KL. VIII - HISTORIA I ROZWÓJ INFORMATYKI

Przykłady dawnych przyrządów i maszyn do wykonywania obliczeń

Zanim powstało pierwsze urządzenie, które można nazwać komputerem, konstru­owano różne urządzenia do wykonywania obliczeń, m.in. liczydła i kalkulatory. Potrzeba i umiejętność liczenia pojawiły się, kiedy nasi przodkowie żyli w grupach plemiennych, a rozwinęły wraz z powstaniem pierwszych państw - zorganizowanych form społecznych. Wtedy też powstały pierwsze urządzenia ułatwiające wykonywa­nie obliczeń.

Już od X wieku przed naszą erą znano przy­rządy do liczenia – abakusy,

zbliżone wy­glądem do liczydeł. Abakusy to gliniane tabliczki z wyżłobionymi rowkami, w których umieszczano przesuwane kamyki. Są one maszynami liczącymi używanymi najdłużej w historii.
Odmianą abakusa jest soroban,

któ­ry stosowano od XV wieku w Japonii. Liczymy na nim, przesuwając koraliki w określony sposób - do lub od belki poprzecznej. Mimo powszechnego za­stosowania komputerów, w Japonii nadal korzysta się z sorobanów do wykonywania obliczeń.

Na podobnej zasadzie jak abakusy i sorobany działa popularne do dziś liczydło. Nowe urządzenia liczące zaczęły powstawać w XVII wieku, dzięki rozwojowi techniki, a szczególnie mechaniki precyzyjnej. Najważniejszym elementem ich kon­strukcji były obracające się koła zębate.
Jedną z pierwszych na świecie maszyn wykonujących cztery działania (dodawanie, odejmowanie, mnożenie i dzielenie liczb całkowitych) wynalazł w 1623 roku niemiec­ki matematyk William Schickard - urządzenie wykonał z drewnianych elementów 

Niedługo później (w latach 1672-1694) powstał mechanizm zastosowany w kal­kulatorze opracowanym przez niemieckiego uczonego Wilhelma Leibniza (rys. 5.) - wykorzystywano go do budowy różnych urządzeń aż do XX wieku.

Kalkulatory z XVII i XVIII wieku zadziwiały nie tylko precyzją wykonania, ale również elegancką formą.
Wynalazek elektryczności i rozwój maszyn elektrycznych pozwoliły na zastąpie­nie korbek i dźwigni zespołem silników i przekaźników elektrycznych.

PIERWSZE KOMPUTERY

Co te dawne maszyny mają wspólnego z dzisiejszymi komputerami, wykonującymi nie tylko bardzo skomplikowane obliczenia, ale generującymi też ruchome obrazy czy komponującymi muzykę? U podstaw działania współczesnych komputerów leżą te same proste operacje matematyczne i logiczne. Komputer potrafi jednak wykonywać je bardzo szybko (miliardy operacji na sekundę).

Wszystko, co wykonuje komputer, wymaga opisu językiem matematyki i logiki. Opis ten stanowią programy, podprogramy, procedury sprowadzone do poziomu ty­sięcy czy milionów najprostszych działań.
1833
Angielski matematyk Charles Babbage opracowuje model maszyny analitycznej na­pędzanej silnikiem lokomotywy parowej.

Maszyna miała wykonywać dowolne ciągi instrukcji oraz operować na danych. Wprowadzanie i wyprowadzanie danych przebiegało na kartach dziurkowanych.
Mimo że maszyna nigdy nie została wykonana w całości, jej model pomógł w opra­cowaniu koncepcji współczesnych komputerów.
Z Charlesem Babbage’em współpracowała Ada Lovelace, którą wielu uważa za pierwszą programistkę komputerów. Tworzone przez lady Lovelace opisy rozwiązy­wania konkretnych zadań obliczeniowych uznaje się za pierwsze programy. Nazwa języka programowania Ada (który powstał w latach 70. XX wieku) pochodzi właśnie od jej imienia. 

1911
W roku 1911 powstaje amerykańskie przedsiębiorstwo IBM, na początku znane pod nazwą CTR. Nazwę IBM przedsiębiorstwo przyjęło dopiero w 1924 roku.

IBM to jedno z najstarszych przedsiębiorstw informatycznych na świecie. Co cie­kawe, początkowo firma nie zajmowała się produkcją komputerów, bo ich jeszcze nie wynaleziono. Przedsiębiorstwo wytwarzało różne produkty, m.in. systemy pomiaru czasu pracy, wagi, krajalnice do mięsa i karty perforowane.

Poza wyprodukowaniem komputera osobistego IBM PC (1981), firma opracowała różne technologie używane w informatyce, tj. dysk twardy Winchester, kursor oraz dyskietkę, a także tworzyła systemy operacyjne.

