O informatyce i jej historii Informatyka (1) Informatyka (2) Komunikat i

Informatyka (1)
Informatyka to gałąź wiedzy związana z
procesami:
! projektowania, konstrukcji, oceny,
! wykorzystania i konserwacji
w zakresie:
! przetwarzania danych,
! systemów zapamiętywania i przesyłania
danych
obejmująca:
! sprzęt i oprogramowanie,
! aspekty ludzkie i organizacyjne
! oraz całą sferę wpływów związanych z
działalnością: przemysłowa, komercyjną,
społeczną i polityczną.
O informatyce i jej historii
R. Robert Gajewski
omklnx.il.pw.edu.pl/~rgajewski
www.il.pw.edu.pl/~rg
[email protected]
2•01
Informatyka (2)
Komunikat i informacja
Informatyka to:
cały zespół dyscyplin naukowych i technologii
związanych z systematycznym podejściem,
zwłaszcza komputerowym, do:
danych i informacji widzianych jako nośnik
wiedzy, z uwzględnieniem ich przechowywania w
czasie i rozpowszechniania w przestrzeni.
Informatyka to:
nauka o przetwarzaniu informacji ze
szczególnym uwzględnieniem urządzeń
elektronicznych.
Komunikat to:
odpowiednio zakodowana wiadomość,
zawierająca pewną ilość informacji. [W.M.
Turski]
Informacją nazywamy
wielkość abstrakcyjną, która może być
przechowywana w pewnych obiektach,
przesyłana między pewnymi obiektami,
przetwarzana w pewnych obiektach i stosowana
do sterowania pewnymi obiektami, przy czym
przez obiekty rozumie się organizmy żywe,
urządzenia techniczne oraz systemy takich
obiektów.
3•01
© 2004, R. Robert Gajewski
4•01
Teoria informacji
© 2004, R. Robert Gajewski
Polskie definicje (1)
Informatyka teoretyczna (theoretical
informatics)zajmuje się matematycznymi i
logicznymi podstawami informatyki.
Nauki komputerowe (computer sciences) to
praktyczna i techniczna strona informacji
obejmująca projektowanie sprzętu
komputerowego, oprogramowania
systemowego, języków programowania i baz
danych w realizacji potrzeb szeroko rozumianych
systemów informatycznych.
Teoria informacji to badanie problemów ilości
informacji, sposobów kodowania i przesyłania
informacji.
Informatyka jest dziedziną wiedzy zajmującą się
algorytmami.
informacja
" algorytm " program " komputer "
informacja
5•01
© 2004, R. Robert Gajewski
© 2004, R. Robert Gajewski
6•01
© 2004, R. Robert Gajewski
O systemach...
Polskie definicje (2)
Informatyka stosowana (applied informatics)
obejmuje budowę, wdrażanie, wykorzystanie i
łączenie systemów informatycznych.
Stosowane nauki komputerowe (applied
computer sciences) zajmują się wykorzystaniem
sprzętu komputerowego i oprogramowania
systemowego oraz narzędziowego.
System rzeczywisty jest częścią
rzeczywistości, która ma być kontrolowana przez
system informatyczny.
7•01
© 2004, R. Robert Gajewski
System informatyczny składa się z
następujących elementów.
!
!
!
!
!
Przykładami systemów informatycznych są:
!
!
!
!
© 2004, R. Robert Gajewski
Wieki średnie
W X wieku p.n.e. do obliczania wyników
stosowano układy kamieni. Później nawlekanie
kamieni na pręty doprowadziło do stworzenia
pierwszego liczydła zwanego abakusem. W
wiekach średnich ukształtowało się japońskie
liczydło soroban.
Euklides w IV w. p.n.e. określił metodę
wyznaczania największego wspólnego dzielnika
dwóch liczb - znaną jako tzw. algorytm
Euklidesa.
© 2004, R. Robert Gajewski
Muhammad al-Chorezmi w IX w. opisał
pozycyjny system kodowania dziesiętnego i
sztukę liczenia w tym systemie, uprzednio
Indiach. Stanowiło to początek sztuki
wykonywania obliczeń „pisanych”. Działali
wtedy...
