1. Информатизация общества. Основные этапы развития вычислительной техники

Деятельность человека всегда связана с процессами получения, преобразования, накопления и передачи информации.

Важнейшим историческим этапом в развитии процесса обмена информацией, знаниями в человеческом обществе стало создание письменности. Язык и информация, отражаемая им, получил и материальную основу. Сначала это были камень, глина и дерево, затем папирус и, наконец, бумага. С изобретением письменности (около 5 тысяч лет назад) человечество получило возможность обмениваться информацией не только при непосредственном общении людей, но и записывать ее, хранить и передавать следующим поколениям.

Настоящей информационной революцией стало изобретение книгопечатания. Печатный станок, созданный И. Гуттенбергом в Германии в 1440 году, открыл новую эру в обмене информацией между людьми. Знания, информация стали широко тиражируемыми, доступными многим людям. Это послужило мощным стимулом для увеличения грамотности населения, развития образования, науки, производства.

В результате научно-технического прогресса человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения, передачи информации. Но важнейшее в информационных процессах — обработка, целенаправленное преобразование информации осуществлялось до недавнего времени исключительно человеком.

Однако постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому возрастанию информации, с которой приходится оперировать человеку в процессе его профессиональной деятельности. Например, современный авиадиспетчер должен каждую секунду знать положение многих самолетов, метеорологические условия, состояние взлетно-посадочных полос и оперативно принимать необходимые решения.

Развитие науки, образования обусловило быстрый рост объема информации, знаний человека. Если в начале прошлого века общая сумма человеческих знаний удваивалась приблизительно каждые пятьдесят лет, то в последующие годы — каждые пять лет.

Все это привело к тому, что человечество уже не справлялось с обработкой нарастающих объемов информации старыми методами и средствами.

Выходом из создавшейся ситуации стала автоматизация процессов обработки информации. Точнее — избавление человека от многих трудоемких, но не требующих творческого подхода видов деятельности, связанных с обработкой информации.

Первые попытки создания средств, инструментов для обработки информации связаны со стремлением упростить выполнение действий над числами. В Древнем Китае (около 4 тысяч лет назад) были изобретены счеты. Греки и римляне более двух тысячелетий назад начали использовать “абак” — счетную доску, на которой числа изображались определенным количеством камешков, а действия над числами — передвижением этих камешков.

В 1642 году известный французский физик и математик Б. Паскаль изобрел арифмометр — устройство для сложения и вычитания чисел, а двадцать лет спустя немецкий математик Г. Лейбниц сконструировал арифмометр, выполнявший все четыре арифметических действия.

Арифмометры несколько столетий верно служили людям, являясь незаменимым помощником человека в бухгалтерском учете, проведении научных расчетов и других областях его деятельности. Однако возможности арифмометров были ограничены — скорость вычислений на них была невелика, “память” арифмометра могла хранить лишь результат очередной арифметической операции.

В конце прошлого века в США проводилась первая перепись населения. В преддверии этой работы, связанной с учетом и обобщением огромного количества данных о многомиллионном населении, американский инженер Г. Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство — табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений, имел память на перфокартах — картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определенная система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и были предшественниками вычислительных машин нашего времени.

Первая электронная вычислительная машина “ЭНИАК” была создана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ “МЭСМ-1” была разработана в 1951 году под руководством академика В. А. Лебедева.

Первые компьютеры были дорогостоящими, громоздкими устройствами, требующими для эксплуатации больших, специально оборудованных помещений. Их обслуживали десятки программистов и инженеров. Средства “общения” человека с машиной были весьма ограничены — все данные, вводимые в ЭВМ, набивались на перфокарты. Машинные языки были сложны, и ими владели лишь профессиональные программисты. “Машинное время” (т. е. время работы на ЭВМ) стоило дорого. В 50—60-е годы ЭВМ создавались для ускорения и автоматизации вычислительной работы. Область их применения ограничивалась, как правило, выполнением огромного объема однообразной вычислительной работы. Это имеет место, например, при вычислениях траектории движения спутников или начислениях зарплаты на большом предприятии.

Ситуация с использованием вычислительной техники стала принципиально меняться в 70-х годах. Во-первых, благодаря разработке новой технологии удалось в сотни раз уменьшить размеры и стоимость электронных элементов ЭВМ. Компьютер стал помещаться на письменном столе и предназначаться для использования одним человеком. Такие компьютеры получили наименование “персональных ЭВМ”. Во-вторых, изменились средства общения человека с компьютером. Теперь человек может обращаться к ЭВМ с помощью клавиатуры (подобной клавиатуре пишущей машинки), а машина вести диалог с человеком и выдавать решения поставленных задач в виде текста или рисунков на телевизионном экране. В-третьих, получили дальнейшее развитие языки общения с компьютером.

В настоящее время они все более приближаются к естественному языку человека, и поэтому овладение ими стало доступно каждому человеку за достаточно небольшое время. Кроме того, профессиональными программистами создано большое количество прикладных программ для решения на компьютерах типовых задач, часто встречающихся во многих областях деятельности человека. Наборы таких прикладных программ для типовых задач по какой-либо отрасли позволяют воспользоваться компьютером для их решения специалисту, не владеющему программированием. В-четвертых, значительно расширилась сфера применения компьютеров. Если в первые годы своего существования ЭВМ использовались в основном для вычислений, то в настоящее время компьютеры широко применяются для обработки не только числовой, но и других видов информации.

Каждый этап развития компьютеров определялся совокупностью элементов, из которых строились компьютеры, — элементной базой, а также уровнем развития их программного обеспечения.

С изменением элементной базы ЭВМ значительно изменялись характеристики, внешний вид и возможности компьютеров. Каждые 10—12 лет происходил резкий скачок в конструкции и способах производства ЭВМ.

Именно поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ, сменявших друг друга в ходе развития вычислительной техники.

Естественно, что смена поколений заключалась не только в обновлении элементной базы. С каждым новым поколением в практику применения ЭВМ входили новые способы решения задач и новые компоненты программного обеспечения.

В ЭВМ первого поколения элементы электронных схем изготовлялись на базе вакуумных электронных ламп. Машины первого поколения занимали громадные залы, весили сотни тонн и расходовали сотни киловатт электроэнергии.

Появление ЭВМ второго поколения стало возможным благодаря изобретению транзисторов. Резкое уменьшение размеров транзисторов по сравнению с радиолампами позволило делать блоки ЭВМ в виде так называемых печатных плат. Использование транзисторов и печатных плат позволило значительно уменьшить размеры ЭВМ и потребление энергии.

Основу ЭВМ третьего поколения составляют так называемые интегральные схемы. Благодаря изобретению интегральных схем резко повысился уровень надежности электронных схем при значительном падении их стоимости благодаря уменьшению размеров и автоматизации их проектирования и производства. В ЭВМ третьего поколения применялись интегральные схемы, содержащие более тысячи элементов на одном кристалле.