Информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации, составляющие предмет информатики, широко использовались человечеством на протяжении всей своей истории. Ученые выделяют в истории развития цивилизации несколько информационных революций, заключавшихся в кардинальном изменении средств, способов хранения и распространения информации, а также объема информации, доступной активной части населения. Переход на качественно новый уровень процессов информационного взаимодействия лежал в основе происходивших позднее технологических революций и сопутствующих им изменений общественных отношений.
Первая информационная революция заключается в появлении (примерно за 10 000 лет до н.э.) языка и членораздельной человеческой речи. Язык выполняет ряд функций, прежде всего, он служит средством выражения мысли и средством общения (коммуникации). Использование языка в практической деятельности стало информационной основой создания и освоения первых технологий в виде знаний и навыков рациональной организации этой деятельности. Возникновение языка связано с зарождением интеллектуальной деятельности: оно сделало возможным развитие процессов абстрактного мышления, накопление и распространение знаний, передававшихся от поколения к поколению в форме устных мифов и легенд.
Поскольку носителями этих знаний были живые люди - старейшины, жрецы, то накопление и распространение знаний в первобытном обществе осуществлялось чрезвычайно медленно и недостаточно надежно. Наскальные рисунки были единственным надежным средством долговременной передачи информации потомкам.
Вторую информационную революцию связывают с изобретением письменности, позволившим "отчуждать" знания от их живых носителей и фиксировать их на материальных носителях с помощью условных знаков (пиктограмм, а позднее - иероглифов и знаков алфавита). Наиболее древней считается письменность шумеров, возникшая более 5 000 лет назад. Приблизительно за 700 лет до н. э. в Греции был изобретен алфавит. Носителем информации выступали глиняные таблички, папирус, береста и т. д., позволявшие наносить на них различные знаки, а также рисунки и чертежи. Изобретение бумаги позволило уменьшить объем и вес носителя информации, облегчить и ускорить обмен ею. Создание письменности повысило степень сохранности и скорость распространения накопленных знаний, что привело к резкому расширению их круга и повышению достоверности. С изобретением письменности появились новые виды коммуникаций между людьми (почтовая связь), стало возможным развитие науки, культуры, образования. Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием натурального числа и различными способами записи чисел.
Появление письменности стало мощным фактором накопления и распространения знаний в области организации многих производственных и социальных процессов, привело к появлению первых профессий (например, писец) в сфере информационных технологий. В то же время значительная трудоемкость создания письменных документов, их концентрация в ограниченном слое общества, мизерная доля населения, имевшего возможность их использования, являлись факторами, сдерживающими развитие зарождавшихся технологий и производительных сил общества.
Третья информационная революция связана с изобретением книгопечатания, которое многие ученые считают одной из первых эффективных информационных технологий. В развитии книгопечатания необходимо отметить три этапа. На первом из них тиражирование осуществлялось путем оттиска вырезанного на специальных досках текста. В 1966 году была найдена отпечатанная не позднее первой половины VIII века в форме свитка книга Dharani Sutra of Pure Light, хранящаяся в настоящее время в Национальном музее в Сеуле. Предполагается, что книгопечатание началось в Китае в конце VII века. Второй этап связан с изобретением наборного книгопечатания, которое позволило резко увеличить не только тираж, но и перечень печатаемых книг. Наибольшее значение для развития цивилизации имела напечатанная И. Гутенбергом в 1456 году Библия. Она послужила толчком для развития книгопечатания по всей Европе. К концу XV века в 12 европейских странах было издано 40 000 экземпляров книг. Однако воздействие книгопечатания долгое время было ограничено из-за почти полной неграмотности населения и низкой интенсивности использования информации в производстве. В то же время издание книг существенно расширяло возможности получения знаний, образования и способствовало преодолению этого ограничения. Внедрение книгопечатания в социальную практику привело к взрывообразному росту количества используемых в обществе документов, обусловивших интенсивное распространение информации, научных знаний и информационной культуры. Не случаен тот факт, что вслед за книгопечатанием последовала эпоха великих географических открытий, развитие мануфактуры, начался стремительный рост числа изобретений и научных открытий. С XVI века ведет свою историю большинство крупнейших европейских библиотек. Изобретенные в XIX веке ротационные машины позволяли быстро делать многократные десятки и сотни тысяч отпечатков, что положило начало многотиражным периодическим изданиям. Информация стала доступна каждому грамотному человеку.