1936
Angielski matematyk Alan Turing opracowuje model teoretyczny maszyny do wyko­nywania algorytmów.

Model ten składał się z nieskończenie długiej taśmy, zawierającej komórki z prze­twarzanymi symbolami, głowicy odczytująco-zapisującej i układu sterowania. Obliczenia wykonywane za pomocą tej maszyny zależały od układu symboli wpi­sanych na taśmie oraz od przyjętego zestawu instrukcji. Podobnie działają dzisiejsze komputery - wyniki obliczeń zależą od danych zapisanych w pamięci komputera i od zestawu wykonanych instrukcji.

1941

Niemiecki inżynier Konrad Zuse konstruuje programowalną maszynę Z3 , w której zastosował przekaźniki elektromagnetyczne.

Z3 wykonywała operacje matematyczne (tj. dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie i pierwiastkowanie) w systemie binarnym. Działaniem maszyny sterował program zapisany na taśmie perforowanej. Dane wprowadzano z klawiatury, a wy­nik odczytywano z wyświetlacza.

Maszynę Z3 określa się czasem jako pierwszy komputer, choć naprawdę był to programowalny kalkulator.

1944

W Stanach Zjednoczonych powstaje komputer Harvard Mark I

- największy w historii kalkulator elektromechaniczny o długości prawie 16 m i wysokości 2,5 m. Ważył ponad 5 ton i zawierał ponad 800 km przewodów z trzema milionami połączeń.
Była to pierwsza maszyna, której pracą sterował wbudowany program. Jedną z programistek maszyny Harvard Mark I była Grace Hopper, która wprowadziła do słownictwa informatycznego pojęcie „bug” oznaczające dziś błąd w kodzie progra­mu. Gdy pracowała przy kolejnej wersji komputera - Mark II, do wnętrza urządzenia dostała się ćma i spowodowała awarię. Naprawę tej usterki pracownicy określili jako „debugging”, czyli odpluskwianie.

1945

W Stanach Zjednoczonych powstaje pierwszy w historii komputer elektroniczny o nazwie ENIAC.
Dotychczas używane koła zębate, przekaźniki i silniki zastąpiono lampowymi układami elektronicznymi. Do budowy wykorzystano prawie 20 tysięcy lamp elek­tronowych, a do zasilania tego komputera zbudowano oddzielną elektrownię. Średni bezawaryjny czas pracy maszyny wynosił... 2 godziny, ponieważ po tym czasie któ­raś z lamp ulegała przepaleniu i należało ją wymienić.
ENIAC ważył ponad 27 ton i zajmował powierzchnię ok. 140 metrów kwadrato­wych. Komputer ten nie miał pamięci operacyjnej. Na zdjęciach w Internecie można zobaczyć plątaninę kabli na ścianie komputera, ponieważ ENIAC był programowany przez przełączanie wtyków kablowych.

1948

Powstaje tranzystor, którego masową produkcję rozpoczęto w 1954 roku. Pozwoliło to na znaczną miniaturyzację kolejnych maszyn.
Na przerzutnikach tranzystorowych budowano pierwsze polskie komputery z serii Odra.

1948
Amerykański matematyk John von Neumann opracowuje (korzystając z modelu Charlsa Babbage’a) koncepcję logiczną i proponuje architekturę komputerów stoso­waną do dziś.

Idea maszyny von Neumanna:

• programy i dane mogą posiadać taką samą postać,

• programy i dane mogą być przechowywane w tej samej pamięci.

1954

Powstaje FORTRAN - pierwszy język programowania wysokiego poziomu.

1968

Powstaje firma Intel zajmująca się opracowywaniem i produkcją układów scalonych (integrujących w jedną funkcjonalną całość proste elementy logiczne: przerzutniki, rejestry i bramki logiczne) różnego zastosowania.

Opracowanie pierwszych układów scalonych to kolejny krok postępu technologicznego.

1971

W 1971 roku pewna japońska firma zleciła Intelowi opracowanie i wyprodu­kowanie kilkunastu układów scalonych do produkowanych przez siebie kalkula­torów. Konstruktorzy zespołu, któremu zlecono projekt, zauważyli, że zamiast kilkunastu różnych układów można wykonać jeden. Natomiast wymagane funkcje można realizować za pomocą krótkiego programu, umieszczonego w wewnętrznej pamięci typu ROM. Rozwiązanie to znacznie uprościło proces technologiczny i ob­niżyło koszty, a na dodatek przez modyfikację programu można było przystosować to rozwiązanie do wielu różnych funkcji. Tak powstał pierwszy na świecie czterobitowy mikrokontroler 4004, protoplasta współczesnych mikroprocesorów . Zawierał ok. 2300 tranzystorów.

