Historia informatyki
Transkrypt
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.