Дитяча енциклопедiя Iнформатика

Знайомтесь, інформатика

Ця книга познайомить вас з такою наукою, як інформатика. Що це за наука, навіщо вона потрібна і чому навчає?

Часто думають, що інформатика – «це про те, як працювати на комп’ютері». Так, обов’язково і про це теж, але це тільки на перший погляд, якщо не спробувати розібратися, навіщо треба вміти працювати на комп’ютері і чому комп’ютер став таким необхідним для ваших батьків, родичів, знайомих та багатьох не знайомих вам людей. Насправді предмет «інформатика» настільки багатогранний, що окреслити його межі практично неможливо.

Інформатика – це наука, що вивчає галузь людської діяльності, яка пов’язана з процесами отримання, зберігання, передачі, використання та перетворення інформації за допомогою комп’ютерів.

Поняття «інформатика» виникло в 60-х роках XX століття у Франції для визначення галузі, що займається автоматизованою обробкою інформації за допомогою електронних обчислювальних машин (ЕОМ). Французький термін informatique (інформатика) утворено злиттям початку слова information (інформація) і кінця слова automatique (автоматика). Воно значить «інформаційна автоматика» або «автоматизована переробка інформації». В англомовних країнах цьому терміну відповідає синонім Computer Science (наука про комп’ютерну техніку).

Як наука інформатика почала активно розвиватися саме з появою електронно-обчислювальних машин. Чому? Тому що раніше рішення на основі інформації приймали здебільшого люди і робили це інтуїтивно. Нам не потрібно знати законів інформації, щоб прийняти те чи інше рішення – ми робимо це змалечку. А в XX столітті з’явилися машини-автомати, що мали працювати без втручання людини, вміти отримувати інформацію, зберігати, передавати, перетворювати її, використовувати для прийняття рішень. Ось тоді на допомогу прийшла інформатика.

В інформатиці можна виділити три головні частини: Hardware (апаратне забезпечення), Software (програмне забезпечення), Brainware (алгоритми та теоретичні методи розв’язання задач на комп’ютері).

Механізація – це використання механізмів для виконання роботи. Автоматизація – це виконання роботи механізмами без участі людини.

При вивченні інформатики потрібно не тільки навчитися працювати на комп’ютері, але й зрозуміти, що він може робити, визначити роль, яку він відіграє в нашому житті, зрозуміти, яку допомогу він може надати вам при вивченні навколишнього світу.

Пам’ятайте! Комп’ютер сам по собі – це тільки купа заліза, яка може виконувати команди. Його можливості визначає людина. І тільки використовуючи свої знання та вміння ви можете зробити його своїм вірним помічником.

Роздiл I Інформація

«Хто володіє інформацією, той володіє світом»

Ви чули коли-небудь, що ми живемо не в одному світі, а в кількох паралельних? Якщо чули, то напевне вважаєте, що питання паралельності світів може турбувати філософів, людей, які цікавляться релігією чи магією. Або взагалі все це вигадки фантастів. Але давайте разом спробуємо порахувати. Ми втомилися після важкого дня і лягли відпочивати. І важко сказати, що при цьому залишились у цьому світі, бо закони сну зовсім відрізняються від звичних нам законів. Отже, сон – це перший паралельний світ у нашому житті. Ми прокидаємося, збираємося до школи. Разом з тим бажаємо доброго ранку родичам, питаємо, що буде на сніданок і коли батьки повернуться з роботи ввечері. І це світ спілкування, другий світ. У школі ми опиняємося у світі навчання. А потім? Світи книг і фільмів. Світ, у якому немає нічого важливішого, ніж перемога в спортивних змаганнях. І ще, ще, ще…

Історики й економісти розрізняють три типи суспільства: аграрне, індустріальне, постіндустріальне (інформаційне). Визначальними в аграрному суспільстві були відносини в сільському господарстві, пов’язані з користуванням і володінням землею. Індустріальне суспільство визначається рівнем розвитку промисловості, її технічною базою. В інформаційному суспільстві більшість людей, що працюють, зайняті створенням, зберіганням, переробкою, продажем, обміном інформацією.

Матеріальний, фізичний світ вивчає багато наук. Вони називаються природничими науками. А який світ вивчає інформатика? Це світ інформації.

Інформація відіграє величезну роль у житті людей з давніх-давен. Генетичну інформацію можуть передавати навіть найпростіші живі істоти – бактерії. Більшість звірів, виховуючи малюків, навчають їх, як вижити в навколишньому середовищі. І значить, теж передають їм інформацію.

Здається, інформація оточує нас з усіх боків. Звуки, запахи, зорові образи, те, що ми відчуваємо шкірою. Чи є все це інформацією? Наш мозок переробляє величезні обсяги даних найчастіше непомітно, відбираючи тільки те, що цікавить нас у цю мить. І якщо температура – це інформація, то де ж знаходиться межа між матеріальним та інформаційним світами? Що ж тоді ми називаємо інформацією?

