|
|
|
|
Усі види діяльності з інформацією називаються інформаційними процесами.
Інформаційні процеси відбуваються у людському суспільстві, живій природі й у технічних системах.
До основних інформаційних процесів відносяться збирання, зберігання, нагромадження, передавання, опрацювання, пошук інформації.
Збирання інформації — це дії, метою яких є здобуття інформації, потрібної для прийняття рішення, розв'язування задачі, досягнення поставленої цілі тощо.
До основних методів збирання інформації належать: спостереження, вимірювання, експеримент, опитування, анкетування, тестування.
Найбільшу кількість інформації ми отримуємо через спостереження. Спостереження є найпотужнішим методом наукових досліджень і повсякденної людської практики.
Вимірювання дають нам кількісну інформацію і, як правило, застосовуються у сукупності з такими методами, як спостереження і експеримент.
Експеримент є провідним методом пізнання в таких наукових галузях, як фізика, хімія, медицина, проте використовується і в інших видах діяльності людини.
Опитування, анкетування і тестування є методами, які призначаються для збирання інформації у людському суспільстві.
Опрацювання інформації — це сукупність цілеспрямованих дій над здобутою інформацією з метою отримання нової інформації.
Стосовно процесу опрацювання інформації людиною, живим організмом чи технічним пристроєм розрізняють вхідну (первісну) інформацію, яка отримується до початку процесу, і вихідну (вторинну), яка є результатом цього процесу.
Опрацювання інформації звичайно складається з трьох основних етапів:
підготовчого, на якому здійснюється відсіювання зайвої інформації і приведення потрібної вхідної інформації до вигляду, зручному для опрацювання;
основного, на якому відбувається перероблення вхідної інформації шляхом виконання певної послідовності дій, результатом чого є отримання вихідної інформації;
заключного, де здійснюється перетворення вихідної інформації до вигляду, зручному для її сприйняття, усвідомлення та подальшого використання.
Нагромадження інформації — це її підготовка для подальшого використання.
Нагромадження інформації передбачає здійснення таких операцій, як:
сортування, тобто групування даних відповідно до певних правил або ознак — за призначенням, формою подання тощо;
упорядкування, або розташування даних у певній послідовності — за алфавітом, за зростанням чи спаданням певного параметра;
систематизація, що означає укладення інформації у такому порядку, який полегшує знаходження потрібної інформації.
Прикладом нагромадження інформації є складання розкладу руху поїздів на великий залізничній станції. Дані згруповано за напрямками; у кожному напрямку дані про поїзди розташовано за зростанням їх номерів; усі дані систематизовано за певним порядком їх подання: номер поїзда, кінцеві пункти слідування, час відправлення, час прибуття на кінцеву станцію, номер платформи, нумерація вагонів.
Зберігання інформації — це дії, метою яких є забезпечення збережності інформації для уможливлення її подальшого використання.
Для того, щоб нагромадженою інформацією можна було подалі скористатися, потрібно вжити заходів для її зберігання. З цією метою інформація переноситься на носій.
Для зберігання інформацій застосовуються довгоіснуючі носії — такі, з якими інформація пов’язується на тривалий час (папір, фотоплівка, магнітний чи оптичний диск тощо).
У процесі розвитку інформаційних систем створювалися все більш надійні, компактні та доступні засоби зберігання інформації. На сьогодні найбільшого застосування набувають електронні носії інформації — оптичні диски, які спроможні надійно та компактно зберігати величезні обсяги різноманітної інформації. На таких дисках розміщують бібліотеки і кінофільми, комп’ютерні ігри і музичні записи, програми і дані.
Зафіксована на носіях інформація становить інформаційний фонд — окремої людини, організації, суспільства.
Пошук інформації — це сукупність дій, метою яких є знаходження потрібної інформації в інформаційних фондах.
На сьогодні людством створені колосальні інформаційні ресурси. Велика частина їх розміщена у всесвітній мережі Інтернет. Для пошуку інформації розроблено спеціальні інформаційно-пошукові системи, без застосування яких сьогодні доступ до потрібної інформації був би неможливим.
