2021-2022 Capitol 1 - Partea I-A - Istoria Calculatoarelor

Tehnologii informaţionale şi comunicaţionale (IT&C) • ... se referă la utilizarea computerelor şi a programelor de calculator pentru a transforma, memora, proteja, procesa, transmite şi receptiona informaţiile ...

Informatica

Prin prisma clasificatiei anglo-saxone, informatica (computer science) are urmatorul arbore structural: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Hardware Organizarea sistemelor de calcul Software Date Teoria computationala Matematica computationala Sisteme informationale Metodologii de prelucrare, inteligenta artificiala Aplicatii ale calculatoarelor: a. Grafica pe calculator b. Prelucrarea imaginilor c. Recunoasterea formelor d. Simularea si modelarea e. Prelucrarea textelor j. Modul de utilizare al calculatoarelor

SCURTĂ ISTORIE A CALCULATOARELOR

Abac • Primul ajutor pentru calculele matematice efectuate de mintea umană; • Cel mai vechi abac existent în muzee datează din 300 î.Hr. de la babilonieni;

Pascalin a

În 1642, Blaise Pascal, la vârsta de 19 ani, a inventat Pascalina, un dispozitiv bazat pe angrenaje, cu o funcţie de adunare.

Vitezometrul maşinilor de astăzi utilizează acelaşi mecanism ca Pascalina pentru incrementare.

Războiul de ţesut

În 1801, francezul Joseph Marie Jacquard a inventat un război de ţesut cu urzeală bazat pe citirea automată a unui şablon din fişe de lemn perforat (“card” sau cartelă găurită) ţinute împreună prin sfori. 

Războiul de ţesut al lui Jacquard

Motorul diferenţial

În 1822 englezul Charles Babbage şi-a propus să construiască o maşină de calcul bazată pe aburi de dimensiunea unei camere, capabilă să calculeze tabele de numere, precum cele logaritmice. 

Motorul analitic -

Charles Babbage

Un dispozitiv cât o casă, cu 6 motoare pe aburi, cu proprietatea de a fi programabil mulţumită tehnologiei lui Jacquard Hârtia găurită putea fi utilizată ca mecanism de stocare, pentru numere calculate şi referite ulterior.

Ada Byron a început să scrie programe pt. motorul analitic. 1. Ada este considerată primul programator 2. A inventat subprogramul 3. A recunoscut importanţa repetiţiei prin ciclare

Biroul Hollerith 1890 - Biroul lui Herman Hollerith (SUA), constituit dintrun cititor de cartele care identifică găurile din cartele - un mecanism cu roţi bazat pe ideile lui Pascal, pentru contorizare şi un perete cu indicatori cu cadran (ca la vitezometru) pentru a afişa rezultatele contorizării.   Hollerith a construit o companie, Tabulating Machine Company care, ulterior a devenit International Business Machines, astăzi IBM.

Cartele

Biroul Hollerith- primul pe o copertă de revistă ştiinţifică

Maşini electronice

ABC: prima maşină complet-electronică (J. V. Atanasoff, Clifford Berry, 1937) - rezolvare 29 ecuaţii cu 29 necunoscute - prima maşină cu stocare pe un mediu similar cu DRAMul actual - prima utilizare a aritmeticii binare - maşina nu era programabilă şi nu a permis ramificarea; a fost abandonată

Colossus (britanic): construit pentru descifrarea codurilor criptate ale germanilor - maşină dedicată şi ne-reprogramabilă - Alan Turing (1936) a ajutat la decriptare

Konrad Zuse a construit o serie de computere cu scop general, în Germania nazistă. - Z1, a fost construit între 1936 şi 1938 în casa părinţilor - Z3 (1941) : primul calculator digital operaţional programabil (controlat prin software); distrus de bombardamente - Zuse a reinventat conceptul lui Babbage de programare şi a decis utilizarea sistemului binar (Babbage a propus cel zecimal) - maşinile nu au fost cunoscute în afara Germaniei până în 1965. - arhitectura identică cu cea actuală: unitate aritmetică, sistem de control pentru supervizarea operaţiilor, dispozitive de I/O -a fost inventat primul limbaj de nivel-înalt "Plankalkul"

Mark I

În contextul războiului : Mark I (Harvard şi IBM, 1944), primul computer digital programabil cu comutatoare, relee, axe rotative  - 5 tone, 150 km fire, 2,4m înalt, 150m lat - trata numere cu 23 cifre  - +,- în 1/30 s, * în 4 s, / în 10 s).  -  ¾ milioane de componente  -  stocare a maxim 72 numere