Ani zleceniodawca, ani firma Intel nie docenili jednak wagi tego wynalazku. Było to powodem rozstania się zespołu konstruktorów z Intelem. Założyli oni własną firmę pod nazwą ZILOG, tę samą, która później produkowała procesory Z80, m.in. do po­pularnych mikrokomputerów Sinclair.

Intel powrócił jednak do swego wynalazku. Szybko powstała nowsza, ośmiobitowa wersja procesora, oznaczona symbolem 8008, a w roku 1974 - uniwersalny mi­kroprocesor 8080 - serce wielu przyszłych komputerów.

Rys. 10. Mikrokontroler Intel 4004 - protoplasta. Współczesny procesor Intel Core \7 współczesnych mikroprocesorów

Firma MITS produkuje Altair 8800 - pierwszy mikrokomputer oparty na procesorze 8080.

Początkowo był on dostępny w zestawach do samodzielnego montażu. Kosztował znacznie mniej niż wcześniejsze urządzenia - poniżej 500 dolarów. Komputer ten nie posiadał klawiatury. Programowano go za pomocą przełączników na płycie czołowej.

Komputer Altair to również początek kariery Billa Gatesa, późniejszego założy­ciela Microsoftu. Wówczas, jako 18-letni student, był współautorem prostej wersji ję­zyka programowania BASIC, napisanej dla Altaira.

1976

Powstaje firma Apple. Pierwszym produktem firmy był komputer osobisty Apple I. Funkcję monitora pełnił domowy odbiornik telewizyjny.

Pierwszy komputer firmy Apple

1981

Firma SINCLAIR produkuje komputer ZX81 z 16 KB pamięci operacyjnej i zaimplementowanym interpreterem języka BASIC.

Komputery ZX81 i następny model ZX Spectrum były bardzo popular­ne w Polsce.

1981
Firma IBM przedstawia pierwszy komputer osobisty z serii IBM PC (rys. 15.), który wyprodukowała w ciągu roku. Potem został on zastąpiony bardziej rozbudowanymi modelami: XT i AT.

Komputer miał od 16 do 256 KB pamięci operacyjnej, monochromatyczny monitor oraz stację dyskietek 5,25 cala (nie miał jeszcze dysku twardego). System operacyj­ny DOS do tego komputera napisała firma Microsoft, której właścicielem był 25-letni Bill Gates.

Pierwszy komputer IBM PC 5150 Komputer Macintosh firmy Apple z interfejsem graficznym

1982-1985

Początki Internetu - do powszechnego użytku wchodzi protokół TCP/IP.

1984

Firma Apple zaczyna masowo sprzedawać pierwszy komputer z interfejsem graficz­nym - Macintosh i... odnosi komercyjny sukces.

Od 2001 komputery Apple sprzedaje się z systemem operacyjnym Mac OS X.

1990

Pojawia się MS Windows 3.0 - graficzna nakładka na system operacyjny DOS.

1991

Powstają pierwsze strony WWW oraz pojawia się pierwsza wersja systemu operacyj­nego Linux.

Wielozadaniowy, 32-bitowy system, dzięki udostępnieniu kodu źródłowego w Internecie, szybko zyskał entuzjastów. Tysiące programistów na całym świecie za­częło bezinteresownie pracować nad jego rozwojem.

1995-2000

Następuje eksplozja usług internetowych. Pojawiają się e-sklepy, e-banki, e-szkoły, kawiarenki internetowe, komunikatory internetowe, Internet mobilny, telefonia VoiP.

Minęło wiele lat od chwili, kiedy von Neumann przedstawił koncepcję, według której do dziś buduje się komputery. Zmieniły się technologie, ale komputery w isto­cie pozostały jedynie liczydłem, tyle że niezwykle rozbudowanym i bardzo szybkim, a inteligencja komputerów ciągle jest domeną literatury SF.

Charles H. Duell powiedział: „Wszystko, co byto do wyna­lezienia, już wynaleziono”?

Wkrótce potem nastąpił burzliwy rozwój nauki i tech­niki, który trwa do dziś...

Od 2001 do... dziś

W przytoczonych faktach dotyczących historycznego roz­woju informatyki i technologii nie uwzględniono XXI wie­ku. Nie ujęto m.in. zagadnień, z którymi spotkaliście się na zajęciach z informatyki w ostatnich latach nauki, a niektóre z nich poznaliście też w praktyce. Możecie je opracować samodzielnie w ramach zadań projektowych. Są to m.in.:

• komputery przenośne (laptopy, tablety),

• urządzenia mobilne,

• chmura obliczeniowa,

• urządzenia GPS,

• roboty,

• portale społecznościowe.