Historia informatyki

Zakres materiału przedmiotu Historia informatyki – cz
trzecia -
do lat sze dziesi tych
21. Zastosowania lamp elektronowych do lat trzydziestych
22. Maszyny lampowe czasów drugiej wojny wiatowej
23. ENIAC
24. Komputery pracuj ce dla IAS oraz Projektu Manhattan
25. Architektura von Neumanna i komputery pierwszej generacji.
26. Epoka tranzystorów i komputery drugiej generacji
27. Pierwsze polskie komputery
28. Komputery trzeciej generacji
29. Nowo ci lat sze dziesi tych
30. Dolina Krzemowa
Ad 21. Pierwszy obwód w pełni elektroniczny, b d cy zapowiedzi przyszłych kalkulatorów cyfrowych,
opisany został przez Anglików W. H. Ecclesa i F. W Jordana w 1919 r. w artykule „Przeka nik
przerzutowy stosuj cy lampy pró niowe z trzema elektrodami”. Było to urz dzenie zawieraj ce dwie triody,
którego osobliwo polega na tym, e w danym momencie tylko jedna z nich mo e przewodzi pr d. Gdy
obwód jest pobudzany, ka da z lamp przeł cza si w stan przeciwny (przewodzenia lub nieprzewodzenia).
Nazwano je „flip-flop” (salto, fikołek).
W latach trzydziestych Anglik C. E. Wynn-Williams wykorzystał lampy elektronowe do konstrukcji
liczników wielkiej szybko ci potrzebnych do bada w dziedzinie fizyki j drowej. Licznik, wyposa ony w
konwertor binarno-dziesi tny, zdolny był do automatycznego wydruku wyników. Wersja z 1939 roku
miała tak e urz dzenie programuj ce.
W 1935 roku Amerykanin L. Hammond zbudował 72-tonowy „Novachord” (organy elektroniczne), w
którym ka dy d wi k obsługiwany był przez dwie lampy elektronowe – jedna słu yła do generowania tonu,
a druga modulowała poziom sygnału.
Ad 22. W Bletchley Park (Anglia) od 1940 roku prowadzone były prace zwi zane z odczytywaniem depesz
szyfrowanych przy pomocy maszyn ENIGMA. Polscy specjali ci pod kierunkiem J. Ró yckiego, H.
Zygalskiego i M. Rejewskiego od 1935 roku rozwi zywali ten problem stosuj c klasyczne metody
matematyczne. Ich do wiadczenia, poł czone z sukcesami wywiadu francuskiego, pozwoliły sporz dzi
replik Enigmy. Pierwsza maszyna deszyfruj ca – polska „Bomba” – składała si z sze ciu replik
Enigmy, rozmieszczonych wokół wspólnej osi nap dowej. W pierwszych miesi cach 1940 r, pod
kierownictwem Alana Turiga powstała „Bomba Turinga” - metalowa szafa 2,5 m wysoka, wypełniona
rotorami, tablicami poł cze i wska nikami wietlnymi. Kolejn maszyn umo liwiaj c łamanie szyfrów
Enigmy budował w Bletchley Park angielski matematyk (topolog i logik) Max H. A. Newman.
Zakodowana nazwa maszyny brzmiała Heath Robinson. Pierwsza maszyna została zmontowana w
kwietniu 1943 roku. Cz
elektroniczna składała si z 80 lamp elektronowych. Za po rednictwem 2
teledrukarek ta mowych przekazywano do kalkulatora 2000 symboli na sekund . Ta my zawierały teksty
depesz i informacje o ci gu pozycji alfabetycznych na rotorach Enigmy. Odczyt perforacji ta m odbywał si
przy pomocy fotokomórki. W kolejnych miesi cach zbudowano kilka innych maszyn z serii Robinson.
Nast pnym krokiem były, zaprojektowane przez T. H. Flowersa, maszyny Coloss. Były
programowane w j zyku maszynowym i przeprowadzały wył cznie obliczenia numeryczne. Stosowały
arytmetyk binarn . Podawały wyniki oblicze za pomoc elektrycznej maszyny do pisania. Coloss I
zbudowany został w grudniu 1943 roku. Składał si z 1500 lamp pró niowych. Kilka innych egzemplarzy
maszyny typu Coloss II zbudowanych zostało mi dzy czerwcem 1944 a majem 1945. Miały ok. 2400 lamp
elektronowych i pi równoległych czytników ta m.