Знайти універсальне визначення інформації намагалися вчені-філософи. Інформація – це визначення змісту, отриманого із зовнішнього світу (Вінер); це комутація, зв’язок (Шеннон); обмеження різноманітності (Ешбі); оригінальність, міра складності (Моль); вірогідність вибору (Майлз Мартін).

Поняття «інформація» (лат. informatio – відомості, роз’яснення, виклад) дуже широке і багатостороннє, тому воно має цілий ряд визначень і синонімів. На даний момент найбільш широко розповсюджена думка, що універсального критерію, є тому й універсального визначення інформації не існує. Інформація визначається в першу чергу метою роботи системи. З цієї точки зору можна сказати, що інформацією є всі відомості про об’єкт, корисні «приймачу» (тобто людині, колективу або системі) для вирішення завдання чи досягнення мети. Якщо якісь відомості не потрібні, вони є «шумом», а не інформацією. Якщо ж ці відомості сприяють прийняттю помилкового рішення, то вони є дезінформацією.

Отже, відповідь на питання, чи є температура інформацією, така. Коли ми збираємося гуляти і простягаємо руку за вікно, щоб відчути, чи холодно там, – це інформація. А коли посеред улюбленої передачі починають передавати новини і прогноз погоди – це шум. А ось у прогнозі, якого ви чекали, на вихідні передали сонечко. Ви пішли гуляти з друзями і змокли під час несподіваної зливи. Це якраз дезінформація. А ще температура – це така фізична величина.

В наш час люди знайшли ще одне визначення. Інформація – це товар. Інформація – це гроші.

Вінстон Черчілль під час Другої світової війни сказав: «Хто володіє інформацією, той володіє світом». А колишній боєць спецназу SAS Енді Мак-Наб у своєму бестселері «Bravo Two Zero» писав: «Найкраща зброя – не артилерія або винищувачі, а інформація».

Справді, сьогодні будь-яка інформація може мати свою ціну. Газети продають інформацію читачам. Промислові шпигуни продають формули чи креслення, які теж є інформацією. Якщо знати, скільки завтра будуть коштувати акції різних компаній, то можна заробити на біржі завдяки інформації.

Звідки ж узяти потрібну інформацію? Колись, дуже-дуже давно, інформацію передавали з уст в уста. Тільки так, від старших до молодших передавався накопичений досвід. Потім люди винайшли письмо. Але варто зауважити: те, що люди записували з давніх-давен і записують дотепер, не є власне інформацією. Записують дані. На відміну від інформації, дані – це зареєстровані на будь-яких носіях відомості про об’єкт (реальний чи вигаданий). Ці відомості є даними незалежно від того, чи потрібні вони якомусь «приймачу», чи прочитав їх хтось. Тому дані є лише потенційною інформацією. Інформацією вони стають тільки після того, як потрапили до «приймача».

Текст фіксували на глиняних та дерев’яних дощечках, телячій шкірі, цеглинах, папірусі, аж поки не було винайдено папір. З нього можна було робити книги порівняно невеликого розміру, адже та кількість інформації, що повинна була зберігатися, уже не вміщувалася на кількох цеглинах чи камінцях. Тому багато століть більшість даних, накопичених людством, містилося в книгах. І навіть люди XX століття для здобуття потрібної інформації в першу чергу користувалися книгами. Наступним кроком у розповсюдженні та зберіганні інформації було винайдення друкарства, адже стало можливим досить швидко робити багато примірників якоїсь книги, проспекту тощо. Так на тривалий час вивішилась проблема копіювання інформації, але це не вирішило питання надійності її зберігання. Папір виявився дуже чутливим до вологи та тепла, саме тому у багатьох книгосховищах невисока температура і низька вологість. Так книги довше зберігаються. Ще книги досить дорогі, крім того, зі зростанням кількості даних навіть вони займають багато місця. Великі бібліотеки потребують складного обслуговування. Знайти потрібну інформацію серед кількох тисяч книг, навіть маючи каталог, буває досить важко.

Каталог (грец. katalogos – список) – перелік будь-яких предметів (книг, експонатів, товарів), складений у визначеному порядку.

Великий енциклопедичний словник

Напевно, учителі давали вам таке домашнє завдання, як реферат. Навіщо? А саме тому, щоб навчити добувати потрібну інформацію. І ще десятиліття назад реферати писали так: спочатку відшукати у каталозі необхідну літературу, потім прочитати її, виписуючи необхідні відомості, і тільки після цього можна було приступити до їх упорядкування і написання реферату. Потрібно було по кілька годин просиджувати в бібліотеці, передивляючись книги і вишукуючи крихти інформації серед сотень чи навіть тисяч сторінок даних.

