Выдающиеся отечественные и зарубежные учёные, внёсшие существенный вклад в развитие и становление информатики

Новосибирский государственный технический университет

Реферат по дисциплине концептуальные основы информатики.

ТЕМА: Выдающиеся отечественные и зарубежные учёные, внёсшие существенный вклад в развитие и становление информатики

Группа: АМ-216

Студент: Сараев В.Ю.

Новосибирск 2002

Содержание:

Введение
Блез Паскаль
Шарль Ксавье Томас де Кольмар
Чарльз Бэббидж
Герман Холлерит
Электромеханическая вычислительная машина "Марк 1«
Создание транзистора
М-1
М-2
Дальнейшее развитие информатики
Список используемой литературы

Информатика - наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась в результате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

В развитии вычислительной техники обычно выделяют несколько поколений ЭВМ: на электронных лампах (40-е-начало 50-х годов), дискретных полупроводниковых приборах (середина 50-х-60-е годы), интегральных микросхемах (в середине 60-х годов).

История компьютера тесным образом связана с попытками человека, облегчить автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже древности появилось простейшее счётное устройство-абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчеты.

Блез Паскаль(1623 - 1662) счетное устройство

В 1641 году французский математик Блез Паскаль, когда ему было 18 лет, он изобрёл счетную машину - "бабушку" современных арифмометров. Предварительно он построил 50 моделей. Каждая последующая была совершеннее предыдущей. В 1642 году французский математик Блез Паскаль конструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора, которому приходилось производить немало сложных вычислений. Устройство Паскаля "умело" только складывать и вычитать. Отец и сын вложили в создание своего устройства большие деньги, но против счетного устройства Паскаля выступили клерки, они боялись потерять из-за него работу, а также работодатели, считавшие, что лучше нанять дешевых счетоводов, чем покупать новую машину. Юный конструктор записывает, не зная еще, что мысль его на века обгоняет свое время: "Вычислительная машина выполняет действия, более приближающиеся к мысли, чем всё то, что делают животные". Машина приносит ему популярность. Оценить его формулы и теоремы могут лишь считанные люди, а тут - подумать только! Машина считает сама!! Это мог оценить любой смертный, и вот толпы людей торопятся в Люксембургский сад, чтобы поглазеть на чудо-машину, о ней пишут стихи, ей приписывают фантастические добродетели. Блез Паскаль становится знаменитым человеком.

Два столетия спустя, в 1820 француз Шарль Ксавье Томас де Кольмар (1785...1870) создал Арифмометр, первый массово производимый калькулятор. Он позволял производить умножение, используя принцип Лейбница, и являлся подспорьем пользователю при делении чисел. Это была самая надежная машина в те времена; она не зря занимала место на столах счетоводов Западной Европы. Арифмометр так же поставил мировой рекорд по продолжительности продаж: последняя модель была продана в начале XX века.

Чарльз Бэббидж (1791-1871)

Чарльз Бэббидж проявил свой талант математика и изобретателя весьма широко. Перечисление всех новаций, предложенных ученым, получится довольно длинным, однако в качестве примера можно упомянуть, что именно Бэббиджу принадлежат такие идеи, как установка в поездах «черных ящиков» для регистрации обстоятельств аварии, переход к использованию энергии морских приливов после исчерпания угольных ресурсов страны, а также изучение погодных условий прошлых лет по виду годичных колец на срезе дерева. Помимо серьезных занятий математикой, сопровождавшихся рядом заметных теоретических работ и руководством кафедрой в Кембридже, ученый всю жизнь страстно увлекался разного рода ключами-замками, шифрами и механическими куклами.

