Część trzecia - do lat sześćdziesiątych

Część trzecia - do lat sześćdziesiątych

Zakres materiału przedmiotu Historia informatyki – część trzecia do lat sześćdziesiątych
21. Zastosowania lamp elektronowych do lat trzydziestych
22. Maszyny lampowe czasów drugiej wojny światowej
23. ENIAC
24. Komputery pracujące 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. Nowości lat sześćdziesiątych
30. Dolina Krzemowa
Ad 21. Pierwszy obwód w pełni elektroniczny, będący zapowiedzią przyszłych kalkulatorów cyfrowych,
opisany został przez Anglików W. H. Ecclesa i F. W Jordana w 1919 r. w artykule „Przekaźnik
przerzutowy stosujący lampy próżniowe z trzema elektrodami”. Było to urządzenie zawierające dwie triody,
którego osobliwość polega na tym, że w danym momencie tylko jedna z nich może przewodzić prąd. Gdy
obwód jest pobudzany, każda z lamp przełącza się 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 szybkości potrzebnych do badań w dziedzinie fizyki jądrowej. Licznik, wyposażony w
konwertor binarno-dziesiętny, zdolny był do automatycznego wydruku wyników. Wersja z 1939 roku
miała także urządzenie programujące.
W 1935 roku Amerykanin L. Hammond zbudował 72-tonowy „Novachord” (organy elektroniczne), w
którym każdy dźwięk obsługiwany był przez dwie lampy elektronowe – jedna służyła do generowania tonu,
a druga modulowała poziom sygnału.
Ad 22. W Bletchley Park (Anglia) od 1940 roku prowadzone były prace związane z odczytywaniem depesz
szyfrowanych przy pomocy maszyn ENIGMA. Polscy specjaliści pod kierunkiem J. Różyckiego, H.
Zygalskiego i M. Rejewskiego od 1935 roku rozwiązywali ten problem stosując klasyczne metody
matematyczne. Ich doświadczenia, połączone z sukcesami wywiadu francuskiego, pozwoliły sporządzić
replikę Enigmy. Pierwsza maszyna deszyfrująca – polska „Bomba” – składała się z sześciu replik
Enigmy, rozmieszczonych wokół wspólnej osi napędowej. W pierwszych miesiącach 1940 r, pod
kierownictwem Alana Turiga powstała „Bomba Turinga” - metalowa szafa 2,5 m wysoka, wypełniona
rotorami, tablicami połączeń i wskaźnikami świetlnymi. Kolejną maszynę umożliwiającą 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. Część elektroniczna składała się z 80 lamp elektronowych. Za pośrednictwem 2
teledrukarek taśmowych przekazywano do kalkulatora 2000 symboli na sekundę. Taśmy zawierały teksty
depesz i informacje o ciągu pozycji alfabetycznych na rotorach Enigmy. Odczyt perforacji taśm odbywał się
przy pomocy fotokomórki. W kolejnych miesiącach zbudowano kilka innych maszyn z serii Robinson.
Następnym krokiem były, zaprojektowane przez T. H. Flowersa, maszyny Coloss. Były
programowane w języku maszynowym i przeprowadzały wyłącznie obliczenia numeryczne. Stosowały
arytmetykę binarną. Podawały wyniki obliczeń za pomocą elektrycznej maszyny do pisania. Coloss I
zbudowany został w grudniu 1943 roku. Składał się z 1500 lamp próżniowych. Kilka innych egzemplarzy
maszyny typu Coloss II zbudowanych zostało między czerwcem 1944 a majem 1945. Miały ok. 2400 lamp
elektronowych i pięć równoległych czytników taśm.
Pierwszy amerykański 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 się z dwóch oddzielnych jednostek - pamięci i arytmometru. Pracowała w
systemie binarnym. Zbudowana była z lamp elektronowych i kondensatorów. Część elektroniczna
zawierała 210 lamp, przeznaczonych do wykonywania działań arytmetycznych oraz 30 lamp do
koordynowania odczytu, bądź perforacji taśm. Najbardziej oryginalną częścią ABC była pamięć w postaci
dwóch bębnów obrotowych, umieszczonych na wspólnej osi u góry maszyny. Każdy z nich miał na
obwodzie 32 rzędy po 50 kondensatorów, co pozwalało zapamiętać 30 liczb z 50 miejscami binarnymi.