Четвертая информационная революция началась в конце XIX века, когда получили широкое распространение такие устройства электрической связи как телеграф, телефон, радио, позволявшие оперативно передавать значительные объемы информации.
Предшественниками этих устройств были системы оптической (визуальной) связи, основанные на использовании разнообразных сигнальных огней или флажков. Оптический телеграф, изобретенный в 1791 году К. Шаппом, основывался на использовании семафоров, которые могли находиться в разных положениях. Уже через три года была построена первая коммерческая линия связи Париж - Лилль. Самая длинная линия - 1 200 км - действовала в середине XIX века между Петербургом и Варшавой. Сигнал по этой линии проходил за 15 минут.
Первый телеграфный аппарат, предусматривавший получение сигналов путем замыкания электрической цепи телеграфистом с помощью специального приспособления (ключа) и последующую их передачу по проводам, был сконструирован российским ученым П.Л. Шиллингом в 1832 году, а затем неоднократно совершенствовался. Первая в мире действующая телеграфная линия протяженностью 21 км была построена в 1839 году. Электрический телеграф позволил не только увеличить дальность, скорость и надежность передачи сообщений, но и решить проблему оперативной связи между странами, разделенными морями и океанами. В 1851 году был проложен подводный телеграфный кабель между Англией и Францией, а в 1866 году - первые трансатлантические кабели. Таким образом, электрический телеграф образовал первую достаточно оперативную глобальную коммуникационную сеть.
Изобретение и развитие телеграфа стимулировало работы по созданию специальных кодов, с помощью которых передавалась информация. Наиболее известными из них являются азбука Морзе и пятиразрядный двоичный код, использовавшийся в буквопечатающем телеграфном аппарате Бодо (1874 год). В телеграфных аппаратах впервые стала использоваться подготовленная заранее бумажная перфолента (лента с рядами отверстий), благодаря которой уже в 1858 году можно было передавать до 500 букв в минуту, что в 5 - 6 раз больше, чем при ручной передаче информации телеграфистом. Начало передачи изображений по телеграфу относится к 1855 году (являющийся предшественником телефакса "пантелеграф" Дж. Казелли).
Первые телефонные аппараты, созданные Ф. Рейсом в 1861 году и А. Беллом в 1876 году, использовали тот же принцип замыкания электрической цепи, что и в телеграфных аппаратах. Замыкание осуществлялось мембраной под действием человеческого голоса. Полученные электромагнитные колебания передавались по проводам в приемный аппарат, позволяя воспроизвести в нем также с помощью мембраны переданную речь.
Первые передатчики радиосигналов (электромагнитных колебаний определенного диапазона частот) были независимо изобретены А.С. Поповым и Г. Маркони (1895 год). В 1896 году Г. Маркони был получен патент на использование радиопередатчика для передачи телеграфных сообщений, что привело к избавлению телеграфной, а затем и телефонной связи от проводов. Уже в 1898 году с помощью радиотелеграфа начали передавать информацию для газет. Впоследствии радио само стало средством информации, причем первым, к которому по праву применим термин средство массовой информации. Первая в мире мощная радиовещательная станция была создана в Москве в 1922 году.
Венцом четвертой информационной революции является телевидение, изобретение которого относится к началу ХХ века. В 1897 году К. Ф. Браун изобрел электронно-лучевую трубку (в будущем - кинескоп) для исследования электрических колебаний. Подвижное изображение геометрических фигур с помощью электронно-лучевой трубки было впервые продемонстрировано российским ученым Б. Л. Розингом в 1911 году. В 1930 году А.П. Константинов запатентовал первую электронную передающую трубку (телепередатчик). В. К. Зворыкин в 1933 году завершил работы по созданию полностью электронной системы телевидения. Телевидение не только привело к созданию феномена средств массовой информации и массовой культуры, но и, по мнению некоторых ученых, стало фундаментально новым способом коммуникаций, характеризующимся сенсорной имитацией реальности и психологической легкостью восприятия. В то же время учеными отмечается, что хотя телевидение лучше приспособлено для непринужденного общения, систематическому изложению более благоприятствует печатное слово.