Во многом благодаря именно этой страсти, можно сказать, Бэббидж и вошел в историю как конструктор первого полноценного компьютера. Разного рода механические счетные машины были созданы еще в XVII-XVIII веках, но эти устройства были весьма примитивны и ненадежны. А Бэббидж, как один из основателей Королевского астрономического общества, ощущал острую потребность в создании мощного механического вычислителя, способного автоматически выполнять длинные, крайне утомительные, но очень важные астрономические калькуляции. Математические таблицы использовались в самых разнообразных областях, но при навигации в открытом море многочисленные ошибки в таблицах, рассчитанных вручную, бывало, стоили людям жизни. Основных источников ошибок было три: человеческие ошибки в вычислениях; ошибки переписчиков при подготовке таблиц к печати; ошибки наборщиков.

Будучи еще весьма молодым человеком, в начале 1820-х годов Чарльз Бэббидж написал специальную работу, в которой показал, что полная автоматизация процесса создания математических таблиц гарантированно обеспечит точность данных, поскольку исключит все три этапа порождения ошибок. Фактически вся остальная жизнь ученого была связана с воплощением этой заманчивой идеи в жизнь. Первое вычислительное устройство, разработанное Бэббиджем, получило название «разностная машина», поскольку в вычислениях опиралось на хорошо разработанный метод конечных разностей. Благодаря этому методу все сложно реализуемые в механике операции умножения и деления сводились к цепочкам простых сложений известных разностей чисел.

Хотя работоспособный прототип, подтверждающий концепцию, был построен благодаря правительственному финансированию весьма быстро, сооружение полноценной машины оказалось делом весьма непростым, поскольку требовалось огромное количество идентичных деталей, а индустрия в те времена только-только начинала переходить от ремесленного производства к массовому. Так что попутно Бэббиджу пришлось самому изобретать и машины для штамповки деталей. К 1834 году, когда «разностная машина № 1» еще не была достроена, ученый уже задумал принципиально новое устройство - «аналитическую машину», явившуюся, по сути дела, прообразом современных компьютеров. К 1840 году Бэббидж практически полностью завершил разработку «аналитической машины» и тогда же понял, что воплотить ее на практике сразу не удастся из-за технологических проблем. А потому он начал проектировать «разностную машину № 2» - как бы промежуточную ступень между первым вычислителем, ориентированным на выполнение строго определенной задачи, и второй машиной, способной автоматически вычислять практически любые алгебраические функции.

Мощь общего вклада Бэббиджа в информатику заключается, прежде всего, в полноте сформулированных им идей. Ученым была спроектирована система, работа которой программировалась через ввод последовательности перфокарт. Система была способна выполнять разнообразные типы вычислений и настолько гибка, насколько это могли обеспечить инструкции, подаваемые на вход. Иными словами, гибкость «аналитической машины» обеспечивалась благодаря «программному обеспечению». Разработав чрезвычайно развитую конструкцию принтера, Бэббидж стал пионером идеи компьютерного ввода-вывода, поскольку его принтер и пачки перфокарт обеспечивали полностью автоматический ввод и вывод информации при работе вычислительного устройства.

Были сделаны и дальнейшие шаги, предвосхитившие конструкцию современных компьютеров. «Аналитическая машина» Бэббиджа могла хранить промежуточные результаты вычислений (набивая их на перфокарты), чтобы обработать их впоследствии или использовать один и тот же промежуточный массив данных для нескольких разных калькуляций. Наряду с разделением «процессора» и «памяти», в «аналитической машине» были реализованы возможности условных переходов, разветвляющих алгоритм вычислений, и организации циклов для многократного повторения одной и той же подпрограммы. Не имея под рукой реального вычислителя, в своих теоретических рассуждениях Бэббидж продвинулся настолько, что сумел глубоко заинтересовать и привлечь к программированию своей гипотетической машины дочь Джорджа Байрона Августину Аду Кинг, графиню Лавлейс, обладавшую бесспорным математическим дарованием и вошедшую в историю как «первый программист».