Pierwszy ameryka ski komputer lampowy ABC został budowany przez Johna Vincenta Atanasoffa,
profesora Iowa State College i jego studenta Clifforda Berry’ego w 1942 roku (Atanasoff-Berry
Computer). Maszyna składała si z dwóch oddzielnych jednostek - pami ci i arytmometru. Pracowała w
systemie binarnym. Zbudowana była z lamp elektronowych i kondensatorów. Cz
elektroniczna
zawierała 210 lamp, przeznaczonych do wykonywania działa arytmetycznych oraz 30 lamp do
koordynowania odczytu, b d perforacji ta m. Najbardziej oryginaln cz ci ABC była pami w postaci
dwóch b bnów obrotowych, umieszczonych na wspólnej osi u góry maszyny. Ka dy z nich miał na
obwodzie 32 rz dy po 50 kondensatorów, co pozwalało zapami ta 30 liczb z 50 miejscami binarnymi.
Dodatni ładunek kondensatora oznaczał „zero”, ujemny – „jeden”. Ładunek kondensatorów był odnawiany
przy ka dym obrocie b bnów. Pierwszy z nich przeznaczony był do przechowywania danych, drugi za –
wyników po rednich. Urz dzeniami pomocniczymi były: dziurkarka kart, dziurkuj ca za pomoc łuku
elektrycznego z szybko ci 60 dziurek na sekund i automatyczny konwertor binarno –dziesi tny.
Ad. 23 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) opracowany został na zlecenie
Armii USA, która potrzebowała go do wykonywania mudnych, tabelarycznych oblicze dla nowo
produkowanych dział. Zaprojektowali go John Presper Eckert i John William Mauchly. ENIAC został
oficjalnie uruchomiony na Uniwersytecie w Pensylwanii 15 lutego 1945 roku. Ponownie uruchomiono go w
Aberdeen 29 lipca 1947 roku. Pracował do pa dziernika 1955 roku.
Składał si z ponad 18 000 lamp elektronowych szesnastu rodzajów, 6000 komutatorów i 1500
przeka ników. miał budow typowo modułow . Ka da z 42 szaf zawierała wymienialne panele,
zawieraj ce ró ne zestawy elementów elektronicznych. Podstawowe cz ci składowe maszyny to:
akumulator, jednostka inicjuj ca, główny programator, układ mno enia/pierwiastkowania, tablice funkcji
oraz bufor i bramka.
Maszyna nie posiadała pami ci operacyjnej - dane mogły by przechowywane tylko w rejestrach
akumulatora. Wykonywany program wynikał z ustawienia przeł czników. Podstawowymi elementami
maszyny były akumulatory, które potrafiły "pami ta " liczby dziesi tne, dodawa je i przekazywa dalej;
ka dy z takich akumulatorów zawierał 550 lamp elektronowych. Liczb , przechowywan akurat w danym
akumulatorze, mo na było odczyta z układu zapalonych na czołowej cz ci odpowiedniej szafy neonówek.
redni czas bezawaryjnej pracy maszyny wynosił około pół godziny.
ENIAC rachował w systemie dziesi tnym, operuj c liczbami dziesi ciocyfrowymi, dodatnimi lub
ujemnymi, z ustalonym poło eniem przecinka dziesi tnego. Jego szybko , zawrotna dla ówczesnych
naukowców, wyra ała si pi cioma tysi cami dodawa takich liczb w ci gu sekundy. W razie potrzeby
maszyna mogła pracowa na liczbach "podwójnej precyzji" (dwudziestocyfrowych) o zmiennym miejscu
poło enia przecinka dziesi tnego; oczywi cie, w takim wypadku działała wolniej, a jej pojemno pami ci
odpowiednio malała. Cało danych i instrukcji potrzebnych maszynie musiała by wprowadzona na
pulpity sterownicze przed rozpocz ciem pracy. Zajmowało to około 2 dni.
