Термін "інформатика" був введений у Франції в 60-х роках минулого століття і швидко знайшов визнання у всьому світі. Лише у англомовних країнах інколи використовується власний еквівалентний термін "computer| science|".
Що ж це за наука і область людської діяльності?
З перших днів розробки ЕОМ виник термін "кібернетика" для позначення науки про перетворення інформації. Інформація ж настільки загальне і глибоке поняття (одне з фундаментальних філософських понять, що стоять в одному ряду з такими поняттями як матерія, простір, час і т. п.), що його не можна пояснити однією фразою. У це слово вкладається різний сенс в техніці, науці і в життєвих ситуаціях.
У побутовому сенсі під інформацією розуміють будь-які дані, які кого-небудь цікавлять, тобто одне і те ж повідомлення для однієї людини може бути інформативним, а для іншого ні.
Під інформацією в кібернетиці розуміється будь-яка сукупність сигналів, дій або відомостей, які деяка система сприймає від довкілля (вхідна інформація), видає в довкілля (вихідна інформація) або, нарешті, зберігає в собі (внутрішня, внутрісистемна інформація). Тут поняття система трактуючи також дуже широко, тобто це може бути і людина, тварина, автомат, ЕОМ і тому подібне
Інформатика ж виділяє з кібернетики лише ту її частина, яка стосується здобуття, зберігання і переробки інформації за допомогою ЕОМ або комп'ютера. Тобто інформатика ¾ це наука про перетворення інформації, що базується на обчислювальній техніці.
Таким чином, стосовно ЕОМ інформація трактується значно простіше і конкретніше - це довільна послідовність символів, що несе смислове навантаження, тобто кожен новий символ збільшує кількість інформації.
З інформатикою зв'язують одне з таких понять: це або сукупність певних засобів перетворення інформації, або фундаментальна наука, або галузь виробництва, або прикладна дисципліна.
У інформатиці як сукупності засобів перетворення інформації зазвичай виділяють як мінімум дві частини: технічні засоби і програмні засоби.
Технічні засоби або апаратура ЕОМ в англійській мові позначається як "Hardware|" ¾ дослівно тверді вироби.
Програмні засоби або програмне забезпечення (ПЗ) також позначається англійським "Software|" ¾ м'які вироби. Цей термін підкреслює, по-перше, рівнозначність ПЗ самому комп'ютеру по важливості, а по-друге, підкреслює здатність ПЗ змінюватися, модифікуватися, пристосовуватися. Під Software| розуміються всілякі програми як системні, так і прикладні.
Окрім двох традиційних як третя складова інформатика часто розглядають засоби взаємодії апаратного і програмного забезпечення, а також засоби їх взаємодії з користувачем.
Інформатика як фундаментальна наука займається розробкою абстрактних методів, моделей і алгоритмів, а також пов'язаних з ними математичних теорій. Її прерогативою є дослідження процесів перетворення інформації, і на основі цих досліджень розробка відповідних теорій, моделей, методів і алгоритмів, які потім застосовуються на практиці. Для цієї частини інформатики російський академік Дородніцин запропонував назву "Brainware|" від англійського brain| ¾ інтелект.
Інформатика як галузь виробництва практично використовує результати досліджень фундаментальної науки інформатики. Насправді, широко відомі західні фірми по виробництву програмних продуктів, такі як Microsoft|, Lotus|, Borland|, і технічних засобів – IBM|, Apple|, Intel|, Hewlett| Packard| та інші. Окрім виробництва самих технічних і програмних засобів розробляються також і технології перетворення інформації.
Інформатика як прикладна дисципліна займається підготовкою фахівців в області перетворення інформації. Вона вивчає закономірності протікання інформаційних процесів в конкретних областях і методології розробки конкретних інформаційних систем і технологій.
Всі розглянуті аспекти інформатики, її складові частини утворять предмет інформатики і будуть в тій чи іншій мірі розглянуті у даному курсі.
Таким чином, головна функція інформатики полягає в розробці засобів і методів перетворення інформації з використанням комп'ютера, а також у вживанні їх при реалізації технологічного процесу перетворення інформації.
1.2. Короткий огляд історії розвитку обчислювальної техніки (ОТ)
Потреба в автоматизації обчислень з'явилася у людей багато тисяч років назад. Перші обчислювальні "прилади" ¾ це рахункові палички, камінчики і тому подібне Оформлені на спеціальній дощечці такі рахункові камінчики називалися абак (у древньому Римі ¾calculi|).
Перші рахівниці з'явилися більше 1500 років тому. У Росії і на території України рахівниці з'явилися приблизно в XVI столітті – т.з. російські рахівниці, головна особливість яких - вживання десяткової системи числення і горизонтальне| розташування осей з колесами.
У 1492 році в одному зі своїх щоденників Леонардо да Вінчі наводить малюнок тринадцатирозрядного| десяткового пристрою, що підсумовує, на основі зубчастих коліс. Пристрій був реалізований у наш час фірмою IBM| в рекламних цілях і показав свою працездатність.
У 1623 році Вільгельм Шиккард, професор університету Тюбінгена, розробив пристрій на основі зубчастих коліс (“рахуючий годинник”) для складання і віднімання шестирозрядних десяткових чисел. У 1960 році пристрій був успішно відтворений.
Подальший прогрес в автоматизації операції складання пов'язаний з ім'ям француза Блеза Паскаля, який в 1642 р. винайшов пристрій, що механічно виконує складання і віднімання п'ятирозрядних десяткових чисел. “Паськалін” з'явився першим реально здійсненим механічним цифровим пристроєм, що набув поширення.