К сожалению, Чарльзу Бэббиджу не довелось увидеть воплощения большинства из своих революционных идей. Работу ученого всегда сопровождали несколько очень серьезных проблем. Его крайне живой ум совершенно не был способен удержаться на месте и дождаться завершения очередного этапа. Едва предоставив мастерам, чертежи изготовляемого узла, Бэббидж тут же начинал вносить в него поправки и добавления, непрерывно отыскивая пути для упрощения и улучшения работы устройства. Во многом именно из-за этого практически все начинания Бэббиджа так и не были доведены до конца при его жизни. Другая проблема - весьма конфликтный характер. Вынужденный постоянно выбивать под проект деньги в правительстве, Бэббидж тут же мог выдавать такого рода фразы: «Меня дважды спрашивали [члены парламента]: „А скажите, мистер Бэббидж, если заложить в машину неверные числа, на выходе она все равно выдаст правильный ответ?“ Я не в состоянии постичь, какую же кашу надо иметь в голове, чтобы она порождала подобного рода вопросы»… Понятно, что при такой натуре и склонности к резким суждениям ученый постоянно имел трения не только со сменявшими друг друга правительствами, но и с духовными властями, недолюбливавшими вольнодумца, и с мастерами, изготовлявшими узлы его машин.

Однако вплоть до начала 1990-х годов общепринятое мнение было таково, что идеи Чарльза Бэббиджа слишком опережали технические возможности его времени, а потому спроектированные вычислители в принципе невозможно было построить в ту эпоху. И лишь в 1991 году, к двухсотлетию со дня рождения ученого сотрудники лондонского Музея науки воссоздали по его чертежам 2,6-тонную «разностную машину № 2», а в 2000 году - еще и 3,5-тонный принтер Бэббиджа. Оба устройства, созданные по технологиям середины XIX века, превосходно работают и наглядно демонстрируют, что история компьютеров вполне могла начаться сотней лет раньше.

В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. А дело было так. Родители Германа были выходцами из Германии, в 1848 году они покинули родину, спасаясь от кошмара, который воцарился в стране благодаря стараниям революционных масс. Двенадцать долгих лет ушло у них на строительство дома в Буффало, поиск достойной работы и производство на свет сына. Мальчик получился на славу, а сама дата рождения - 29 февраля 1860 года - сулила ему жизнь, насыщенную незаурядными событиями. О младенческих годах Германа ничего не известно (дело семейное). В школу он ходил с явной неохотой и имел среди учителей репутацию, ребенка одаренного, но дурно воспитанного и ленивого. Не давались ему ни грамматика, ни каллиграфия, не приводили его в восторг ни отечественная история, ни труды основоположников молодого демократического государства. Значительно лучше дела обстояли с естественными и точными науками. Помимо этого, юноша с удовольствием и не без таланта рисовал. Проблемы с учебой объяснялись тем, что Герман страдал довольно распространенным заболеванием - дисграфией и испытывал серьезные трудности при необходимости записывать что-либо от руки. Дисграфия в разное время портила жизнь многим замечательным людям, среди них, известный физик Лев Давидович Ландау, знаменитый голливудский актер Том Круз и многие другие. Возможно, именно этот дефект и спровоцировал интерес Германа к машинам и механизмам, эффективно подменяющим ручной труд.

