コンピューター技術の発展の歴史。 情報学とコンピュータサイエンス

急速に変化する現代において、コンピューターサイエンスとコンピューティングは単なる生活の標準となっただけでなく、私たちの生活そのものとなっています。 人間の存在の質は、人々が人間をどれだけうまく理解できるかに依存し始めます。 人が名前ベースでコンピュータ機器を扱う方法を知っている場合、彼は時間のリズムの中で生きており、常に成功が彼を待っています。

世界中のほぼすべての言語で「コンピューター サイエンス」という言葉自体が、コンピューティング技術またはコンピューターに関連する科学を意味します。 より具体的には、この用語には次のような定義があります。これは、情報を取得、保存、蓄積、伝達、変換、使用するさまざまな方法を研究することを主な任務とする科学の名前です。

応用コンピュータ サイエンスには、社会でのコンピュータ サイエンスの利用、ソフトウェア、コンピュータ ウイルスとの戦い、情報社会が含まれます。 情報学とコンピューティング技術は、現代生活のいくつかの主要な分野で使用されています。

コンピュータシステムおよび必要なソフトウェアの開発。

情報理論、それに関連するすべてのプロセスを研究します。

人工知能の手法。

システム分析;

機械アニメーションとグラフィックスの手法。

電気通信（グローバルなものを含む）。

人間の活動のほぼすべての側面をカバーするさまざまなアプリケーション。

技術の進歩が私たちの生活に重要な影響を与え、情報を取得、収集、保存するための新たな機会を人類に常に提供していることは疑いの余地がありません。

人は「数量」の概念を発見するとすぐに、計数を最適化し、容易にするツールを選択し始めました。 今日、数学的計算の原理に基づいた超強力なコンピューターは、人類の進歩の最も重要なリソースであり原動力である情報を処理、保存、送信します。 このプロセスの主要な段階を簡単に検討することによって、コンピュータ技術の発展がどのように起こったかを理解するのは難しくありません。

コンピュータ技術の発展の主な段階

最も一般的な分類は、コンピューター技術の発展の主な段階を時系列に基づいて強調することを提案しています。

• 手動ステージ。 それは人類の時代の黎明期に始まり、17世紀半ばまで続きました。 この時期に、数え方の基礎が生まれました。 その後、位置番号体系の形成に伴い、数字による計算を可能にする装置（そろばん、そろばん、後に計算尺）が登場しました。
• メカニカルステージ。 それは 17 世紀半ばに始まり、ほぼ 19 世紀の終わりまで続きました。 この時代の科学の発展レベルにより、基本的な算術演算を実行し、最上位の桁を自動的に記憶する機械装置を作成することが可能になりました。
• 電気機械段階は、コンピューター技術の発展の歴史をまとめたものの中で最も短いものです。 それはわずか60年ほどしか続きませんでした。 これは、1887 年に最初の表作成装置が発明されてから、最初のコンピュータ (ENIAC) が登場する 1946 年までの期間です。 電気駆動装置と電気リレーに基づいて動作する新しい機械により、はるかに高速かつ正確に計算を実行できるようになりましたが、計数プロセスは依然として人間が制御する必要がありました。
• 電子ステージは前世紀後半に始まり、現在も続いています。 これは、真空管をベースにした最初の巨大なユニットから、膨大な数の並列動作プロセッサを備え、多くのコマンドを同時に実行できる超強力な現代のスーパーコンピューターに至るまで、6 世代の電子コンピューターの物語です。

コンピュータ技術の発展段階は、時系列の原則に従ってかなり恣意的に分割されます。 いくつかの種類のコンピュータが使用されていた当時、次のようなコンピュータが出現するための前提条件が積極的に作成されていました。

まさに最初の計数装置

コンピューター技術の発展の歴史で知られている最も初期の数えツールは、人間の手の 10 本の指です。 カウント結果は当初、指、木や石の切り込み、特別な棒、結び目を使用して記録されました。

文字の出現により、さまざまな数字の書き方が現れて発展し、位置記数法が発明されました（インドでは10進法、バビロンでは60進法）。

紀元前 4 世紀頃、古代ギリシャ人はそろばんを使って数え始めました。 当初は、尖ったもので縞模様を施した平らな粘土板でした。 この縞の上に小さな石やその他の小さな物体を一定の順序で置くことによってカウントが行われました。

中国では、西暦4世紀に、7つの尖ったそろばん、スアンパン（スアンパン）が登場しました。 9 本以上のワイヤーまたはロープが長方形の木製フレームに張られていました。 他のワイヤー（ロープ）に対して垂直に張られた別のワイヤー（ロープ）は、スアンパンを2つの不均等な部分に分割しました。 「地球」と呼ばれる大きな区画にはワイヤーにつながれた5つの骨があり、「空」と呼ばれる小さな区画にはそのうちの2つの骨がありました。 各ワイヤは小数点以下の桁に対応します。