Інформаційно-пошукові системи здійснюють пошук інформації за ключовим словом чи фразою. Можна не знати ні назви документа, який потрібен, ні його автора, але знайти цей документ за характерними словами (поняттями), які застосовуються в його тексті. Інформаційно-пошукові системи свої послуги надають безкоштовно.
Передавання (або транспортування) інформації — це дії з переміщення даних від одного пункту до іншого (або декількох інших).
У будь-якому процесі передавання інформації завжди можна виділити таких його учасників:
джерело інформації, звідки вона надходить;
приймача (або споживача) інформації (одного чи декількох), який її отримує;
канал, за яким здійснюється передавання інформації.
В інформаційних мережах для позначення двох кінцевих учасників процесу передавання інформації застосовуються такі терміни: сервер і клієнт.
Сервер — це комп'ютер, завданням якого є обслуговування інших абонентів мережі — клієнтів.
У людській практиці використовуються різні канали передавання інформації, і людина виступає то в ролі джерела інформації, то в ролі її приймача.
Під час передавання інформації її носієм звичайно виступає хвильовий процес: наприклад, розповсюдження звукової, електромагнітної, оптичної хвилі. Такі носії інформації називають недовгоіснуючими, тому що інформація пов’язується з носієм тільки на порівняно короткий термін розповсюдження хвилі.
Іноді виникає потреба передати інформацію у такому вигляді, щоб її зручно було зберігати. У такому випадку використовується довгоіснуючий носій інформації, і передавання інформації реалізується як фізичне транспортування її «твердого» носія. Наприклад, якщо вам потрібно направити в навчальний заклад атестат про закінчення школи з тим, щоб він зберігався у вашій особистій справі, то доцільно скористатися звичайною поштою і надіслати його у вигляді паперового документа. Якщо ж треба тільки підтвердити, що ви маєте середню освіту, то можна передати його копію електронною поштою.
|
|
§ 1.1.2 «Історія комп'ютерної техніки»
|
|
•
|
Перші механізми для обчислень
|
•
|
Крок за кроком до ЕОМ
|
•
|
Покоління ЕОМ
|
|
• Перші механізми для обчислень
|
|
|
|
|
|
В історії механічних обчислювальних машин лаври першопроходця здобув Блез Паскаль.
Блез Паскаль
|
Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623—1662 рр.) увійшов у світову науку як математик, фізик, філософ. Він народився 19 червня 1623 року у Франції в м. Клермоні-Феррані.
Ще 17-річним юнаком Паскаль задумав виготовити обчислювальну машину. Його батько, інтендант і вповноважений Його Величності у Верхній Нормандії для оподатковування і збирання податків, довгі часи витрачав на фінансові розрахунки, і син мріяв побудувати машину, яка б спростила цю роботу. Першу модель машини Паскаль створив у 1642 році, а в 1645 — вже з'явилася його знаменита паскаліна (рис. 1), яку називали також паскалевим колесом. Винахідник представив її такими словами: «Поважний читач, цим повідомленням сповіщаю Вас, що мною виготовлена маленька машина, на якій Ви зможете виконати будь-яку арифметичну операцію. Машину буде показано публіці.»
У 1649 році Паскаль одержав королівський привілей, яка встановлювала його пріоритет як винахідника машини і надавала право на виготовлення машин для продажу. За роки життя Паскаль створив біля 50 моделей машини, які розійшлися по світу і дали поштовх для інших винаходів. Вісім паскалін збереглися до наших часів, одна з них займає почесне місце у французькому музеї мистецтв і ремесел у м. Парижі.
Рис. 1. Паскаліна. Зовнішній вигляд (а) та вигляд зсередини (б)
Іменем Паскаля названа мова програмування, створена у 1970 році, яка і сьогодні займає почесне місце на сторінках підручниках, відкриваючи для багатьох шлях до професійного програмування.
Лише в другій половині ХХ століття було знайдено свідоцтва більш ранніх спроб створення механізму для обчислень, проте це не зменшує значення робіт Паскаля і їх визнання людством.
