Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность
Подождите немного. Документ загружается.
§ § 1.1] . 1
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ИНФОРМАТИКИ
Б. А. Гладких
Информатика от абака до интернета.
Введение в специальность
Томск – 2005
2 ДОЭЛЕКТРОННАЯ ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ [ГЛАВА 1
УДК 681.3
Г 522
Г 522
Гладких Б. А. Информатика от абака до интернета. Введе-
ние в специальность: Учебное пособие. – Томск: Изд-во НТЛ,
2005. – 484 с.
ISBN 5-89503-259-1
Книга написана на основе лекций по вводному курсу информатики для
студентов факультета информатики Томского государственного универси-
тета. В отличие от учебных пособий, рассчитанных на начинающих, здесь
не описывается устройство ЭВМ и основные понятия программирования, а
также приемы работы на персональном компьютере. Предполагается, что
читатель, избравший профессию программиста, знаком с ними из курса
средней школы. Вместе с тем будущему профессионалу крайне важно
знать историю своей науки, логику развития основных ее идей. В книге из-
лагаются история развития вычислительной техники как материального ба-
зиса информатики, история развития программного обеспечения и компь-
ютерных сетей.
Предназначена для студентов компьютерных специальностей и стар-
шеклассников, увлекающихся информатикой.
К книге прилагается компакт-диск с альбомом иллюстраций, которые
могут быть использованы для лекционных демонстраций.
УДК 681.3
Р е ц е н з е н т : зав. кафедрой экономической информатики МГУ
профессор М.И. Лугачев
Издание оплачено из средств благотворительного некоммерческого фонда
«Фонд содействия образованию и науке Томского государственного универси-
тета».
ISBN 5-89503-259-1
Б.А. Гладких, 2005
ООО «Издательство НТЛ», макет,
дизайн, обложка, 2005
ОГЛАВЛЕНИЕ 3
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................................9
ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................11
Что такое информатика..................................................................11
Компьютер – закономерный продукт и инструмент
информационной революции..................................................18
Связь – второй рычаг информационной революции...................20
Выводы ............................................................................................22
Комментарии и ссылки на источники...........................................22
ГЛАВА 1. ДОЭЛЕКТРОННАЯ ИСТОРИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ
ТЕХНИКИ....................................................................................................25
§ 1.1. Общий исторический фон....................................................25
§ 1.2. Простейшие цифровые вычислительные устройства –
абак и счеты..........................................................................28
§ 1.3. Логарифмическая линейка и ее потомки – аналоговые
вычислительные машины....................................................29
§ 1.4. Суммирующая машина Паскаля .........................................34
§ 1.5. Арифмометр – от машины Лейбница до электронного
калькулятора.........................................................................36
§ 1.6. Принцип программного управления. Вычислительные
машины Бэббиджа ...............................................................39
Программное управление ............................................. 39
Чарльз Бэббидж ............................................................. 40
Разностная машина........................................................ 41
Аналитическая машина................................................. 42
Ада Лавлейс и возникновение программирования..... 44
§ 1.7. Табуляторы: от Холлерита до машиносчетных
станций..................................................................................45
Табулятор Холлерита .................................................... 45
Возникновение промышленности обработки данных 47
§ 1.8. Сложные электромеханические и релейные машины –
предвестники ЭВМ ..............................................................50
Проекты Цузе................................................................. 50
Проект Mark-I ................................................................ 52
Грейс Хоппер ................................................................. 54
Релейные машины Джорджа Стибица......................... 55
4 ОГЛАВЛЕНИЕ
§ 1.9. Выводы.................................................................................. 56
§ 1.10. Комментарии и ссылки на источники.............................. 58
§ 1.11. Контрольные вопросы ....................................................... 63
ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ .......... 65
§ 2.1. Работы Атанасова ................................................................ 65
§ 2.2. Первая электронная вычислительная машина ENIAC ..... 67
§ 2.3. Проект фон Неймана и его вклад в архитектуру ЭВМ..... 70
§ 2.4. Первые поколения ЭВМ. Формирование индустрии и
рынка ЭВМ .......................................................................... 75
Позиция фирмы IBM .....................................................76
Поколения ЭВМ.............................................................77
Масштабируемость и совместимость ..........................78
§ 2.5. Машина IBM-360 и третье поколение ЭВМ...................... 79
§ 2.6. Расслоение рынка ЭВМ. Супер- и мини-ЭВМ.................. 84
СуперЭВМ...................................................................... 84
Мини-ЭВМ .....................................................................86
§ 2.7. Вычислительная техника в СССР....................................... 88
Зарождение (1948–1952 годы) ...................................... 89
