Historia informatyki - zakres 2.pdf - Media i technologia - fluid.sun

Zakres materiału przedmiotu Historia informatyki – część druga -

do maszyn przekaźnikowych

11. Polscy konstruktorzy maszyn liczących XIX wieku

12. Przekaźnik, telegraf, telefon

13. Maszyny różnicowe – Sheutzowie, Wiberg, Grant

14. Mechanografia – Hermann Hollerith i spisy powszechne

15. Konkurenci Holleritha i kontynuatorzy jego dzieła

16. Prąd elektryczny, żarówka, prąd zmienny i lampy elektronowe.

17. Początki automatyki – Leonardo Torres y Quevedo

18. Projekty maszyn liczących ery przekaźników – praktyczne zastosowania systemu binarnego,

standard elektromechanicznego kalkulatora powszechnego użytku, obwody komutacyjne,

maszyna Turinga.

19. Maszyny analogowe Vannevara Busha

20. Amerykańskie maszyny przekaźnikowe i maszyny Konrada Zuse

Ad 11 . Abraham Izaak Stern (1769-1842) - polski wynalazca urodzony w Hrubieszowie, twórca

"machin rachunkowych" prezentowanych na posiedzeniach Warszawskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk i

na dworze cara Aleksandra I. Maszyna ukończona w 1812 roku wykonywała cztery działania arytmetyczne

(dodawanie, odejmowanie, mnożenie, dzielenie), kolejna służyła do wyciągania pierwiastków

kwadratowych, wreszcie 30 kwietnia 1817 roku zaprezentował maszynę stanowiącą niejako skojarzenie

dwóch poprzednich, wykonywała bowiem wszystkie pięć działań.

Chaim Zelig Słonimski (1810-1904) - polski astronom, matematyk i wynalazca urodzony w

Białymstoku. Autor podręcznika matematyki oraz zbioru esejów związanych z astronomią. Maszyna licząca

do mnożenia, produkowana przez Słonimskiego, była oparta na udowodnionym przez niego twierdzeniu z

teorii licz b wykorzystującym własności pewnego rodzaju ułamków , zwanym Twierdzeniem Słonimskiego.

Opatentował ją w 1845 roku. Była prezentowana i nagradzana na wystawach w Królewcu (1844), w Sankt

Petersburgu (1845) oraz w Berlinie.

Izrael Abraham Staffel (1814-1885) - warszawski zegarmistrz i mechanik, twórca maszynki rachunkowej ,

która wykonywała funkcje dodawania, odejmowania, mnożenia, dzielenia, podnoszenia do potęg i wyciągania

pierwiastków kwadratowych – opartej na zasadzie kół o zmiennej ilości zębów Poleniego - złożonej z siedmiu

zestawów walców wzajemnie sprzężonych. Wykonana po 10 latach prac, została zaprezentowana na

wystawie przemysłowej w Warszawie w 1845 , następnie w Akademii Nauk w Petersburgu, gdzie uzyskała

równie wysokie oceny jak w Warszawie. W 1851 otrzymała medal na pierwszej wystawie międzynarodowej

w Londynie. Jedyny zachowany egzemplarz znajduje się w Muzeum Techniki w Warszawie.

Bruno Abdank-Abakanowicz (1852-1900) - matematyk, wynalazca i elektrotechnik polski. Zbudował

integraf - odmianę integratora, przyrząd służący do obliczania wartości liczebnej całek metodą graficzną -

opatentowany w 1880 i odtąd produkowany przez szwajcarską firmę Coradi .

Ad 12. Pierwszy przekaźnik elektryczny zbudowany został w 1831 r. przez amerykańskiego wynalazcę-

samouka Josepha Henry’ego . Dawał możliwość nieograniczonego przedłużania linii elektrycznych poprzez

ciąg przekaźników zasilanych bateriami i połączonych elektromagnesami. Zastosowanie przekaźników

umożliwiło dynamiczny rozwój technik przekazywania informacji – przede wszystkim telegrafu i telefonu

– oraz udoskonalanie maszyn liczących.