伝統的なそろばんは、16 世紀以来中国から日本に伝わって普及しました。 同じ頃、ロシアでもそろばんが登場しました。

17 世紀に、スコットランドの数学者ジョン ネイピアが発見した対数に基づいて、イギリス人のエドモンド ガンターが計算尺を発明しました。 この装置は絶えず改良され、今日まで生き残っています。 数値の乗算や除算、べき乗、対数や三角関数の計算が可能です。

計算尺はコンピュータ技術の発展を手動（機械以前）の段階で完成させた装置となった。

最初の機械式計算装置

1623 年、ドイツの科学者ヴィルヘルム・シッカードは、彼が数え時計と呼んだ最初の機械式「計算機」を作成しました。 この装置の機構は通常の時計に似ており、歯車とスプロケットで構成されています。 しかし、この発明が知られるようになったのは前世紀半ばになってからです。

コンピューティング技術の分野における飛躍的な進歩は、1642 年のパスカリナ加算機の発明でした。 この装置の作成者であるフランスの数学者ブレーズ・パスカルは、まだ 20 歳にもなっていないときにこの装置の開発を始めました。 「パスカリナ」は、相互接続された多数の歯車を備えた箱の形をした機械装置でした。 追加する必要がある数字は、特別なホイールを回転させて機械に入力されました。

1673 年、ザクセン州の数学者で哲学者のゴットフリート フォン ライプニッツは、4 つの基本的な数学演算を実行し、平方根を抽出できる機械を発明しました。 その動作原理は、科学者によって特別に発明された二進数システムに基づいていました。

1818 年、フランス人のシャルル (カール) ザビエル トーマス ド コルマールは、ライプニッツの考えを基礎として、乗算と除算ができる加算器を発明しました。 そして 2 年後、イギリス人のチャールズ バベッジは、小数点以下 20 桁の精度で計算を実行できるマシンの構築を開始しました。 このプロジェクトは未完成のままでしたが、1830 年にその作者は別の、正確な科学的および技術的計算を実行するための分析エンジンを開発しました。 機械はソフトウェアによって制御され、情報の入力と出力には穴の位置が異なる穴あきカードが使用されることになっていました。 バベッジのプロジェクトは、電子計算技術の発展と、その助けを借りて解決できる問題を予見していました。

世界初のプログラマーの名声が女性、エイダ・ラブレス夫人（旧姓バイロン）のものであることは注目に値します。 バベッジのコンピューター用の最初のプログラムを作成したのは彼女でした。 その後、コンピューター言語の 1 つが彼女にちなんで名付けられました。

最初のコンピューター類似物の開発

1887 年、コンピューター技術の発展の歴史は新たな段階に入りました。 アメリカのエンジニア、ハーマン・ホレリス（ホレリス）は、最初の電気機械コンピューターであるタブレーターを設計することに成功しました。 その機構にはリレー、カウンター、特別な仕分けボックスが備わっていました。 このデバイスは、パンチカードに作成された統計記録を読み取り、分類しました。 その後、ホレリスによって設立された会社は、世界的に有名なコンピューター巨人 IBM の屋台骨となりました。

1930 年にアメリカのヴァノバー ブッシュが微分分析装置を開発しました。 電気で駆動され、データの保存には真空管が使用されました。 この機械は、複雑な数学的問題の解決策を迅速に見つけることができました。

6 年後、英国の科学者アラン チューリングは、現代のコンピューターの理論的基礎となる機械の概念を開発しました。 それは現代のコンピュータ技術の主要な特性をすべて備えていました。つまり、内部メモリにプログラムされた操作を段階的に実行できました。

この1年後、米国の科学者ジョージ・スティビッツは、バイナリ加算を実行できる国内初の電気機械装置を発明しました。 彼の演算は、19 世紀半ばにジョージ ブールによって作成されたブール代数、つまり論理演算子 AND、OR、NOT の使用に基づいていました。 後に、バイナリ加算器はデジタル コンピュータの不可欠な部分になります。

1938 年、マサチューセッツ大学の職員であるクロード シャノンは、電気回路を使用してブール代数の問題を解決するコンピューターの論理設計の原理を概説しました。

コンピューター時代の始まり

第二次世界大戦に関与した国の政府は、軍事作戦の遂行におけるコンピューティングの戦略的役割を認識していました。 これが、これらの国での第一世代コンピュータの開発と並行しての出現の推進力となりました。

コンピューター工学の分野の先駆者は、ドイツ人エンジニアのコンラート・ツーゼでした。 1941 年に、彼はプログラムによって制御される最初のコンピューターを作成しました。 Z3と呼ばれるこのマシンは電話リレーを基にして作られており、そのプログラムは穴あきテープにエンコードされていた。 このデバイスは、浮動小数点数で動作するだけでなく、バ​​イナリ システムでも動作することができました。

Zuse のマシンの次期モデルである Z4 は、初めて真に動作するプログラマブル コンピュータとして正式に認められています。 彼はまた、Plankalküll と呼ばれる最初の高水準プログラミング言語の作成者としても歴史に名を残しています。