Вільгельм Шиккард
|
У 1957 році відбулося випадкове відкриття: дослідник спадщини видатного астронома Іогана Кеплера знайшов ескіз невідомої обчислювальної машини у листі, який був надісланий Кеплеру від Вільгельма Шиккарда. З листів випливало, що Шиккард створив машину для обчислень раніше Паскаля, її перша модель була збудована у рік народження Паскаля. Подальші розшуки дозволили встановити деталі конструкції машини і долю.
Вільгельм Шиккард (Wilhelm Schickard, 1592—1636 рр.), народився в маленькому містечку Гетенберг у Німеччині. Він отримав освіту в Тюбінгенському університеті і був широкоосвіченою людиною. Його цікавили східні мови і теологія, астрономія і математика.
Дружні стосунки Шиккарда з видатним астрономом Іоганом Кеплером сприяли тому, що він розпочав розробку машини для механізації трудомісткого процесу обчислень, без яких не обходилися астрономічні дослідження. В листі до Кеплера від 20 вересня 1623 року Шиккард повідомляє, що побудував перший екземпляр машини, проте у наступному листі від 25 лютого 1624 року він оповіщає Кеплера, що виготовив ще одну машину для нього, але під час пожежі обидві машини згоріли.
На жаль, винахід Шиккарда прийшовся на часи, коли в центрі Європи панували Тридцятирічна війна і епідемії страшних хвороб. Шиккард і вся його сім'я померли від холери, і протягом майже 300 років його машина залишалася у невіданні.
Як випливає з листів і інших знайдених рукописів Шиккарда, машина була спроможна виконувати додавання, віднімання, множення і ділення шестирозрядних чисел. Шиккард назвав її «годинником для лічби» Для складання і віднімання в машині використовувалися шестерні, а для множення і ділення — палички Непера, згорнуті в циліндр. За допомогою паличок Непера добуток або частка чисел знаходилася через суму або, відповідно, різницю відрізків, пропорційних логарифмам цих чисел.
За знайденими відомостями вчені Тюбінгенського університету на початку 60-х років ХХ століття виготовили діючу модель машини Шиккарда (рис. 2, б).
Рис. 2. Машина Вільгельма Шиккарда. Ескіз (а) і діюча модель (б)
Через 10 років після «знайдення» машини Шиккарда виявилося, історія обчислювальних машин сягає ще глибше. Приблизно за 120 років до Вільгельма Шиккарда італійський геній Леонардо да Вінчі (1452—1519 рр.) розробив конструкцію механізму для обчислень.
Леонардо да Вінчі
|
Про цей винахід дослідники історії обчислювальних машин дізналися лише в 1967 році, коли в бібліотеці м. Мадрида було знайдено доти невідомі щоденники Леонардо да Вінчі, які датуються кінцем 15-го — століття. В рукописах зберігся ескіз пристрою для арифметичних обчислень. Його основу складали тринадцять десятизубих кілець, поєднаних таким чином, що поворот одного кільця на 10 оборотів приводив до повороту наступного кільця на один оборот.
Слід зазначити, що Леонардо да Вінчі виявив свою геніальність не тільки як видатний художник і скульптор епохи Відродження. Він залишив свій слід і в науці — як анатом і біолог, теоретик живопису, і в техніці — як винахідник гідравлічних і літальних апаратів, конструктор бойових машин та інших механічних пристроїв. Отже, робота Леонардо да Вінчі над створенням машини для обчислень не була для нього випадковою.
За ескізом Леонардо да Вінчі комп'ютерна компанія IBM у 1969 році у рекламних цілях виготовила машину (рис. 3, б). Машина виявилася дієздатною!
Рис. 3. Фрагмент рукопису Леонардо да Вінчі з ескізом механізму для обчислень і машина, виготовлена за його ескізом (б).
|
|
• Крок за кроком до ЕОМ
|
|
|
|
|
|
Перший крок до створення електронної обчислювальної машини був зроблений задовго до електронної ери. Ідея машини, яка автоматично виконує обчислювальні операції за заданою програмою, вперше була висловлена англійським вченим Чарльзом Беббіджем ще в роки розквіту механіки.
