Прогресс привычно изображается спиралью. Виток за витком от каменного топора до космических кораблей. Нам кажется, что информационные технологии молоды, но они уже успели совершить не один виток в своем развитии.
❯ Начало
Все началось со счета. Мы уже не узнаем, когда человек научился считать предметы. Возникновения счета породило желание считать быстро и запоминать результат. Зарубки на дереве, кости и узелки на веревках были первыми системами хранения информации.
Кость Ишанго. Изготовлена около 10 000 лет назад. Часть ученых считает ее одним из первых инструментов для арифметических расчетов.
В городах Месопотамии находят тысячи «токенов». Так археологи назвали миниатюрные изображения овец, лепешек и кувшинов. Около 8 тысяч лет назад там была придумана первая «контейнеризация»/«инакпсуляция». «Токены» помещали в «буллу», заверяли печатями на глине и отправляли заказчику.
«Токены» и «Булла» с содержимым. Метод не требовал знаний счета или письма. Изображения из Википедии и с сайта Vorderasiatisches Museum Berlin
Позднее «токены» и «буллы» заменили отпечатками на глине и клинописью. В раскопках Месопотамии находят тысячи клинописных табличек из обожжённой глины. Чаще всего на них записаны не шедевры прозы и поэзии, а ведомости движения товаров по складу и результаты инвентаризации.
Каждая цивилизация придумывала свои способы ускорения счета и выполнения простейших арифметических операций.
Реконструкция римского абака и китайский суаньпань (на нем набрано число 6,302,715,408). Изображения из Википедии.
Инки придумали «кипу» – узелковое письмо. В их империи цвет нитей и форма узелков учитывали практически все.
Кипукамайок держит кипу. Юпана – калькулятор инков. Два этих устройства обеспечивали учет и контроль в империи.
Кипукамайоки обучались этому искусству с детства. Испанцы с интересом наблюдали, как человек садился с «мотком шерсти» и начинал подробно рассказывать о вещах, хранящихся на складе. К сожалению, большинство кипукамайоков закончило свою карьеру на кострах инквизиции.
Массовое применение любых технологий обработки и хранения информации стоило дорого во все времена. Такие методы могли позволить себе только очень богатые империи.
❯ Предтечи
Редкое изобретение возникает само по себе, в отрыве от своих предков. И ИТ технологии не исключение. Во времена древней Греции и Рима ученые создавали предков современного цифрового мира. По сохранившимся описаниям и фрагментам мы можем судить о развитии этого направления науки.
У древних авторов не раз встречалось упоминание о механизмах, которые предсказывали положение планет, лунные и солнечные затмения. Их авторство приписывали различным философам, математикам и механикам, но у современных ученых не было веры в эти рассказы.
Все изменилось с находки антикитерского механизма. Реставрация и анализ подтвердили описания древних рукописей. Перед учеными был специализированный астрономический компьютер. Часть шестеренок имела зубцы высотой в миллиметр. Не имея предшественников, построить такую машину было бы весьма затруднительно.
Схема антикитерского механизма, вид оригинала и его возможная модель. Найден в 1900 году около острова Антикитера. Оригинал изготовлен во II веке до нашей эры. Изображения из Википедии
«…Двадцать треножников вдруг он работал,
В утварь поставить к стене своего благолепного дома.
Он под подножием их золотые колеса устроил,
Сами б собою они приближалися к сонму бессмертных,
Сами б собою и в дом возвращалися, взорам на диво»
«Илиада» Гомер
Работы древних механиков касались разных сфер жизни. В греческих театрах рядом с актерами играли автоматы. Они появлялись по ходу пьесы на сцене, разыгрывали представление и исчезали за кулисами. Первые «программисты» использовали валики с отверстиями и шпеньками. Расположение шпеньков и варианты намотки веревок задавали движение фигур и самого автомата.
Пример намотки веревки на вал. Изображения из статьи «Театр Автоматов». Скорость опускания груза регулировалась скоростью истечения песка. Источник сайт https://simposium.ru/
Но не только небесные светила или театр занимали умы ученых. Герон изготовил первый вендинговый автомат для храма. В ответ на опущенную в прорезь монету автомат выдавал порцию воды для омовения. Крушение империи сделало многие знания ненужными. Сложные бронзовые механизмы переплавили, а театры забросили.