Telegraf czyli urządzenie komunikacyjne, które pozwala na transmisję krótkich komunikatów przy pomocy

umownych znaków, stosowany był od XVIII wieku (telegraf optyczny Chappe’a). W XIX wieku

wynaleziono (i stosowano) kilka rodzajów telegrafu elektrycznego. Najpraktyczniejszy rodzaj telegrafu jest

dziełem Amerykanina Samuela Morse’a . W 1840 roku Morse wprowadził stosowany do dzisiaj kod

telegraficzny złożony z kropek i kresek (krótkie i długie impulsy) - tzw. alfabet Morse'a . Próbną linii

telegrafu jego pomysłu (Waszyngton – Baltimore) otwarto 24 maja 1844 roku. W 1847 roku aparatów

Morse'a użyto po raz pierwszy w Europie na liniach Hamburg - Cuxhaven i Brema - Bremerhaven. W 1850

Anglicy - bracia Brett - położyli linię telegraficzną przez kanał La Manche, w 1854 roku położono kabel

Korsyka - Sardynia, w 1860 roku Tulon - Algier. Po wielu próbach i niepowodzeniach dzięki energii C. W.

Fielda połączono też w latach 1857 - 1866 transatlantyckim podwodnym kablem telegrafu Europę z

Ameryką .

Telefon , w Bostonie w stanie Massachusetts w 1876 roku, opatentował Alexander Graham Bell

(współpracując z Thomasem A. Watsonem ). Zasadniczym elementem urządzenia była cienka membrana,

która drgała pod wpływem ludzkiego głosu. Membranę Bell umieścił następnie w polu magnetycznym

elektromagnesu. Pod wpływem drgań zmieniało się pole magnetyczne, a przez to powstawały niewielkie

skoki napięcia. Na drugim końcu przewodu drgania prądu były ponownie zamieniane na drgania membrany.

Warto wiedzieć, że analogiczne urządzenie -niezależnie od Bella i prawdopodobnie nieco wcześniej -

skonstruowali Antonio Meucci, Philipp Reis oraz Elisha Gray.

Mikrofon elektromagnetyczny został niebawem zastąpiony (opatentowanym w 1877 przez T. A. Edisona)

mikrofonem węglowym, natomiast słuchawka używana w aparatach nadal działała w oparciu o efekt

elektromagnetyczny i stalową membranę. Początkowo do łączenia abonentów zatrudniano operatorów. Po

raz pierwszy telefonu z tarczą do wybierania numerów użyto w 1896 roku, a telefonu z klawiaturą w roku

1963.

Ad 13. Maszyny różnicowe, wymyślone przede wszystkim do drukowania tablic matematycznych i

astronomicznych, wykorzystywały do obliczania przybliżonych wartości funkcji metodę różnic

skończonych. Pomysł wykorzystania tej metody znajdujemy już w książce Johanna Müllera (opisującej

jego maszyny arytmetyczne). Twórcą pierwszego działającego (na dwóch rzędach różnic) prototypu i

planów maszyny na sześć rzędów różnic, konstruowanej przez Josepha Clementa, był Charles Babbage .

Jego prace zainspirowały kolejnych wynalazców XIX wieku.

Georg Schuetz (1785-1873), sztokholmski autor i wydawca, zbudował w 1834 roku makietę maszyny

różnicowej, aby zrozumieć zasadę jej działania. Jego syn Edward (1821-1880) zbudował na tej podstawie

działający model (dla trzech rzędów różnic, z drukarką mechaniczną). Zachęceni powodzeniem, zdobywszy

fundusze (z publicznej subskrypcji), Scheutzowie zbudowali w 1853 roku „Tabulator” , pracujący na

liczbach 15-cyfrowych, na czterech rzędach różnic. Zdobyli też patent. „Tabulator” został zakupiony przez

obserwatorium Dudley z Albany, stolicy stanu New York. Drugi egzemplarz maszyny Schuetzów pracował

w Anglii (w biurze Register Office) do 1914 roku.

Szwedzki wynalazca Martin Wiberg (1826-1905) , zbudował w 1859 roku „biurową” wersję maszyny

różnicowej, o pojemności identycznej jak maszyna Schuetzów. Wykorzystywał ją do układania wielu tablic

matematycznych.

Amerykański przemysłowiec i inżynier George B. Grant (1849-1917) w 1876 roku zbudował

(sfinansowaną dzięki darowiznom) maszynę różnicową, która mogła być poruszana z zastosowaniem pasa

transmisyjnego. Drugi egzemplarz, wykonany na zamówienie, był wykorzystywany przez 20 lat. Grant był

też producentem dwóch modeli biurowych maszyn liczących.

