historia informatyki wykład 4 – mechanografia
DESCRIPTION
Piotr Gawrysiak [email protected]. 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 - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 2: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/2.jpg)
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
![Page 3: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/3.jpg)
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...
![Page 4: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/4.jpg)
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
![Page 5: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/5.jpg)
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
![Page 6: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/6.jpg)
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
![Page 7: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/7.jpg)
Sorter Holleritha Istotne przyspieszenie pracy – zawiera
sumator, oraz półautomatyczne urządzenie sortujące (otwiera samoczynnie odpowiednią przegródkę…).
Czytnik kart oparty o wykorzystanie rtęci…
![Page 8: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/8.jpg)
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.
![Page 9: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/9.jpg)
![Page 10: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/10.jpg)
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
![Page 11: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/11.jpg)
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!
![Page 12: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/12.jpg)
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.
![Page 13: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/13.jpg)
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.
![Page 14: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/14.jpg)
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)
![Page 15: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/15.jpg)
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
![Page 16: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/16.jpg)
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”
![Page 17: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/17.jpg)
Maszyna analityczna
Widok z góry
Rejestry (pamięć)
Akumulatory
Czytniki kart
Bębny sterujące (mikrokod)
MMłyn (operacje arytmetyczne, CPU)
Licznik instrukcji (PC)
![Page 18: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/18.jpg)
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.
![Page 19: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/19.jpg)
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.
![Page 20: Historia informatyki Wykład 4 – Mechanografia](https://reader033.vdocuments.site/reader033/viewer/2022061517/56814a88550346895db79947/html5/thumbnails/20.jpg)
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”).