2. Этапы становления и развития информатики. Информационные барьеры в истории человечества.

Информатика, как и развитие общества, имеет свою предысторию, включающую четыре этапа.

Начальный этап – освоение человеком развитой устной речи.

Второй этап — возникновение письменности. Прежде всего, резко возросли (по сравнению с предыдущим этапом) возможности по хра­нению информации. Человек получил искусственную внешнюю па­мять.

Третий этап — книгопечатание. Книгопечатание можно смело на­звать первой информационной технологией.

Четвертый и последний этап предыстории связан с успехами точ­ных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся в то время научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение.

С разработкой первых ЭВМ (не персональных компьютеров, а именно ЭВМ) принято связывать возникновение информатики как науки, начало ее истории.

Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Современный компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации.

Пристальное внимание к Информатике связано с бурным ростом объема человеческих знаний, который иногда называют «информационным взрывом» или «информационной революцией».

Общая сумма человеческих знаний до 1800 г. удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г – каждые 10 лет, к 1970 г. - каждые 5 лет, сейчас она удваивается ежегодно.

Противоречия между информационными запросами общества и техническим возможностями реализации отдельных этапов информационного процесса, и в первую очередь, передачи и обработки информации порождали так называемые информационные барьеры. Считается, что таких барьеров общество преодолело три.

Первый информационный барьер – преодолен примерно в V тысячелетии до н.э. До этого времени единственным хранилищем информации был мозг человека, а передача информации была связана только с его механическим перемещением в пространстве, скорость передачи была низкой, сама передача – ненадежной. Но человечество накопило достаточно большой опыт и знания, которые необходимо было передать последующим поколениям. Этот барьер был преодолен появлением письменности. Носителями информации стали глиняные таблички. папирус, пергамент и т.п., позднее (II век н.э.) – бумага.

Второй информационный барьер сформировался к XV веку вследствие того, с развитием производства (цеха, мануфактуры) возникла потребность в большом числе образованных людей, способных этим производством управлять. Противоречие состояло в том, что количество источником информации (рукописи, рукописные книги и т.п.) не могло обеспечить обучение достаточного количества людей. Разрешение этого противоречия, осуществлено путем изобретения книгопечатания (в Европе в XV веке – Гуттенберг, в Росси – в XVI веке – Федоров). Книгопечатание – первая механическая информационная технология. Но это не сняло проблему ее передачи. Скорость передачи информации определялась возможностями механического перемещения носителей, а ее обработка также по-прежнему осуществлялась человеком.

К началу XX появилась почта, в XIX веке был создан телеграф (Сэмюэль Морзе) , затем телефон Александр Грэхем Белл), а 1905 г. изобретено радио (итальянец Маркони и русский инженер А.С. Попов) , в 20-30 г.г. – телевидение, позволяющие практически мгновенно доставлять информацию в любую точку земного шара.

Появились и новые принципы хранения информации: фото, кино, магнитная запись.

Оставалась только проблема, связанная с переработкой информации, ее по-прежнему мог осуществлять только человек.

Во второй половине XX века человечество подошло к третьему информационному барьеру. Остро встала проблема автоматизации процесса обработки информации.

Первые варианты разрешения этой проблемы появились в 1946 г., когда была построена первая ЭВМ «ЭНИАК» ( разработчики - американцы Преспер Эккерт и Джон Маучли) . Примерно в это же время американский математик венгерского происхождения Джон фон Нейман разработал принципы работы автоматических вычислительных устройств на основе хранимой в памяти ЭВМ программы и обосновал структуру ЭВМ, включающую пять базовых элементов:

- арифметическое устройство, (АУ), позднее арифметико-логическое устройство (АЛУ);

- устройство управления (УУ);

- запоминающее устройство (ЗУ);

- система ввода информации (СВвИ);

- система вывода информации (СВывИ).

В настоящее время такую структуру принято называть архитектурой фон Неймана.