❯ Возрождение
Распад Римской империи и темные века замедлили бег спирали прогресса, но не остановили ее.
Прообраз механического сумматора обнаружили в записях Леонардо да Винчи. В его записях «найдется всё» важно знать, что ты ищешь.
Сумматор. Чертеж из рукописи Леонардо да Винчи. Конец XV века. Изображение с сайта https://www.grunge.com/
Вильгельм Шиккард в 1623 году создал «считающие часы». Первый автоматический калькулятор. Он был проще антикитерского механизма, но стал первым шагом нового времени. В 1642 году Блез Паскаль создал свой вариант механического вычислителя.
Реконструкция «Считающих часов» Вильгельма Шиккарда и «Паскалина» Блеза Паскаля (оригинал). Изображения из Википедии
Большой вклад в развитие арифмометров внес математик Готфрид Лейбниц. Он создал свой вариант механизма. Производство таких устройств не было массовым. Каждое делалось под заказ.
Вывод результатов у первых арифмометров был «графический». До создания устройств печати было еще очень далеко.
❯ Первые «принтеры»
В 1704 году Генри Милль запатентовал первую пишущую машинку «Machines for transcribing letters», но сведений о ее создании не сохранилось. Свой вклад в разработку систем печати внесли и создатели автоматонов. В 1753 году Фридрих фон Кнаус изобрел механическую руку. Она писала пером текст, запрограммированный штырьками на барабане. Последняя модель автоматона могла служить печатной машинкой. При извлечении барабана оператор рычажками мог сам задавать рукописный текст.
Более широкую известность получил «Каллиграф» часовщика Пьера Жака Дро. В его автоматоне роль программы выполнял диск с выступами. Настройка на новый текст занимала около двух часов. Печатать в свободном режиме было нельзя.
Слева-направо: Автоматон Кнауса (1760). «Каллиграф» Жака Дро состоящий из 6000 деталей (1772) Часовая фирма Jaquet Droz выпускает такие автоматоны до сих пор. Срок ожидания заказа один год. Изображения из Википедии
❯ Перфокарты
В 1804 году Жозеф Мари Жаккард приблизил наступление компьютерной эры. Изобретенный им жаккардовый ткацкий станок с перфокартами фактически стал первым специализированным технологическим компьютером с двоичным кодом. При наличии отверстия нить вплеталась в полотно, сочетание «единиц» и «нулей» создавало рисунок ткани. При неизменности механической части набор перфокарт позволял легко переходить от одного рисунка к другому.
Жаккардовый станок и перфокарты. Изображения из Википедии
«Как только появится аналитическая машина, она обязательно будет направлять будущий ход развития науки»
Чарльз Бэббидж «Отрывки из жизни философа» 1864
❯ Первая попытка
К началу XIX века «звезды сошлись» для попытки создания первого механического компьютера.
Печатные машинки и арифмометры
В 1802 году Пеллегрино Турри создал первую печатную машинку для своей слепой подруги. Сама машинка не сохранилась, только напечатанные с ее помощью письма Каролины да Фивиццано.
В конце XVIII века Филлип Матеус Ганн на основе работ Блеза Паскаля и Готфрида Лейбница создал свой арифмометр. Его устройства выпускались мелкими сериями и имели коммерческий успех. Для разных потребителей выпускали 2-х, 4-х,11-ти и 14-ти разрядные.
Массовое производство арифмометров наладил французский изобретатель Тома де Кольмар в начале 1820-х годов. К тому времени точность обработки деталей достигла необходимого уровня. Позднее за эту работу он был награжден орденом Почетного Легиона. Вычислительная техника перешла из разряда диковинных дорогих игрушек в дорогой инструмент для вычислений.
11-ти разрядный калькулятор Гана (Hahn) 1870-е и калькулятор Кольмара 1820-е годы. Обе машины использовали ступенчатые валики Лейбница. Материал из Википедии и сайта https://auction-team.de/
Human computer
Особый вклад в появление первого компьютера внес французский ученый Гаспар Прони. Франция в конце XVIII века сменила не только монархию, но и систему мер и весов. Это потребовало пересчета таблиц и справочников. Уточнялись таблицы синусов и логарифмов. На всё это катастрофически не хватало квалифицированных людей. Две вычислительные мастерские Парижа не справлялись с объемом работ.
