, у статті "Механізація мислення (логічна машина Джевонса)", опублікованій професором О.М.Щукарьовим у 1925 р. ("Вісник знання", № 12), дається фотографія машини сконструйованої Щукарьовим і її достатньо докладний опис, а також, що дуже важливо - рекомендації по її практичному застосуванню.

Таким чином, у Алана Тьюринга, який опублікував в 1950 р. статтю "Чи може машина мислити?" були попередники в Україні, що цікавилися цим питанням.

Геніальну ідею Беббіджа здійснив Говард Айкен (Howard Aiken, 1900-1973), американський учений, що створив у 1944 р. перший в США релейно-механічний комп'ютер. Його основні блоки - арифметики і пам'яті були виконані на зубчатих колесах!

Алан Тьюринг Говард Айкен

Якщо Беббідж набагато випередив свій час, то Айкен, використавши ті ж зубчаті колеса, у технічному плані використовував застарілі рішення. Ще на десять років раніше, у 1934 р. німецький студент Конрад Цузе (Konrad Zuse, 1910-1995), що працював над дипломним проектом, вирішив зробити (у себе вдома) цифрову обчислювальну машину з програмним керуванням і з використанням - вперше у світі! - двійкової системи числення. У 1937 р. машина Z1 (Цузе 1) запрацювала! Вона була двійковою, 22-х розрядною, із плаваючою комою, із пам'яттю на 64 числа і чисто механічною (ричажною)!

У тому ж 1937 р., коли запрацювала перша у світі двійкова машина Z1, Джон Атанасов (John Atanasoff, 1903-1963) болгарин за походженням, що жив у США, почав розробку спеціалізованого комп'ютера, вперше у світі застосувавши електронні лампи (300 ламп).

Піонерами електроніки виявилися й англійці - у 1942-43 роках в Англії за участю Алана Тьюринга (Alan Turing, 1912-1954) була створена обчислювальна машина "Колоссус". У ній було 2000 електронних ламп! Машина призначалася для розшифровування радіограм німецького вермахту. Роботи Цузе і Тьюринга були секретними. Про них в той час знали небагато. Вони не викликали будь-якого резонансу у світі. І лише в 1946 р. коли з'явилася інформація про електронну обчислювальну машину (ЕОМ) "ЕНІАК" (Electronic Numerical Integrator and Computer - електронний цифровий інтегратор і комп'ютер), створену в США Д.Мочлі (John Mauchly, 1907-1986) та П.Еккертом (Presper Echert, 1919-1995), перспективність електронної техніки стала очевидною (в машині використовувалося 18 тис.електронних ламп і вона виконувала майже 3 тис. операцій за сек). Проте машина залишалася десятковою, а її пам'ять складала лише 20 слів. Програми зберігалися поза межами оперативної пам'яті.

Джон Атанасов Джон Мочлі

Завершальну крапку в створенні перших ЕОМ поставили, майже одночасно, у 1949-52 рр. вчені Англії, Радянського Союзу і США, які створили ЕОМ із програмою, що зберігалася у пам'яті: Моріс Уілкс - ЕДСАК (Maurіce Wіlkes, 1913, Electronіc Delay Storage Automate Computer EDSAC) - електронний автоматичний комп'ютер на лініях затримки, 1949 р.; Сергій Лебедєв (1902-1974) - Мала електронна лічильна машина "МЭСМ", 1951 р.; Ісаак Брук - М1, 1952 р.; Джон Мочлі і Преспер Еккерт, Джон фон Нейман - ЕДВАК (John von Neumann, 1903-1957, Electronic Discrete Variable Computer EDVAC) 1952 р.

Протягом механічного, релейного і на початку електронного періоду розвитку цифрова обчислювальна техніка залишалася галуззю техніки, наукові основи якої тільки дозрівали.

Першими складовими майбутньої науки, які надалі були використані для створення основ теорії обчислювальних машин, стали дослідження двійкової системи числення, проведені Лейбніцом (XYІІ сторіччя), алгебра логіки, розроблена Джорджем Булем (XІХ сторіччя), абстрактна "машина Тьюринга", запропонована геніальним англійцем у 1936 р. для доказу можливості механічної реалізації будь-якого алгоритму, що має рішення, теоретичні результати Шеннона, Шестакова, Гаврилова (30-і роки ХХ ст.), які об'єднали електроніку з логікою.

Преспер Еккерт Джон фон Нейман

Принципи побудови комп'ютерів, висловлені Еккертом і Нейманом (США, 1946 р.) і, незалежно, Лебедєвим (СРСР, 1948 р.) стали завершенням першого етапу розвитку науки про комп'ютери.

Цифрова обчислювальна техніка в цей час була ще недосконалою і багато в чому поступалася аналоговій, що мала у своєму арсеналі механічні інтегратори, машини для рішення диференційних рівнянь та ін.

В СРСР, у тому числі в Україні, поняття "обчислювальна техніка" довгий час використовувалося як для позначення технічних засобів, так і науки про принципи їхньої побудови і проектування.