Dodatni ładunek kondensatora oznaczał „zero”, ujemny – „jeden”. Ładunek kondensatorów był odnawiany
przy każdym obrocie bębnów. Pierwszy z nich przeznaczony był do przechowywania danych, drugi zaś –
wyników pośrednich. Urządzeniami pomocniczymi były: dziurkarka kart, dziurkująca za pomocą łuku
elektrycznego z szybkością 60 dziurek na sekundę i automatyczny konwertor binarno –dziesiętny.
Ad. 23 ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) opracowany został na zlecenie
Armii USA, która potrzebowała go do wykonywania żmudnych, tabelarycznych obliczeń 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 października 1955 roku.
Składał się z ponad 18 000 lamp elektronowych szesnastu rodzajów, 6000 komutatorów i 1500
przekaźników. miał budowę typowo modułową. Każda z 42 szaf zawierała wymienialne panele,
zawierające różne zestawy elementów elektronicznych. Podstawowe części składowe maszyny to:
akumulator, jednostka inicjująca, główny programator, układ mnożenia/pierwiastkowania, tablice funkcji
oraz bufor i bramka.
Maszyna nie posiadała pamięci operacyjnej - dane mogły być przechowywane tylko w rejestrach
akumulatora. Wykonywany program wynikał z ustawienia przełączników. Podstawowymi elementami
maszyny były akumulatory, które potrafiły "pamiętać" liczby dziesiętne, dodawać je i przekazywać dalej;
każdy z takich akumulatorów zawierał 550 lamp elektronowych. Liczbę, przechowywaną akurat w danym
akumulatorze, można było odczytać z układu zapalonych na czołowej części odpowiedniej szafy neonówek.
Średni czas bezawaryjnej pracy maszyny wynosił około pół godziny.
ENIAC rachował w systemie dziesiętnym, operując liczbami dziesięciocyfrowymi, dodatnimi lub
ujemnymi, z ustalonym położeniem przecinka dziesiętnego. Jego szybkość, zawrotna dla ówczesnych
naukowców, wyrażała się pięcioma tysiącami dodawań takich liczb w ciągu sekundy. W razie potrzeby
maszyna mogła pracować na liczbach "podwójnej precyzji" (dwudziestocyfrowych) o zmiennym miejscu
położenia przecinka dziesiętnego; oczywiście, w takim wypadku działała wolniej, a jej pojemność pamięci
odpowiednio malała. Całość danych i instrukcji potrzebnych maszynie musiała być wprowadzona na
pulpity sterownicze przed rozpoczęciem 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 Badań Zaawansowanych) - niezależnej od władz i samorządu
lokalnego prywatnej placówki naukowej, prowadzącej fundamentalne badania w wielu dziedzinach nauki.
komputer oparty na lampach elektronowych z pamięcią o dostępie swobodnym (5 kilobajtów)
wykorzystującą lampy oscyloskopowe.
Komputer przeznaczony był przede wszystkim do obliczeń związanych z energią reakcji jądrowych.
Prowadzono na nim także badania związane z drganiem strun niejednorodnych, meteorologią i aparatami
komórkowymi.
Manhattan Project (Projekt Manhattan) to program naukowo-badawczy i konstrukcyjny prowadzony
przez Stany Zjednoczone zmierzający do konstrukcji i produkcji bomby atomowej od 1942 roku na
polecenie prezydenta F. D. Roosevelta. Konstrukcję bomby opracowano w Los Alamos National
Laboratory, na potrzeby którego pracował (między innymi) ENIAC. W Los Alamos pracował, wśród wielu
innych wybitnych fizyków i matematyków - Stanisław Ulam (1909-1984). Należał do grupy opracowującej
teorię konstrukcji bomby wodorowej. Stosując swe innowacyjne metody matematyczne dowiódł, że
koncepcja obrana przez kierownika projektu była błędna, a następnie zaproponował własne rozwiązanie.
Stanisław Ulam był twórcą pierwszych metod numerycznych, wśród nich - metody Monte Carlo.
Ad 25 Jednym z głównych problemów ENIAC-a było to, iż nie posiadał on żadnej wewnętrznej
pamięci jako takiej, lecz musiał być fizycznie programowany przy pomocy przełączników, kabli i tarcz
cyfrowych.