Чарльз Беббідж (Charles Babbage, 1791—1871 рр.) одержав освіту в Кембриджському університеті. Його математична кар’єра складалася успішно, і у 25 років він став членом Королівського наукового товариства.
Чарльз Беббідж
|
У 1812 році Беббідж розпочав роботу над створенням обчислювальної машини для розрахунку таблиць значень математичних функцій. Через вісім років з’явився її перший діючий варіант — так звана різнична машина. Робота Беббіджа здобула високу оцінку: він був нагороджений золотою медаллю і навіть отримав кошти на продовження робіт. Кінцевою метою робіт було створення точних навігаційних таблиць. Адже Англія була світовою морською державою («Прав, Британія, морями!»). Щоб позбавитися помилок, неминучих під час переписування результатів машинних обчислень вручну, Беббідж задумав обладнати машину пристроєм друкування.
Завершити створення різничної машини не вдалося, проте, працюючи над її вдосконаленням, Беббідж дійшов висновку, що можна створити машину, яка виконуватиме послідовність дій, задану програмою. У 1834 році він розпочав проектування такої машини, названої їм аналітичною.
За проектом Беббіджа, основними блоками машини були склад — для зберігання чисел; млин — для їх оброблення і контора — для керування процесом обчислень, тобто три класичні елементи комп’ютера, які ми зараз називаємо пам’яттю, арифметичним пристроєм і пристроєм керування. Крім того, проект передбачав наявність пристрою для друкування результату обчислень і два окремих пристрої для введення даних і програми.
Перші програми для аналітичної машини були розроблені леді Адою Лавлейс (Ada Byron, Countess of Lovelace, 1815—1852 рр.), дочкою відомого англійського поета Чарльза Байрона. Її вважають першою у світі програмісткою. Ада Лавлейс є автором першої теоретичної роботи в теорії обчислювальних машин, уведені нею поняття і терміни дотепер застосовуються у програмуванні.
Ада Лавлейс
|
Створення аналітичної машини стало справою життя Беббіджа, проте реалізувати цей проект йому не вдалося.
Після смерті Беббіджа Комітет Британської наукової асоціації так оцінив його працю: «...Можливостi аналiтичної машини простираються так далеко, що їх можна порiвняти тiльки з межами людських можливостей...Успiшна реалiзацiя машини може означати епоху в iсторiї обчислень...»
Аналітичну машину Беббіджа все ж таки побудували ентузіасти з Лондонського музею науки у 1991 році. Машина містить 4000 залізних, бронзових і сталевих деталей і важить три тонни. Для приведення її в дію потрібно крутити ручку, що є нелегкою роботою. Проте вона обробляє 31-розрядні десяткові числа!
Рис. 4. Машини Беббіджа, побудовані після його смерті: різнична (а) та аналітична (б)
Беббідж обігнав свою епоху. У 1864 році він писав: «Пройде, мабуть, півстоліття, перш ніж люди переконаються, що без тих пристроїв, що я залишаю після себе, не можна буде обійтися». Проте знадобилося більше часу для того, щоб обчислювальні машини стали незамінними помічниками людей.
Другий крок. Напередодні другої світової війни був зроблений ще один суттєвий крок до створення електронної обчислювальної машини. Він пов’язаний з діяльністю німецького інженера К.Цузе і американського професора Дж.Атанасова.