1942 年、アメリカの研究者ジョン アタナソフ (アタナソフ) とクリフォード ベリーは、真空管で動作するコンピューティング デバイスを作成しました。 このマシンはバイナリ コードも使用し、多くの論理演算を実行できました。

1943 年、イギリス政府の研究所で、秘密厳守の雰囲気の中で、「コロッサス」と呼ばれる最初のコンピューターが製造されました。 電気機械リレーの代わりに、情報の保存と処理に 2,000 本の電子管が使用されました。 これは、ドイツ国防軍で広く使用されていたドイツのエニグマ暗号化マシンによって送信された秘密メッセージのコードを解読して解読することを目的としていました。 この装置の存在は長い間極秘にされていました。 戦争の終結後、その破壊命令にはウィンストン・チャーチルが個人的に署名した。

アーキテクチャ開発

1945 年、ハンガリー系ドイツ系アメリカ人の数学者ジョン (ヤノス・ラヨス) フォン・ノイマンは、現代のコンピューターのアーキテクチャのプロトタイプを作成しました。 彼は、コードの形式でプログラムをマシンのメモリに直接書き込むことを提案しました。これは、コンピュータのメモリにプログラムとデータを一緒に保存することを意味します。

フォン ノイマンのアーキテクチャは、当時米国で作成された最初の汎用電子コンピュータである ENIAC の基礎を形成しました。 この巨人は重さ約30トン、面積170平方メートルに位置していた。 機械の動作には18,000個のランプが使用されました。 このコンピュータは、1 秒間に 300 回の乗算演算または 5,000 回の加算を実行できます。

ヨーロッパ初の汎用プログラマブル コンピューターは、1950 年にソビエト連邦 (ウクライナ) で作成されました。 セルゲイ・アレクセーヴィチ・レベデフ率いるキエフの科学者グループは、小型電子計算機（MESM）を設計した。 その速度は毎秒 50 回で、約 6,000 本の真空管が含まれていました。

1952 年、国内のコンピューター技術は、同じくレベデフの指導の下で開発された大型電子計算機 BESM によって補充されました。 このコンピュータは 1 秒あたり最大 10,000 回の処理を実行でき、当時ヨーロッパで最速でした。 情報はパンチされた紙テープを使用して機械のメモリに入力され、データは写真印刷によって出力されました。

同時期に、ソ連では「ストレラ」という一般名で一連の大型コンピューターが製造されました（開発者はユーリ・ヤコブレヴィチ・バジレフスキー）。 1954年以来、バシル・ラメエフの指導の下、ペンザでユニバーサルコンピューター「ウラル」の連続生産が始まりました。 最新モデルはハードウェア、ソフトウェアの互換性があり、周辺機器の品揃えも豊富で、さまざまな構成のマシンを組み立てることができました。

トランジスタ。 最初のシリアルコンピュータの発売

しかし、ランプはすぐに故障してしまい、機械の操作が非常に困難になりました。 1947 年に発明されたトランジスタは、この問題を解決することに成功しました。 半導体の電気的特性を利用して真空管と同じ役割を果たしますが、占有スペースははるかに小さく、エネルギー消費もそれほど多くありません。 コンピュータのメモリを整理するためのフェライト コアの出現に加え、トランジスタの使用により、マシンのサイズを大幅に縮小し、信頼性と速度をさらに高めることが可能になりました。

1954 年にアメリカのテキサス インスツルメンツ社がトランジスタの量産を開始し、2 年後、トランジスタをベースとした最初の第 2 世代コンピュータである TX-O がマサチューセッツ州に登場しました。

前世紀半ばには、政府機関や大企業のかなりの部分が、科学、財務、工学の計算や大量のデータの処理にコンピューターを使用していました。 徐々に、コンピュータは今日私たちになじみのある機能を獲得していきました。 この時代には、プロッター、プリンター、磁気ディスクやテープなどの記憶媒体が登場しました。

コンピュータ技術の積極的な活用により、その応用範囲は拡大し、新たなソフトウェア技術の創出が求められています。 あるマシンから別のマシンにプログラムを転送し、コードを書くプロセスを簡素化することを可能にする高級プログラミング言語 (Fortran、Cobol など) が登場しました。 これらの言語のコードをマシンが直接認識できるコマンドに変換する特別な翻訳プログラムが登場しました。

集積回路の出現

1958 年から 1960 年にかけて、米国のエンジニア、ロバート ノイスとジャック キルビーのおかげで、世界は集積回路の存在を知りました。 場合によっては数百、数千にも及ぶ小型のトランジスタやその他のコンポーネントが、シリコンまたはゲルマニウムの結晶ベースに取り付けられていました。 このチップのサイズはわずか1センチメートル強で、トランジスタよりもはるかに高速で、消費電力もはるかに低かった。 コンピュータ技術の発展の歴史は、その登場と第 3 世代コンピュータの出現を結び付けています。

1964 年、IBM は集積回路をベースとした SYSTEM 360 ファミリの最初のコンピューターをリリースしました。 この時から、コンピュータの大量生産が数えられるようになります。 このコンピュータは合計 2 万台以上製造されました。