Расцвет (1950–60-е годы) ..............................................90
Подражание (70-е – 80-е годы)..................................... 98
Крах и надежды (1990-е годы)....................................104
§ 2.8. Микропроцессорная революция....................................... 109
§ 2.9. Появление и развитие персональных ЭВМ ..................... 116
Первый коммерческий микрокомпьютер
Altair-8800.....................................................................116
Первое поколение персональных компьютеров .......117
Феномен Apple .............................................................118
В игру вступает IBM....................................................121
Второе поколение персональных компьютеров.
Клоны IBM-совместимых ЭВМ..................................123
§ 2.10. Проблемы человеко-машинного интерфейса и его
влияние на архитектуру персональных компьютеров 125
Работы Дугласа Энгельбарта...................................... 126
Проекты фирмы Xerox.................................................128
Apple берет реванш......................................................131
Macintosh против IBM PC ........................................... 134
§ 2.11. Направления развития вычислительной техники ......... 136
Развитие элементной базы .......................................... 138
ОГЛАВЛЕНИЕ 5
Совершенствование архитектуры.............................. 140
§ 2.12. Современный рынок ЭВМ и его секторы.......................143
Суперкомпьютеры....................................................... 144
Компьютеры общего назначения ............................... 145
Специальные компьютеры.......................................... 153
§ 2.13. Выводы ..............................................................................156
§ 2.14. Комментарии и ссылки на источники.............................163
§ 2.15. Контрольные вопросы......................................................171
ГЛАВА 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ ..... 173
§ 3.1. Классификация и эволюция программного
обеспечения ........................................................................173
50-е годы: библиотеки стандартных программ и
ассемблеры................................................................... 176
70-е годы: диалоговые ОС и СУБД............................ 178
80-е годы: настольные ППП, CASE-технологии ...... 179
90-е годы: компьютерные сети и мультимедиа ........ 181
Замечание о промышленных стандартах................... 182
§ 3.2. Языки и системы программирования ...............................182
Предыстория ................................................................ 182
Бессмертный Fortran.................................................... 186
Basic – язык для начинающих .................................... 187
Cobol – язык для бухгалтеров и языки СУБД........... 191
Algol и его влияние на языки программировния...... 194
Pascal и его потомки.................................................... 198
Суперязык PL/1............................................................ 200
Simula и Smalltalk – революция
в программировании ................................................... 202
С – язык для профессионалов..................................... 204
Java – дитя Интернета ................................................. 206
Долгожитель Lisp – инструмент функционального
программирования....................................................... 209
Prolog – несбывшаяся мечта ЭВМ V поколения....... 211
Logo – язык для самых маленьких............................. 214
Уроки истории ............................................................. 215
§ 3.3. Операционные системы .....................................................216
50-е годы: человек-оператор....................................... 216
60-е годы: от автооператора до пакетных ОС
с мульти-программированием.................................... 218
6 ОГЛАВЛЕНИЕ
70-е годы: диалоговые ОС с разделением времени ..221
80–90-е годы: настольные ОС..................................... 227
Сетевые ОС................................................................... 237
Замечание об ОС реального времени......................... 242
§ 3.4. Системы управления базами данных ............................... 243
Предпосылки появления БД и СУБД......................... 243
Функции СУБД ............................................................ 244
Основные типы и история развития СУБД ...............245
Замечание о настольных СУБД .................................. 248
§ 3.5. Пакеты прикладных программ для персональных
компьютеров...................................................................... 249
Программы как товар массового спроса.................... 249
Обработка текстов ....................................................... 250
Электронные таблицы .................................................257
Настольные СУБД .......................................................260
Интегрированные системы .........................................262
§ 3.6. Выводы................................................................................ 264
§ 3.7. Комментарии и ссылки на источники.............................. 272
§ 3.8. Контрольные вопросы ....................................................... 278
ГЛАВА 4. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ....................................................281
§ 4.1. История развития электросвязи........................................ 281
Телеграф ....................................................................... 282
Телефон......................................................................... 286
Радиосвязь .................................................................... 288