В этот же период были изобретены разнообразные средства не только передачи, но и записи, хранения и воспроизведения звука, неподвижного и подвижного изображения. В 1839 году Л.Ж.М. Дагер разработал первый практически пригодный способ фотографии. Через 50 лет Дж. Истмен создал пленочный фотоаппарат, сделавший возможным массовое получение изображений широкими массами любителей. Датой рождения кино считается 1895 год, когда в Париже братья О. и Л. Люмьер продемонстрировали свои первые фильмы. В 1889 году на Всемирной выставке в Париже было продемонстрировано первое звукозаписывающее устройство - фонограф Т.А. Эдисона. Запись звука на кинопленку была запатентована И.Л. Поляковым в 1900 году.
Четвертая информационная революция существенно повысила роль информации как средства воздействия на общественное сознание, на развитие общества и государства. Благодаря вышеуказанным средствам коммуникации впервые стало возможным говорить о едином информационном пространстве не только в национальном, но и общемировом масштабе. Продолжающееся и в наши дни совершенствование данных средств, а также средств записи и воспроизведения изображения и звука привело к тому, что в экономически развитых странах они имеются сейчас практически в каждой семье, повышая возможности общения людей между собой.
Своим возникновением информатика как наука обязана пятой информационной революции, которая была вызвана появлением в середине ХХ века средств электронной цифровой вычислительной техники, из которых, прежде всего, следует отметить вычислительные машины. Основой предыдущих информационных революций было развитие средств хранения и распространения информации, улучшение же качества ее обработки обеспечивалось, главным образом, лишь благодаря развитию человеческого потенциала. С созданием цифровых вычислительных машин (компьютеров) у человеческого разума появился конкурент сначала в области проведения научных и инженерно-технических расчетов, затем в области обработки экономической и иной управленческой информации, а затем и в других самых разнообразных областях интеллектуальной деятельности. Принципиальной особенностью компьютеров является единый (цифровой) способ представления информации любых форм и видов для ее последующей обработки. Другой класс устройств вычислительной техники, основанный на представлении обрабатываемой информации в виде непрерывных (аналоговых) значений физических величин, имеет не менее древнюю историю, но в настоящее время нашел не столь широкое распространение, главным образом, в специализированных устройствах.
Использование различных приспособлений и устройств для облегчения счета ведет свою историю с глубокой древности (абак и другие виды счет, предназначенные для выполнения сложения и вычитания, были известны 2 500 лет назад). Первая механическая машина, выполнявшая четыре арифметических действия, была описана в 1623 году В. Шиккардом и реализована в двух экземплярах. Начиная с 1642 года была построена серия из 50 механических счетных машин более сложной конструкции, предложенной Б. Паскалем. Сконструированный в XVII веке Г.В. Лейбницем механический арифмометр мог выполнять четыре арифметические действия. В основу его устройства были заложены новые принципы и конструктивные решения, существенно ускоряющие выполнение операций умножения и деления. Несмотря на обилие различных конструкций механических счетных машин устойчивый спрос на них возник только с бурным развитием промышленности и ростом банковских расчетов в XIX веке, в последней четверти которого началось их серийное производство. Выпуск клавишных арифмометров с электроприводом для массовых несложных вычислений продолжался до начала 70-х годов ХХ века, когда они были вытеснены электронными клавишными вычислительными машинами, предшественниками современных электронных калькуляторов. В 1969 году в СССР было выпущено 300 тысяч арифмометров.