1972 年にソ連は ES (統一シリーズ) コンピューターを開発しました。 これらは、共通のコマンド システムを備えたコンピューター センターを運営するための標準化された複合施設でした。 アメリカのIBM 360システムがベースとされました。

翌年、DEC はこの分野での最初の商業プロジェクトとなる PDP-8 ミニコンピューターをリリースしました。 ミニコンピュータは比較的低コストであるため、小規模な組織でもミニコンピュータを使用できるようになりました。

同じ期間に、ソフトウェアは継続的に改良されました。 オペレーティング システムは、最大数の外部デバイスをサポートすることを目的として開発され、新しいプログラムが登場しました。 1964 年に、彼らは初心者プログラマの訓練のために特別に設計された言語 BASIC を開発しました。 この 5 年後、Pascal が登場し、多くの応用問題を解くのに非常に便利であることが判明しました。

パソコン

1970 年以降、第 4 世代コンピューターの生産が始まりました。 この時期のコンピュータ技術の発展は、コンピュータ製造への大規模集積回路の導入が特徴です。 このようなマシンは 1 秒間に数千回の計算操作を実行できるようになり、RAM 容量は 5 億ビットに増加しました。 マイクロコンピュータのコストが大幅に低下したことにより、マイクロコンピュータを購入する機会が徐々に一般人に与えられるようになりました。

Apple は最初のパーソナル コンピュータ メーカーの 1 つです。 その作成者であるスティーブ・ジョブズとスティーブ・ウォズニアックは、1976 年に最初の PC モデルを設計し、Apple I という名前を付けました。その価格はわずか 500 ドルでした。 1年後、この会社の次のモデルであるApple IIが発表されました。

この時代のコンピュータは、コンパクトなサイズに加え、洗練されたデザインと使いやすいインターフェースを備え、初めて家電製品に似たものとなりました。 1970 年代末のパーソナル コンピュータの普及により、メインフレーム コンピュータの需要は著しく減少しました。 この事実はメーカーである IBM を深刻に懸念させ、1979 年に最初の PC を市場にリリースしました。

2 年後、Intel 製 16 ビット 8088 マイクロプロセッサをベースにした、同社初のオープン アーキテクチャのマイクロコンピュータが登場しました。 このコンピュータにはモノクロ ディスプレイ、5 インチ フロッピー ディスク用ドライブ 2 台、および 64 キロバイトの RAM が装備されていました。 作成会社に代わって、Microsoft はこのマシン用のオペレーティング システムを特別に開発しました。 多数の IBM PC クローンが市場に登場し、パーソナル コンピュータの工業生産の成長を刺激しました。

1984 年、Apple は新しいコンピュータ、Macintosh を開発、発売しました。 そのオペレーティング システムは非常にユーザー フレンドリーでした。コマンドはグラフィック イメージの形式で表示され、マウスを使用して入力できました。 これにより、ユーザーに特別なスキルが必要なくなり、コンピューターがさらに使いやすくなりました。

一部の情報源では、第 5 世代コンピューティング技術のコンピューターの年代は 1992 年から 2013 年であるとされています。 簡単に言うと、その主な概念は次のように定式化されます。これらは、プログラムに埋め込まれた数十の連続コマンドを同時に実行できる並列ベクトル構造を持つ、非常に複雑なマイクロプロセッサに基づいて作成されたコンピュータです。 数百個のプロセッサを並列して動作させるマシンにより、データをより正確かつ迅速に処理し、効率的なネットワークを構築することが可能になります。

現代のコンピューター技術の発展により、すでに第 6 世代コンピューターについて話すことができます。 これらは、数万個のマイクロプロセッサ上で動作する電子および光電子コンピュータであり、大規模な並列処理と神経生物学的システムのアーキテクチャのモデリングを特徴とし、複雑な画像を正常に認識できるようにします。

コンピューター技術の発展のすべての段階を一貫して調査した結果、興味深い事実に注目する必要があります。それぞれの段階で優れた効果を発揮した発明は、今日まで生き残っており、引き続き成功裏に使用されています。

コンピューター サイエンスのクラス

コンピュータを分類するにはさまざまなオプションがあります。

したがって、コンピュータは目的に応じて次のように分類されます。

• 普遍的なもの - 数学、経済、工学、技術、科学、その他のさまざまな問題を解決できるもの。
• 問題指向 - 原則として、特定のプロセス（データの記録、少量の情報の蓄積と処理、単純なアルゴリズムに従った計算の実行）の管理に関連する、より狭い方向の問題を解決します。 これらのコンピュータは、最初のグループのコンピュータよりもソフトウェアとハ​​ードウェアのリソースが限られています。
• 通常、専用のコンピューターは厳密に定義されたタスクを解決します。 これらは高度に専門化された構造を持ち、デバイスと制御の複雑さが比較的低いため、その分野では非常に信頼性が高く、生産性が高くなります。 これらは、たとえば、多数のデバイスを制御するコントローラーまたはアダプターや、プログラム可能なマイクロプロセッサーです。

