1 / 20

Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia

Piotr Gawrysiak pgawrysiak@supermedia.pl. Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia. 2007. Po co w ogóle liczymy. Rozliczenia handlowe, finansowe itd. Liczby całkowite, niewielka ilość danych Tradycyjne obliczenia inżynieryjne Liczby rzeczywiste, niewielka ilość danych

kent
Download Presentation

Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Piotr Gawrysiak pgawrysiak@supermedia.pl Historia informatykiWykład 4 – Mechanografia 2007

  2. Po co w ogóle liczymy • Rozliczenia handlowe, finansowe itd. • Liczby całkowite, niewielka ilość danych • Tradycyjne obliczenia inżynieryjne • Liczby rzeczywiste, niewielka ilość danych • Gdy mamy potrzebę zapanowania nad dużą liczbą poddanych… • Np. „ile w kraju jest mężczyzn w wieku poborowym” • … albo gdy poddani mają potrzebę zapanowania nad władzą • Demokracja na skalę lokalną daje się zrealizować „ręcznie” • Na dużą skalę zaczyna już wymagać rozwiązań technicznych – np. USA i wybory prezydenckie Liczby całkowite, bardzo duża ilość danych

  3. Spisy powszechne • Spisy powszechne organizowano od bardzo dawna (właśnie dlatego Chrystus narodził się akurat w Betlejem...). • Czym innym jest jednak policzenie liczby ludności, a czym innym zebranie danych statystycznych. • Szczególny przypadek – USA. Konieczność przeprowadzania spisów powszechnych zapisano tam w konstytucji, od obliczenia liczby ludności we wszystkich stanach zależy bowiem przebieg procedury wyborczej • Sytuacja na przełomie XVIII i XIX wieku: • 1790 – 3893637 obywateli • 1860 – 31440000 obywateli • 1880 – 50262000 obywateli (dziewięć lat na obróbkę danych!!!)‏ • 1890 – przewidywana klęska... • Cesus Bureau rozpisuje zatem konkurs...

  4. Maszyna Holleritcha • Konkurs ogłoszony przez Census Bureau wygrywa Herman Hollerith (były pracownik Census Bureau) – dzięki jego propozycji udaje się „obliczyć” wyniki spisu z 1890 roku w ciągu siedmiu lat (62 mln. osób) • Hollerith zarabia pierwsze duże pieniądze (750 tysięcy dolarów za wynajem sprzętu) i zakłada firmę Tabulating Machines Company • Zaproponowane rozwiązanie oparte zostało o podstawowe elementy: • Karty perforowane służące do zbierania danych przez ankieterów spisowych • Elektromechaniczny licznik oraz sorter służący do obróbki statystycznej danych

  5. Karty perforowane • Karty wielkości banknotu dolarowego • Perforacje oznaczają zapis danych • Same karty bez nadruku, należało nałożyć szablon do odczytu danych • W późniejszym okresie ankieterzy spisowi otrzymują maszynki-dziurkacze

  6. Karty perforowane • A skąd Hollerith wziął pomysł na karty? • … z przemysłu dziewiarskiego – od końca XVIII wieku (Henri Falcon, Joseph Jacquard i in.) konstruowane są automatyczne krosna dziewiarskie • Nie chodzi tu o sam proces tkania (to jest dość proste, choć żmudne…) a o tworzenie wzorów na tkaninie, co wymaga przeplatania odpowiednich nitek w odpowiedniej kolejności • Sterowanie procesem tkania odbywa się poprzez zapisanie instrukcji dla krosna na karcie perforowanej

  7. Sorter Holleritha • Istotne przyspieszenie pracy – zawiera sumator, oraz półautomatyczne urządzenie sortujące (otwiera samoczynnie odpowiednią przegródkę…). • Czytnik kart oparty o wykorzystanie rtęci…

  8. Rozpowszechnienie mechanografii • Firma Holleritha ma się dobrze – po sukcesie amerykańskim zamówienia napływają także z Rosji • Mechaniczne zbieranie i zliczanie danych statystycznych okazuje się być przydatne także w przemyśle – na początek kolejowym (obliczenia rozkładów jazdy, frachtu itd.), następnie zaś ubezpieczeniowym • Powstają firmy konkurencyjne, rodzi się przemysł mechanograficzny, w 1924 Tabulating Machines zmienia nazwę na International Business Machines – IBM • Już przed wybuchem I wojny światowej maszyny mechanograficzne znajdziemy w większości biur nawet średniej wielkości firm.