Проект аналитической машины, предусматривавший ее работу по заранее составленной программе, был предложен в 1832 году английским математиком Ч. Бэббиджем, но не был до конца реализован. Последовательность (программа) вычислений задавалась набором специальных перфокарт, управлявших выполнением операций и передачей чисел между отдельными блоками машины. Первая в мире программа для этой машины была написана в 1843 году А. Лавлейс, по имени которой назван один из современных языков программирования - Ада. Вывод числовой информации из этой машины предусматривался как на перфокарты, так и на устройство печати. Планировался вывод графиков кривых, а также вывод на долговременные запоминающие устройства.
Важным этапом в развитии вычислительной техники были устройства, основанные на использовании электромеханических элементов (электромагнитных реле). Они прошли путь развития от счетно-перфорационных комплексов (Г. Холлерит, 1887 год), применявшихся для статистической обработки результатов переписи населения, до первых универсальных вычислительных машин с программным управлением (модель Z-3 К. Цузе, 1941 год, модель MARK-2 Г. Айкена, 1947 год).
Однако быстродействие и надежность электромеханических элементов, а следовательно и созданных на их основе вычислительных машин, были ограничены в силу физико-технических причин. В СССР последняя крупная релейная вычислительная машина РВМ-1 была создана в 1957 году и эксплуатировалась до конца 1964 года. Технологической базой, обеспечившей прорыв сдерживавших развитие вычислительной техники ограничений, стала электроника.
Триггер, электронное реле на двух электронных лампах, было изобретено в 1913 году М.А. Бонч-Бруевичем. Первая электронная ЭВМ Colossus, созданная спустя 30 лет в Англии, содержала 2 000 ламп, однако была узкоспециализированной, так как предназначалась для дешифровки.
Первой универсальной электронной вычислительной машиной считается ЭВМ ENIAC, созданная под руководством Д. Моучли и Д. Эккерта в США в конце 1945 года. Эта машина весила 30 тонн, содержала 18 000 электронных ламп, другие элементы, потребляла мощность 140 кВт и имела внушительные размеры (ширина 4 м, длина 30 м, высота 6 м). Первая ЭВМ проработала почти 10 лет, выполнив за время своего существования операций больше, чем все человечество до момента ее создания. Однако ENIAC не была полностью автоматической ЭВМ, так как для перехода на другую программу вычислений необходимо было произвести перекоммутацию многих узлов машины с помощью штеккеров, аналогично тому, как это делалось на ранних телефонных станциях (коммутаторах) для соединения абонентов. Для сложных программ такая работа занимала два дня.
При разработке следующей американской машины EDVAC программа записывалась в специальную память электронным методом, значительное внимание также было уделено принципам построения ЭВМ. Дж. Фон Нейманом в 1945 году был подготовлен специальный научный отчет, в котором он описал логическую организацию и принципы функционирования компьютера, независимые от его элементной базы. В отчете была обоснована необходимость использования двоичной системы счисления, электронной технологии, последовательного выполнения операций. Создание машины EDVAC продолжалось семь лет и было полностью завершено лишь в 1952 году. Поэтому первой универсальной электронной вычислительной машиной считается созданная в 1949 году под руководством М. Уилкса английская ЭВМ EDSAC. В конце 1951 года в СССР были созданы две универсальные электронные вычислительные машины. В Киеве под руководством С.А. Лебедева - МЭСМ (малая электронная счетная машина), в Москве под руководством И.С. Брука - ЭВМ М-1. Ламповые машины представляли первое поколение ЭВМ, использовавшихся в основном для научно-технических расчетов в военно-промышленной сфере.
Второе поколение ЭВМ создавалось на базе транзисторов, первый образец которого был изобретен в США в 1947-48 годах Дж. Бардином и У. Браттеном, получившими в 1956 году Нобелевскую премию за свое открытие вместе с физиком-теоретиком У. Шокли. Первые транзисторные ЭВМ были созданы в США: специализированная (бортовая) - в 1955 году, универсальная RCA-501 - в 1959 году. Первая отечественная ЭВМ на транзисторах Раздан появилась в 1960 году. Новая элементная технология позволила резко повысить надежность и производительность ЭВМ, снизить вес, габариты и потребляемую мощность. В рамках второго поколения четко проявилось разделение ЭВМ на малые, средние и большие. Большое значение имело развитие устройств ввода/вывода и создание алгоритмических языков программирования, упростивших взаимодействие пользователей с ЭВМ. Все это позволило существенно расширить сферу их применения, включив в нее инженерные и планово-экономические задачи, задачи управления отраслями, предприятиями и технологическими процессами. Мировой парк ЭВМ за счет машин второго поколения увеличился примерно в 10 раз, и насчитывал порядка 100 000 машин.