Ad 24 W latach czterdziestych XX wieku John von Neumann (1903-1957) i Julian Bigelow zbudowali dla
Institute for Advanced Study (IAS, Instytut Bada Zaawansowanych) - niezale nej od władz i samorz du
lokalnego prywatnej placówki naukowej, prowadz cej fundamentalne badania w wielu dziedzinach nauki.
komputer oparty na lampach elektronowych z pami ci o dost pie swobodnym (5 kilobajtów)
wykorzystuj c lampy oscyloskopowe.
Komputer przeznaczony był przede wszystkim do oblicze zwi zanych z energi reakcji j drowych.
Prowadzono na nim tak e badania zwi zane z drganiem strun niejednorodnych, meteorologi i aparatami
komórkowymi.
Manhattan Project (Projekt Manhattan) to program naukowo-badawczy i konstrukcyjny prowadzony
przez Stany Zjednoczone zmierzaj cy do konstrukcji i produkcji bomby atomowej od 1942 roku na
polecenie prezydenta F. D. Roosevelta. Konstrukcj bomby opracowano w Los Alamos National
Laboratory, na potrzeby którego pracował (mi dzy innymi) ENIAC. W Los Alamos pracował, w ród wielu
innych wybitnych fizyków i matematyków - Stanisław Ulam (1909-1984). Nale ał do grupy opracowuj cej
teori konstrukcji bomby wodorowej. Stosuj c swe innowacyjne metody matematyczne dowiódł, e
koncepcja obrana przez kierownika projektu była bł dna, a nast pnie zaproponował własne rozwi zanie.
Stanisław Ulam był twórc pierwszych metod numerycznych, w ród nich - metody Monte Carlo.
Ad 25 Jednym z głównych problemów ENIAC-a było to, i nie posiadał on adnej wewn trznej
pami ci jako takiej, lecz musiał by fizycznie programowany przy pomocy przeł czników, kabli i tarcz
cyfrowych.
W lecie roku 1943 Mauchly i Eckert rozwa ali pomysł utworzenia komputera wyposa onego w pami
programu, w którym wewn trzna pami
do odczytu i zapisu u ywana byłaby zarówno do
przechowywania danych jak i samego programu. Eckert wpadł na pomysł u ycia rt ciowych linii
opó niaj cych jako pami ci dla komputera. W sierpniu 1944 wraz z Mauchly'm zaproponowali zbudowanie
innej maszyny zwanej Elektronicznym Automatycznym Komputerem z Dyskretnymi Zmiennymi
(EDVAC - Electronic Discrete Variable Automatic Computer). Maszyna została uruchomiona dopiero w
roku 1952.
John von Neumann –wł czył si w prace nad komputerem ENIAC w sierpniu 1944 r. szybko stał si
konsultantem zarówno w projekcie ENIAC jak i w projekcie EDVAC. W czerwcu 1945 opublikował prac ,
w której przedstawił wszystkie podstawowe składniki komputera posiadaj cego pami programu. Taki
system komputerowy powinien:
• mie sko czon i funkcjonalnie pełn list rozkazów
• mie
mo liwo
wprowadzenia programu do systemu komputerowego poprzez urz dzenia
zewn trzne i jego przechowywanie w pami ci w sposób identyczny jak danych
• dane i instrukcje w takim systemie powinny by jednakowo dost pne dla procesora
informacja w takim komputerze jest przetwarzana dzi ki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z
pami ci komputera i wykonywaniu tych instrukcji w procesorze.
Pierwszym oddanym do u ytku komputerem pracuj cym w architekturze von Neumanna był EDSAC,
czyli Electronic Delay Storage Automatic Calculator (Elektroniczny, Automatyczny Kalkulator z
Pami ci Opó nion ), który wykonał swoje pierwsze obliczenia na Uniwersytecie Cambridge w Anglii w
maju 1949 roku. EDSAC zawierał 3000 lamp elektronowych i u ywał rt ciowych linii opó niaj cych
jako pami ci. Programy wprowadzano przy pomocy ta my papierowej, a wyniki wyj ciowe przekazywane
były do dalekopisu. Dodatkowo uwa a si e EDSAC był pierwszym komputerem, w którym zastosowano
asembler zwany „Initial Orders", pozwalaj cy na symboliczne programowanie zamiast stosowania kodu
maszynowego.