Гаспару Прони в руки попадает книга Адама Смита, который видел в разделении труда одну из решающих сил развития производства. Идея Смита была творчески воплощена в разделении труда математиков. Работающие над вычислениями люди были разделены на три уровня.
Во главе вычислений были поставлены крупные математики, которые определяли цели, задачи, формулы и алгоритмы числовых вычислений. Они не касались самих вычислений и определяли стратегию работы.
Второй уровень вычислителей разбивал формулы на группы простейших вычислений. ИХ знания математики были уже не такими обширными.
Третий уровень работников был самым многочисленным. Они выполняли сложение или вычитание согласно выданному заданию. Общей задачи они не представляли и просто выполняли арифметические действия. Позднее этот метод назвали «human computer» и применяли до середины XX века.
«Методику Прони применили американцы в 40-х годах для работы над Манхеттенским проектом. Физик Ричард Фейнман описывает как была составлена программа, расписаны операции и девушки при помощи арифмометров складывали и вычитали числа. Производительность импровизированного «компьютера» была не меньше чем у первых ЭВМ. «
Результаты двух Парижских мастерских сравнивались на наличие ошибок. Контроль четности XIX века.
К контролю четности давно прибегали пастухи. Сложно пересчитать без ошибок многочисленное стадо. Выгоняя овец на пастбище, пастухи попарно пропускали их через узкий коридор. Запоминая одна или две овцы было в конце стада. Вечером стадо проверялось по той же методике. Разночтение говорило о пропаже одной овцы, пропажу двух оно не отслеживало.
Разностная машина Чарльза Бэббиджа
Позднее французы издали брошюру, посвященную методике разделения труда при вычислениях. Чарльза Бэбиджа ознакомился с методами Прони и решил заменить третью уровень вычислительной машиной. В 1822 году он создает небольшой действующий образец «Difference engine» или машиной различий. Успешные испытания помогают ему добиться государственного финансирования.
Задача оказалась очень непростой, Бэббидж постоянно менял конструкцию и строительство затягивалось. В 1832 году он знакомится с Адой Байрон, ставшей его помощницей и первой в истории программисткой.
Машина имела десятичную систему счисления. Частично ее удалось запустить и даже сделать расчеты.
В планах Бэббиджа была постройка аналитической машины. Механический компьютер должен был включать в себя арифметическое устройство, регистры памяти и устройство печати. Ввод и вывод данных, программные операции и управление перемещением должны были быть реализованы на перфокартах. В планах было и создание принтера для вывода информации на печать.
По оценке Бэббиджа машина должна была содержать не менее 50 тысяч деталей и приводиться в движение паровым двигателем.
«Разностная машина» Бэббиджа №2 и принтер к ней. Создана в 2002 по его чертежам. Содержит около 8000 деталей. Лондонский музей науки.
В 1852 году умирает Ада Лавлейс. Бэббиджу так и не удается осуществить задуманное. Уровень знаний и технологий не достиг требуемого уровня. Для своего времени это был шедевр технической мысли. Инженерам пришлось приложить немало усилий, чтобы достичь высокой точности обработки деталей. Опыт работы над машиной Бэббиджа помог оружейнику Витворту создать одну из самых совершенных винтовок того времени.
В 1855 году на всемирной выставке шведский изобретатель Георг Шутц демонстрирует первую рабочую дифференциальную машину. Она была основана на работах Бэббиджа и предназначалась для создания логарифмических таблиц.
Машина вычислений Шутца. Изображения из Википедии
Большие машины не стали популярны, на долгие годы арифмометры заняли нишу персональных вычислительных устройств.
❯ Первая большая машина – табулятор Холлерита
Но задачи в масштабах государства требуют больших машины. Обработка переписи населения занимала несколько лет. К следующей переписи данные устаревали и обработка начиналась сначала. Разорвать этот порочный круг помогло изобретение Германа Холлерита. В 1884 году он запатентовал электромеханический табулятор. Данные переписи кодировали на перфокартах и загружали в табулятор. Расположение отверстий отмечало пол, семейное положение и прочие сведения о человеке. Применение табуляторов для переписи 1890 позволило сократить сроки обработки с 8 до 6 лет.