Меж тем учителям нашего героя не было дела до медицинской стороны вопроса. "Палочки должны быть попендикулярны!" И однажды, после многократного переписывания одной и той же страницы текста по указке настырного песталоцци (в целях вырабатывания изящного и разборчивого почерка), Герман раз и навсегда покинул стены муниципального среднего учебного заведения, аккуратно прикрыв за собой входную дверь. Было ему тогда 14 лет. В течение года единственным учителем Германа был лютеранский священник, не только разучивавший с ним псалмы, но и подготовивший его к поступлению в престижный Нью-йоркский Сити Колледж. За последующие четыре года юноша с отличием закончил означенное выше учебное заведение и поступил на службу в Колумбийский университет, на кафедру математики знаменитого профессора Троубриджа. Вскоре его патрона призвали возглавить Национальное бюро цензов США, занимавшееся, в частности, сбором и статистической обработкой информации при переписи населения Штатов. Троубридж пригласил Холлерита за собой. Новое назначение было весьма привлекательным, поскольку сулило работу по решению грандиозных вычислительных задач, связанных с предстоящей очередной переписью американских граждан в 1880 году. Но работа среди переписчиков не принесла никакой радости Герману Один только вид этих скарабеев, вечно чирикающих перьями, навевал на него неизбывную тоску. Палочки, крючочки, палочки, крючочки: Каждые десять лет, согласно установленному некогда правилу, государственные бумагомараки всех стран начинали очередную перепись сограждан, которая всякий раз затягивалась на многие годы и давала результат весьма далекий от истинного положения вещей. Кроме всего прочего, требования к предоставляемой информации год от года росли. Теперь уже недостаточно было сказать, что в городе Нью-Йорке проживают 100 тысяч жителей. Статистикам было необходимо точно установить, что 85% из них говорят по-английски, 55% - женщины, 35% - католики, 5% - коренные индейцы, а 0,05% - помнят первого президента США.

Тогда-то и родилась идея механизации труда переписчиков с использованием машины, подобной жаккардовому ткацкому станку. Фактически, впервые сама эта мысль была высказана коллегой Холлерита доктором естествознания Джоном Шоу. Увы, идея так и повисла в воздухе, не материализовавшись в железе. Конечно, в ту пору уже всему прогрессивному человечеству была известна удивительная вычислительная машина англичанина Чарльза Бэббиджа, но и она существовала в единственном экземпляре и не находила никакого практического применения. Честолюбивому Герману не давали покоя перспективы, которые открывались бы перед создателем такого рода счетной машины, будь она поставлена на государственную службу. Он искренне полагал, что американцев удастся убедить в перспективности использования счетных аппаратов, тем более что одно практическое применение - перепись сограждан - было налицо. А кроме того, так хотелось заставить подавиться своими промокашками всех этих бездарей, которые вечно шпыняли его тем, что он не мог толком вывести даже свою подпись.

В 1882 году Холлерит устроился преподавателем прикладной механики в Массачусетском Технологическом Университете. На службу он добирался на поезде. И вот однажды, когда изобретатель, утомленный думами о своем механическом детище, мирно дремал, его покой потревожил контролер. Холлерит автоматически протянул ему проездную карту, контролер с меланхолическим видом многократно ее продырявил и вернул владельцу. Владелец еще с минуту озадаченно смотрел на безнадежно испорченный кусочек картона, потом хихикнул и с идиотской ухмылкой на губах доехал до станции назначения. Едва выйдя из вагона, он вприпрыжку домчался до дверей лаборатории и заперся там на несколько дней.

Прервём наше повествование ради чрезвычайно любопытной справки: американские кондукторы в те годы изобрели весьма оригинальный способ борьбы с мошенничеством на железных дорогах и кражей проездных билетов, на которых (в целях экономии средств) не было ни серийных номеров, ни фамилий владельцев. Проверяющий компостером делал дырки в условных местах на билете, помечая таким образом пол, цвет волос и глаз пассажира. В результате получалась своеобразная перфокарта, в какой-то мере позволяющая идентифицировать истинного владельца билета. Но вернёмся к нашему герою...

Вскоре в лаборатории поселился неуклюжий монстр, собранный, в основном, из металлического лома, найденного на роскошных университетских помойках. Кое-какие детали пришлось заказать из Европы. Примечательно, что в первом своем воплощении счетная машина Холлерита использовала перфорированную ленту. Лента скользила по изолированному металлическому столу, сверху она прижималась металлической же полосой с рядом не жестко закрепленных и округло сточенных гвоздей. В случае попадания "гвоздя" в отверстие на ленте фиксировалось замыкание электрического контакта, электрический импульс приводил в движение счетный механизм. Таким примитивным, но весьма эффективным образом осуществлялось считывание информации. Но вскоре Холлерит разочаровался в ленте, поскольку она быстро изнашивалась и рвалась, кроме того, довольно часто из-за высокой скорости движения ленты информация не успевала считываться. Поэтому, в конце концов, под давлением своего родного тестя Джона Биллингса, в качестве носителей информации Холлеритом были избраны перфокарты. Спустя сто лет, компьютерщики вновь сочли идею считывания информации с ленты более перспективной. Но это, как принято говорить, совсем другая история.

Изобретательская деятельность настолько захватила Холлерита, что это не могло не сказаться на качестве его преподавания. Кроме того, он не любил маячить перед студентами и всячески стремился избегать необходимости елозить мелом по доске. Поэтому, когда в 1884 году ему предложили место старшего служащего в Национальном патентном бюро, он не колебался ни минуты. Спустя несколько месяцев Холлерит оформил на свое имя патент на созданный им перфокарточный табулятор. Машина была опробована в статистических бюро Нью-Йорка, Нью-Джерси и Балтимора. Начальство осталось довольным и рекомендовало изобретение Холлерита на конкурс среди систем, рассматриваемых правительством США в качестве базовых для механизации труда переписчиков во время грядущей переписи населения в 1890 году. Машине Холлерита не нашлось равных, и поэтому было спешно организовано создание промышленного образца перфокарточного табулятора в конструкторском бюро Пратта и Уитни (построивших позже знаменитый самолетный двигатель). Производство было доверено Западной Электрической Компании. А уже в июне 1890 началась первая в истории "механизированная" перепись населения. Всего в тот год в США были зарегистрированы 62.622.250 граждан, вся процедура обработки результатов заняла менее трех месяцев, сэкономив 5 бюджетных миллионов (весь госбюджет США того года исчислялся всего лишь десятками миллионов долларов). Для сравнения, перепись населения 1880 года заняла семь лет. Помимо скорости новая система давала возможность сравнения статистических данных по самым различным параметрам. Так, например, впервые были получены реальные оперативные данные по детской смертности в различных штатах.

Начался звездный период в жизни Холлерита. Он получил небывалый по тем временам гонорар в десять тысяч долларов, ему была присвоена ученая степень доктора естествознания, его систему взяли на вооружение (выплатив немалые деньги за право пользования патентом) канадцы, норвежцы, австрийцы, а позже и англичане. Институт Франклина наградил его престижной медалью Эллиота Крессона. Французы вручили ему золотую медаль на Парижской выставке 1893 года. Едва ли не все научные общества Европы и Америки записали его в "почетные члены". Позже историографы мировой науки назовут его "первым в мире статистическим инженером". В 1896 году выдоенные из заслуженной славы средства Герман Холлерит вложил без остатка в создание Tabulating Machine Company (TMC). К этому времени счетные машины были значительно усовершенствованы: автоматизированы процедуры подачи и сортировки перфокарт. В 1900 году госдепартамент вновь утвердил систему TMC в качестве базовой для "юбилейной" переписи населения. Хотя за свой патент Холлерит и запросил неслыханную сумму в 1 миллион долларов. Все эти деньги он предполагал использовать для развития производства.

Но нашлись чиновники, которые обвинили Холлерита в стяжательстве, ставящем под угрозу государственные интересы Америки. Было принято решение строить новую государственную систему переписи населения с использованием технологий TMC, однако в обход патентов Холлерита. В этой истории есть изрядная червоточина, ибо патенты на "новые" машины были зарегистрированы на имя некоего инженера Джеймса Пауерса - одного из сотрудников Национального бюро по переписи населения и бывшего коллегу Холлерита. А сразу после завершения очередной переписи в 1911 году, Пауерс сумел создать собственную Powers Tabulating Machine Company (PTMC) - прямого конкурента TMC. До сих пор специалисты спорят об источниках финансирования этого "старт-апа". Новое предприятие вскоре разорилось, но и TMC не сумела оправиться после потери государственного заказа.