Pierwszy handlowo dost pny komputer UNIVAC I, czyli Universal Automatic Computer,
(Uniwersalny Komputer Automatyczny) został równie oparty na projekcie EDVAC. Praca nad UNIVAC I
rozpocz ła si w roku 1948, a pierwsza jednostka została dostarczona w 1951.
Maszyny lampowe budowane w architekturze von Neumanna nazywamy komputerami pierwszej
generacji. Programowane były w j zyku maszynowym lub asemblerze. Zawierały pami wewn trzn
(opart np. na rt ciowych liniach opó niaj cych) oraz pami
zewn trzn w postaci tzw. b bnów
magnetycznych. Budowane od połowy lat czterdziestych do pó nych lat pi dziesi tych. Du e i kosztowne,
ze wzgl du na lampy elektronowe wymagały klimatyzacji.
Ad 26. Półprzewodniki to ciała stałe, których opór elektryczny wła ciwy jest wi kszy ni metali, a
mniejszy ni dielektryków. Cech charakterystyczn półprzewodników jest silna zale no przewodnictwa
elektrycznego od warunków zewn trznych. W czasie II wojny wiatowej odkryto, i urz dzenia zbudowane
na bazie półprzewodników mog by potencjalnymi wzmacniaczami i przeł cznikami i mog zast pi
panuj c wtedy powszechnie technologi lamp pró niowych. Urz dzenia oparte na półprzewodnikach
byłyby du o mniejsze, l ejsze i wymagały by mniej energii ni analogiczne konstrukcje lampowe.
Firma Bell Telephone Laboratories rozpocz ła badania nad półprzewodnikami w roku 1945, a fizycy
William Shockley, Walter Brattain oraz John Bardeen odnie li sukces tworz c pierwszy germanowy
tranzystor ostrzowy 23 grudnia 1947 roku. W roku 1950 Shockley wynalazł nowy element
półprzewodnikowy, zwany tranzystorem o zł czu bipolarnym, który był bardziej niezawodny, łatwiejszy
i ta szy w produkcji oraz posiadał bardziej stabilne parametry od elementów ostrzowo-zł czowych.
W 1954 roku w Bell Telephone Laboratories rozpocz to budow komputera TRADIX, wykorzystuj c
technik tranzystorów. Dzi ki tranzystorom komputery stawały si szybsze, bardziej niezawodne i co
równie bardzo wa ne - znacznie mniejsze od swoich poprzedników.
Komputery budowane od połowy lat 50-tych oparte na tranzystorach nazywamy komputerami drugiej
generacji. Nale do nich minikomputery firmy Digital Equipment Corporation oraz polski ZAM 41.
Na przełomie lat pi dziesi tych i sze dziesi tych firma DEC zaprojektowała maszyny PDP
(Programmed Data Processor) omijaj c słowo „komputer”, kojarzone z du ymi i kosztownymi
urz dzeniami. Na pocz tku lat sze dziesi tych rozpoczyna si sprzeda legendarnego, kojarzonego z
pocz tkiem „kultury hackerów” komputera PDP1 – wyposa onego w monitor i klawiatur . Na ofiarowanym
MIT PDP1 w 1961 student Steve Russel napisał interaktywn gr komputerow Spacewar, doł czan do
kolejnych komputerów DEC jako program testowy.
Maszyny PDP upowszechniły standard minikomputera – maszyny wykonanej na tranzystorach lub
układach scalonych małej lub redniej skali integracji, charakteryzuj cej si prost obsług , niewielkimi
wymiarami, modułow budow i nie wymagaj cej klimatyzacji. Minikomputery cz sto były specjalizowane
i słu yły np. jako automat obrachunkowy albo analizator widma.
Ad 27 Od pocz tku lat pi dziesi tych, przede wszystkim w Pa stwowym Instytucie Matematycznym w
Warszawie powstawały pierwsze komputery w zwspole kierowanym przez prof. Leona Łukaszewicza (ur.
w 1923 roku).