Телевидение..................................................................289
Интегральные системы связи...................................... 291
§ 4.2. Основные понятия теории передачи сообщений ............ 292
Информация, сообщение, сигнал ............................... 293
Электрические сигналы............................................... 295
Каналы электросвязи................................................... 297
Передача аналогового сигнала
по цифровому каналу ..................................................299
Передача цифрового сигнала
по аналоговому каналу................................................ 301
§ 4.3. Системы и сети электросвязи ........................................... 303
Структура системы электросвязи............................... 303
Линии передачи............................................................306
Усиление и регенерация сигналов..............................313
ОГЛАВЛЕНИЕ 7
Сети электросвязи ....................................................... 316
Проблема последней мили.......................................... 322
§ 4.4. Предыстория современных компьютерных сетей:
телеобработка и сети с коммутацией каналов.................328
Поколения компьютерных сетей................................ 328
Первые эксперименты по телеобработке .................. 329
Телеобработка в 60-е и 70-е годы .............................. 330
Проект ГСВЦ в СССР ................................................. 332
Принципиальные особенности сетей с коммутацией
каналов.......................................................................... 335
§ 4.5. Сети пакетной коммутации – от ARPAnet до интернета 337
Исторические предпосылки........................................ 337
Принцип коммутации сообщений и пакетов ............ 338
Сеть ARPAnet (70-е годы)........................................... 342
Развитие сетей пакетной коммутации.
Рекомендация X.25...................................................... 346
Возникновение Internet (80-е годы) ........................... 348
Коммерциализация Internet (90-е годы)..................... 350
Информационные супермагистрали.
Internet нового поколения ........................................... 352
Интернет в России....................................................... 355
§ 4.6. Локальные вычислительные сети......................................359
Сеть Aloha .................................................................... 359
Технология Ethenet...................................................... 362
Рынок сетевого оборудования и технологий ............ 364
Корпоративные локальные сети................................. 365
§ 4.7. Сетевые информационные технологии ............................367
Иерархия коммуникационных служб
и протоколов ................................................................ 368
Протоколы канального слоя ....................................... 370
Протоколы транспортного слоя ................................. 373
Прикладной слой ......................................................... 376
§ 4.8. Сетевые услуги ...................................................................377
Удаленный доступ к ЭВМ .......................................... 378
Передача файлов.......................................................... 380
Электронная почта....................................................... 382
Группы новостей, форумы.......................................... 384
Чат и мгновенные сообщения..................................... 387
Передача мультимедиа................................................ 389
8 ОГЛАВЛЕНИЕ
Gopher ........................................................................... 399
§ 4.9. Web-революция .................................................................. 402
Ванневар Буш. Проект Memex.................................... 403
Тед Нельсон и дворец Xanadu..................................... 404
Реализации документальных гипертекстовых
систем............................................................................ 406
Тим Бернерс-Ли. Рождение Web ................................ 409
Марк Андриссен. Mosaic и Netscape .......................... 414
Война браузеров........................................................... 420
Поиск в интернете........................................................ 422
Социальные и экономические последствия
интернет-революции.................................................... 430
§ 4.10. Выводы.............................................................................. 441
§ 4.11. Комментарии и ссылки на источники............................ 452
§ 4.12. Контрольные вопросы ..................................................... 460
Литература.................................................................................... 463
Указатели ...................................................................................... 466
§ § 1.1] . 9
Предисловие
Эта книга по своему содержанию существенно отличается от учеб-
ников для начинающих и практических пособий «для чайников», в изо-
билии заполнивших книжные магазины. Она возникла на основе лекций
для студентов первого курса факультета информатики Томского госу-
дарственного университета, избравших программирование и админист-
рирование компьютерных систем своей профессией. Эта категория
слушателей достаточно осведомлена об устройстве компьютера и осно-
вах программирования, имеет навыки работы с типовыми пакетами
программ. Юные адепты информатики с увлечением читают специаль-
ную литературу, говорят на малопонятном компьютерном жаргоне, с
жаром спорят о достоинствах и недостатках новейших микропроцессо-
ров и программ. Однако в целом их знания поверхностны и отрывочны,
так как вырваны из общего контекста истории и идей информатики.