Algorytmiści - zwolennicy obliczeń pisanych,
!
!
kalkulatorzy - wykonujący obliczenia na kamykach,
abacysci - posługujący się liczydłami.
Rajmundus Lullus, misjonarz kaledoński, podjął
w 1275 roku próbę skonstruowania maszyny,
która miała przeprowadzać rozumowanie.
10•01
Wiek XVII
© 2004, R. Robert Gajewski
Wiek XVIII
Wiliam Oughtred stworzył w roku 1622
koncepcję i prototyp, suwaka logarytmicznego,
służącego po dziś dzień do wykonywania wielu
obliczeń.
Gottfried Wilhelm von Leibnitz (1646-1716),
jeden z twórców rachunku różniczkowego,
stosował system dwójkowy - binarny do zapisu
liczb. Był również twórcą maszyny liczącej.
Blaise Pascal (1623-1662) i Wilhelm Schickard
(1592-1635) to również konstruktorzy maszyn
liczących: Pascal dwudziałaniowej, Schickard
czterodziałaniowej. Nie były to jeszcze jednak
urządzenia w pełni automatyczne.
11•01
systemy automatyzacji prowadzenia prac biurowych,
biblioteczne systemy wyszukiwania informacji,
systemy wspomagające zarządzanie i planowanie,
zastosowania inżynierskie, techniczne i naukowe.
8•01
Czasy prehistoryczne
9•01
sprzętu, to jest komputerów i sieci
zestawów gromadzonych i przetwarzanych
ludzi,
działań realizowanych przez tych ludzi,
modeli matematycznych o różnym stopniu złożoności.
© 2004, R. Robert Gajewski
12•01
Charles Babbage (1791-1871) był
najwybitniejszym twórcą mechanicznych maszyn
liczących przed erą elektroniczną. Jego produkt
po ustawieniu początkowych parametrów nie
wymagał żadnych ingerencji użytkownika poza
kręceniem korbą.
Marzeniem Babbage'a było stworzenie maszyny
analitycznej. Tworząc jej projekt naszkicował
wiele pomysłów zrealizowanych dopiero we
współczesnych komputerach, takich jak
rozdzielenie pamięci od arytmometru. Obie
części były sterowane za pomocą kart
perforowanych, wynalezionych przez
Jacquarda i stosowanych do kodowania tkanego
wzoru.
© 2004, R. Robert Gajewski
Nadchodzi wiek XX
Alan Turing
Ada Augusta, hrabina Loevace, córka Byrona,
zafascynowana niezrealizowanym projektem
maszyny analitycznej zajęła się sporządzaniem
opisów jej działania w konkretnych zadaniach,
czyli pisaniem programów.
Alan Turing (1912-1954) w 1936 opisał tok
myślenia prowadzący od obliczeń wykonywanych
ręcznie do obliczeń wykonywanych przez prostą
maszynę.
13•01
© 2004, R. Robert Gajewski
Teza Turinga:
na tak zdefiniowanej maszynie można
zrealizować każdy algorytm.
Obliczenia ręczne
Pokratkowana
dwuwymiarowa kartka
wypełniona skończoną liczbą
symboli działań i cyfr.
Obliczenia zależą od:
• danych na kartce,
• "stanu naszego umysłu".
14•01
John von Neumann
!
!
!
15•01
Program będący zbiorem reguł (poleceń,
przepisów), według których mają się odbywać
obliczenia przechowywany jest w pamięci.
Kolejne rozkazy pobierane są sekwencyjnie
przez jednostkę sterującą,rozpoznawane a
następnie wykonywane.
Program podczas swego działania może zmienić
zawartość dowolnego obszaru pamięci.
pamięć złożona z elementów przyjmujących stany 0 1
arytmometr zdolny wykonywać działania
arytmetyczne i logiczne,
blok odpowiedzialny za sterowanie,
urządzenia wprowadzania danych i wyprowadzania
wyników.
© 2004, R. Robert Gajewski
16•01
Komputer von Neumanna
© 2004, R. Robert Gajewski
© 2004, R. Robert Gajewski
O komputerze...