Перший арифмометр ¾ пристрій, здатний виконати чотири арифметичні дії, ¾ був винайдений в 1673 р. Вільгельмом Лейбніцем, великим німецьким математиком. Прилад оперував дванадцятирозрядними| десятковими числами. Вдосконалені арифмометри застосовувалися для відповідальних арифметичних розрахунків аж до появи перших ЕОМ.
У 1801 році Жозеф Жаккард будує ткацький верстат з програмним управлінням, програма роботи якого задається за допомогою комплекту перфокарт.
Проект створення універсальної цифрової обчислювальної машини з автоматичним управлінням був вперше розроблений в 1836 році англійським математиком Чарльзом Беббіджем. Пізніше він розробив конструкцію своєї машини, названої їм аналітичною.
По суті це був механічний прообраз сучасних ЕОМ. Вона повинна була складатися з двох частин: "заводу" (арифметичного пристрою) і "складу" (пам'яті) для зберігання чисел. Пам'ять була організована у вигляді 1000 колонок по 50 цифрових коліс, т.ч. ємкість її складала 1000 50-розрядних чисел. Управління машиною передбачалося за допомогою перфокарт.
Щупи, що проходили| в отвори в перфокарті, наводили в рух колеса, які могли з'єднуватися з "заводом", звідки результати обчислень вирушали на "склад", а після закінчення обчислень друкувалися на папері.
Проте конструкція машини виявилася дуже складною для того часу: її споруда затягнулася на багато десятиліть. Після смерті вченого в 1871 р. роботу продовжив його син, але машину закінчити так і не удалося. Механічні деталі були неточними і ненадійними, діяли повільно і виявилися непридатними для реалізації геніальної ідеї, що більш ніж на століття випередила свій час.
Лише у тридцяті роки нашого століття з'явилися перші технічні засоби, що дозволили реалізувати ідеї Беббіджа ¾ електромагнітні реле і крокові шукачі.
Німецький інженер Конрад Цузе встановив декілька віх в історії розвитку комп'ютерів: першим в світі використовував при побудові обчислювальної машини двійкову систему числення (1937 р.), створив першу в світі релейну обчислювальну машину з програмним управлінням (1941 р.) і цифрову спеціалізовану керуючу машину (1943 р.). Проте роботи Цузе виявилися невідомими за межами нацистської Німеччини і не зробили вплив на розвиток обчислювальної техніки.
Розвиток ОТ диктувався| в основному військовими потребами (балістики, криптографії), тому величезні інтелектуальні ресурси були кинуті на підвищення продуктивності ЕОМ у всіх розвинених країнах світу.
Перший програмно-керований обчислювач на базі електромагнітних реле, що отримав широку популярність, Мarc-1, був створений вченими і інженерами під керівництвом Говарда Ейкена в США в 1939-43 роках. Це був громіздкий рахунковий комбайн заввишки 2,5 метра і завдовжки 18 метрів, що містив багато тисяч електромагнітних реле, крокових шукачів і перемикачів. Ця машина могла виконувати три складання в секунду, множення займало 6 секунд, обчислення логарифма ¾ близько 1 хвилини.
Першою электронною ОМ| найчастіше називають спеціалізований калькулятор АВС, розроблений в 1939-1942 роках американським професором Джоном Атанасовим для вирішення систем лінійних рівнянь (до 29 рівнянь з 29 змінними). АВС володів пам'яттю на 50 слів завдовжки 50 біт, елементами пам'яті служили конденсатори з ланцюгами регенерації, як вторинна пам'ять використовувалися перфокарти, отвори в яких пропалювалися. У зв'язку з труднощами фінансування проекту в умовах початку другої світової війни він так і не був завершений.
Інший кандидат на роль першої ЕОМ - лампова машина, створена в США в 1946 р. Вона містила 18000 електронних ламп, споживала потужність 100 кВт і займала площу більше 120 кв. метрів. Для введення і виводу використовувалися перфокарти, продуктивність склала приблизно 1000 елементарних операцій в секунду. Назва цією ЕОМ - ENIAC|. Основні ідеї при створенні ЕОМ були запозичені в Дж. Атанасова.
Головним недоліком машини була незручність при завданні програм. При зміні програм доводилося перекомутовувати| величезну кількість дротів, на що вирушали години і навіть дні. Аби спростити процес завдання програм, творці ENIAC| Джон Моучлі і Проспер Еккерт стали розробляти машину, яка могла б зберігати програму в своїй пам'яті, – проект EDVAC|. У 1945 році до роботи був притягнений відомий математик Джон фон Нейман, що підготував доповідь про цю машину, в якій були сформульовані загальні принципи функціонування універсальних комп'ютерів. Оскільки ці принципи зіграли величезну роль в розвитку ЕОМ, розглянемо їх детальніше в наступній лекції.
Контрольні запитання
1. Поясніть відмінність між поняттям «інформація» в повсякденному житті і в кібернетиці.
2. Який складові інформатики Вам відомі ?
3. На які етапи можна підрозділити історію розвитку обчислювальної техніки ?
4. Чому аналітична машина Беббіджа не могла бути реалізована при його житті ?
5. Хто першим застосував двійкову систему числення при реалізації ЕОМ ? Хто першим обгрунтував можливість її вживання у ОТ ?
6. У чому принципова відмінність електронної обчислювальної машини від більш ранніх зразків ОТ ?
7. Назвіть прізвища розробників перших зразків ЕОМ