Электромеханический табулятор Холлерита конец XIX века. В верхнем правом углу перфокарта. Изображения из Википедии
Основанная Холлеритом компания стала впоследствии одной из основ IBM, а формат перфокарты стал стандартом почти на сто лет.
❯ Новое время
Писатели и поэты умеют заглядывать за горизонт. В туманных строчках стихов или строчках прозы они рисуют контуры будущего.
«Подобно всем, кто живет в нашу эпоху, я пользовался всеми благами современных машин, но никогда не задумывался над вопросом, как и где они приводятся в движение или каково их устройство. Мне было достаточно, что машины обслуживают нужды мои и моих близких, а чем это достигается, мне было все равно. Мы нажимали определенные кнопки или поворачивали известные рукоятки и получали все, необходимое нам: огонь, тепло, холод, горячую воду, пар, свет и тому подобное. Мы говорили по телефону и слушали в мегафон утреннюю газету или, вечером, какую-нибудь оперу; переговариваясь с друзьями, мы приводили в действие домашний телекинема и радовались, видя лица тех, с кем говорим, или в тот же аппарат любовались иногда балетом»
Валерий Брюсов «Восстание машин» 1908
Мир крутит ручки арифмометров и пробивает карточки табуляторов, но изобретатели идут дальше. Мечты Бэббиджа об аналитической машине становятся все ближе.
«Идея витала в воздухе» – эта фраза хорошо подходит к изобретению компьютера. Сложно сказать кто был первым. В 1936 году Алан Тьюринг предложил модель абстрактной вычислительной машины. Эта работа стала фундаментом дальнейшей разработки компьютеров. В 1940 году Тьюринг участвует в создании специализированных машин для взлома немецких шифров. Для дешифровки сообщений немецкой «Энигмы» был создан проект «the Bomb». Проект «Collosus» взломал код «Лоренц», более сложный вариант «Энигмы. После окончания войны компьютеры были уничтожены. Англичане опасались попадания этой технологии в СССР.
Восстановленный экземпляр «Colosuss» The National Museum of Computing, Bletchley Park. Изображения из Википедии
Исследования и разработки других стран можно считать самостоятельными. В условиях мировой войны державы не делились своими разработками в этой области. Компьютеры решали секретные государственные задачи.
В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе создал Z3. Первый реально действующий программируемы компьютер на основе телефонных реле. Компьютер использовался для расчета крыльев самолетов и параметров баллистических ракет. В 1950 году его фирма впервые в мире продала компьютер.
Реплика Zuse Z3. Deutsches Museum in Munich, Germany. Изображения из Википедии
Американские инженеры Джоном Атанасовым и Клифорд Берри создали в 1942 году ABC (Atanasoff Berry Computer). Специализированный компьютер для решения систем линейных уравнений. В 1940 году с их идеями ознакомился Джон Мочли и творчески их доработал.
В 1942 г. Мочли совместно с Джоном Эккертом предлагают свой проект ENIAC (Electronical Numerical Integrator and Calculator). В 1945 году машина была построена и выполняла баллистические расчеты. В 1946 году проект был рассекречен. Принято считать ENIAC первым компьютером. Машины Mark I, Z3, ABC и Colossus относят к первому поколения компьютеров.
«ENIAC весил 27 тонн, состоял из 18 тысяч электронных ламп, 1500 реле и десятков тысяч прочих радиоэлементов. Производительность была 5000 операций сложения или 385 операций умножения в секунду. Общая стоимость машины составила 750 тысяч долларов. Потребляемая мощность около 200 кВт.»
ENIAC. Изображения из Википедии
В СССР разработка компьютеров связана с академиком Сергеем Александровичем Лебедевым. Во время войны он занимался системами стабилизации танковых орудий. В 1945 году создал одну из первых в стране аналоговую вычислительную машину. В 1950 году под его руководством была создана МЭСМ (Малая Электронно-Счетная Машина), а в 1952 году БЭСМ-1 (Большая Электронно-Счетная Машина). В дальнейшем машины создавались различными коллективами и были несовместимы между собой.