В 1911 году весьма далекий от науки бизнесмен Чарльз Флинт создал Computer Tabulating Recording Company (CTRC), в которую составной частью вошла и изрядно потрепанная компания Холлерита. Бывшего директора TMC перевели на должность технического консультанта. Увы, новая компания тоже не процветала. CTRC поднялась лишь в 1920 году, за год до увольнения Холлерита, благодаря умелым действиям нового директора Томаса Ватсона. В 1924 Ватсон переименовал CTRC в знаменитейшую ныне IBM (International Machines Corporation). Поэтому именно его и принято считать отцом-основателем IBM.

Пятью годами позже управляющий делами IBM подписал бумагу о выделении необходимой суммы на похоронный ритуал прощания с телом коллеги, мистера Германа Холлерита. Кроме того, был подписан документ о прекращении выплаты ежемесячной пенсии и нулевых расходах на оплату материальных претензий со стороны родственников, в виду отсутствия оных. (Палочки, крючочки, палочки, крючочки:) На похоронах присутствовали члены совета директоров компании IBM и еще несколько человек. Суровый молодой человек держал бархатную подушечку с золотыми, серебряными и бронзовыми медалями. Эту подушечку и многочисленные патенты (число более 30) на имя Холлерита сегодня можно увидеть в музее славы IBM.

Кстати ему так и не досталось ни одной акции IBM, хотя именно его табуляционные машины принесли в итоге баснословные дивиденды счастливым акционерам. Дальнейшее развитие науки и техники позволии в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1».Это был монстр весом в 35 тонн.

Электромеханическая вычислительная машина "Марк 1"

«Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

Но электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на

основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC. Её вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду.

Машины на электронных лампах работали существенно быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Бредфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

На снимке — авторы эпохального

изобретения: Шокли (сидит),

Бардин (слева) и Бриттен (справа)

Джон БАРДИН ( 23.V 1908) - американский физик, член Национальной Академии Наук (1954). Родился в Мэдисоне. Окончил Висконсинский (1828) и Принстонский университеты. В 1935 - 1938 работал в Гарвардском университете, в 1938 - 1941 - в Миннесотском, в 1945 - 1951 - в лабораториях Белл - телефон, с 1951 - профессор Иллинойского университета.

Работы посвящены физике твёрдого тела и сверхпроводимости. Вместе с У.Браттейном открыл в 1948 транзисторный эффект и создал кристаллический триод с точечным контактом - первый полупроводниковый транзистор (Нобелевская премия, 1956). Совместно с Дж.Пирсоном исследовал большое количество образцов кремния с различным содержанием фосфора и серы и рассмотрел механизм рассеяния на донорах и акцепторах (1949). В 1950 с У. Шокли ввёл понятие деформационного потенциала. Независимо от Г.Фрёлиха предсказал (1950) притяжение между электронами за счёт обмена виртуальными фотонами и в 1951 провёл вычисления притяжения между электронами, обусловленного обменом виртуальными фононами. В 1957 совместно с Л.Купером и Дж.Шриффером построил микроскопическую теорию сверхпроводимости (теория Бардина - Купера - Шриффера) (Нобелевская премия, 1972). Развил теорию эффекта Мейсснера на основе модели с энергетической щелью, независимо от других обобщил в 1958 теорию электромагнитных свойств сверхпроводников на случай полей произвольной частоты. В 1961 предложил в теории туннелирования метод эффективного гамильтониана (модель туннелирования Бардина), в 1962 вычислил критические поля и токи для тонких плёнок.

В 1968 - 1969 был президентом Американского физического общества. Медаль Ф.Лондона (1962), Национальная медаль за науку (1965) и др.

30 июня 1948 года Ральф Боун, заместитель директора по науке лаборатории «Белл-телефон», сообщил журналистам о новом изобретении: «Мы назвали его транзистор, — он даже запнулся на этом новом слове, —