• w 1950 roku komputer do wiadczalny (zerowej generacji) GAM-1
•
w 1955 lampowy komputer analogowy ARR (Analizator Równa Ró niczkowych)
•
w 1957 roku programowany mechaniczno-przeka nikowy PARK (Programowany Automat
Rachunków Krakowianowych – na Akademii Górniczo-Hutniczej)
•
w 1958 roku pierwszy polski komputer oddany do eksploatacji, lampowy XYZ
•
w 1961 roku w Zakładach Elektronicznych Elwro we Wrocławiu - Odra 1001, prototyp maszyn
cyfrowych serii Odra (budowanych pocz tkowo na licencji angielskiej). Komputery Odra
produkowane były do lat siedemdziesi tych, pracowały do pocz tku XXI wieku (np. w fabryce
Hutmen na Dolnym l sku do 2003 roku).
•
w 1966 zbudowano pierwszy polski komputer zaprojektowany do przetwarzania danych – ZAM
41.
•
w latach osiemdziesi tych w zakładach ELWRO produkowano, wzorowane na ZX-ach firmy
Sinclair, mikrokomputery Junior, przeznaczone dla szkół.
Ad 28. Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie ko ) to zminiaturyzowany układ
elektroniczny zawieraj cy w swym wn trzu od kilku do setek milionów podstawowych elementów
elektronicznych, takich jak tranzystory, diody, rezystory, kondensatory. W 1958 Jack Kilby z Texas
Instruments i Robert Noyce z Fairchild Semiconductor niezale nie od siebie zaprojektowali i zbudowali
działaj ce modele układów scalonych. Kilby zademonstrował swój wynalazek 12 wrze nia 1958 (za co
otrzymał Nagrod Nobla z fizyki w 2000), Noyce zbudował swój pierwszy układ scalony około pół roku
pó niej.
Komputery rodziny IBM 360 - typu mainframe, produkowane przez firm IBM od 1964 roku uwa ane s
za pierwsze komputery trzeciej generacji, czyli oparte na układach scalonych małej i redniej skali
integracji (symbol 360 oznaczał „system trzeciej generacji na lata sze dziesi te”). Spopularyzowały ide
terminali, współpracuj cych z główn
maszyn
poprzez linie telefoniczne oraz problem
wieloprogramowania i podziału czasu. Mo liwo ci takich komputerów spowodowały konieczno
tworzenia systemów operacyjnych umo liwiaj cych współprac z urz dzeniami wej cia/wyj cia, obsług
pami ci itp. Dla komputerów serii IBM 360 opracowane zostały systemy operacyjne DOS/360 i OS/360
W 1965 minikomputery trzeciej generacji wprowadziła na rynek firma DEC. Powstawały kolejne wersje
PDP. Na PDP7 napisano latem 1969 pierwsz wersj Unix-a. W Polsce przedstawicielami tej generacji s
komputery Odra 1305.
Ad 29. W 1963 roku Ivan Sutherland zaprezentował bardzo ciekawy program, nazwany Sketchpad.
Aplikacja ta pozwalała na rysowanie na ekranie przedmiotów, a nast pnie ich przemieszczanie, kopiowanie
oraz usuwanie. Do manipulacji przedmiotami słu yło pióro wietlne – urz dzenie wskazuj ce, kształtem
przypominaj ce zwykłe pióro, podł czone do jednostki wizualizuj cej. Wskazuj ca ko cówka pióra posiada
wiatłoczuły element, który umieszczony przy ekranie wykrywa wiatło pozwalaj c komputerowi
zlokalizowa poło enie kursora. Sketchpad został uznany za pierwszy w historii graficzny interfejs
u ytkownika.
W 1964 roku Douglas Engelbart konstruuje „wska nik pozycji x-y do systemów ekranowych” i nazywa
to urz dzenie „mysz ”. Pudełko z dwoma kółeczkami wykrywaj cymi ruch r ki w pionie i w poziomie
pozwala wskazywa wybrane miejsce ekrany wygodniej ni znane wcze niej pióro wietlne, bez
konieczno ci odrywania r ki od klawiatury i podnoszenia jej do ekranu. Oficjalna prezentacja myszy
odbywa si w 1968 roku, a od 1984 mysz stanowi standardowe wyposa enie komputerów firmy McIntosh.