БЭСМ-1. Изображения с сайта https://corp.cnews.ru/
К середине 60-х в СССР было решено сделать стандартизацию в области информатизации. За основу были взяты американские машины IBM System/360 и System/370. Программное обеспечение и «железо» было доработано. Серия ЕС ЭВМ выпускалась с 1971 года до середины 90-х годов.
Мэнфреймы были программно-аппаратными комплексами. Их программное обеспечение было тесно увязано с «железом» машины и было оптимизировано для работы с ним.
Большие машины требовали постоянного ремонта, гермозалов с поддержанием постоянной температуры и влажности и многочисленного обслуживающего персонала.
Ни у кого не может возникнуть необходимость иметь компьютер в своем доме.
Ken Olson. Digital Equipment Corp 1977
❯ Время гигантов
Было понятно, что такие монстры не предназначены для домашнего использования. Персональные компьютеры лишь изредка мелькали на страницах произведений фантастов. Будущее представлялось, как сеть терминалов доступа к огромным вычислительным машинам. Академик Виктор Михайлович Глушков представлял управление СССР в виде Общегосударственной автоматизированной системы управления (ОГАС) на основе Единой государственной сети вычислительных центров (ЕГСВЦ). Но его проект не был принят руководством страны.
Вот что писал классик советской фантастики Иван Ефремов в 1957 году в романе «Туманность Андромеды»:
«Экран засветился, в глубине его обозначились знакомые сочетания высоких панелей с бесчисленными столбцами закодированных обозначений электронных фильмов, заменивших архаические фотокопии книг. Когда человечество перешло на единый алфавит, названный линейным. по отсутствию сложных знаков, фильмование даже старых книг стало еще более простым и доступным автоматическим машинам. Синие, зеленые, красные полосы – знаки центральных фильмотек, где хранились научные исследования, давно уже издававшиеся всего в десятке экземпляров. Стоило набрать условный ряд знаков, и хранилище-фильмотека автоматически передавало полный текст книги-фильма»
Идею мощных центральных серверов с терминалами доступа осуществили французы. В конце 1970-х годов ими был запущен успешный проект Минитель.
Терминалы Minitel — Médium interactif par numérisation d'information téléphonique. Официальное название TELETEL. Изображения из Википедии
Бесплатный терминал с абонентской платой открывал дверь в информационную эру. Система предлагала тысячи разнообразных услуг включая покупку билетов, заказ вещей и продуктов на дом, новости, интернет-банкинг и чаты с другими пользователями. В период расцвета система имела 9 миллионов терминалов и 25 миллионов пользователей на 57 миллионов жителей Франции. Технологию купили полтора десятка стран. Французы мечтали о мировом Минителе с центром в Париже.
Все испортили персональные компьютеры и приход Интернета.
❯ Динозавры и мыши
Пока большие машины увеличивались в размерах и быстродействии, их дальние родственники уменьшались в размерах. На смену тяжелым «Феликсам» (модификация арифмометра Однера) пришли карманные арифмометры Curta. Позднее появились электронные калькуляторы, уменьшившиеся от размеров стола, до настольных и карманных.
Слева-направо. Curta – карманный арифмометр 1948, Casio 14-A 1957 год, калькулятор 901B фирмы Bomwar 1971
Но возможности калькуляторов были невелики и требовался небольшой персональный компьютер, способный в удобном режиме решать необходимые задачи. Для решения задач на больших машинах требовалось записываться на машинное время, не всегда удобное для пользователя. Ученым, инженерам и студентам требовался персональный инструмент.
Одной из первых крупносерийных персоналок стала Xerox Alto 1973 года, но корпорация не стала развивать этот сегмент рынка. Компьютеры были распределены среди инженеров Xerox и исследовательских институтов. В конце 70-х на рынок был выпущен Apple II, а в 1981 году IBM PC.
Слева-направо. Xerox Alto 1973, Apple II 1977, IBM PC 1981
Но объем рынка был невелик. Компьютеры покупали инженеры, ученые, гики, геймеры и люди знающие языки программирования. Широким массам вычислительные возможности компьютера были недоступны. Все изменилось с созданием программ табличного расчета SuperCalc, VisiCalc и Lotus 1-2-3. Они не требовали знания программирования и оказались весьма полезны мелкому и среднему бизнесу. Ради программы стоимостью 100 долларов люди покупали компьютер за 2000 долларов.