Ad 14. Mechanografia, czyli automatyzacja przetwarzania danych Zgodnie z Konstytucją Stanów

Zjednoczonych (1787) we wszystkich stanach Federacji, co dziesięć lat, przeprowadzić należało spis

powszechny, ustalający skład ludnościowy stanu. W pierwszym spisie, z 1790 roku, doliczono się 3 893 637

osób. Kolejne spisy powszechne dynamicznie rozwijającego się kraju, zawierające coraz więcej pytań

spisowych, dostarczały wielu interesujących danych statystycznych, ale ręczna obróbka tych danych

zajmowała coraz więcej czasu. Na opracowanie danych z 1870 roku potrzebowano siedmiu, a z 1880 roku

(50 262 000 osób) dziewięciu lat. Zagrażało to samej idei spisów powszechnych i wymagało zmiany metod

opracowywania danych.

Herman Hollerith (1860-1929) - amerykański wynalazca, inżynier górnik po Uniwersytecie Columbia,

jeszcze jako student pracował przy raporcie o przemyśle żelaza i stali, opracowując dane ze spisów

powszechnych. Postanowił zmechanizować przetwarzanie danych. W 1884 roku opatentował system

składający się z kart perforowanych i elektryczno-mechanicznych „tabulatorów”, analizujących dane zawarte

na kartach. Karty perforowane Holleritha miały postać prostokątów wykonanych z bristolu.. Wzdłuż

trzech boków prostokąta rozmieszczono trzy strefy informacji z wydrukowanymi polami, szerokości

czterech rzędów dziurek. Na środku karty umieszczane były dane osoby spisywanej Do robienia dziurek

przewidziano użycie szczypiec (jak do biletów kolejowych).

Elektryczny czytnik składał się z płyty stałej i płyty ruchomej. Płyta stała miała tyle zagłębień, ile

było kratek na karcie. W każdym wgłębieniu znajdowało się kilka kropel rtęci. Płyta ruchoma zaopatrzona

była w 240 metalowych igieł zamocowanych na sprężynach. Igły napotykające karton karty, odpychane były

do góry. Igły napotykające perforację stykały się z rtęcią, zamykając obwód elektryczny i posyłając impuls

do licznika, połączonego z danym zagłębieniem. Od 1887 roku sprzęt Holleritha był wykorzystywany w

szefostwie wojskowej służby medycznej do prowadzenia statystyki zdrowia personelu wojskowego.

Po wygraniu konkursu na opracowanie danych spisu z 1990 roku maszyny Holleritha przystąpiły do pracy w

lipcu 1990 roku. Liczbę ludności podano 16 sierpnia. Całkowite rozpracowanie spisu, w sposób znacznie

pełniejszy niż danych ze spisu 1880, zajęło prawie siedem lat. Hollerith wypożyczał swój sprzęt za opłatą

1000 $ rocznie, dodając karty (niemal po cenie kosztu). Jednocześnie przystępował do konkursów na spisy

powszechne w Kanadzie i krajach europejskich.

W 1889 roku pokazał swój „sprzęt statystyczny” na Wystawie Międzynarodowej w Paryżu. W latach

1890-91, podczas spisu powszechnego w Austrii, używane były maszyny zbudowane na patencie Holleritha,

wykonane w Austrii. W 1892 Hollerith obsługiwał spis powszechny w Kanadzie, zaś w 1893 – spis rolny w

USA. Od 1896 na sprzęcie Hermana Holleritha opracowywano spis powszechny w Rosji. Pracowało przy

nim 900 000 ankieterów, spisano 129 211 113 osób (w 44 językach). Szczegółowe analizy zajęły 9 lata

„czytniki-sortery” Holleritha udowodniły swoją uniwersalność. Sprzęt ten obsługiwał też spis powszechny

Stanów Zjednoczonych z 1900 (75 994 575 osób). Pracowało wówczas 311 tabulatorów, 20 sorterów, 1021

dziurkarek, zużyto 120 milionów kart.

Od 1888 roku Hollerith prowadził firmę Hollerith Tabulating System , gdzie wykańczał maszyny,

dostarczane przez podwykonawców. Był jedynym właścicielem swych patentów i swego przedsiębiorstwa.

W 1896 roku zarejestrował spółkę Tabulating Machine Co .W 1911 roku sprzedał TM Co. Charlesowi

Flintowi, który przekształcił ją w Computing Tabulating and Recording Co . W 1924 CTR zmieniło nazwę na

International Business Machines .