Grace Hopper - a găsit primul “bug” de computer: o molie care a blocat citirea găurilor de pe o cartelă. - a inventat termenul de “depanare” (debugging) - pentru a descrie lucrul de eliminare a erorilor din programe - a inventat “primul” limbaj de nivel înalt, "Flow-matic“ (1953) limbaj ulterior devenit COBOL

Cititor de cartele

ENIAC- (Electronic Numerical Integrator and Calculator)

-1943-1945, John Mauchly, J. Presper Eckert (Univ. Pennsylvania) -30t, 18 000 tuburi, încăpere specială 20 x 120 m,  -cititor de cartele IBM, 174000 W căldură, aer condiţionat - stocare 20 numere - * in 1/2800 s - 20s pt.calcule om 40h

EDVAC, ILLIAC, UNIVAC, ORDVAC

John von Neumann, designer EDVAC : (programul stocat)

Circuitul integrat Avantaje:  - tranzistori (comutatoare) minusculi  - milioane de tranzistori pot fi creaţi şi interconectaţi în masă  -au înlocuit tuburile vidate.  Microprocesorul Pentium 4 conţine 42 milioane de  tranzistori. 

sau

Revoluţia micro-electronică Mainframe

150 000 tranzistoare în IBM-S.

Consolă IBM-Stretch (1959)

Mini-computer: PDP-12 (1969)

Mainframe: partajarea timpului

IBM7090

Interacţiune prin TeleType (maşină de scris motorizată, stil interpretor)

Programe pe bandă perforată sau cartele (compilator, linkeditare )

Micro-procesoare - 1971 Intel - primul computer fabricat pe un circuit integrat - Intel 4004 (2300 tranzistori, 108 kHz),  apoi 8008 şi 8080 ($360 contra mainframe de mil.$ pt. IBM).  - 8080 utilizat în MITS Altair - primul personal computer (construit din bucăţi sosite prin poştă) Bill Gates s-a decis să părăsească Harvard pentru a se concentra să scrie programe pt. acest calculator

IBM decide să angajeze o firmă numită Microsoft pentru a scrie software pt. PC-urile lor. Primul IBM-PC

Clasificarea calculatoarelor electronice Clasificare generală (după capacitate şi viteză de lucru) a) Supercalculatoarele sunt calculatoare foarte mari folosite pentru operatii ce necesita calcule intesive si caracterizate prin: – viteză de execuţie foarte mare (mai mult de 109 operaţii/secundă); – capacitate de stocare (memorare) foarte mare; – precizie foarte mare de reprezentare a datelor; – pot primi date de intrare de la peste 10.000 staţii de lucru; – preţuri apreciabile (de exemplu: Cray-2 costă ~ 17 milioane de dolari).

În lume există cca. 600 de supercalculatoare utilizate, de regulă, în sfera militară şi aerospaţială, prognoze meteo, criptoanalize etc. din instituţii ştiinţifice sau guvernamentale In prezent cel mai rapid supercalculator este simulatorul de geofizica din Yokohama

b) Calculatoare mainframe. Acestea sunt calculatoare foarte mari cu următoarele avantaje în prelucrarea datelor: -prelucrare la viteze foarte mari; -capacitate mare de stocare a datelor; -permit utilizarea simultană (multiuser) de la mai multe terminale sau console (cca. 1000 console); -execută simultan (multitasking).

mai

multe

programe

- Efectueaza operatii de complexitate redusa dar asupra unui volum mare de date

c) Minicalculatoarele sunt similare calculatoarelor mainframe, dar puterea lor de calcul este mai mica si cu un număr mai redus de utilizatori cu acces de la consolă (cca 100 console).

d) Microcalculatoarele - calculatoarele personale (PC) – calculatoare mici, independente (cu capacitati de prelucrare si stocare proprii) destinate a fi folosite la un moment dat de o singura persoana. La ora actuală capacitatea de prelucrare a datelor şi vitezele pe INTERNET fac ca reţelele de microcalculatoare să concureze puternic minicalculatoarele şi chiar calculatoarele mai mari. Laptop (notebook) – este un calculator portabil, de obicei mai putin puternic decat un PC obisnuit.