Корпорации «Больших машин» недооценили конкурента. И вскоре персональные компьютеры вытеснили мелкие и средние «большие машины». Персоналки не требовали специальных условий эксплуатации и многочисленного персонала. Гиганты остались там, где вычислительная мощность «персоналок была недостаточна». На какое-то время пути развития вычислительной техники стали двумя рукавами одной большой реки.
Шло время и количество вводимой информации перешло в качество. Простые расчеты уже не удовлетворяли потребности. Персональные компьютеры стали объединяться в локальные, а затем и в глобальные сети. Первое время серверы не слишком отличались от обычных ПК, они просто имели больше памяти, мощнее процессор и больший по объему жёсткий диск.
На рынок сетевых операционных систем вышли Novell Netware, Banyan VINES, Microsoft Windows, LANtastic, Solaris. Не все из них дожили до наших дней, естественный отбор вместе с управляемой эволюцией оставил на рынке только часть.
Акулу и дельфина делает похожими среда и образ жизни, подобная конвергенция началась и в компьютерном мире. Увеличение производительности компьютеров, повышение объемов и вариантов обработки информации привело к появлению программно-аппаратных комплексов (ПАК). Эти комплексы включали в себя оборудование, программное обеспечение и системы диагностики, глубоко интегрированные и настроенные на выполнение определённых задач.
Пионером в разработке ПАКов стала компания Oracle. В 2010-х годах, после поглощения Sun Microsystem и ряда других компаний, были разработаны программно-аппаратные комплексы для различных сфер применения.
Это были большие машины нового типа и им снова потребовались машинные залы, гермозоны и микроклимат. Спираль эволюции поднялась на один виток, на новом уровне повторяя достижения прошлого. С широким распространением Интернета в 90-е годы XX века появились Интернет магазины, Интернет банкинг, услуги продажи билетов, электронная почта, социальные сети и видеохостинги.
❯ Возвращение больших машин
С появлением Интернета персональный компьютер в какой-то степени утратил свою «персональность». Сложно представить ПК пользователя без мессенджеров и социальных сетей, без почты и видеохостингов. Большую часть времени персональный ПК служит фактически терминалом, связывающим нас с теми или иными серверами.
Внедрение ПК во все сферы жизни не обошло стороной и государство. В самом начале это напоминало стихийное переселение племен и феодальную раздробленность. Каждый субъект РФ, учреждение или государственная сфера деятельности создавала свои собственные разработки. Со временем государство стало брать все процессы под свой контроль. Стали создаваться единые базы данных и единые АРМы для государственных систем.
Этот процесс ускорился после ухода с нашего рынка многих ведущих мировых игроков «железа» и программного обеспечения. Кибератаки на критическую информационную инфраструктуру частных лиц или недружественных государств могут создавать угрозы национальной безопасности.
Для исключения «закладок» в программном обеспечении в России создан реестр программного обеспечения и сертифицированный конвейер разработки. Создаются ГИСы (государственные информационные системы) на отечественном ПО и сертифицированном «железе».
Для такой масштабной работы необходимы соответствующие вычислительные мощности. Ряд российских фирм разрабатывают программно-аппаратные комплексы, ориентированные на решение конкретных задач. Хранение информации, объектные хранилища, системы обработки потоковых данных.
Для обеспечения информационного суверенитета ПАКи сертифицируются включаются в Реестры российской промышленной продукции, программного обеспечения и в Единый реестр российской радиоэлектронной продукции.
Каким будет будущее информационных технологий доподлинно неизвестно. Уже сейчас становится понятно, что эра свободного Интернета ни имеющего границ и ограничений ушла в прошлое. А информационный суверенитет становится важной частью безопасности любой страны.
Написано специально для Timeweb Cloud и читателей Пикабу. Больше интересных статей и новостей в нашем блоге на Хабре и телеграм-канале.
Хочешь стать автором (или уже состоявшийся автор) и есть, чем интересным поделиться в рамках наших блогов — пиши сюда.
Облачные сервисы Timeweb Cloud — это реферальная ссылка, которая может помочь поддержать авторские проекты.