Ad 15. W Austrii , Otto Schaeffler , współpracujący z Hollerithem podczas obsługi spisu z 1981

roku, w 1895 roku opatentował „ system programowany Schaefflera ”, składający się z 77 liczników, 100

przekaźników, 240 czujników perforacji i 5 baterii elektrycznych. Kolejne spisy obsługiwały maszyny

austriackie.

Przedstawiciel francuskich służb spisowych współpracujących z Hollerithem podczas spisu z 1896

roku, inżynier Lucien March zaprojektował maszyny francuskie, przeznaczone do obsługi Francuskiego

Spisu Powszechnego w 1901 roku. Francuskie „liczniki-klasyfikatory ” eliminowały używanie kart

perforowanych i zapewniały bezpośredni wydruk wyników. Dane wprowadzano z 60-przyciskowej

klawiatury.

W USA, James Powers , pracownik amerykańskiego Biura Spisowego, otrzymał zadanie

stworzenia sprzętu, który pozwalałby przetworzyć dane ze spisu 1910 roku (i następnych) bez maszyn TM

Co, nie naruszając patentów Holleritha. Powers zaprojektował 240-klawiszową dziurkarkę elektryczną,

pozwalającą zredukować personel spisowy oraz półautomatyczny tabulator z licznikami drukującymi. Nie

udała mu się konstrukcja maszyn sortujących. Budował też maszyny mechanograficzne przeznaczone do

stosowania w statystyce i zarządzaniu firmami handlowymi. Wynalazca norweski Friedrik Rosing Bull w

latach 1923-24 zmontował pierwsze „maszyny statystyczno-rachunkowe wykorzystujące karty perforowane i

liczniki elektromagnetyczne”, tabulatory drukujące i sortery pionowe. Patenty te pozwoliły najpierw w

Norwegii, a potem w Szwajcarii rozwinąć produkcję jedynego europejskiego przedsiębiorstwa (francuska

Groupe Bull ), które mogło konkurować z amerykańskim sprzętem mechanograficznym.

Sprzęt mechanograficzny, wykorzystywany z początku jedynie do sortowania i filtrowania danych

spisowych, na początku XX wieku stał się użytecznym narzędziem wspomagającym handel, administrację i

zarządzanie biznesem

Podczas pierwszej wojny światowej sprzęt mechanograficzny był wykorzystywany

• - w USA - przy organizacji zaopatrzenia kraju i wojsk

• - w USA - dla przyśpieszenia tempa produkcji wojennej

• - w Niemczech - do przygotowania rajdów floty podwodnej na konwoje alianckie przemierzające

Atlantyk.

Ad 16 . Thomas Alva Edison (1847-1931) – jeden z najbardziej znanych i twórczych wynalazców na

świecie, przedsiębiorca. W jego laboratoriach powstały: silnik i prądnica prądu stałego, fonograf i żarówka.

W 1886 roku, po udoskonaleniu żarówki Edison przekonał znanego finansistę J.P. Morgana i rodzinę

Vanderbiltów do założenia przedsiębiorstwa o nazwie Edison Electric Light Company , która w 1911 roku

została połączona z kilkunastoma innymi firmami działającymi w branży elektrycznej tworząc największą

obecnie na świecie spółkę kapitałową General Electric. Edison Electric Light Company była

przedsiębiorstwem które zbudowało pierwszą na świecie elektrownię oraz pierwszy elektryczny miejski

system oświetleniowy.

Nikola Tesla (1856–1943) – serbski inżynier i wynalazca, autor około 300 patentów, głównie rozmaitych

urządzeń elektrycznych, z których najsławniejsze to: silnik elektryczny , prądnica prądu zmiennego ,

autotransformator, dynamo rowerowe, elektrownia wodna, bateria słoneczna, turbina talerzowa,

transformator Tesli (rezonansowa cewka wysokonapięciowa) i świetlówka. Nikola Tesla był m.in. twórcą

pierwszych urządzeń zdalnie sterowanych drogą radiową .

Sławę wynalazcy radia dzieli z Giuliemo Marconim (1874-1937) włoskim fizykiem i konstruktorem,

laureatem nagrody Nobla (1909 - za wkład w rozwój telegrafii bezprzewodowej ).