最新の電子計算機器は、サイズと生産能力に基づいて次のように分類されます。

• 超大型（スーパーコンピューター）まで。
• 大型コンピュータ。
• 小型コンピュータ。
• 超小型（マイコン）。

このように、最初はリソースと価値を考慮に入れるために人間によって発明され、その後、複雑な計算と計算操作を迅速かつ正確に実行するために、デバイスが絶えず開発され、改良されていることがわかりました。

「コンピュータ技術」という用語は、一連の技術システム、つまりコンピュータと、情報処理（コンピューティング）に関連する労働集約的な問題の解決を容易にし、迅速化するために使用される数学的ツール、方法および技術、およびコンピュータの開発と運用に関わる技術分野。

現代のコンピューティング マシン、つまりコンピューター (英語の「計算する、計算する、数える」から) の主な機能要素は電子デバイス上で作られているため、電子コンピューター、または略してコンピューターと呼ばれます。

情報を提示する方法に応じて、コンピューターは 3 つのグループに分類されます。

アナログ コンピューター (AVM)。情報は、何らかの物理量によって表現される連続的に変化する変数の形式で表示されます。

デジタル コンピューター (DCM)。情報は変数 (数値) の離散値の形式で表現され、いくつかの物理量 (数字) の離散値の組み合わせとして表現されます。

情報を表示する両方の方法を使用するハイブリッド コンピューター。

情報を提示するこれらの方法にはそれぞれ、独自の長所と短所があります。 デジタル コンピューターが最も一般的です。その理由は、その結果の精度は、原則として、コンピューターの製造精度に依存しないからです。 このことは、最初のアナログ計算機である計算尺が 17 世紀になって初めて登場し、計算を容易にする最も古代のデジタル手段が人間の手と小石であったという事実も説明しています。 指で数えることのおかげで、5 進数と 10 進数の体系が誕生しました。

その後、数えるための発明として、切り込みのあるタグと結び目のあるロープが発明されました。 コンピューティング専用に設計された最初のデバイスは単純なそろばんであり、そこからコンピューティング技術の開発が始まりました。 そろばんは、私たちの時代よりずっと前から古代エジプトや古代ギリシャですでに知られており、16 世紀から 17 世紀まで存在していましたが、その頃から算盤は書面による計算に置き換えられました。 そろばんは実際の計算を容易にするというよりも、むしろ中間結果を記憶するために役立つことに注意してください。 いくつかの種類のそろばんが知られています。ギリシャ（エジプト）そろばんは、線が描かれ、その結果得られる柱に小石が置かれたタブレットの形をしています。 ローマのそろばん。その上で小石が溝に沿って動くことができた。 中国のスアンパンと小枝に玉を吊るした日本のそろばん。 数え表は、単位、十、百などに対応する水平線と、個々の用語や要素を表す垂直線で構成されます。 トークン (最大 4 つ) がこれらの行に配置されました。 ロシアのそろばん - そろばんは 16 ～ 17 世紀に登場し、現在でも使用されています。 ロシアのそろばんは、他のそろばんのような 5 桁の数値体系ではなく 10 進数を使用するため、そろばんの種類の中でも特別な位置にあります。 そろばんの発明者らの主な利点は、数を表すための位置システムを作成したことです (数値システムを参照)。

コンピュータ技術の発展における次の重要なステップは、追加マシンと追加マシンの作成でした。 このような機械は、異なる発明者によって互いに独立して設計されました。

イタリアの科学者レオナルド・ダ・ヴィンチ (1452-1519) の原稿には、13 ビット加算装置のスケッチがあります。 別の 6 ビット マシンの設計はドイツの科学者 W. シカード (1592-1636) によって開発され、マシン自体はおそらく 1623 年に製造されました。しかしながら、これらの発明は 20 世紀半ばまで知られていませんでした。 したがって、コンピュータ技術の発展には何の影響も与えませんでした。

300 年以上にわたり、最初の加算 (8 ビット) マシンは 1641 年に設計され、1645 年に B. パスカルによって製造されたと信じられていました。パスカルはマシンの「大量生産」も確立しました。 マシンのいくつかのコピーが今日まで生き残っています。 これらの機械は、加算（減算）を繰り返すことにより、加算と減算、および乗算（除算）を実行することを可能にしました。

足し算機の設計者は、数え車の回転角度によって数字を表すというアイデアを最初に実装しました。0 から 9 までの各数字は、それぞれの角度に対応していました。 別のアイデア、つまり十の位を自動的に転送するというアイデアを実装するとき、パスカルは特定の困難に遭遇しました。彼が発明した十の位を転送するメカニズムは、数え車が一方向にのみ回転したときに機能し、回転による減算を許可しませんでした。車輪を反対方向に動かします。 パスカルによって発見された、この状況から抜け出すシンプルかつ独創的な方法は非常に成功し、現代のコンピューターで使用されています。 パスカルは減算を減数の加算によって加算に置き換えました。 10 進法で実行される 8 ビット Pascal マシンの場合、数値の補数は次の数値になります。 したがって、減算演算は加算に置き換えることができます。