W lecie roku 1943 Mauchly i Eckert rozważali pomysł utworzenia komputera wyposażonego w pamięć
programu, w którym wewnętrzna pamięć do odczytu i zapisu używana byłaby zarówno do
przechowywania danych jak i samego programu. Eckert wpadł na pomysł użycia rtęciowych linii
opóźniających jako pamięci 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 –włączył się w prace nad komputerem ENIAC w sierpniu 1944 r. szybko stał się
konsultantem zarówno w projekcie ENIAC jak i w projekcie EDVAC. W czerwcu 1945 opublikował pracę,
w której przedstawił wszystkie podstawowe składniki komputera posiadającego pamięć programu. Taki
system komputerowy powinien:
• mieć skończoną i funkcjonalnie pełną listę rozkazów
• mieć możliwość wprowadzenia programu do systemu komputerowego poprzez urządzenia
zewnętrzne i jego przechowywanie w pamięci w sposób identyczny jak danych
• dane i instrukcje w takim systemie powinny być jednakowo dostępne dla procesora
informacja w takim komputerze jest przetwarzana dzięki sekwencyjnemu odczytywaniu instrukcji z
pamięci komputera i wykonywaniu tych instrukcji w procesorze.
Pierwszym oddanym do użytku komputerem pracującym w architekturze von Neumanna był EDSAC,
czyli Electronic Delay Storage Automatic Calculator (Elektroniczny, Automatyczny Kalkulator z
Pamięcią Opóźnioną), który wykonał swoje pierwsze obliczenia na Uniwersytecie Cambridge w Anglii w
maju 1949 roku. EDSAC zawierał 3000 lamp elektronowych i używał rtęciowych linii opóźniających
jako pamięci. Programy wprowadzano przy pomocy taśmy papierowej, a wyniki wyjściowe przekazywane
były do dalekopisu. Dodatkowo uważa się że EDSAC był pierwszym komputerem, w którym zastosowano
asembler zwany „Initial Orders", pozwalający na symboliczne programowanie zamiast stosowania kodu
maszynowego.
Pierwszy handlowo dostępny komputer UNIVAC I, czyli Universal Automatic Computer,
(Uniwersalny Komputer Automatyczny) został również oparty na projekcie EDVAC. Praca nad UNIVAC I
rozpoczęła się w roku 1948, a pierwsza jednostka została dostarczona w 1951.
Maszyny lampowe budowane w architekturze von Neumanna nazywamy komputerami pierwszej
generacji. Programowane były w języku maszynowym lub asemblerze. Zawierały pamięć wewnętrzną
(opartą np. na rtęciowych liniach opóźniających) oraz pamięć zewnętrzną w postaci tzw. bębnów
magnetycznych. Budowane od połowy lat czterdziestych do późnych lat pięćdziesiątych. Duże i kosztowne,
ze względu na lampy elektronowe wymagały klimatyzacji.
Ad 26. Półprzewodniki to ciała stałe, których opór elektryczny właściwy jest większy niż metali, a
mniejszy niż dielektryków. Cechą charakterystyczną półprzewodników jest silna zależność przewodnictwa
elektrycznego od warunków zewnętrznych. W czasie II wojny światowej odkryto, iż urządzenia zbudowane
na bazie półprzewodników mogą być potencjalnymi wzmacniaczami i przełącznikami i mogą zastąpić
panującą wtedy powszechnie technologię lamp próżniowych. Urządzenia oparte na półprzewodnikach
byłyby dużo mniejsze, lżejsze i wymagały by mniej energii niż analogiczne konstrukcje lampowe.
Firma Bell Telephone Laboratories rozpoczęła badania nad półprzewodnikami w roku 1945, a fizycy
William Shockley, Walter Brattain oraz John Bardeen odnieśli sukces tworząc pierwszy germanowy
tranzystor ostrzowy 23 grudnia 1947 roku. W roku 1950 Shockley wynalazł nowy element
półprzewodnikowy, zwany tranzystorem o złączu bipolarnym, który był bardziej niezawodny, łatwiejszy
i tańszy w produkcji oraz posiadał bardziej stabilne parametry od elementów ostrzowo-złączowych.