Зараз робота з пошуку інформації значно спростилася. І все це завдяки комп’ютерам. Сучасний комп’ютер може замінити величезну бібліотеку. А якщо він підключений до всесвітньої мережі Інтернет, то допоможе нам отримати майже будь-яку несекретну інформацію. Треба тільки вміти шукати. Саме тому багато бібліотек у всьому світі зараз має не тільки полиці з книгами, а й столи, на яких стоять підключені до Інтернету комп’ютери. Отже, комп’ютери значно спростили, здешевили і прискорили процес пошуку інформації.

Для того щоб інформація сприяла прийняттю на її основі правильних рішень, вона повинна відповідати таким вимогам: достовірність, повнота, актуальність (своєчасність). Іноді до цього списку додають також корисність і зрозумілість, але це скоріше входить до визначення самого поняття «інформація».

Всяка устаткована бібліотека повинна мати три каталоги: каталог придбань, алфавітний і систематичний, кожен з цих каталогів повинен задовольняти усі вимоги бібліографії, а останні два повинні ще давати вказівки на місцезнаходження даної книги в бібліотеці. Загальноприйнята, завдяки практичним зручностям, система рухливих карткових каталогів: про кожну книгу всі необхідні відомості виписуються на окремій картці; картки розташовуються в бажаному порядку і зберігаються в особливих шухлядах.

Енциклопедія Брокгауза й Ефрона

Слід звернути увагу на таку властивість інформації, як достовірність. Недостовірна інформація не обов’язково буде помилковою, але дуже важко сказати, чи можна користуватися нею для прийняття рішень. Найчастіше не можна казати, що якась інформація є цілком достовірною. Правильніше було б визначати ступінь достовірності. Те саме можна сказати й про повноту інформації.

Існує легенда. Кілька незрячих людей вирішили дізнатися, який із себе слон. Один помацав хобот і сказав: «Слон схожий на велику мотузку». Другий підійшов до слона збоку, доторкнувся до нього і вирішив, що слон схожий на стіну. Третій обмацав ноги слона і зробив висновок, що слон схожий на стовпи. Ще довго вони сперечалися, а все тому, що жоден з них не володів інформацією в повному обсязі і робив невірні висновки.

Одного разу на берег маленького міста викинуло поштову сумку. Трішки розмоклі листи потрапили до родини, де їх читали й перечитували так часто, що хлопчик запам’ятав кожне слово: «Шановна Маріє Василівно! Спішу повідомити вам, що Іван Львович живий і здоровий…» Видатний початок «Двох капітанів» Веніаміна Каверіна. Загублені листи таки дійшли до адресата, і на шляху їхньому були нові зустрічі, любов, зрада і викриття.

Ще одне важливе питання вирішили сучасні засоби зв’язку. Це питання своєчасності, «свіжості» інформації. Уявіть собі світ, у якому немає ані телефонів, ані факсів, навіть телеграфу. І єдина можливість передати інформацію – відправити гінця. Або організувати спеціальну службу передачі письмових повідомлень – пошту. Але такий спосіб є дуже ненадійним. Листи губляться, плутаються, гінці можуть не дійти до місця призначення. Відомі випадки, коли лист знаходив свого адресата через кілька десятиліть, навіть після його смерті.

Зрозуміло, що зміст таких листів може зовсім не відповідати дійсності. Наприклад, під час війни. Із штабу через відсутність зв’язку відправляють гінця з наказом роті відійти на північ. Майор, командир роти, отримує цей наказ тільки через три години. За цей час іти на північ уже не потрібно, але ні гонець, ні майор цього не знають. Так через «несвіжість» інформації можна навіть програти битву. Своєчасність важлива також і в інших сферах життя, надто в бізнесі.

Найбільша з відомих швидкостей – швидкість світла – не є безкінечно великою. Вона становить приблизно 300 000 км/с. На землі ми не відчуваємо затримки при передачі повідомлення з такою швидкістю. Але щоб сигнали із Землі дійшли до Марса, знадобиться близько 4 хвилин. І це за умови, що Марс знаходиться в найближчому до Землі положенні.

Тепер швидкість передачі інформації збільшилася майже до миттєвої. За допомогою телефону можна говорити з людиною, яка знаходиться за багато кілометрів від нас, так, ніби ми стоїмо поряд.

За допомогою телеграфу можна швидко передавати на великі відстані письмову інформацію. За допомогою телефону – звукову. Факс дозволив передавати зображення. А комп’ютер, підключений до Інтернету, може передати на інший комп’ютер будь-яку інформацію, причому простіше і в більших обсягах. З появою цифрових камер усе популярнішими стають відеоконференції. Люди в різних містах можуть не тільки чути своїх співрозмовників, але й бачити їх на екрані монітора. У той же час маленька нескладна й недорога камера передає їх зображення на монітори інших. Це значно швидше, простіше й дешевше, ніж їздити по всьому світу. І приємніше, ніж домовлятися просто по телефону. Бо багато людей хочуть бачити своїх співрозмовників, особливо під час проведення важливих переговорів.