結果の数値は必要な差よりも 100,000,000 大きくなりますが、マシンは 8 ビットであるため、8 桁目から 10 桁目を転送すると、9 桁目の単位が単に消えてしまいます。

4 つの算術演算すべてを実行する世界初の加算機の最初のコピーは、約 40 年間にわたる「算術機器」の研究を経て、1673 年に G. W. ライプニッツによって作成されました。

XVII-XIX世紀。 機械式加算機、次に電気駆動式加算機の改良が続けられました。 これらの改良は本質的に純粋に機械的なものであり、エレクトロニクスへの移行とともにその重要性は失われました。

唯一の例外は、英国の科学者 C. Babbage (1791-1871) の機械、つまり差分 (1822 年) と分析 (1830 年、草稿) です。

差分エンジンは多項式の表作成を目的としており、現代の観点から見ると、固定された (厳密な) プログラムを備えた特殊なコンピューターでした。 このマシンには「メモリ」が備わっていました。数値を保存するためのいくつかのレジスタです。 ベル付きの演算回数のカウンター - 指定された数の計算ステップが完了すると、ベルが鳴りました。 印刷装置 - 結果が印刷され、この操作は次のステップの計算と適時に組み合わされました。

バベッジ氏は、ディファレンス エンジンに取り組んでいるときに、さまざまな科学的および技術的な計算を実行するデジタル コンピューターを作成するというアイデアを思いつきました。このコンピューターは自動的に動作し、指定されたプログラムを実行します。 著者が「分析的」と呼んだこのマシンの設計は、主に現代のコンピュータのすべての基本的なデバイスと、その助けを借りて解決できる問題を予測しているため、印象的です。

Babbage の分析エンジンには、次のデバイスが含まれることになっていました。「ウェアハウス」 - デジタル情報を保存するためのデバイス (現在はストレージまたはメモリと呼ばれています)。

「工場」は「倉庫」から取り出した数値を演算する装置です（現在では演算装置です）。

バベッジが名前を付けなかった、機械の一連の動作を制御する装置（現在は制御装置となっている）。

情報の入出力装置。

計算結果を待っています。

バベッジは、入力と出力のための情報媒体として、フランスの織工で機械工の J.M. が使用したような穴あきカード (パンチカード) を使用することを意図していました。 ジャカード (1752-1834) は織機の動作を制御しました。 Babbage は、引数の値を入力するときに、コントロールを使用して関数値のマシン テーブルに入力するために提供されます。

出力情報は印刷でき、パンチカードに穴を開けることもできるため、必要に応じて情報を機械に再入力することができます。

バベッジはまた、計算プロセスをプログラムで制御するというアイデアと、現代の条件付きジャンプ コマンドに類似した対応するコマンドを提案しました。プログラムの 2 つの可能な継続のうち 1 つを選択するという問題は、いくつかの符号に応じてマシンによって決定されました。計算された値。

Babbage は、最新のすべてのコンピューターで利用できる、操作数を表す特別なカウンターも提供しました。

したがって、バベッジの分析エンジンは世界初のプログラム制御されたコンピューターでした。 世界初のプログラムはこのマシン用にコンパイルされ、最初のプログラマーは英国の詩人 J. バイロンの娘であるオーガスタ エイダ ラブレス (1815-1852) でした。 彼女に敬意を表して、現代のプログラミング言語の 1 つが「Ada」と呼ばれています。

現代のコンピューターは構造的にはバベッジの分析エンジンに非常に似ていますが、それ (およびすべての機械的加算マシン) とは異なり、2 進数体系に基づいたまったく異なる計算原理を使用して計算を実行します。

バイナリ原理は電磁リレーを使用して実装されます。電磁リレーは、外部電気信号にさらされると 2 つの可能な状態のいずれかになり、ある状態から別の状態に遷移することができる要素です。

電気機械加算機で電気のエネルギー特性のみが使用される場合、リレーで構築された機械では、電気がコンピューティング プロセスの最も重要かつ直接的な関係者になります。

電気リレーを使用した最初の計数機は、1888 年にドイツ系アメリカ人の G. ホレリス (1860-1929) によって設計され、すでに 1890 年には米国の国勢調査で使用されていました。 この機械はタブレーターと呼ばれ、リレー、カウンター、仕分けボックスが含まれていました。 そのデータは、現代のものとほとんど変わらないパンチカードにパンチの形で適用されました。 パンチカードが穴のある位置で機械を通過すると、電気回路が閉じられ、対応するカウンターに1枚追加され、その後、パンチカードは仕分けボックスの特定の区画に収まりました。

今日では、複雑な生産を管理するためにコンピューターがますます使用されています。

集計機やその他の計数および打ち抜き装置の開発により、30 年代の終わりから 40 年代の初めまでにそれが可能になりました。 私たちの世紀には、主な「計数」要素（現代の用語では要素ベース）が電気機械リレーであった、プログラム制御を備えたこのような汎用コンピュータを構築することができました。