Изобретение в 1957-59 годах интегральных схем, явившихся элементной базой ЭВМ третьего поколения, связано с именами Д. Килби и Р. Нойса. На тонкой пластинке из полупроводникового материала площадью 1-2 квадратных сантиметра размещалось несколько логических элементов, образованных десятками соединенных между собой транзисторов. Впоследствии число логических элементов в одной интегральной схеме было доведено до нескольких тысяч. Важной архитектурной особенностью ЭВМ третьего поколения стало использование в них операционных систем - поставлявшихся вместе с ЭВМ программ, решавших задачи управления различными техническими ресурсами ЭВМ при их совместной работе, а также обеспечивавшими одновременное выполнение нескольких программ в режиме мультипрограммирования. Отсчет вычислительных машин третьего поколения принято вести с широко известной серии IBM/360, состоящей из 11 моделей ЭВМ, выпуск которой был начат в США в 1964 году. В 1965 году была создана первая мини-ЭВМ PDP-8, появившаяся в результате неполной универсализации специализированного микропроцессора (программно-управляемого устройства, выполненного в виде интегральной схемы) для управления ядерным реактором. В СССР в 1972 году было организовано производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), представлявших собой аналог серии IBM/360. Наряду с ЕС ЭВМ в СССР с 1970 года было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), аналогичных зарубежным компьютерам серии PDP. Наиболее широкое применение ЭВМ третьего поколения нашли в информационных системах уровня предприятия и отрасли, они широко использовались при автоматизации научных исследований и проектирования. Важную роль в расширении области применения ЭВМ играли увеличение количества различных языков программирования, в том числе специализированных, создание пакетов прикладных программ различного назначения, разработка систем управления базами данными (СУБД). Парк ЭВМ за счет машин третьего поколения возрос еще в 10 раз. Массовыми стали профессии инженеров по обслуживанию ЭВМ, программистов, разработчиков информационных систем различного назначения. Дисциплины, посвященные изучению вычислительной техники, программирования, автоматизированных информационных систем включались в учебные планы, подготовки не только инженеров, но и специалистов экономико-управленческого профиля.
Конструктивно-технологической основой вычислительной техники четвертого поколения являются большие (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), созданные соответственно в 70-80-х годах ХХ века. Такие интегральные схемы могли содержать сотни тысяч транзисторов на одном кристалле (чипе). Элементная база СБИС позволила создавать микро- и мини-ЭВМ, превосходящие по своим возможностям средние и большие ЭВМ предыдущего поколения при значительно меньшей стоимости. Первый универсальный микропроцессор был изобретен инженером фирмы Intel Т. Хоффом в 1971 году. Микропроцессор Intel-8080, созданный в 1974 году, стал стандартом для микрокомпьютерной технологии и послужил основой для создания персональных компьютеров (ПК).
Первой из микро-ЭВМ можно считать созданный в 1974-75 годах Э. Робертсом компьютер Altair-8800. На его основе С. Возняком и С. Джобсом были созданы Apple-1 (1976 год) и Apple-2 (первый коммерчески успешный ПК). В 1981 году фирма IBM начинает выпуск своих серий IBM PC (personal computer) и PS/2, давших родовое имя всем микро-ЭВМ. При промышленном выпуске персональных компьютеров фирмы IBM использовались технологии, разработанные для нее другими фирмами. Поэтому они стали уязвимы для клонирования, которое вскоре начало практиковаться в массовых масштабах, особенно в Азии. Хотя этот факт подорвал господство IBM в мире персональных компьютеров, однако пользование клонами IBM PC распространилось по всему миру, фактически решив вопросы унификации и стандартизации архитектуры ПК и их компонентов, а также развития программного обеспечения для них. Невысокая цена, малые вес, габариты и потребляемая мощность, относительная простота эксплуатации обеспечили проникновение компьютеров на многочисленные рабочие места в крупные, средние и мелкие организации и предприятия, а также их приобретение для домашнего использования. Если раньше мировой парк ЭВМ каждые десять лет возрастал примерно в 10 раз, то с появлением ПК за 10 лет произошло стократное увеличение числа компьютеров в мире. В апреле 2002 года был продан миллиардный персональный компьютер.