Clasificare după generaţie Această clasificare urmăreşte evoluţia istorică în conexiune cu succesele tehnologice. Se pot deosebi mai multe generaţii de calculatoare: • a) prima generaţie de  calculatoare, care s-a dezvoltat în jurul anilor ’50 din secolul al XX-lea. Acestea aveau unitatea centrală cu tuburi electronice, timp de acces mare, erau nefiabile şi mari consumatoare de energie, erau foarte scumpe (Exemple: ENIAC, UNIVAC); • b) a doua generaţie de calculatoare, care s-a dezvoltat în anii ’60 ai secolului trecut. Acestea aveau unitatea centrală dotată cu tranzistori, aveau dimensiuni mult mai mici, erau mai ieftine, mai fiabile şi mai rapide de cca. 100 de ori decât cele din prima generaţie; • c) a treia generaţie de calculatoare, dezvoltată după 1965, utilizează primele circuite integrate, au dimensiuni şi mai mici şi fiabilitate mai ridicată. Ele sunt de cca. 1000 de ori mai rapide decât computerele din generaţia a doua şi permit programarea la nivel înalt (Fortran, Cobol, Algol, Pascal etc.). Din România se pot menţiona seriile Independent şi Felix. • d) a patra generaţie de calculatoare specifică anilor ’70 din secolul XX dar care este folosită şi în prezent (generaţiile 4, sau 4, 5 etc.). La aceste calculatoare unitatea centrală de prelucrare este construită pe bază de microprocesor sau de procesoare paralele (multiprocesor); de asemenea utilizează circuite VLSI (Very Large Scale Integration) şi produse software noi, adaptate la structura hardware de înaltă tehnicitate. Se caracterizează prin dimensiuni considerabil reduse şi au fiabilitate mult crescută faţă de generaţia a treia de calculatoare. • e) a cincea generaţie de calculatoare. Aceste calculatoare au capacitate foarte mare de memorare şi de prelucrare bazată pe procesarea paralelă. Au la bază nanotehnologiile şi materiale noi în structura electronică, care permit să se proiecteze software pentru inteligenţa artificială (recunoaşterea automată a imaginilor sau a semnalelor  vocale, permit dialogul om-maşină în mod natural, pot avea capacitate de optimizare şi decizie etc.).

Prin prisma clasificatiei anglo-saxone, informatica (computer science) are urmatorul arbore structural: a. b. c. d. e. f. g. h. i.

Hardware Organizarea sistemelor de calcul Software Date Teoria computationala Matematica computationala Sisteme informationale Metodologii de prelucrare, inteligenta artificiala Aplicatii ale calculatoarelor: a. Grafica pe calculator b. Prelucrarea imaginilor c. Recunoasterea formelor d. Simularea si modelarea e. Prelucrarea textelor j. Modul de utilizare al calculatoarelor

Tehnologii informaţionale şi comunicaţionale (IT&C) • ... se referă la utilizarea computerelor şi a programelor de calculator pentru a transforma, memora, proteja, procesa, transmite şi receptiona informaţiile ...

Ierarhia cunoaşterii • În funcţie de nivelul de complexitate semantică, cunoaşterea poate fi structurată pe mai multe niveluri, sub forma unei piramide (Ackoff, 1988)

Semnale • La baza piramidei stau semnalele sau zgomotele • Acestea nu au semnificaţie simbolică, adică nu pot fi înţelese de către un subiect cunoscător • De exemplu, o scriere hieroglifică necunoscută poate fi confundată cu o serie de desene abstracte, incoerente

Date • Pe nivelul inferior al ierarhiei sunt datele, fapte simple ale lumii reale, la cel mai de jos nivel de înţelegere • Datele pot fi definite ca secvenţe de simboluri, care încep să aibă sens • Acestea au o valoare pur sintactică, adică pot fi descrise complet prin reprezentări structurate, formale; de aceea, datele sunt uşor de stocat şi prelucrat cu ajutorul calculatorului • Exemplu:

Informaţii • Datele, acumulate într-un context cu semnificaţie, devin informaţii • Diferenţa fundamentală dintre date şi informaţii este faptul că datele au un caracter pur sintactic, pe când informaţiile dispun de caracteristici semantice • Dacă, în exemplul cu alimentele, din cantitatea vândută şi preţ unitar deducem volumul vânzărilor, acesta este o informaţie:

Cunoştinţe • • • •

Cunoştinţele reprezintă următorul nivel de înţelegere Ele derivă din informaţii cărora li se aplică reguli şi euristici La acest nivel acţionează tehnicile de data mining „Inducţia de reguli” este o tehnică de data mining care furnizează rezultate de forma: „oamenii care cumpără lapte cumpără şi pâine în 80% din cazuri”

Modelul lui Shannon privitor la transmiterea informaţiei

semnal

EMIŢĂTOR EMIºÅTOR

codor

CANAL

mesaj

semnal

RECEPTOR

decodor mesaj

zgomot