W 1954 roku w Bell Telephone Laboratories rozpoczęto budowę komputera TRADIX, wykorzystując
technikę tranzystorów. Dzięki tranzystorom komputery stawały się szybsze, bardziej niezawodne i co
również bardzo ważne - znacznie mniejsze od swoich poprzedników.
Komputery budowane od połowy lat 50-tych oparte na tranzystorach nazywamy komputerami drugiej
generacji. Należą do nich minikomputery firmy Digital Equipment Corporation oraz polski ZAM 41.
Na przełomie lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych firma DEC zaprojektowała maszyny PDP
(Programmed Data Processor) omijając słowo „komputer”, kojarzone z dużymi i kosztownymi
urządzeniami. Na początku lat sześćdziesiątych rozpoczyna się sprzedaż legendarnego, kojarzonego z
początkiem „kultury hackerów” komputera PDP1 – wyposażonego w monitor i klawiaturę. Na ofiarowanym
MIT PDP1 w 1961 student Steve Russel napisał interaktywną grę komputerową Spacewar, dołączaną do
kolejnych komputerów DEC jako program testowy.
Maszyny PDP upowszechniły standard minikomputera – maszyny wykonanej na tranzystorach lub
układach scalonych małej lub średniej skali integracji, charakteryzującej się prostą obsługą, niewielkimi
wymiarami, modułową budową i nie wymagającej klimatyzacji. Minikomputery często były specjalizowane
i służyły np. jako automat obrachunkowy albo analizator widma.
Ad 27 Od początku lat pięćdziesiątych, przede wszystkim w Państwowym Instytucie Matematycznym w
Warszawie powstawały pierwsze komputery w zespole kierowanym przez prof. Leona Łukaszewicza (ur. w
1923 roku).
• w 1950 roku komputer doświadczalny (zerowej generacji) GAM-1
•
w 1955 lampowy komputer analogowy ARR (Analizator Równań Różniczkowych)
•
w 1957 roku programowany mechaniczno-przekaźnikowy 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 początkowo na licencji angielskiej). Komputery Odra
produkowane były do lat siedemdziesiątych, pracowały do początku XXI wieku (np. w fabryce
Hutmen na Dolnym Śląsku do 2003 roku).
•
w 1966 zbudowano pierwszy polski komputer zaprojektowany do przetwarzania danych – ZAM
41.
•
w latach osiemdziesiątych w zakładach ELWRO produkowano, wzorowane na ZX-ach firmy
Sinclair, mikrokomputery Junior, przeznaczone dla szkół.
Ad 28. Układ scalony (ang. integrated circuit, chip, potocznie kość) to zminiaturyzowany układ
elektroniczny zawierający w swym wnętrzu 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 niezależnie od siebie zaprojektowali i zbudowali
działające modele układów scalonych. Kilby zademonstrował swój wynalazek 12 września 1958 (za co
otrzymał Nagrodę Nobla z fizyki w 2000), Noyce zbudował swój pierwszy układ scalony około pół roku
później.
Komputery rodziny IBM 360 - typu mainframe, produkowane przez firmę IBM od 1964 roku uważane są
za pierwsze komputery trzeciej generacji, czyli oparte na układach scalonych małej i średniej skali
integracji (symbol 360 oznaczał „system trzeciej generacji na lata sześćdziesiąte”). Spopularyzowały ideę
terminali, współpracujących z główną maszyną poprzez linie telefoniczne oraz problem
wieloprogramowania i podziału czasu. Możliwości takich komputerów spowodowały konieczność
tworzenia systemów operacyjnych umożliwiających współpracę z urządzeniami wejścia/wyjścia, obsługę
pamięci 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 pierwszą wersję Unix-a. W Polsce przedstawicielami tej generacji są
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 następnie ich przemieszczanie, kopiowanie
oraz usuwanie. Do manipulacji przedmiotami służyło pióro świetlne – urządzenie wskazujące, kształtem
przypominające zwykłe pióro, podłączone do jednostki wizualizującej. Wskazująca końcówka pióra posiada
światłoczuły element, który umieszczony przy ekranie wykrywa światło pozwalając komputerowi
zlokalizować położenie kursora. Sketchpad został uznany za pierwszy w historii graficzny interfejs
użytkownika.