Ще одна послуга, яка активно почала розвиватися з появою Інтернету, – так зване дистанційне навчання. Воно схоже на відеоконференцію, тобто учні та викладачі можуть знаходитися в різних місцях, але бачити й чути одне одного за допомогою комп’ютера. Аурок проходить майже так само, як у звичайній школі, бо ми не тільки бачимо лекцію, записану вчителем, а можемо ставити запитання і отримувати на них відповіді.

Вимірювання інформації

Якщо інформація є товаром, то її потрібно якось вимірювати. Ми купуємо один кілограм яблук або три метри тканини. Скільки ж інформації можна купити?

Вимірювати інформацію можна виходячи з того, у якому вигляді вона представлена. Якщо це письмовий текст, то можна рахувати літери, слова чи сторінки. Часто так роблять у видавництвах. Якщо інформація звукова, то можна вимірювати час звучання у хвилинах, секундах або інших одиницях.

Найпоширеніший спосіб вимірювання інформації – об’ємний. При алфавітно-цифровому поданні інформації будь-яке слово, що є послідовністю символів, стає інформацією. Число символів у слові називається його довжиною. Кожний новий символ збільшує кількість інформації, наданої послідовністю символів обраного алфавіту. Кількість інформації, що міститься в слові з одного символу, приймають за одиницю. Якщо ми конструюємо повідомлення, використовуючи двозначний алфавіт з двох цифр 0і 1, то будь-яка з них стає еталонною одиницею кількості інформації. Величину, здатну приймати лише два різних значення (0і 1), називають бітом (англ. binary digit – двійковий знак). Таким чином, біт – мінімальна одиниця кількості інформації.

Види інформації, які людина отримує за допомогою органів чуття

Порівнюючи з еталоном, можна встановити об’єм (кількість) інформації, що міститься в слові, записаному в тому ж двозначному алфавіті. Але при представленні інформації у вигляді послідовності слів, складених із символів двозначного алфавіту (коли відсутній навіть пробіл для розмежування слів), стає неможливим розкодування, тобто розуміння отриманої інформації. Зрозуміти її можна лише за умови наявності угоди про фіксовану довжину послідовностей з 0 і 1, що складають слово в поданій інформації. Такою довжиною стали вважати вісім символів (нулів і одиниць) – 8 біт. Величина кількості інформації у 8 біт називається байтом. Таким чином, будь-яку інформацію на комп’ютері вимірюють у бітах і байтах.

Види інформації, які людина отримує за допомогою органів чуття, називають органолептичною інформацією.

Світ навколо нас дуже різноманітний. Він повен всілякими образами, звуками, смаками, запахами. І всю цю інформацію доносять до свідомості людини її органи чуття: зір, слух, смак, дотик, нюх.

Сприймаючи інформацію про об’єкти за допомогою органів чуття, людина прагне зафіксувати її в такій формі, щоб вона стала зрозуміла іншим. При цьому одна і та ж інформація може бути подана у різних формах: числова – цифра, число, вираз, таблиця; текстова – художня (казка, роман), наукова (доповідь, стаття); графічна – картина, креслення, графік; звукова – музика, шум, мова; комбінована – фільм, відеокліп, концерт. Наприклад, музичну тему композитор зіграє на фортепіано (звукова інформація), а потім запише за допомогою нот (зорова інформація). Художник представить музику у вигляді картини, поет – за допомогою вірша, хореограф – у вигляді танцю.

Більш докладно про представлення інформації в комп’ютері йтиметься в наступних розділах.

У наш час комп’ютери все більше проникають у всі сфери життя. Вони застосовуються для роботи з різною інформацією. Тож частіше й частіше в бітах і байтах вимірюють інформацію фахівці зовсім не комп’ютерних спеціальностей.

Захист інформації

Перше, що приходить на думку, коли чуєш про захист інформації, – це шпигунські фільми. Там ворожі агенти через складні системи сигналізації та захисту намагаються дістатися до таємничої формули. Насправді поняття захисту інформації значно ширше.

Проблемами захисту інформації займається наука криптологія. Вона вивчає різні способи зберігання та передачі інформації так, щоб вона не була пошкоджена, втрачена чи перехоплена.

Криптографія (cryptography) – спосіб зміни даних з метою зробити їх незрозумілими для непосвячених осіб. Це важливий компонент системи безпеки даних. Її сутність полягає в перетворенні даних перед їх передачею в безглуздий набір символів або сигналів і відновленні даних у первісній формі після їх прийому адресатом.

