Zakres materiału przedmiotu Historia informatyki część trzecia - do lat sześćdziesiątych

Transkrypt

1 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 Miały ok lamp elektronowych i pięć równoległych czytników taśm.

2 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 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 ( ) 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 ( ). 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.

3 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 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 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

4 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 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 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

5 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 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 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.