Другим классом машин, определяющим лицо четвертого поколения, стали многопроцессорные супер-ЭВМ, создающиеся на принципах параллельной обработки данных. В настоящее время в мире эксплуатируется несколько тысяч таких машин, каждая из которых обладает производительностью до миллиарда операций в секунду.
Проект пятого поколения ЭВМ, опубликованный в 1981 году в Японии предполагал, что на базе дальнейшего развития СБИС будут построены ЭВМ, удовлетворяющие качественно новым функциональным требованиям. В перечень этих требований входили:
- интеллектуальность, обеспечиваемая реализацией эффективных систем ввода-вывода аудиовизуальной информации и диалоговой обработки информации с использованием естественных языков;
- упрощение процесса создания программ за счет их автоматизированного синтеза по описанию на естественном языке исходных требований к ним;
- высокие экономические и эксплуатационные качества в сочетании с хорошей адаптируемостью к разнообразным приложениям.
За прошедшее двадцатилетие этот проект все еще в основном не реализован. Одной из причин этого является расхождение его целей с кардинальными изменениями информационных технологий, связанными с шестой информационной революцией. Эти изменения вызваны формированием и развитием глобальных информационно-коммуникационных сетей, охватывающих все страны, проникающих в каждый дом, на каждое рабочее место, вызывающих коренные изменения организации производственной, торговой и иной профессиональной деятельности.
Телекоммуникации были революционизированы путем сочетания «узловых технологий» (электронные коммутаторы и маршрутизаторы) с новыми технологиями связи. Первый промышленный электронный коммутатор ESS-1 был введен Bell Labs в 1969 году. В середине 70-х годов прошлого века прогресс в технологии интегральных схем привел к созданию цифрового коммутатора, превосходящего аналоговые по мощности, гибкости и скорости работы. Оптоволоконные технологии передачи данных (70-е годы) и сотовая телефонная связь (90-е годы) позволили повысить пропускную способность и количество абонентов, правда при увеличении стоимости услуг связи.
Развитие телекоммуникаций в сочетании с повсеместным распространением компьютеров привело к появлению сетевых информационных технологий. Основным фактором их развития является глобальная сеть Интернет, с помощью которой осуществляются передача сообщений между компьютерами, а также поиск разнообразной информации на основе гипертекстовой технологии ее представления. Считается, что начало созданию этой глобальной сети положили появившиеся в 70-х годах прошлого века две американские сети, военного (ARPANET) и научного (NSFNET) назначения, которые впоследствии объединились. Интернет захватывает все более широкий спектр видов коммуникаций между людьми: электронная почта дешевле, быстрее и удобнее не только почты, но и телеграфа и факса. Сетевая междугородняя и особенно международная телефонная связь существенно дешевле традиционной. Расширяется номенклатура электронных цифровых устройств (фотоаппараты, видеокамеры, телевизоры и др.), обладающих возможностями обмена информацией с персональными компьютерами; разработаны и широко используются форматы и средства воспроизведения на компьютере записанных на компакт-дисках произведений музыкального, изобразительного и киноискусства; создаются и размещаются в Интернет электронные версии газет и журналов. Все это и многое другое позволяет говорить о создании единого цифрового информационного пространства.
Таким образом, суть шестой информационной революции заключается в создании общемирового информационного пространства на базе программно-технических средств, средств связи, информационных ресурсов, образующих единую информационную инфраструктуру, в которой активно взаимодействуют все большее количество людей, предприятий, государственных и общественных организаций. С другой стороны, эти изменения серьезно трансформируют жизнь личности, общества, государства, приводя к изменению цивилизационного характера - формированию информационного общества.