В історії обчислювальної техніки Конрад Цузе (Konrad Zuse) є двічі першим. Він першим створив машину, яка застосовувала двійкову систему числення, і першим, хто виготовив діючу машину з програмним управлінням. Його машина на виключно механічній основі була створена у 1937 році (машина Z1), на релейній — у 1941 році (машина Z3).
|
Конрад Цузе
|
Рис. 5. Конрад Цузе і його машини — механічна Z1 (а) та релейна Z3 (б)
Джон Атанасов
|
У 1937 році Джон Атанасов (John Atanasoff, 1903-1995 рр.) розпочав розробку першої машини на електронних лампах в університеті штаті Айова в США. Машина призначалася для розв’язання систем лінійних рівнянь. Атанасов разом із своїм аспірантом Кліффордом Е. Беррі створили дослідний зразок машини. Вони назвали її ABC — Атанасов-Беррі комп’ютер (Atanasoff Berry computer).
Машина АВС містила близько 300 електронних ламп і використовувала двійкову систему числення. Її розробка зупинилася на стадії експерименту.
|
Рис. 6. Обчиcлювальна машина ABC
Третій крок. Наступний крок у створенні обчислювальних машин припадає на роки другої світової війни.
В Англії була розпочата робота над створенням спеціалізованої обчислювальної машини для розшифрування секретних радіограм німецького вермахту. Спроектована членом Британського королівського товариства професором Максом Ньюменом (Max Newman, 1897—1985 рр.) і виготовлена у 1943 році Т.Флауерсом машина Колоссус (Colossus) на 1500 електронних лампах запрацювала у Блетчлі-Парк, успішно вирішуючи поставлену задачу.
Рис. 7. Обчиcлювальна машина Колоссус
Радіозв'язок між ставкою Гітлера і штабами десяти основних армійських угруповань здійснювався за допомогою найпотужнішого німецького шифратора, який для кожного нового повідомлення застосовував новий код. Колоссус розшифровував ці коди за програмою, складеною на основі ідей англійського математика Алана Тьюрінга (Alan Turing, 1912—1954 рр.).
До 1945 року в Англії було побудовано 10 Колоссусів, що дозволило розшифровувати тисячі повідомлень, серед яких були і найсекретніші листи Гітлера, Кессельринга, Роммеля.
Відомості про Колоссус зберігалися у найсуворішій таємниці і були розкриті тільки через 45 років після завершення війни.
Говард Ейкен
|
У США у воєнні роки було створено дві широко відомі машини.
У 1943 році були завершені роботи з виготовлення релейно-механічної машини Mark I. Її проект був розроблений американським вченим фізиком Говардом Ейкеном (Howard Aiken, 1900—1973 рр.). У реалізації проекту взяла участь фірма IBM, нині всесвітньо відомий гігант комп'ютерної індустрії. В 1944 році машину, яку називали «здійсненою мрією Беббіджа», було передано Гарвардському університету.
Продуктивність Mark I виявилася усього лише в десять разів вищою, ніж проектна швидкість роботи аналітичної машини Беббіджа. Цікаво, що Mark I важив 5 тонн, містив 750 тисяч деталей, 3304 реле, а його пам'ять і арифметичний блок були реалізовані на зубчатих колесах!
|
Рис. 8. Обчиcлювальна машина Mark I
У 1943 році на замовлення Артилерійського управління США розпочалося створення обчислювальної машини в університеті штату Пенсильванія. Роботи проводилися під керівництвом Джона Моучли (John Mauchly, 1907—1980 рр.) і Джона Преспера Еккерта (John Presper Eckert, 1919—1995 рр.). У 1945 році машина запрацювала. Це був усесвітньо відомий ЕНІАК (ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Computer — електронний числовий інтегратор і калькулятор).
Машина ЕНІАК містила близько 18 тисяч електронних ламп, займала площу в 300 квадратних метрів, важила 30 тонн, споживала 150 Квт електроенергії і виконувала близько 5000 операцій в секунду. Проте програму для машини потрібно було набирати на комутаційних дошках.
Відомості про машину ЕНІАК було розкрито у 1946 році, і часто саме з нею пов'язується точка відліку ери електронних обчислювальних машин.
|
Джон Моучлі і Джон Преспер Эккерт
|
Рис. 9. Обчиcлювальна машина ЕНІАК
Еккерт і Моучлі продовжили роботи в галузі електронних обчислювальних машин. Створена ними у 1951 р. машина ЮНІВАК (UNIVAC — Universal Automatic Computer — універсальний автоматичний калькулятор) була першою в США, яка випускалася серійно.