W 1964 roku Douglas Engelbart konstruuje „wskaźnik pozycji x-y do systemów ekranowych” i nazywa
to urządzenie „myszą”. Pudełko z dwoma kółeczkami wykrywającymi ruch ręki w pionie i w poziomie
pozwala wskazywać wybrane miejsce ekrany wygodniej niż znane wcześniej pióro świetlne, bez
konieczności odrywania ręki od klawiatury i podnoszenia jej do ekranu. Oficjalna prezentacja myszy
odbywa się w 1968 roku, a od 1984 mysz stanowi standardowe wyposażenie komputerów firmy McIntosh.
W 1963 roku zostaje zatwierdzony (a od następnego roku wprowadzony jako standard transferu danych)
kod ASCII, czyli American Standard Code for Information Interchange (Standardowy Amerykański
Kod Wymiany Informacji) – standard kodowania znaków w komputerach, przypisujący kolejne liczby
naturalne znakom z określonego 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 hipotezę, że ekonomicznie optymalna liczba tranzystorów w układzie scalonym podwaja się co
18-24 miesiące. Popularniejsza wersja „prawa Moore’a” głosi, że moc obliczeniowa komputerów podwaja
się co 24 miesiące. Podobnie (z innym okresem) mówi się o stosunku mocy obliczeniowej do kosztu, ilości
tranzystorów w stosunku do powierzchni układu, rozmiarach RAM, pojemności dysków twardych i
przepustowości sieci.
9 grudnia 1968 roku na sympozjum informatyków w San Francisco Douglas Engelbart z Uniwersytetu
Stanforda pokazał rezultaty swoich badań nad usprawnieniem pracy zespołowej przy pomocy komputera. W
trakcie wykładu zaprezentował:
• eksperymentalny edytor tekstu,
• koncepcję hipertekstu,
• pracę w sieci, połączoną z telekonferencją.
Koncepcja sieci rozproszonej. W 1966 roku Paul Baran wygłosił dla amerykańskiego stowarzyszenia
marketingu wykład „Marketing roku 2000” opisując koncepcję zakupów realizowanych poprzez wielką sieć
komputerową.
Zaproponował wojskowej agencji zaawansowanych technologii ARPA koncepcję sieci bez wyraźnej
centrali, działającą na „zasadzie gorącego kartofla”. Wiosną 1968 roku istniał już teoretyczny opis sieci.
Pierwsze łącze, między uniwersytetem Kalifornijskim UCLA a odległym o 600 kilometrów Uniwersytetem
Stanforda było gotowe jesienią. W grudniu dołączyły uniwersytety Santa Barbara i Utah.
•
Ad 30. Dolina Krzemowa to nazwa nadana północnej części amerykańskiego stanu Kalifornia. Od 1885
w Stanford, niedaleko Palo Alto istnieje uczelnia Leland Stanford Junior University. Wokół uniwersytetu
zaczęły powstawać firmy, zakładane przez jego absolwentów.
Po drugiej wojnie światowej władze USA zdecydowały się przenieść część ośrodków technologicznych i
badawczych na zachodnie wybrzeże, umożliwiając jednocześnie zatrudnienie absolwentom Uniwersytetu
Stanforda. Aby przyśpieszyć rozwój regionu powstała instytucja - Stanford Industrial Park - dzierżawiąca
teren i budynki firmom zaawansowanych technologii. W 1954 roku do Stanford Industrial Park dołączyła
(założona w garażu Dawida Packarda) firma Hewlett-Packard. W 1956 powstało Shockley Semiconductor
Laboratory Williama Shockleya, współtwórcy tranzystora. W 1957 r., kiedy Shockley zakończył pracę nad
tranzystorami krzemowymi, część jego współpracowników m. in. Robert Noyce i Gordon Moore stworzyli
firmę Fairchild Semiconductor.
Termin „Dolina Krzemowa” został wymyślony przez kalifornijskiego przedsiębiorcę Ralpha Vaersta a
spopularyzowany przez dziennikarza Dona Hoeflera. Seria artykułów zatytułowana „Silicon Valley, USA”
zaczęła się ukazywać w tygodniku „Electronic News” 11 stycznia 1971 roku. Pierwotnie nazwa kojarzona
była z przedsiębiorstwami wytwarzającymi półprzewodniki i sprzęt komputerowy, później także z firmami
tworzącymi oprogramowanie i usługi związane z Internetem.