リレー マシンは、電子リレー マシンの出現にも関わらず、かなり長い間使用されてきました。 特に、ソビエトの技術者 N.I. ベッソノフによって設計された RVM-1 マシンは 1965 年まで機能しましたが、信頼性と速度の要件が高まるにつれて、リレー マシンは長い間電子コンピュータと競合できませんでした。

電子コンピュータの最初のプロジェクトは、リレーマシンのプロジェクトよりわずかに遅れて登場しました。なぜなら、電子コンピュータの作成に必要な発明は 20 年代の終わりまでに行われたからです。 私たちの世紀の始まり：1904年に2電極電子管ダイオードが登場しました。 1906年 - 3電極電子管三極管。 1918年 - 電子リレー（チューブトリガー）。

最初の電子コンピュータは、米国のペンシルベニア大学で開発された ENIAC マシン (電子数値積分器およびコンピュータ) であると考えられています。 ENIAC は 1945 年に構築され、自動プログラム制御を備えていましたが、コマンドを保存するための内部記憶装置はありませんでした。

現代のマシンのすべてのコンポーネントを備えた最初のコンピューターは、1949 年にケンブリッジ大学で構築された英国の EDSAC マシンでした。これは、1945 年から 1946 年にかけて策定された「ストアド プログラム」原理を初めて実装したコンピューターでした。 アメリカの数学者 J. ニューマン (1903-1957)。

この原則は次のとおりです。

コマンドと数値は、マシン内の表現形式 (バイナリ コードで記述されたもの) では同じタイプです。

番号はプログラムと同じ記憶装置に配置されます。

プログラム コマンドを数値形式で記述することで、マシンはコマンドに基づいて操作を実行できます。

最初の国産コンピュータは、1947 年から 1951 年にかけて開発された小型電子コンピュータ (MESM) でした。 ソビエトの科学者、学者 S. A. レベデフ (1902-1974) の指導の下で、その名はソビエトのコンピューター技術のさらなる発展に関連付けられています。

MESM は 12 コマンドのみを実行し、公称速度は 1 秒あたり 50 操作でした。 MESM RAM はフリップフロップで作られており、31 個の 17 ビット 2 進数と 64 個の 20 ビット コマンドを保存できます。 さらに、外部記憶装置もありました。

興味深いことに、数値と命令を MESM RAM に個別に保存することは、コンピュータ設計が長年にわたって基づいてきたストアド プログラムのノイマン原理に矛盾します。 最近のコンピュータでは、この原則から逸脱しており、特に、プログラム コマンドがエンコードされている量に対して演算を実行する必要がありません。

ENIAC、EDSAC、MESM から始まり現在に至るまでの電子コンピュータの開発の歴史では、通常、コンピュータのいわゆる 4 世代に対応する 4 つの時期が区別されます。 これらの時代はさまざまな基準に従って区別できるため、特定の車を特定の世代に帰属させることが難しいことがよくあります。 世代ごとの平均的な特徴を表に示します。

家庭用マシンBESM-6（主任設計者 - S.A. Lebedev）の例は、マシンの世代を明確に決定することがいかに難しいかを示しています。 BESM-6 の開発は 1966 年に完了しました。 素子ベース - 半導体トランジスタ。 パフォーマンス - 1 秒あたりの操作数、ランダム アクセス メモリ (RAM) 容量 - ビット。 これらの特徴によれば、彼女は第2世代に属し、残りの特徴によれば、第3世代に属します。 コンピューターは、ミニコンピューター、小型コンピューター、中型コンピューター、大型コンピューター、スーパーコンピューターなどのクラスに分類されることがあります。

電子計算機の各世代の特徴

学士号
• 09.03.01 情報学とコンピュータサイエンス
• 09.03.02 情報システムと技術
• 09.03.03 応用情報学
• 09.03.04 ソフトウェア工学

業界の将来

情報技術 (IT) は、最も急速に成長している産業の 1 つです。 この業界の変化により、経済の事実上すべてのセクターに新しいテクノロジーと慣行が導入されています。 デザイン、輸送、リソース管理、マーケティング、人材管理など、これらすべておよび他の多くの分野が IT の影響で変化しています。

IT 部門ではいくつかの重要なプロセスが進行しています。 まず、通信ソリューションにより世界の接続性が高まり、ネットワークを通過するデータ量が増加し、このデータを処理するソリューションが開発されています。 第二に、デジタル ソリューションはますますモバイル化し、よりユーザーフレンドリーになってきています。 現在、ほぼすべての家族がコンピューターを持ち、1人に1人がスマートフォンを持っているとしたら、10年後には都市住民全員が少なくとも5〜6台のデバイスを身体に装着し、相互接続することになるでしょう。 たとえば、拡張現実メガネ、健康管理用の生体認証ブレスレット、「スマート」ウォレット機能を備えたスマートフォンなどです。第三に、人々の仕事、教育、余暇のための新しい環境、つまりさまざまな人々のための仮想世界が開発されています。拡張現実技術に基づいて作成された目的を含む。