  9. Znaczenie mechanografii • Przygotowanie „gruntu” pod powstanie przemysłu komputerowego • Umożliwienie rozwoju przemysłu wymagającego „systemów” obliczeniowych – np. przemysł lotniczy • Znaczenie społeczne – zwiększenie zatrudnienia a następnie roli kobiet w korporacjach • Kontrola nad społeczeństwem – umożliwienie powstania systemów totalitarnych • Gospodarka centralnie planowana • IBM a III Rzesza (zbieranie danych ubezpieczeniowych w Francji w latach 40-tych XX wieku) • Powstanie nowoczesnych systemów ubezpieczeniowych

  10. Inne potrzeby obliczeniowe • Sama statystyka to nie wszystko - rozwój nauk ścisłych powoduje wzrost zapotrzebowania na metody obliczeń, wykraczające poza prostą arytmetykę • Typowe zastosowania • Obliczenia tablic balistycznych • Obliczenia tablic pływów • Ponadto klasyczne metody obliczeń inżynierskich – np. wykorzystujące tablice logarytmów, funkcji trygonometrycznych itd. wymagają dobrych materiałów źrółowych • Typowa biblioteka uczonego w czasach wiktoriańskich zawierać mogła kilkaset woluminów tablic matematycznych • … z których wiele zawierało sporo błędów, np. popularne tablice mnożenia Huttona zawierają nawet i 40 błędów na stronę! • Przykład starannie wydanych tablic – raptem 3700 pomyłek w 40 tomach!

  11. Metoda różnic skończonych • Rzeczą pożądaną byłaby zatem automatyzacja przygotowania tablic matematycznych. Czy jest to wykonalne? • Można tu zastosować metodę różnic skończonych: Większość ciągów arytmetycznych daje się sprowadzić do działań na rzędach kolejnych różnic (a zatem do prostego dodawania) np. F(x) = 2*x + 3 X = 1 2 3 4 5 F(x)= 5 7 9 11 13 różnice= 2 2 2 2 2 F(x) = x^2 + 2x + 3 X = 1 2 3 4 5 F(x)= 6 11 18 27 38 Różnice 1-go rzędu= 5 7 9 11 13 Różnice 2-go rzędu= 2 2 2 2 2 Takimi ciągami można przybliżać np. funkcje trygonometryczne, logarytmy itp.

  12. Charles Babbage • Charles Babbage (1791-1871) – pomysłodawca zmechanizowania metody różnicowej • Ponadto dość interesująca postać – matematyk, astronom, geograf, ekonomista, statystyk itd. – innymi słowy „typowy” wiktoriański naukowiec • Odziedziczył po ojcu spory majątek (100 tysięcy funtów) – co pozwoliło mu na zajęcie się działalnością naukową • Wykształcony w Cambridge (gdzie poza samą działalnością akademicką brał udział w wielu nie do końca akademickich klubach i stowarzyszeniach) • … już podczas studiów tłumacz (razem z Johnem Herschelem) podręcznika analizy matematycznej • itd.

  13. Maszyna różnicowa • Docelowo maszyna służąca do obliczania (i drukowania) dowolnych tablic matematycznych metodą różnic skończonych • Konstrukcja całkowicie mechaniczna Pojedyncza sekcja maszyny (prototyp Babbage’a) Rekonstrukcja z 1991 roku (British Museum)