Целью вводного курса информатики, и этой книги в частности, яв-
ляется развитие профессионального кругозора будущих программистов,
ориентация их в бурном водовороте новых идей и технологий. Отсюда
следует выбранный нами исторический подход к изложению материала.
Глядя на ежедневно появляющиеся новинки, легко растеряться. Несве-
дущему человеку может показаться, что все это бесконечное разнообра-
зие хаотично и совершенно непредсказуемо. На самом деле это далеко
не так. Самое удивительное в информатике – не быстрая изменчивость,
а, наоборот, удивительная устойчивость фундаментальных концепций.
Электронным вычислительным машинам немногим более пятидесяти
лет, за это время они неузнаваемо изменились внешне, в миллионы раз
увеличилась их производительность, однако основные принципы архи-
тектуры и программного обеспечения остались практически неизмен-
ными. Судите сами: наиболее употребительные языки программирова-
ния и алгоритмы компиляции были разработаны в начале 60-х годов,
тогда же были сформулированы принципы работы операционных сис-
тем. Системы управления базами данных появились в начале 70-х годов
и с тех пор почти не изменились. Даже самая модная нынче концепция
объектно-ориентированного программирования была предложена, ока-
10 ПРЕДИСЛОВИЕ
зывается, в середине 60-х годов. Приведенные примеры говорят о том,
что принципиально новые идеи появляются в информатике, как, впро-
чем, и в других науках, относительно редко. В самом новом и разрекла-
мированном пакете программ, если хорошо приглядеться, можно уви-
деть хорошо забытое старое.
В первых двух главах излагается история вычислительной техники
как материального базиса информатики – от простейших механических
устройств до современных компьютеров. В третьей главе описывается
эволюция программного обеспечения. Четвертая глава посвящена исто-
рии, современному состоянию и тенденциям развития компьютерных
сетей. В конце каждой главы имеются подробные выводы и контроль-
ные вопросы, а также методические замечания и ссылки на традицион-
ные и безбумажные литературные источники. В конце книги имеется
несколько указателей: фамилий, названий организаций, фирменных на-
именований.
Автор отдает себе отчет в том, что попытка изложить в популярном
виде историю и эволюцию идей науки, которая еще не устоялась и про-
должает бурно развиваться, не может быть безупречной. Облегчая ра-
боту оппонентам, отметим два очевидных недостатка книги. Во-
первых, за ее пределами оказалось описание многих интереснейших
информационных технологий, таких, как компьютерная графика, ком-
пьютерные игры, электронная коммерция и т.д. Этим материалом при-
шлось пожертвовать из-за ограниченного объема издания. Во-вторых, в
отдельных вопросах не удалось достичь требуемой полноты и объек-
тивности изложения. Особенно это касается истории отечественной
информатики, которая в доступных автору источниках освещена куда
менее подробно, чем зарубежная. Надеемся, следующие поколения рос-
сийских специалистов, воспитанные на уважении к традициям, будут
более бережно относиться к своему прошлому, ибо история – это мать
истины, учительница жизни.