Рис. 10. Джон Моучлі і Джон Преспер Эккерт зі своєю обчиcлювальною машиною UNIVAC
Крок четвертий. Завершальна крапка у створенні першої електронної обчислювальної машини була поставлена вже після закінчення другої світової війни. Ця «крапка» пов'язана перш за все з роботами англійських вчених.
Том Кілбурн
|
Фредді Вільямс
|
У 1948 році професором Томом Кілбурном (Tom Kilburn, народ. 1921р.) і Фредді Вільямсом (Freddie Williams, 1911—1977 рр.) з Манчестерського університету була створена машина (SSEM — The Small-Scale Experimental Machine — маломасштабна експериментальна машина), відома як «Манчестерський Марк-1». Машина отримала ще одну назву — Малюк (Baby), адже вона важила лише 1 тонну!
Машина містила 600 електронних ламп і працювала за програмою. Набір команд складався з семи інструкцій. Запуск першої програми, складеної Кілбурном для Марк-1, відбувся 21 червня 1948 г. Машина виконала програму за 52 хвилини.
Кілбурн і Вільямс першими довели можливість зберігання чисел і програм у спільній пам'яті машини.
|
Рис. 11. Обчиcлювальна машина SSEM
У 1949 році Моріс Уілкс (Maurice Wilkes, народ. 1913 р.) в Кембріджському університеті створив машину ЕДСАК (EDSAC — Electronic Delay Storage Automatic Computer — електронний калькулятор з пам'яттю на лініях затримки).
Незважаючи на назву, це був перший повномасштабний комп'ютер з програмним забезпеченням. Програма зберігалася в пам'яті машини. Машина містила 3000 електронних ламп і за швидкодією у 6 разів перевищувала своїх попередників.
Морісу Уілксу належать видатні заслуги в галузі проектування обчислювальних машин, він отримав світове визнання як видатний вчений сучасності. У 1998 році президія Національної Академії Наук України присвоїла Морісу Уілксу звання почесного доктора наук НАН України.
|
Моріс Уілкс
|
Рис. 12. Обчиcлювальна машина ЕДСАК
Сергій Олексійович Лебедєв
|
Перша вітчизняна ЕОМ. Історія вітчизняної електронної обчислювальної техніки розпочалася в м. Києві, де ще у передвоєнні роки були розгорнуті роботи із створення обчислювальної машини. Вони були перервані під час війни і відновлені лише у 1947 році. Роботи проводилися під керівництвом видатного спеціаліста в галузі електро- і радіотехніки академіка Сергія Олексійовича Лебедєва (1902—1974 р.р.)
Машина МЕСМ (від рос. малая злектронная счетная машина), з якої починається історія вітчизняних ЕОМ, запрацювала у грудні 1951 року в Лабораторії обчислювальної техніки Інституту математики Української Академії наук.
МЕСМ була тією моделлю, на якій апробувалися принципи побудови машини і її окремих вузлів. Вже через рік С. О. Лебедєвим була випущена машина БЕСМ (від рос. Быстродействующая электронная счетная машина), яка на той час за швидкодією і потужністю була найкращою в Європі і однією з кращих у світі!
|
Рис. 13. Обчиcлювальна машина МЕСМ
Під керівництвом С. О. Лебедєва було створено ще 18 машин, з яких 15 випускалися крупними серіями. У 1958—1959 роках його машини були найшвидкодіючими в світі.
Серед машин С. О. Лебедєва особливе місце належить БЕСМ-6, випущеній у 1967 році, яка стала рекордсменом серед обчислювальних машин: вона виконувала 1 мільйон операцій за секунду, що на той час було вагомим результатом, і випускалася впродовж 17 років.
Рис. 14. Обчиcлювальна машина БЕСМ-6
Лондонський музей науки у 1972 році придбав БЕСМ-6 і зберігає її для історії.
|
|
• Покоління ЕОМ
|
|
|