Криптологія захищає інформацію не тільки від зловмисників. Було винайдено способи кодувати інформацію так, щоб деякі пошкодження або помилки при передачі чи зберіганні можна було виправити або хоча б розпізнати. Найпростіший, але дуже дорогий спосіб захисту – дублювання усієї інформації. Якщо дані не будуть збігатися з дубльованими, це вказуватиме на недостовірність цих даних. Сьогодні втрати даних через недосконалість каналів передачі та збої апаратури значно перевищують втрати від ворожих дій інших людей.

Але зрозуміло, що важливою проблемою є секретність інформації. Неприємно, коли чужі люди можуть читати наші листи. Але іноді безпека інформації від стороннього втручання стає дуже важливою. Це стосується банківських операцій, військової інформації. Комп’ютерні бази даних державних установ можуть зберігати особисті дані про деяких або й усіх громадян держави; наприклад їхні адреси, паспортні дані та інше. Такі дані найчастіше кодуються так, щоб було дуже складно розшифрувати їх, не маючи спеціального ключа.

Розглянемо, наприклад, один з дуже простих способів кодування інформації. Що може означати слово RJVGM>NTH? Розшифрувати його можна, якщо відомий ключ. На клавіатурі букви найчастіше написані російською і англійською мовами. Якщо перемкнути розкладку клавіатури з англійської на російську мову, то прочитаємо слово компьютер.

Сьогодні захист інформації стає також проблемою виховання. Діти з дитинства вчаться тому, що таке чуже, а що своє. Їм пояснюють, що вони не мають права без дозволу брати чужі речі. Те саме повинно стосуватися й інформації. Вона є власністю. Так само як і матеріальна, інтелектуальна власність (дані та інформація) захищається законодавствами більшості держав. Тож присвоїти, пошкодити або використати чужу інформацію – це те саме, що вкрасти якусь річ. Пам’ятаймо про це.

Інтелектуальною власністю є і програмне забезпечення. У березні 2004 року Український центр ліцензійного програмного забезпечення (WinWordExcel.com) став першою компанією в Україні, що сертифікована компанією Mkrosoft за технологією «Керування ліцензіями на програмне забезпечення».

Усе більше компаній в Україні прагнуть не просто ліцензувати наявне програмне забезпечення, але й знизити витрати на його придбання, грамотно здійснювати облік ліцензій, а також контролювати установку програмного забезпечення на своєму підприємстві. Технологія «Керування ліцензіями», запропонована компанією Microsoft, розроблена спеціально як посібник з ліцензування і являє собою поетапну схему ліцензування, що дозволяє організаціям-замовникам не тільки значно заощадити час і гроші на ліцензування, підвищити продуктивність роботи організації, але також гарантує технічну підтримку і стійкість бізнесу за рахунок істотного зниження ризиків.

Завдяки сертифікації фахівці УЦЛПЗ (WinWordExcel.com) тепер можуть не тільки надавати замовникам професійні консультації, але й, маючи спеціальну підготовку, цілком супроводжувати клієнта під час упровадження технології Керування ліцензіями на підприємстві.

Коли ви користуєтесь комп’ютером, пам’ятайте, що всі програми, які встановлені на ПК, мають бути ліцензійними.

Інформаційні процеси

Вся діяльність людини пов’язана з переробкою інформації. Допомагають їй у цьому різні технічні пристрої. Процеси, в яких людина за допомогою різноманітних технічних пристроїв займається пошуком, збором, зберіганням, обробкою, кодуванням та передачею інформації, називають інформаційними процесами.

Пошук інформації – це витягування інформації, що зберігається. Існують ручний і автоматизований методи пошуку інформації в сховищах.

Збір інформації не є самоціллю. Щоб отримана інформація могла використовуватися, причому багато разів, необхідно її зберігати.

Зберігання інформації – це спосіб поширення інформації в просторі і часі.

Спосіб зберігання інформації залежить від її носія (книга – бібліотека, картина – музей, фотографія – альбом).

Зберігання дуже великих обсягів інформації виправдане лише за умови, що пошук потрібної інформації можна здійснити досить швидко, а відомості отримати в доступній формі.

У процесі передачі інформації обов’язково беруть участь джерело і споживач інформації. Між ними діє канал передачі інформації – канал зв’язку.

У процесі передачі інформація може втрачатися і спотворюватися. Як приклад можна навести спотворення звуку в телефоні, атмосферні перешкоди в радіо та ін.

Набуваючи життєвого досвіду, спостерігаючи світ навколо себе, інакше кажучи – нагромаджуючи все більше і більше інформації, людина вчиться робити висновки, тобто проводити усвідомлену обробку інформації.