Celem działania komputera von Neumanna
jest przejście w takt zegara od
początkowego stanu pamięci do stanu
końcowego zawierającego wynik.
Od tego momentu rozpoczyna się historia
urządzenia nazywanego komputer, którego
angielska nazwa computer pochodzi od
czasownika to compute - obliczać.
Polski(?) termin to EMC.
Po rosyjsku było to: ЭВМ – Электроническая
Вычесличесличейная Машина czyli
Elektroniczna Maszyna Cyfrowa
17•01
© 2004, R. Robert Gajewski
Architektura neumannowska
John von Neumann (1912-1957), postać numer
jeden w historii współczesnej informatyki,
zaproponował architekturę komputera
wykorzystywaną do dziś, znaną jako von
neumannowska.
Jej podstawowe elementy to:
!
Obliczenia maszynowe
Zapis na jednowymiarowej
taśmie podzielonej na
komórki (kratki).
Wykonanie instrukcji zależy
od stanu fizycznego
urządzenia, tzw. „głowicy
porusza się ona po taśmie,
rozpoznaje symbole i zmienia
wartości.
Najprostsza definicja komputera to:
Komputer to urządzenie, które przetwarza
dane pod kontrolą programu
DANE "
KOMPUTER
PROGRAM "
18•01
" WYNIKI
© 2004, R. Robert Gajewski
Komputery I generacji - Niemcy
I generacja w USA
Komputery 1 generacji zbudowane na lampach
elektronowych
!
!
!
!
19•01
Równolegle, w czasie II Wojny światowej trwały
prace w USA.
Prowadziły je niezależnie dwa ośrodki:
Współczesną ewolucję maszyn cyfrowych
sterowanych programem zapoczątkował niemiecki
matematyk Konrad Zuse.
W 1932 skonstruował on maszynę o nazwie Z-1,
pierwszą maszynę sterowaną programem, będącą
rozwiązaniem czysto mechanicznym.
Kolejny model Z-2 był na przekaźnikach, lecz z
powodu mechanicznego przenoszenia sygnału działał
zbyt wolno.
Kolejny model Z-3, wykonany na zlecenie
niemieckiego lotnictwa był pierwszą na świecie
funkcjonalną maszyną cyfrowa sterowaną
programem, zbudowaną na 2600 przekaźnikach.
© 2004, R. Robert Gajewski
!
!
Rozstrzygający krok naprzód stanowiło przejście
od zespołów elektromechanicznych do
elektronicznych.
Zastosowanie zamiast przekaźników lamp
elektronowych spowodowało 1000-krotne
zwiększenie prędkości działania.
20•01
Komputery II i III generacji
Komputery 4 generacji - na mikroprocesorach
!
Tranzystor wynaleziony w 1947 został zastosowany w
komputerach dopiero 11 lat później, w 1958 roku. Już
rok później firma Texas Instruments rozpoczęła prace
nad stworzeniem układu scalonego, który miał swoją
światową premierę w1960 roku.
!
W 1976 roku Steve Woźniak i Steve Jobbs założyli
firmę Apple Computers i rozpoczęli produkcję
mikrokomputera Apple I.
Od roku 1977 datuje się fantastyczny, żywiołowy
rozwój mikrokomputerów.
Rewolucja komputerowa ostatnich lat to przede
wszystkim:
Komputery 3 generacji - na układach
scalonych
!
© 2004, R. Robert Gajewski
Komputery IV generacji
Komputery 2 generacji zbudowane są na
tranzystorach
!
Bell Telephone, gdzie wybudowano model V oparty
na 9000 przekaźnikach,
INM gdzie skonstruowano model Mark-I
!
Pierwszy komputer na układach scalonych powstał w
1968 roku a już w roku 1969 firma Intel wykonała
prototyp mikroprocesora, co było zwrotnym
momentem w historii komputerów.
!
miniaturyzacja sprzętu (mikrokomputery), zwiększanie
możliwości obliczeniowych sprzętu (superkomputery),
przetwarzanie równoległe.
21•01
© 2004, R. Robert Gajewski
22•01
© 2004, R. Robert Gajewski
23•01
© 2004, R. Robert Gajewski
24•01
© 2004, R. Robert Gajewski