  14. Maszyna różnicowa • Projekt maszyny różnicowej dofinansowany z budżetu państwa (po zaopiniowaniu przez Royal Society) • Niestety – Babbage miał pecha… • Trafił na niezbyt uczciwego (choć niezłego) mechanika (Clement), którego wybrał do budowy części maszyny • Stan techniki w XIX wieku nie do końca pozwalał na realizację konstrukcji (kwestia dokładności wykonania części mechanicznych) • Postępujące opóźnienia w realizacji maszyny nie były zbyt ciepło przyjmowane przez przedstawicieli The Exchequer Office • Ostatecznie projekt przerwano w 1842 roku po wydaniu 17 tysięcy funtów (Babbage dołożył 20 tysięcy z własnej kieszeni) – co nie znaczy, iż były to pieniądze stracone. Babbage ( i cały projekt) był dość szeroko znany i inspirował wielu naśladowców… • Pierwsza rzeczywiście działająca maszyna różnicowa powstaje w końcu dla Akademii Szwedzkiej w 1853 – zbudowana przez George’a Scheutza według oryginalnego pomysłu (ale nie projektu) Babbage’a

  15. Maszyna analityczna • W czasie wolnym od pracy nad maszyną różnicową (m.in. wtedy, gdy Clement ukradł plany maszyny różnicowej) Babbage rozmyśla nad uniwersalną maszyną liczącą – maszyną analityczną • Pomysł – wyposażenie maszyny w możliwość programowania i wykonywania dowolnych działań arytmetycznych • Taka maszyna byłaby znacznie bardziej „potężna” od maszyny różnicowej – można by ją wykorzystać do, w zasadzie dowolnych, obliczeń matematycznych • Babbage: „… I am myself astonished at the power I have been enabled to give to this machine; a year ago I should not have believed this result possible”

  16. Maszyna analityczna Bębny sterujące (mikrokod) Akumulatory Licznik instrukcji (PC) Rejestry (pamięć) Młyn (operacje arytmetyczne, CPU) M Czytniki kart Widok z góry

  17. Maszyna analityczna - działanie • Działanie maszyny analitycznej znamy głównie dzięki artykułom Lady Ady Lovelace (kuzynki Lorda Byrona), którą można nazwać pierwszym informatykiem (a przynajmniej programistą) • Maszyna analityczna odczytuje program oraz dane z odpowiednio przygotowanych kart perforowanych – kart danych (powodujących „załadowanie” liczby do odp. rejestru), kart dyrektyw oraz kart operacji (programu) • Np. aby obliczyć wyrażenie a(b+c)/(d-e) należało „załadować” liczby a..e do rejestrów V1..V5; następnie przygotować następujące karty dyrektyw: • 2, 3, 6, 6, 1, 7, 4, 5, 8, 7, 8, 9 • I następujące karty operacji: • +, *, -, / • Efekt – sekwencja operacji: • V2+V3 -> V6 • V6*V1 -> V7 • itd.

  18. Maszyna analityczna • Maszyna analityczna (jako całość) zawsze traktowana była przez Babbage’a jako „ćwiczenie intelektualne” • Bardzo trudna do wykonania w XIX wieku – niezbędna dokładność obróbki części rzędu 1/500 cala, możliwa do osiągnięcia w czasach Babbage’a, ale bardzo kosztowna • Syn Babbage’a, Henry, podejmuje się jednak konstrukcji „procesora” maszyny (młyna) i w 1906 użyty zostaje do wydrukowania wielokrotności liczby pi. Nb. w tym czasie to samo zadanie może zostać wykonane lepiej i szybciej przez „standardowe” maszyny mechanograficzne.

  19. Możliwości maszyny analitycznej • Czy to byłby „komputer” w dzisiejszym rozumieniu tego słowa? • Byłoby to urządzenie: • Cyfrowe • Programowalne • „Turing-complete” – czyli, w sensie matematycznym, równoważne współczesnym komputerom • Pierwszy komputer spełniający powyższe warunki powstaje dopiero w latach 40-tych XX wieku • Maszyna analityczna byłaby jednak powolna – mnożenie dwóch liczb trwałoby ok. minuty • Zasilanie (czy też raczej napęd) – nie zostało dopracowane przez Babbage’a; jedynym rozsądnym rozwiązaniem wydaje się być silnik parowy • Gdyby jednak została skonstruowana – to można sobie by wyobrażać nieco wcześniejsze nastanie „rewolucji informatycznej” (Bruce Sterling „Difference Engine”). 

More Related