6. История развития вычислительной техники и геоинформатики

Всю историю вычислительной техники принято делить на три основных этапа:

• домеханический,

• механический,

• электронно-вычислительный.

ДОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПЕРИОД

Первым инструментом для счета были руки. Все арифметические операции выполнялись при помощи десяти пальцев рук. В Западной Европе существовала целая система позволяющая представлять на пальцах числа до 9999.

Счет на пальцах, конечно, удобен, только с ним достаточно тяжело хранить информацию. С возникновением у древних людей способности счета появилась необходимость в использовании приспособлений, которые смогли бы облегчить эту работу. Сюда можно отнести и кость с зарубками у др.чехов, узелковое письмо у индейцев (камни и ракушки), палочная система счисления у восточных народов, дощатый счет (счеты) у многих народов.

МЕХАНИЧЕСКИЙ ПЕРИОД

Первые идеи механизации вычислительного процесса появились в конце 15 века. Эскиз суммирующего устройства был разработан не безызвестным Леонардо да Винчи. 1642 год, французский физик Блез Паскаль создал первую механическую счетную машину. Она представляла собой шкатулку, на крышке которой, как на часах, были расположены циферблаты. На них устанавливали числа. Для цифр разных разрядов были отведены различные зубчатые колеса. Каждое предыдущее колесо соединялось с последующим с помощью одного зубца. Этот зубец вступал в сцепление с очередным колесом только после того, как были пройдены все девять цифр данного разряда. 1677 год, немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал свою счетную машину, позволяющую не только складывать и вычитать но также умножать многозначные числа. 1830 год, английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство, т.е. компьютер. Бэббидж называл его Аналитической машиной. Именно Бэббидж додумался до того, что компьютер должен содержать память и управляться с помощью программы. Бэббидж хотел построить свой компьютер как механическое устройство, а программой собирался управлять посредством перфокарт – карт из плотной бумаги с информацией наносимой с помощью отверстий (в то время они активно использовались на ткацких станках). С ним повтсречалась Ада Байрон-лавлейс, которая неаписала несколько программ для машины Беббиджа и разработала начала теории программирования.

Первым кому удалось реализовать идеею Чарльза Бэббиджа использования перфокарт для программирования, был Герман Холлерит, разработавший машину ля обработки результатов переписи населения. Впервые использовалась в 1890 году и сократила период обработки результатов с восьми лет до трех. Американский инженер Г. Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство – табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений, имел память на перфокартах – картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определенная система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и были предшественниками вычислительных машин нашего времени, они использовались для учета, статистических разработок, планово-экономических и частично инженерно-технических и других расчетов в различных областях народного хозяйства СССР.

ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП

1941 год, немецкий инженер Конрад Цузе построил небольшой компьютер на основе электромеханического реле. Но из-за войны его работы не были опубликованы.

1943 го, в США на одном из предприятий фирмы IBM Говард Эйкен создал более мощный компьютер под названием «Марк-1», который реально использовался для военных расчетов. В нем использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Программа обработки данных вводилась с перфоленты. Размеры: 15 Х 2,5 м., 750000 деталей. “Марк-1” мог перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

Первая ЭВМ «ЭНИАК» (цифровой интегратор и вычислитель) была создана в США после второй мировой войны в 1946 году. В группу создателей этой ЭВМ входил один из самых выдающихся ученых XX в. Джон фон Нейман.

В 1945 году к этой работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этом компьютеры. Тезисы выдвинутые фон Нейманом сформировали понятие архитектуры компьютера, которая лежит в основе построения компьютеров до настоящего времени. (архитектура компьютера: арифметическое - логическое устройство; устройство управления; запоминающее устройство; внешние устройства для ввода-вывода)

Электромеханический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет - от первого табулятора Г. Холлерита (1887) до первой ЭВМ ENIAC (1945). Предпосылками создания проектов этого типа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование и т.д.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле).

Значение работ Холлерита для развития ВТ определяется двумя факторами. Во-первых он стал основоположником нового направления в ВТ - счетно-перфорационного с соответствующим им оборудованием для широкого круга экономических и научно-технических расчетов. Это направление привело к созданию машино-счетных станций, послуживших прообразом современных вычислительных центров. Во-вторых, даже в наше время использование большого числа разнообразных устройств ввода/вывода информации не отменило полностью использование перфокарточной технологии..

Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать построенную в 1957 году в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 (на ней производился перерасчет цен на товары в связи с денежной реформой 1961 года). Машина была конкурентноспособна с ЭВМ того времени, надежна и ее быстродействие было на уровне первых малых ЭВМ. Однако электронные лампы обладали большим превосходством в быстродействии, что, в конечном итоге, и определило переход от релейной к электронной технологии.

Первой ЭВМ (специализированной в области дешифровки) можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 году при участии А. Тьюринга.

Машина была узкоспециализированной, поэтому первой ЭВМ принято считать машину ENIAC, созданную в США в конце 1945г Эккертом и Моучли по идее Дж. Атанасова. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики (оценка принципиальной возможности создания водородной бомбы), машина оказалась универсальной. Ее параметры: высота 6 м, ширина 4м, длина 30м, вес 30т, 18000 электронных ламп 16 основных типов, потребляемая мощность 140кВт. Большое внимание приходилось уделять системе охлаждения, т.к. лампы выделяли много тепла. Первая ЭВМ проработала до сентября 1955 года, выполнив за 10 лет своего существования операций больше, чем все человечество за весь период существования до 1945 года.

Еще до начала эксплуатации первой машины эти же разработчики (Моучли и Эккерт) получили заказ на вторую машину (EDVAC- Electronic Discrete Automatic Variable Computer). В этой машине была предусмотрена большая память как для хранения программы так, и для данных. Такой подход устранял главный недостаток первой машины - необходимость перекоммутации многих узлов машины. В конце 1944 года к проекту был подключен в качестве научного консультанта Джон фон Нейман.

В результате совместной работы была построена ЭВМ с хранимыми в памяти программами. Но EDVAG (США) не стала первой машиной с архитектурой фон Неймана. На два года раньше (1949) машина этого класса была сделана в Англии EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator)..

Английская машина работала в двоичной системе счисления, ряд операций обеспечивался выполнением специальных подпрограмм, организовано выполнение команд ветвления. EDSAC явился не только первой универсальной ЭВМ с хранимой в памяти программами, но и позволял создавать программы из перемещаемых подпрограмм, объединяя их в одну программу в момент загрузки в память. Такая модель является до сих пор одной из основных в технологии программирования..

Компьютер EDSAC положил начало новому этапу в развитии ВТ - первому поколению универсальных ЭВМ.

История геоинформатики:

1. Пионерский период (поздние 1950е — ранние 1970е гг.)

Исследование принципиальных возможностей, пограничных областей знаний и технологий, наработка эмпирического опыта, первые крупные проекты и теоретические работы. Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) в 50-х годах. Появление цифрователей, плоттеров, графических дисплеев и других периферийных устройств в 60-х. Создание программных алгоритмов и процедур графического отображения информации на дисплеях и с помощью плоттеров. Создание формальных методов пространственного анализа. Создание программных средств управления базами данных.

2. Период государственных инициатив (нач. 1970е — нач. 1980е гг.) Государственная поддержка ГИС стимулировала развитие экспериментальных работ в области ГИС, основанных на использовании баз данных по уличным сетям: Автоматизированные системы навигации. Системы вывоза городских отходов и мусора. Движение транспортных средств в чрезвычайных ситуациях и т. д.

3. Период коммерческого развития (ранние 1980е — настоящее время) Широкий рынок разнообразных программных средств, развитие настольных ГИС, расширение области их применения за счет интеграции с базами непространственных данных, появление сетевых приложений, появление значительного числа непрофессиональных пользователей, системы, поддерживающие индивидуальные наборы данных на отдельных компьютерах, открывают путь системам, поддерживающим корпоративные и распределенные базы геоданных.

4. Пользовательский период (поздние 1980е — настоящее время) Повышенная конкуренция среди коммерческих производителей геоинформационных технологий услуг дает преимущества пользователям ГИС, доступность и «открытость» программных средств позволяет использовать и даже модифицировать программы, появление пользовательских «клубов», телеконференций, территориально разобщенных, но связанных единой тематикой пользовательских групп, возросшая потребность в геоданных, начало формирования мировой геоинформационной инфраструктуры.