W 1963 roku zostaje zatwierdzony (a od nast pnego roku wprowadzony jako standard transferu danych)
kod ASCII, czyli American Standard Code for Information Interchange (Standardowy Ameryka ski
Kod Wymiany Informacji) – standard kodowania znaków w komputerach, przypisuj cy kolejne liczby
naturalne znakom z okre lonego zbioru. W 1968 roku uzgodniony zostaje standard daty YYMMDD, który
na koniec XX wieku doprowadzi do „problemu 2000”.
W 1965 roku pracownik wytwórni układów scalonych Fairchild w Palo Alto Gordon Moore
sformułował hipotez , e ekonomicznie optymalna liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja si co
18-24 miesi ce. Popularniejsza wersja „prawa Moore’a” głosi, e moc obliczeniowa komputerów podwaja
si co 24 miesi ce. Podobnie (z innym okresem) mówi si o stosunku mocy obliczeniowej do kosztu, ilo ci
tranzystorów w stosunku do powierzchni układu, rozmiarach RAM, pojemno ci dysków twardych i
przepustowo ci sieci.
9 grudnia 1968 roku na sympozjum informatyków w San Francisco Douglas Engelbart z Uniwersytetu
Stanforda pokazał rezultaty swoich bada nad usprawnieniem pracy zespołowej przy pomocy komputera. W
trakcie wykładu zaprezentował:
• eksperymentalny edytor tekstu,
• koncepcj hipertekstu,
• prac w sieci, poł czon z telekonferencj .
Koncepcja sieci rozproszonej. W 1966 roku Paul Baran wygłosił dla ameryka skiego stowarzyszenia
marketingu wykład „Marketing roku 2000” opisuj c koncepcj zakupów realizowanych poprzez wielk sie
komputerow .
Zaproponował wojskowej agencji zaawansowanych technologii ARPA koncepcj sieci bez wyra nej
centrali, działaj c na „zasadzie gor cego kartofla”. Wiosn 1968 roku istniał ju teoretyczny opis sieci.
Pierwsze ł cze, mi dzy uniwersytetem Kalifornijskim UCLA a odległym o 600 kilometrów Uniwersytetem
Stanforda było gotowe jesieni . W grudniu doł czyły uniwersytety Santa Barbara i Utah.
•
Ad 30. Dolina Krzemowa to nazwa nadana północnej cz ci ameryka skiego stanu Kalifornia. Od 1885
w Stanford, niedaleko Palo Alto istnieje uczelnia Leland Stanford Junior University. Wokół uniwersytetu
zacz ły powstawa firmy, zakładane przez jego absolwentów.
Po drugiej wojnie wiatowej władze USA zdecydowały si przenie cz
o rodków technologicznych i
badawczych na zachodnie wybrze e, umo liwiaj c jednocze nie zatrudnienie absolwentom Uniwersytetu
Stanforda. Aby przy pieszy rozwój regionu powstała instytucja - Stanford Industrial Park - dzier awi ca
teren i budynki firmom zaawansowanych technologii. W 1954 roku do Stanford Industrial Park doł czyła
(zało ona w gara u Dawida Packarda) firma Hewlett-Packard. W 1956 powstało Shockley Semiconductor
Laboratory Williama Shockleya, współtwórcy tranzystora. W 1957 r., kiedy Shockley zako czył prac nad
tranzystorami krzemowymi, cz
jego współpracowników m. in. Robert Noyce i Gordon Moore stworzyli
firm Fairchild Semiconductor.
Termin „Dolina Krzemowa” został wymy lony przez kalifornijskiego przedsi biorc Ralpha Vaersta a
spopularyzowany przez dziennikarza Dona Hoeflera. Seria artykułów zatytułowana „Silicon Valley, USA”
zacz ła si ukazywa w tygodniku „Electronic News” 11 stycznia 1971 roku. Pierwotnie nazwa kojarzona
była z przedsi biorstwami wytwarzaj cymi półprzewodniki i sprz t komputerowy, pó niej tak e z firmami
tworz cymi oprogramowanie i usługi zwi zane z Internetem.