Основные архитектурно-функциональные принципы построения ЦВМ были опубликованы в 1946 г. Джоном фон Нейманом и его коллегами Г. Голдстайном и А. Берксом в отчете «Предварительное обсуждение логического конструи­рования электронного вычислительного устройства». Вот эти основные принципы.

1. Программное управление работой ЦВМ. Про­граммы состоят из отдельных шагов- команд; ко­манда осуществляет единичный акт преобразования информации; последовательность команд, необходимая для реализации алгоритма, является программой; все разновидности команд, использующиеся в конкретной ЦВМ, в совокупности являются языком машины или системой команд машины.

2. Принцип условного перехода. Это возможность перехода в процессе вычислений на тот или иной уча­сток программы в зависимости от промежуточных, полу­чаемых в ходе вычислений результатов (обычно в зависимости от знака результата после завершения ариф­метической операции или от результата выполнения логической операции); реализация принципа условного перехода позволяет легко осуществлять в программе циклы с автоматическим выходом из них, итерационные процессы и т. п.

3. Принцип хранимой программы. Этот один из са­мых важных принципов заключается в том, что команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и исходные данные. Только команды для исполнения выбираются из ОЗУ в устройство управления (УУ), а числа (операнды) - в АУ; но для машины и команда, и число являются машинным словом, и если команду направить в АУ в качестве операнда, то над ней можно произвести арифметические операции, изме­нив ее. Это открывает возможности преобразования программ в ходе их выполнения; кроме того, принцип хранимой в ОЗУ программы обеспечивает одинаковое время выборки команд и операндов из ОЗУ для выпол­нения, позволяет быстро менять программы или части их, вводить непрямые системы адресации, видоизменять программы по определенным правилам.

4. Принцип использования двоичной системы счис­ления для представления информации в ЭВМ. Этот принцип существенно расширил номенклатуру физиче­ских приборов и явлений, которые можно использовать в АУ и ЗУ ЭВМ. Количество информации опреде­ляется единицей (бит) в двоичной системе счисления. Введение двоичной системы счисле­ния существенно упрощает техническую конструк­цию ЭВМ.

5. Принцип иерархичности ЗУ. ЗУ позволяет иметь быстродействующее оперативное ЗУ (ОЗУ) сравнитель­но небольшой емкости только для операндов и команд, участвующих в счете в данный момент и в ближайшее время. Следующий более низкий уровень - это внешнее ЗУ на магнитных барабанах (МБ); ОЗУ достаточно бы­стро, за 0,02 - 0,05 с, может обменяться с МБ целым массивом данных; емкость МБ на порядок больше, чем емкость ОЗУ. Числа и части программ, которые еще не скоро потребуются для вычислений, а также уже полу­ченные результаты, ожидающие своей очереди быть отпечатанными, могут храниться в еще более емком дешевом ЗУ, но с большим временем обращения к нему при записи или считывании.

Эти принципы Дж. фон Неймана показались внача­ле простыми и очевидными. К ним долго еще не отно­сились как к фундаментальным положениям, опреде­лившим на многие годы бурное развитие цифровой вычислительной техники и кибернетики (что называют иногда второй промышленной революцией).

Дж. фон Нейман опубликовал свои принципы и отче­ты о ходе работ по постройке Пенсильванской ЦВМ «Эдвак» в Муровской электротехнической школе.

Первая же ЭВМ, построенная по принципам Дж. фон Неймана, была запущена в 1949 г. в Кэмбрид­же (Англия) и называлась «Эдсак» (Electronic Data Sto­rage Automatic Computer).

В 1948 г. Аиериканский математик Клод Шеннон опубликовал свою знаменитую работу «Математическая теория связи», в которой изложил математические принципы кодирования и передачи информации, о также предложил метод объективного измерения информации.

Именно эти отправные моменты и составили теоретический фундамент новой науки – Информатики.

Впоследствии А.Аллен и Билл Гейтс создали широко известную в настоящее время компанию Microsoft. В 1976 г. Стивен П. Джобс и Стефан Г. Возниак собрали первый действующий макет компьютера типа «Apple 1.»