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. Камешки в мешочке, зарубки на дереве, кости и узелки на веревках были первыми системами хранения информации.
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/инкапсуляция. «Токены» помещали в полый глиняный шар, или «буллу», заверяли печатями на глине и отправляли заказчику.
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.
Инки придумали «кипу» — узелковое письмо. В их империи цвет нитей и форма узелков учитывали практически все.
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. Испанцы не могли поверить, что без происков дьявола человек мог столько знать.
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. Информационные 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.
Римские дороги были важнейшей частью империи. Для автоматического измерения расстояний инженеры того времени изобрели одометр. Механизм отмерял каждую римскую милю падением шарика в коробку. Ни одного механизма не сохранилось, но имеются многочисленные реконструкции на основе описаний римского ученого Витрувия.
Римская миля (лат. mille passus) – это тысяча двойных шагов римских солдат с полным вооружением, составляла 1482 метра.
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.
…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.
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.
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.
Большой вклад в развитие арифмометров внес математик Готфрид Лейбниц. Он создал свой вариант механизма. Производство таких устройств не было массовым. Каждое делалось на заказ.
Вывод результатов у первых арифмометров был «графический». До создания устройств печати было еще очень далеко.
Первые «принтеры»
В 1714 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 представил изобретенную им механическую руку французскому королю. 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 Жаке-Дро. В его автоматоне роль программы выполнял диск с выступами. Настройка на новый текст занимала около двух часов. Печатать в свободном режиме было нельзя.
Перфокарты
В 1804 году Жозеф Мари Жаккар 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.
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 1801 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 Филипп Маттеус Ган 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-разрядные.
Массовое производство арифмометров наладил французский изобретатель Тома де Кольмар в начале 1840-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.
«Human computer»
Особый вклад в появление первого компьютера внес французский ученый Гаспар де 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 де 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.
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.
Методику Прони применили американцы в 40-х годах для работы над Манхэттенским 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.
Разностная машина Чарльза Бэббиджа
Позднее французы издали брошюру, посвященную методике разделения труда при вычислениях. Чарльз Бэббидж ознакомился с методами Прони и решил заменить третий уровень вычислительной машиной. В 1822 году он создает небольшой действующий образец «Difference engine», или машину 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 Лавлейс (урождённой 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.
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.
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 подал первую патентную заявку на 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 года позволило сократить сроки обработки с 8 до 6 лет.
Основанная Холлеритом компания стала впоследствии одной из предтеч 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. С конца 1930-х Тьюринг участвует в создании специализированных машин для взлома немецких шифров. Для дешифровки сообщений немецкой «Энигмы» был создан проект «Bombe». Проект «Colossus» взломал код «Лоренц», более сложный вариант «Энигмы». После окончания войны компьютеры были уничтожены. Англичане опасались попадания этой технологии в СССР.
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 программируемый 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.
Американские инженеры Джон Атанасов и Клиффорд Берри создали в 1942 году ABC (Atanasoff-Berry Computer), специализированный компьютер для решения систем линейных уравнений. В 1940 году с их идеями ознакомился Джон Мокли и творчески их доработал.
В 1942 году Мокли 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. ENIAC принято считать первым компьютером. Машины Mark I, Z3, ABC и Colossus относят к первому поколению компьютеров.
ENIAC весил 27 тонн, состоял из примерно 18 тысяч электронных ламп, 1500 реле и десятков тысяч прочих радиоэлементов. Производительность была 5000 операций сложения или 357 операций умножения в секунду. Общая стоимость машины составила более 500 тысяч долларов. Потребляемая мощность около 200 кВт.
В СССР разработка компьютеров связана с академиком Сергеем Алексеевичем 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.
К середине 60-х в СССР было решено провести стандартизацию в области информатизации. За основу были взяты американские машины IBM System/360 и System/370 (так называемые мэйнфреймы). Программное обеспечение и «железо» было доработано. Серия ЕС ЭВМ выпускалась с 1971 года до середины 90-х годов.
Мэйнфреймы были программно-аппаратными комплексами. Их программное обеспечение было тесно увязано с «железом» машины и 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 добивался, чтобы управление экономикой СССР осуществлялось Общегосударственной автоматизированной системой 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.
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 58 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 с размеров стола, до настольных и карманных.
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.
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.
В 1970-е годы на мировом рынке мейнфреймов господствовала IBM. Доля этой компании превышала 65% всех продаж. Остальное делили пять конкурентов: Burroughs, UNIVAC, NCR, CDC, Honeywell. Эту пятерку часто называли сокращенно BUNCH, по первым буквам названий.
Производители «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 делают 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 автоматизированные рабочие места (АРМ) 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, не имеющего границ и ограничений, ушла в прошлое, а информационный суверенитет становится важной частью безопасности любой страны.
Информация о произведении:
Автор: Павел Пырин
Редактор: Леонид Рогов
Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания автора и ссылки на первоисточник.
Для коммерческого использования — обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com