Прилади, які допомагають отримати інформацію

Носії інформації

Люди завжди знаходили можливість зробити сховища інформації більш компактними, що дозволяло робити необхідну інформацію транспортабельною, більш зручною для зберігання, а також обмежувало доступ до неї небажаних осіб. Тому і з’явилися носії інформації, придатні для транспортування (глиняні таблиці, дощечки, папірус, пергамент, папір, магнітні носії, лазерні носії та ін.).

Схема Шеннона

Із зміною носіїв інформації змінилися і методи нанесення інформації безпосередньо на носії, що спричинило необхідність винаходу відповідних технічних засобів для роботи з інформацією: «випалення глини – глиняні таблиці», «папір – книгодрукування», «магнітні носії – комп’ютер».

У ХХ ст. як засіб для зберігання, переробки і передачі інформації науково-технічний прогрес запропонував суспільству комп’ютер.

Засоби зберігання інформації можна поділити на рукописні і друкарські, машинні, спеціальні (кіно, відео, фотографія і т. п.).

Сучасні засоби передачі інформації використовують класичну схему Шеннона.

Каналом зв’язку може бути радіо-, телефонна, оптико-волоконна, супутникова або інша лінія зв’язку. За допомогою каналів зв’язку комп’ютери об’єднуються у комп’ютерні мережі. Більш докладно про комп’ютерні мережі йтиметься у наступних розділах.

Носій інформації – матеріальний об’єкт для її зберігання. Носієм інформації може бути:

• будь-який матеріальний предмет (папір, камінь, дерево, стіл, класна дошка, зоряний пил тощо);

• хвилі різної природи: акустична (звук), електромагнітна (світло, радіохвиля), гравітаційна (тиск, притягання) тощо;

• речовина в різному стані: концентрація молекул у рідкому розчині, температура і тиск газу тощо.

Ігри з інформацією

Гарним і цікавим засобом розвитку уяви, логічного мислення, уваги є ігри з інформацією, а також вирішення логічних задач. Такі вправи навчають робити висновки та приймати рішення, користуючись неповною або недостовірною інформацією. Вони допомагають навчитися відрізняти та спростовувати хибну інформацію (дезінформацію).

1. ПОКАЖИ

Ведучий пропонує знаки-жести для позначення процесу прийому інформації за допомогою органів чуття. Наприклад: побачив – показав на очі; почув – на вуха; відчув запах – на ніс; покуштував – показав на язик; спробував на дотик – підняв руку. Після цього ведучий читає або розказує текст, а гравці за допомогою введених жестів показують, яким засобом була отримана інформація.

2. НАМАЛЮЙ

Ця гра – дещо змінений варіант гри № 1 (ПОКАЖИ).

На початку гри ведучий вводить знаки-піктограми для позначення процесу прийому інформації людиною за допомогою органів чуття.

Наприклад:

– прийом інформації за допомогою очей (зір);

– прийом інформації за допомогою вух (слух);

– прийом інформації за допомогою носа (нюх);

– прийом інформації за допомогою язика (смак);

– прийом інформації за допомогою шкіри (дотик).

Кожний гравець отримує аркуш паперу та олівець. Ведучий читає текст, у кожному реченні якого описується процес передачі інформації за допомогою будь-якого органу чуття. По ходу читання тексту кожний учасник малює на своєму аркуші паперу малюнки-піктограми, якими зашифровані відповідні органи чуття. Такимчином, по закінченні читання тексту на аркуші кожного учасника гри буде зображена послідовність малюнків-піктограм. Наприкінці гри проводиться перевірка відповідей або ведучим, або учасниками гри за зразком, який відкриває ведучий.

Текст для читання ведучий може підібрати сам, наприклад казку Л. М. Толстого «Три ведмеді».

3. ВІДГАДАЙ СЛОВО (ВІДГАДАЙ ФРАЗУ, «КОРОВА»)

Ведучий ділить гравців на дві команди. Одна з команд запрошує одну людину з команди суперників і каже йому слово, приказку, назву відомої казки тощо (що саме, вирішується заздалегідь). Цей учасник гри передає інформацію, яку йому повідомили, своїй команді, користуючись тільки жестами.

Команда повинна здогадатися, яку інформацію їй передають. Потім команди міняються ролями. Після серії таких угадувань визначається колективний переможець – команда, якій удалося відтворити інформацію у більшості випадків вірно. Можна виділити і окремих переможців – тих, хто найбільш вдало передавав інформацію за допомогою жестів, і тих, хто найуспішніше відновлював передану інформацію.

4. ЩО ЦЕ ОЗНАЧАЄ?