Проте, на наступному етапі цифрова техніка зробила безпрецедентний ривок за рахунок інтелектуалізації ЕОМ, у той час як аналогова техніка не вийшла за рамки засобів для автоматизації обчислень.

Подальшому розвитку цифрової техніки сприяв розвиток в другій половині ХХ ст. науки про комп'ютери. Наукові основи цифрових ЕОМ у цей час поповнилися теорією цифрових автоматів, основами програмування, теорією штучного інтелекту, теорією проектування ЕОМ, комп'ютерними технологіями різноманітних інформаційних процесів, що забезпечили становлення нової науки, яка отримала назву "Computer Science" (комп'ютерна наука) у США і "інформатика" у Європі. Великий внесок у її розвиток зробили вчені України про що буде сказано нижче.

Конрад Цузе Машина Z1 (Цузе 1)

Термін "інформатика" стосувався науки про отримання, передачу, збереження й опрацювання інформації. У свою чергу, її поділяли на теоретичну і прикладну.

Теоретична інформатика включала математичне моделюванням інформаційних процесів. Прикладна охоплювала питання побудови та проектування ЕОМ, мереж, мультимедіа, комп'ютерні технології інформаційних процесів та ін. Головною науковою базою прикладної інформатики були електроніка (мікроелектроніка) і теорія штучного інтелекту.

Слід зазначити, що в галузі штучного інтелекту, незважаючи на багато досягнень, ми стоїмо лише на самому початку розвитку цього важливого наукового напрямку і тут з'являються величезні перспективи зближення комп'ютерів з "інформаційними" можливостями людини.

Найкраще про "інтелектуальні" можливості машин сказав В.М.Глушков:

"ЕДВАК" Джордж Буль

"Навряд чи можна сумніватися, що в майбутньому усе більш і більш значна частина закономірностей навколишнього світу буде пізнаватися і використовуватися автоматичними помічниками людини. Але настільки ж безсумнівно і те, що усе найбільш важливе в процесах мислення і пізнання завжди буде належати людині. Справедливість цього висновку обумовлена історично.

...Людство не є простою сумою людей. Інтелектуальна і фізична міць людства визначається не тільки сумою людських м'язів і мозку, але і всіма створеними ним матеріальними і духовними цінностями. У цьому розумінні ніяка машина і ніяка сукупність машин, що є у кінцевому рахунку продуктом колективної діяльності людей, не можуть бути "розумнішими" за людство в цілому, тому що при такому порівнянні на ваги з одного боку кладеться машина, а з іншого - усе людство разом із створеною ним технікою, що включає, зрозуміло і машину яка розглядалася.

Sir Maurice Wilkes

Слід зазначити також, що людині історично завжди буде належати остаточна оцінка інтелектуальних, так само як і матеріальних цінностей, у тому числі і тих цінностей, що створюються машинами, так що й у цьому розумінні машина ніколи не зможе перевершити людини.

Таким чином, можна зробити висновок, що в чисто інформаційному плані кібернетичні машини не тільки можуть, але й обов'язково повинні перевершити людину, а в ряді, поки ще відносно вузьких галузей, вони роблять це вже сьогодні. Але в плані соціально-історичному ці машини є і завжди залишаться не більш ніж помічниками і знаряддями людини". (В.М.Глушков. Мышление и кибернетика//Вопр.философии. 1963. № 1).

На даний час термін "інформатика" усе частіше заміняється більш змістовним терміном "інформаційні технології" (ІТ), що позначає, з одного боку, розробку, проектування і виробництво комп'ютерів, периферії й елементної бази для них, мережевого обладнання, алгоритмічного і системного програмного забезпечення, а з іншого боку - їхнє застосування в системах різного призначення.

Сергій Лебедєв Віктор Глушков

Основоположником ІТ в Україні й у колишньому Радянському Союзі став В.М.Глушков, засновник всесвітньо відомого Інституту кібернетики НАН України, що носить зараз його ім'я.

Що стосується елементної бази, багато в чому визначальної в розвитку комп'ютерів, то варто сказати, що розміри електронних компонентів наближаються до межі - 0,05 мікрона.

Проте, істотно нові і ефективні елементи ще не з'явилися. Не дивлячись на те, що в цій галузі ведуться численні дослідження.

Найбільш активний розвиток цифрової обчислювальної техніки в теперішній час йде, у першу чергу, шляхом нарощування вбудованого штучного інтелекту. Комп'ютери, що одержали свою назву від початкового призначення - виконання обчислень, одержали друге, дуже важливе застосування. Вони стали незамінними помічниками людини в його інтелектуальній діяльності та основним технічним засобом інформаційних технологій.

Завітавши до основних залів віртуальної експозиції, Ви зможете ознайомитись із багатьма сторінками історії розвитку інформаційних технологій в Україні.


Література  ›››  
Золотi вiхи розвитку iнформацiйних технологiй в Українi