異業種のイノベーションはITとの接点で生まれるため、ブレークスルーには業界を超えた多くの課題が生じます。 しかし、ハードウェア、ソフトウェア、セキュリティ システムの開発と生産は、依然として IT 部門の優先事項です。 非常に有望な方向性は、仮想空間と仮想空間とのインタラクションのためのインターフェイスの設計です。

将来の職業

• 情報システムアーキテクト
• インターフェースデザイナー
• 仮想性のアーキテクト
• 仮想世界デザイナー
• ニューロインターフェースデザイナー
• ネットワーク弁護士
• オンラインコミュニティの主催者
• ITの伝道師
• デジタル言語学者
• ビッグデータモデル開発者

今後数十年間で考えられるブレークスルーポイントは次のとおりです。

• 送信されるデータとそれを処理するためのモデル (ビッグデータ) の量が増加します。
• 平均的なユーザーの影響を受ける可能性のあるソフトウェアの配布。
• ヒューマンマシンインターフェースの開発。
• 人工知能技術。
• 自然言語の意味を扱うセマンティック システム (翻訳、インターネット検索、人間とコンピューターのコミュニケーションなど)。
• 大量のデータの処理を大幅に高速化できる新しい量子コンピュータと光コンピュータ。
• 「思考制御」、さまざまな物体、遠隔地での感覚や経験の伝達を含むニューラルインターフェースの開発。

マイクロプロセッサは、デジタル形式で提供される情報を処理するように設計されたプログラム可能な電気デバイスであり、LSI に実装されています。

マイクロプロセッサ システムは、1 つまたは複数のマイクロプロセッサに基づいて作られた特殊な電気デバイスであり、 - メモリ、 - 入出力要素、 - プロセッサの動作を保証するデバイスが含まれます。

目的に応じて、MP. - 情報とコンピューティング; - 制御と制御デバイスに分けられます。

情報およびコンピューティングデバイス - マイクロコンピューター、パーソナルコンピューター。

制御デバイス – マイクロコントローラー、プログラマブル コントローラー。

マイクロプロセッサとは、マイクロプロセッサとその他のLSIを機能的に組み合わせたもので、マイクロプロセッサシステムを構築することを目的としています。 システムジェネレーター。 システムコントローラー。 システムタイマー。 I/O コントローラー。 割り込みコントローラー。 ダイレクト メモリ アクセス コントローラー。

マイクロプロシージャは、周辺機器と通信するためのメモリ手段を 1 つの支持構造に統合したコンピュータです。

1) シングルチップ マイクロプロセッサ 2) セクション (マルチチップ) マイクロプロセッサ 3) シングルチップ マイクロプロセッサ 4) 複雑なマトリックス プログラマブル論理回路に実装可能

質問 4 情報の概念。 情報伝達の方法

アナログ デジタル

リレーパルス

情報とは、私たちの周りの世界に関する情報です。

信号は情報を伝達する物質物理現象です。

メッセージ - 一連の送信信号

信号: 1) 連続 2) 離散

連続空間を定義領域とする連続 (アナログ) 信号で、情報はデータと呼ばれる保存、処理、送信に便利な形式で表現されます。

数値の形式で表示される情報は、保存および送信できます。 記憶はデジタルメモリに行われます。 通信回線を利用して送信し、ポンプシステムで処理します。 情報測定の最小単位は 1 ビット (0 1) です。情報をあるタイプから別のタイプに変換するプロセスはコーディングと呼ばれます。

通知テキスト番号ビデオオーディオ

質問 5.6 コンピューティング技術で使用される数体系

MP テクノロジーの算術基礎 - バイナリ算術。

2 進数システムは位置指定であり、数値「0」と「1」を表示するために使用されます。

番号システムは、情報番号を処理する目的で記号と記号を記録するための規則のセットです。

位置番号体系 - 桁数 = 体系の基本。

数値内の各桁の重みは、その数値に基数の 1 乗を乗じた値から数値内の各桁の位置を引いた値に等しくなります。

先頭の数字の値は基数より 1 小さい値です。

10 番目の数字はすべて 2 番目の数字に変換できます。

コンピューティングでは、8 進数と 16 進数の表記法が使用されます。 これらは 2 進数の書き込みを簡素化するために使用されます。

8 進法:0 1 2 3 4 5 6 7.16 進数: 0-9、A、B、C、D、E、F.1110 1110 1101 =EDD16(H)111 011 101 101 = 73558(Q)

567=101 110 111 ; 1FA= 1 1111 101010 桁から 8 ～ 16 桁への変換: 8 桁から 16 桁へ:

AB816=101 010 111 000=52708 バイナリ測定システムでの算術演算: +、-、*、/.0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10。

+ 1101110

乗算：

乗算のルール:1*0=00*0=01*1=1乗算演算は加算演算とシフト演算で置き換えることができます。

除算演算除算演算は減算演算とシフト演算で置き換えることができます

8桁と16進法

1F(16) = 111112、00011111(2) ではありません

F1(16) = 111100012 = 011 110 0012 = 361(8)