Ведучий ділить гравців на дві команди. Гравцям однієї команди зав’язують очі або іншим засобом позбавляють їх можливості спостерігати за тим, що робиться (наприклад за допомогою ширми). Друга команда розігрує ситуацію, але використовує тільки різноманітні звукові ефекти. Ніяких слів при цьому не кажуть. Якщо зміст якогось із звукових ефектів угадано, лунає умовний сигнал (наприклад, звук гонга). Послідовність звукових ефектів повторюють оговорену кількість разів – до повного відгадування ситуації, яку розіграли, або до визнання поразки іншою командою.

5. УПІЗНАЙ ЗА ЗАПАХОМ

Учасникам гри із зав’язаними очима пропонують тільки за запахом визначити послідовність запропонованих їм предметів, які мають характерний запах (цибулю, часник, парфумерні вироби, фрукти і т. п.). Помічник ведучого фіксує у протоколі кількість вірних відповідей.

6. УПІЗНАЙ ЗА СМАКОМ

Ця гра відрізняється від попередньої (УПІЗНАЙ ЗА ЗАПАХОМ) тим, що визначити послідовність запропонованих речей потрібно за смаком (це можуть бути шматочки яблука, цукерки, лимона, хліба, сиру та ін.).

7. УПІЗНАЙ НА ДОТИК

Учасникам гри пропонується на дотик визначити, які речі знаходяться у них у руках.

8. ЗМАГАННЯ ПОПЕЛЮШОК

Із заплющеними очима за визначений час супротивники повинні перебрати набір деяких предметів (наприклад відокремити квасолю від гороху). При визначенні переможця треба враховувати кількість і якість виконаної роботи.

9. «ПАНАС»

Один з учасників гри із заплющеними очима повинен «спіймати» когось із гравців та впізнати, хто це.

10. «ЗІПСОВАНИЙ ТЕЛЕФОН»

Грає група, яка сидить рядком. Ведучий пошепки каже найближчому гравцю якесь слово, той швидко пошепки передає його гравцю, який сидить наступним, і так до останнього учасника гри. Останній гравець вголос каже слово, яке він почув. Після цього ведучий називає первісне слово і учасники гри порівнюють ці слова. Якщо слова співпадають, це означає, що інформація не зіпсувалась, у протилежному випадку маємо дезінформацію.

11. «ЗІПСОВАНИЙ ТЕЛЕФОН-ОБЧИСЛЮВАЧ»

Ведучий запам’ятовує якесь число і каже його першому гравцю. Той повинен провести з цим числом заздалегідь оговорену дію, наприклад додати 2. Результат передається наступному гравцю «ланцюжка», і так далі. Останній гравець каже результат. Ведучий (який знає, що за результат має бути, виходячи із кількості гравців) повідомляє, чи «зіпсувався» телефон. Якщо так, то шукають «зіпсовану» ланку.

12. «ЗІПСОВАНИЙ ТЕЛЕВІЗОР»

Учасники гри із заплющеними очима передають одне одному зображення якоїсь літери, «малюючи» її на долоні наступного. Останній у «ланцюжку» вголос каже, яка літера до нього дійшла. У випадку, коли сталося перекручення інформації, учасники «ланцюжка» у зворотному напрямку відновлюють зв’язок і знаходять «зіпсовану ділянку».

13. ЧИ ЗНАЙОМА ТОБІ КАЗКА?

Ведучий сам або за допомогою декількох учасників гри читає або показує в ролях уривок із казки. Інші учасники гри відгадують назву казки.

14. «ВІДГАДАЙКИ» (ситуації з неповною умовою)

а) Відгадай казку.

Ведучий повідомляє деяку інформацію, пояснивши гравцям, що події, про які йдеться, сталися у відомій казці. Гравці повинні вгадати казку. При цьому вони мають право задавати ведучому питання, але тільки такі, на які можна отримати відповідь «так» або «ні». Потрібно найменшою кількістю запитань здогадатися, що це за казка.

Деякі приклади казок.

• Було скоєно жахливий злочин, однак завдяки кмітливості одного «малюка» злочинця було затримано, знешкоджено, усі постраждалі врятовані (Вовк та семеро козенят).

• Дівчинка гралася з подругами та раптово зникла (Снігуронька).

• Два приятелі вирішили провідати третього. У результаті цього хазяїн залишився без домівки (Вінні-Пух та всі-всі-всі).

• Мати дала доручення своєму синові, але коли він повернувся, виконавши це доручення, вона від нього відмовилася (Карлик-Ніс).

• Одна допитлива особа постраждала через свою балакучість та хвалькуватість (Жаба-мандрівниця).

• Інша особа повірила брехливій хвальковитості і залишилась без обіду (Ворона та лисиця).

• Два брати через своє байдикування ледь не померли. Їх врятувала працьовитість третього брата (Троє поросят).

б) Відгадай ситуацію.

