История развития основ информатики

Способность принимать, передавать, запоминать информацию – один из главных признаков живого мира. В той или иной степени это свойство присуще животным, растениям и даже бактериям. Например, животные запоминают дорогу к водопою, по запаху находят пищу, подают определенные сигналы при встрече с соперником. Прием, передача, хранение информации – одна из самых важных сторон деятельности биологического организма.

Человек большую часть информации получает через глаза, уши, нос. По мере усложнения взаимодействия между людьми приходилось формировать все более сложные сигналы для передачи информации. Около миллиона лет назад стала формироваться речь человека – самый совершенный способ обмена информацией. Речь стала способом сохранения и получения знаний – свойств предметов, явлений и связей между ними. Знания передавались в виде рассказов, таким образом шел процесс их накопления.

Почти 30 тысяч лет назад появилась письменность – первые наскальные рисунки – это уже был способ долговременного хранения информации. Постепенно менялись носитель информации: камень, кость, дерево, папирус, бумага. В 15 веке Иоганном Гутенбергом был изобретен печатный станок, позволивший тиражировать знания на бумажном носителе. Бумажная информатика стала мощным ускорителем промышленной революции 18 века.

Самым древним предшественником компьютера называют азиатское механическое счетное устройство абак – глиняная пластинка с желобами, в которых раскладывались камни (4 тысячелетие до н.э.). В средние века в Европе появились разграфленные таблицы (счет на линиях). В 16 в. в России появилось более передовое устройство – русские счеты, используемые до настоящего времени. В 1617 г. шотландский математик Джон Непер разработал метод упрощенного умножения, основанный на применении счетных пластинок и создал устройство, содержащее костяные пластинки с отпечатанными на них цифрами – в определенных сочетаниях эти пластинки позволяли выполнять умножение.

Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов в Германии в 1623 году Вильгельмом Шикардом (суммирующие часы). В 1642 г. французский физик и математик Блез Паскаль разработал суммирующее устройство на базе паскалевых колес, выпускавшееся серийно, 8 таких машин сохранилось до нашего времени. В 1673 г. немецкий философ и математик Готфрид Лейбниц создал механический калькулятор, выполнявший 4 арифметических действия. В 1878 г. шведский инженер В. Однер разработал усовершенствованное устройство – арифмометр, в России был построен завод по их производству.

Идея программирования пришла из часовой промышленности. – старинные часы на башне были построены так, чтобы в определенное время включать систему колоколов. Это жесткое программирование – одна и та же операция выполняется в одно и то же время. Идея гибкого программирования с помощью перфорированной бумажной ленты была реализована в 1804 г. на ткацком станке Жаккарда.

Важнейшим вкладом в развитие компьютерной техники стало изобретение аналитической машины Чарльза Бэббиджа (1792-1871). Ее особенность состояла в том, что впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Машина содержала два узла – склад и мельницу. Данные вводились в механическую память склада путем установки блоков шестерен, а затем обрабатывались в мельнице с помощью команд по перфокарте (1834).

В разработке проекта этой машины принимала участие дочь поэта Байрона леди Ада Лавлейс: она и предложила использование перфокарт (1843). Леди Аду называют первым в мире программистом, ее именем назван один из языков программирования.

Машина Бэббиджа не была полностью построена при жизни изобретателя, но была восстановлена в наше время по его чертежам в наши дни.

С древности закладывались и математические основы информатики. Первым мощным шагом в этом направлении была логика Аристотеля. Он на две тысячи лет вперед определил правила строго мышления и формальные законы, определяющие, как можно, а как нельзя строить доказательные рассуждения. Аристотель ввел понятие аксиом - утверждений, принимаемых без доказательств и установил основные принципы дедукции, которые позволяли, основываясь на аксиомах строить безошибочные цепочки суждений. На этом фундаменте было возведено здание Евклидовой геометрии - вершины античной мысли.

Следующий шаг был сделан в 1640 году, когда Рене Декарт, введя систему координат, показал, что наглядные геометрические построения Евклида можно заменить механическими алгебраическими операциями. Под влиянием успеха Декарта Готфрид Лейбниц разработал фрагменты логического исчисления. Лейбниц нашел, что в теории силлогизмов Аристотеля есть неправильности, но не поверил себе, и не стал публиковать работы по математической логике. В 1666 году Лейбниц пришел и к двоичной системе счисления, правда, в своей машине ее не использовал.

Через 150 лет в начале 19 века вышла работа Джорджа Буля "Законы мысли". Булю первому удалось выразить логические предложения в алгебраическом виде. Он стремился свести словесную логику к математической. Каждое высказывание может быть истинным или ложным. Из высказываний с помощью союзов "и", "или", "не", "следует" строятся предложения по принципу "если" - "то". Предложения в результате получаются или истинными или ложными. Идеи Буля – булева алгебра – в докомпьютерную эпоху не нашли применения на практике.

После Первой мировой войны активно развивались работы по системам управления электрическими сетями. Занимаясь математическим описанием подобных процессов, Клод Шеннон показал, что можно представить в двоичном виде нолей и единиц не только числа, но буквы и знаки. Но, пожалуй, самым главным следствием работ Шеннона была реализация формальных логических операций в виде цепи включенных и выключенных реле. Действительно, ведь каждому истинному высказыванию можно приписать единицу, а ложному - ноль. Получалось, что, переключая реле, можно создавать новые логически безупречные предложения.

В 1936 году Алан Тьюринг придумал математическое описание очень простой машины. У неё конечное число состояний, которые Тьюринг сравнивал с "состояниями ума". Она может "считывать" и "записывать" конечное множество символов - это ее алфавит или словарь. Поведение машины контролируется бесконечной лентой. Ленту она может шаг за шагом читать, передвигать взад-вперед, писать или стирать написанное и изменять свои внутренние состояния. Оказалось, что машина Тьюринга при удачном программировании, имея только семь состояний и четыре буквы теоретически способна вывести значительную часть чистой математики.

В 1948 году создатель архитектуры современных компьютеров Джон фон Нейман пошел еще дальше он математически доказал, что если машина Тьюринга будет оперировать не лентой, а конечным числом деталей, то она сможет создавать машины подобные себе и даже более сложные.

В том же 1948 году вышла книга Норберта Винера «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». Кибернетика – наука об общих принципах управления различных систем – технических, биологических, социальных. Предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления. Кибернетика часто опирается на те же программные и аппаратные средства, что и информатика, информатика в свою очередь заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.

Таким образом к 40-м годам сошлись и потребности в скоростном вычислительном устройстве и возможности его реализации, основанные на достижениях связи, электроники, математики. Первая электронно-вычислительная машина начала действовать в 1946 году.

Дата добавления: 2014-01-06