John Ambrose Fleming (1849-1945) - Anglik profesor elektryk, szukał od 1901 roku sposobu, by fale

radiowe przenosiły drgania o częstotliwości głosu ludzkiego. Znalazł sposób „filtrowania” prądu zmiennego

wynajdując w 1904 roku pierwszą lampę elektronową , którą nazwał „ diodą ”. Jest to najprostsza z lamp

elektronowych, posiadająca tylko dwie elektrody - anodę i katodę . Katoda jest źródłem elektronów, a anoda

ich odbiorcą. Emisja z katody zachodzi pod wpływem wysokiej temperatury - katoda jest żarzona najczęściej

za pomocą prądu elektrycznego. Cechą charakterystyczną diody jest jednokierunkowy przepływ prądu

elektrycznego: w kierunku od anody do katody (elektrony poruszają się w kierunku odwrotnym), w sytuacji

gdy anoda ma potencjał dodatni względem katody.

W cztery lata później Lee de Forest (1873-1961) zbudował pierwszą lampę wzmacniającą – triodę –

składającą się z trzech elektrod – anody, katody i siatki . Trioda umożliwia sterowanie przepływem

elektronów z katody do anody przez zmianę napięcia na siatce – a zatem umożliwia budowanie

wzmacniaczy sygnałów elektrycznych. Montując kilka takich lamp w urządzeniu odbiorczym uzyskano

wzmocnienie otrzymywanego prądu do mocy wywołującej drgania membrany słuchawki. Wynalezienie

triody umożliwiło rozwój radia , telewizji , wszelkich innych dziedzin elektroniki, a w końcu komputera

lampowego .

Ad 1 7. Hiszpański inżynier i wynalazca Leonardo Torres y Quevedo (1852-1936) zajmował się

projektowaniem sterowców, zdalnym kierowaniem ruchem statków i sterowców, a także konstruowaniem

maszyn liczących (oraz grających w szachy). Zaprojektował kilka maszyn analogowych , które pozwalały

rozwiązywać wiele typów równań wykorzystując dodawanie jednomianów metodą logarytmów Gaussa.

Zbudował doświadczalny aparacik cyfrowy (1914), wyposażony w mikroskopijną pamięć, który obliczał

wartość wyrażenia postaci x=(p*q) – a, dla bardzo małych liczb. Skonstruował całkowicie automatyczny

arytmometr elektromagnetyczny , pokazany na wystawie w Paryżu w 1920 roku.

Był autorem słynnego Eseju o automatyce (1914), w którym twierdził, że „Trzeba, by automaty

naśladowały żywe odruchy, wykonując czynności stosownie do odbieranych wrażeń i dostosowując swe

zachowanie do okoliczności.”

Ad. 18 . Na początku XX wieku wykorzystanie systemu binarnego w maszynach liczących postulowali m.inn

- filozof i logik amerykański Charles Peirce (1839-1914) - Był pierwszym myślicielem, który odkrył

związki izomorficzne między obwodami przełączeń elektrycznych i algebrą Boole’a ; poszerzył badania

Stanhope’a i Jevonsa; skonstruował elektryczną maszynę logiczną ;

- uczony francuski Rajmund Valtat - proponował by wewnętrzne operacje rachunkowe maszyny

wykonywane były w systemie dwójkowym; konwersje z systemu dziesiętnego na dwójkowy i

odwrotnie miały być dokonywane automatycznie (1932) ;

- ekonomista brytyjski William Philips -zaprezentował w 1936 ręczną maszynkę binarną do mnożenia;

przedstawił też projekt maszyny, wykorzystującej systemy dwójkowy i ósemkowy;

Louis Couffignal (1902-1966) w pracy doktorskiej (1938) przedstawił plany elektromechanicznego

kalkulatora powszechnego użytku , binarnego i sterowanego stałym programem. Kalkulator składał się z:

•

klawiatury dziesiętnej na wejściu

•

konwertora dziesiętno-dwójkowo-dziesiętnego

•

rejestru ogólnego, złożonego z przekaźników (zapamiętywanie liczb w formie binarnej)

•

jednostki mnożącej

•

rejestru sumującego

•

numerycznej tabeli funkcji (stanowiącej jednostkę kontrolną maszyny)

•

rejestru porównawczego, kierującego – zgodnie z programem – liczbę idącą z rejestru ogólnego do

jednostki mnożącej lub do rejestru sumującego

•

jednostki wejścia/wyjścia, łączącej klawiaturę dziesiętną z dziurkarką kart i z elektryczną maszyną

do pisania

Historia informatyki - zakres 2.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: