Informatyka zarys historii informatyki. dr hab. inż. Mikołaj Morzy

Transkrypt

1 Informatyka zarys historii informatyki dr hab. inż. Mikołaj Morzy

2 kontakt dr hab. inż. Mikołaj Morzy tel skype mikolaj.morzy

3 plan przedmiotu historia informatyki architektura komputerów kodowanie algorytmy systemy operacyjne sieci komputerowe sieć Internet bezpieczeństwo systemów informatycznych podstawy programowania systemy baz danych grafika komputerowa

4 plan wykładu definicja informatyki informatyka jako dziedzina naukowa historia informatyki zadania i zastosowania informatyki kierunki rozwoju współczesnej informatyki

5 co to jest informatyka? informatyka (ang. computer science) to dziedzina nauki i techniki zajmująca się przetwarzaniem informacji, w tym technologiami przetwarzania informacji i technologiami wytwarzania systemów do przetwarzania informacji pl.wikipedia.org Informatyka to systematyczne badanie procesów algorytmicznych, które charakteryzują i przetwarzają informację, teoria, analiza, projektowanie, badanie efektywności, implementacja i zastosowania procesów algorytmicznych Association for Computing Machinery

6 postrzeganie informatyki informatyka może być widziana jako samodzielna dyscyplina naukowa narzędzie wykorzystywane przez inne nauki (np. biologię) gałąź techniki przemysł wytwarzający sprzęt i oprogramowanie termin "informatyka" wprowadził do języka polskiego w roku 1968 prof. Romuald Marczyński na konferencji poświęconej maszynom matematycznym, wzorował się na francuskiej informatique i niemieckiej Informatik.

7 początki liczenia czasy prehistoryczne i przedhistoryczne karby i nacięcia na kościach (30 tys. lat p.n.e.) kalendarz w Stonehenge (2800 r. p.n.e.) quipu, liczby na sznurkach w systemie pozycyjnym układy kamieni abacus, 500 r. p.n.e., Mezopotamia calculus (łac.) kamyk abacus (gr.) tabliczka, deska liczydła sau-pan w Chinach soro-ban w Japonii sczoty w Rosji

8 pierwsze algorytmy Euklides z Aleksandrii algorytm wyznaczania największego wspólnego dzielnika dwóch liczb rok 650 n.e., Hindusi odkrywają numeryczne zero rok 830 n.e., Muḥammad ibn Mūsā al-khwārizmī, "Al dżebr we'l mukabala" rok 1100 n.e., pierwsza zapisana tabliczka mnożenia rok 1274 n.e., Ramon Lull, "Ars magna generalis et ultimata"

9 tabliczki Napiera John Napier ( ) odkrywa logarytmy i popularyzuje kropkę dziesiętną konstruuje kostki logarytmiczne które ułatwiają mnożenie, dzielenie, potęgowanie i pierwiastkowanie tworzy nową dziedzinę rabdologię

10 kalkulatory mechaniczne W. Schickard zegar liczący, wykonuje 4 działania, wykorzystuje pomysł pałeczek Napiera, nie zachowany do naszych czasów B. Pascal Pascalina, maszyna kółkowa realizująca dodawanie i odejmowanie G.W. Leibnitz żywa ława do obliczeń, wykonywała 4 działania

11 maszyna Jacquarda zbudowana w 1805 r. maszyna tkacka sterowana kartami perforowanymi krosno Jacquarda umożliwiało wielobarwne tkanie wzorzyste pierwszy w historii przykład maszyny sterowanej programem

12 pierwszy komputer Charles Babbage ( ) matematyk, inżynier, wynalazca, filozof w XIX wieku stworzył maszynę liczącą tak podobną do współczesnych komputerów, że do dziś znany jest jako "ojciec komputera" rewolucja przemysłowa nowe rynki: finanse, ubezpieczenia, podróże, podboje konieczność wyznaczania dokładnych tablic logarytmicznych zawodne tablice, ponad błędów w 40 tomach zastąpienie komputerów maszyną

13 maszyna różnicowa maszyna napędzana przez silnik parowy, wyliczała tablice logarytmów metodą różnic skończonych i zapisywała wyniki na metalowej płytce projekt nie został ukończony problemy budżetowe kopia na podstawie planów Babbage'a przygotowana w London Science Museum w 1990 roku 4000 elementów, 3m wysokości, 3 tony obliczenia z dokładnością do 31 cyfr

14 maszyna analityczna nowy projekt po rezygnacji z maszyny różnicowej opracowany w latach maszyna realizowała cztery operacje arytmetyczne, posiadała pamięć (magazyn), skład (store), procesor zwany młynem (mill), program zapisywany na karcie perforowanej instrukcje powtarzanie warunkowe rozgałęzianie eksperymentalny model opracowany w 1871 r.

15 technika i poezja Ada Augusta Lovelace ( ) córka Lorda Byrona, od młodości zafascynowana matematyką i techniką w latach współpracowała z Ch.Babbage'em i przygotowała pierwszy program komputerowy: instrukcję wyznaczania liczb Bernoulliego za pomocą maszyny analitycznej referencje na jej cześć nazwano język programowania Ada jej podobizna występuje na hologramach Microsoft

16 maszyna tabulacyjna Herman Hollerith ( ) matematyk i wynalazca, pracował nad amerykańskim spisem powszechnym dane z 1880 roku liczono 8 lat ludność: 3.9 mln (1790), 17.1 mln (1840), 31.4 mln (1860) dzięki maszynie tabulacyjnej 62 mln policzono w 6 tygodni w 1896 r. Hollerith zakłada Tabulating Machine Company, od 1924 r. firma nosi nazwę IBM

17 inne wydarzenia związane z informatyką 1622: William Oughtred tworzy suwak logarytmiczny 1800: Alessandro Volta wynajduje baterię 1837: Samuel Morse buduje telegraf elektromagnetyczny 1845: kabel telegraficzny pod kanałem La Manche 1854: George Bool opracowuje rachunek logiczny 1875: Thomas Edison buduje powielacz woskowy 1903: Nicola Tesla tworzy elektryczne bramki logiczne 1904: John Fleming wynajduje diodę 1925: Vannevar Bush buduje kalkulator analogowy, następuje pierwsze przesłanie obrazów drogą radiową : Konrad Zuse buduje Z1, komputer przekaźnikowy : John Atanasoff i Clifford Berry budują maszynę do rozwiązywania układów równań liniowych (komputer ABC)

18 maszyna Turinga Alan Turing ( ) genialny matematyk, kryptolog, twórca całej współczesnej informatyki maszyny Turinga bomba Turinga test Turinga: czy maszyny myślą? najważniejsza praca "On Computable Numbers"

19 maszyna Turinga uniwersalny komputer nieskończona taśma skończony alfabet głowica czytająco-pisząca olbrzymie znaczenie teoretyczne, każdy współczesny komputer jest swego rodzaju maszyną Turinga dowolny problem jest rozwiązywalny, jeśli da się zdefiniować maszynę Turinga rozwiązującą problem przykład problemu nierozwiązywalnego: problem stopu

20 maszyna von Neumanna John von Neumann ( ) matematyk, chemik, fizyk, informatyk twórca teorii gier, autor w projekcie Manhattan, twórca matematycznych podstaw mechaniki kwantowej, twórca architektury współczesnych komputerów rzeczywista implementacja maszyny Turinga pamięć komputerowa (dane i instrukcje) jednostka kontrolna (pobieranie danych i instrukcji) jednostka arytmetyczno-logiczna (wykonywanie obliczeń) urządzenie wejścia-wyjścia

21 model działania maszyny von Neumanna wymagania system posiada skończoną i funkcjonalnie pełną listę rozkazów program jest wprowadzany do pamięci przez urządzenie I/O program jest przechowywany tak samo jak dane dane i instrukcje są dostępne w taki sam sposób dla procesora przetwarzanie przez sekwencyjne odczytywanie instrukcji z pamięci i wykonywaniu ich w procesorze 1. pobierz instrukcję z pamięci 2. pobierz dane wskazane w instrukcji z pamięci 3. wykonaj rozkaz i zapisz wynik w pamięci 4. wróć do pkt. (1)

22 co wydarzyło się później 1940: powstaje idea telefonii komórkowej 1941: K.Zuse tworzy maszynę z arytmetyką zmiennoprzecinkową 1941: Alonso Church opracowuje rachunek lambda, Andriej Markow tworzy opis algorytmów na łańcuchach 1944: w IBM Howard Aiken tworzy komputer Mark I 1947: odkrycie tranzystora 1947: powstaje ENIAC, później EDSAC i EDVAC 1954: IBM sprzedaje komputer z systemem operacyjnym 1958: Frank Rosenblatt buduje perceptron, Jack Kilby i Robert Noyce tworzą układ scalony 1960: PDP-1, pierwszy minikomputer zbudowany przez Della

23 co wydarzyło się później 1965: pierwszy doktorat z informatyki 1968: powstaje firma Intel, pamięć statyczna RAM 1970: pierwsza dyskietka (8,5"), światłowody 1971: pierwszy mikroprocesor Intel : powstaje Cray Research, pierwsze superkomputery 1974: Intel wypuszcza procesor : pierwsza myszka, pierwszy laptop, pierwszy PC 1986: Hewlett-Packard wprowadza procesor RISC 1990: pierwszy serwer usługi WWW

24 generacja 0 (do 1950) zasadniczym elementem jest przekaźnik elektromagnetyczny praca w systemie dziesiętnym komputer MARK I

25 generacja 1 ( ) komputery oparte na lampach elektronowych 1000-krotne przyspieszenie obliczeń dane wprowadzane z kart perforowanych, taśm lub dalekopisów jeden program w kodzie binarnym brak systemu operacyjnego komputer ENIAC

26 generacja 2 ( ) komputery oparte na tranzystorach pierwsze pamięci zewnętrzne (dyski i taśmy magnetyczne, bębny) wieloprogramowość języki symboliczne (FORTRAN, COBOL) prędkość do operacji na sekundę komputer IBM/360

27 generacja 3 ( ) komputery oparte na układach scalonych typy układów scalonych: SSI, MSI wieloprogramowość i wieloprocesowość sieci komputerowe i urządzenia peryferyjne prędkość do operacji na sekundę komputer PDP-1

28 generacja 4 ( ) komputery oparte na mikroprocesorach 1976: Steve Woźniak i Steve Jobs zakładają Apple Computers i produkują mikrokomputer Apple I 1981: Microsoft Disk Operating System (MS-DOS)

29 generacja 5 (od 1985) miniaturyzacja sprzętu zwiększenie możliwości obliczeniowych przetwarzanie równoległe i rozproszone sztuczna inteligencja generacja 6? biokomputery nanokomputery obliczenia przy pomocy DNA komputery kwantowe

30 czym jest komputer dane komputer wynik program

31 zastosowania: matematyka komputerowa automatyczne dowodzenie twierdzeń 10%-25% błędów znalezionych w tablicach całek kryptografia, poszukiwania największych liczb pierwszych teoria obliczalności obrazy fraktalne

32 zastosowania: biologia i biocybernetyka symulacja działania komórek nerwowych, układu nerwowego, funkcji mózgu medycyna wspierana komputerowo symulacje cykli biochemicznych w farmakologii

33 zastosowania: archeologia rekonstrukcje zabytków wizualizacje stanowisk archeologicznych graficzne bazy danych obiektów rozproszonych po wielu muzeach

34 zastosowania: badania literackie stylometria: badanie stylu literackiego za pomocą metod ilościowych metody klasyfikacji tekstu digitalizacja ogromnych wolumenów tekstu rozstrzyga sporne kwestie literackie

35 zastosowania: inne modelowanie procesów pogodowych kierowanie ruchem lotniczym, drogowym, kolejowym projektowanie, aplikacje typu CAD/CAM sekwencjonowanie genomów symulacja pola walki i sterowanie systemami obrony

36 kierunki rozwoju algorytmika tworzenie nowych algorytmów, obliczalność, optymalizacja bazy danych gigantyczne wolumeny danych, języki zapytań, nowe typy danych grafika komputerowa kartografia, wizualizacja 2D i 3D, rozrywka, diagnostyka medyczna kryptografia ochrona informacji, prywatność, elektroniczny podpis programowanie nowe języki programowania, inżynieria oprogramowania sieci komputerowe architektury, systemy mobilne, usługi sieciowe, aplikacje, Web 2.0 i 3.0 systemy operacyjne architektury, zarządzanie zasobami, systemy sieciowe