Людина, яка живе на 20-му поверсі, завжди їде вниз ліфтом, підіймається нагору тільки на 16-ий поверх, а далі йде пішки. Чому? (Вона має маленький зріст, і тому не дістає до кнопки 20-го поверху).

15. 0 АБО 1?

Кожний учасник гри має дві картки, на одній написано «0», на іншій – «1». Ведучий задає гравцям запитання, на які можна відповісти тільки «так» або «ні». За умовою гри, відповідь «так» – це картка «1», «ні» – «0». Відповідати треба швидко. Той, хто схибить, виходить із гри. Гравці, які вибули, допомагають ведучому, фіксують вірні відповіді. Уміння формувати такі питання, на які можна відповісти тільки «так» або «ні», допоможе у розвитку алгоритмічного мислення (при написанні алгоритмів розгалуження та циклів).

16. НАВЧИСЬ СТАВИТИ ЗАПИТАННЯ

Один з учасників гри загадує слово і повідомляє його ведучому або записує його на папері. Тим, хто відгадує, повідомляється, до якого класу належить загадане. Наприклад, якщо загадане слово «заєць», то кажуть, що це тварина. Учасники гри намагаються відгадати слово. Для цього вони задають питання, на які можна відповідати тільки «так» або «ні». Переможе той, хто відгадає слово при найменшій кількості питань.

17. ЗНАЙДИ ПРИХОВАНУ ІНФОРМАЦІЮ

Із букв даного слова або набору букв скласти можливі слова. Переможе той, хто знайде слів більше і у кого вони будуть мати більшу кількість букв.

Наприклад:

Інформація (форма, фора, фірма, фон, яма, рація, нора, норма, омар, роман).

18. ЖИВИЙ СЛОВНИК

До одягу кожного учасника гри прикріплена табличка з його ім’ям.

а) За командою ведучого всі повинні стати «за алфавітом», так, як розташувалися б у словнику імена учасників гри (принцип словника такий: порівнюються перші літери, якщо вони співпадають, то порівнюються наступні і т. д.).

б) Ведучий називає слово. Учасники гри повинні швидко стати так, щоб слово було побудоване з перших літер їхніх імен.

в) Учасники гри діляться на дві команди. Команди по черзі складають слова з перших літер імен. Перемагає та команда, яка складе більше слів.

19. ВПУСТІТЬ МЕНЕ ДОДОМУ

Діти створюють декілька кіл (наприклад три). Кожне коло позначає якусь множину. Наприклад, перше коло – це тварини, друге – меблі, третє – рослини (варіантів може бути багато). Один учасник гри «заблукав» і шукає свій «будинок». Ведучий називає слово, а той, хто «загубився», повинен швидко бігти в коло «додому», у те коло, яке є моделлю його множини. Якщо дитина помилилась, то діти, які складають коло, не повинні її пропустити (як у грі «кішки-мишки»). Той, хто помилився, вибуває з гри. Якщо «будинок» вибрано вірно, то ведучий призначає наступного «загубленого».

20. ЛИСТ-МАЛЮНОК

Учасників ділять на дві команди. Вони «пишуть» одне одному лист-малюнок і міняються ними. Ведучому або журі віддається текстовий варіант листа (або повідомляється усно). Після цього учасники гри розповідають, як вони зрозуміли зміст листа команди-супротивника. Журі оцінює, по-перше, наскільки вдало команда намалювала свій лист, по-друге, наскільки вірно вона зрозуміла зміст листа супротивника.

21. ШИФРОВКИ

Дітям пропонується розшифрувати речення, якщо принцип шифрування їм невідомий. Наприклад: «Мапумапу мипулапу рапумупу» (зашифроване речення «Мама мила раму», де принцип шифрування такий: після кожного складу додається склад «пу»).

22. КОНИК

На демонстраційній дошці намалювати додатну частину числової осі. На аркушах паперу намалювати будиночки та коника.

Ведучий розповідає казку. Наприклад: Жив-був коник, який любив мандрувати за числовою прямою. Але стрибав він особливо: уперед тільки на 2 кроки, а назад – тільки на один. У різних місцях числової осі живуть друзі коника – мишеня, заєць, мурашка…

Коник повинен потрапити до них у гості.

Потрібно скласти оптимальний (за найменшу кількість стрибків) алгоритм руху коника. Ведучий повинен змінювати систему команд виконавця (коника). Наприклад, можна сказати, що заєць пригостив коника морквою і той став стрибати вперед на 3 кроки, назад на 2. Бажано розглянути ситуацію, коли у системі команд виконавця тільки парні або непарні числа. В такому разі коник не потрапить ні до яких друзів (обов’язково треба обговорити чому).

23. ЗНАЙТИ СХОЖЕ В НЕСХОЖОМУ

Називають предмет. Потім треба назвати ознаку цього предмета й інший предмет (один чи кілька), що мають такі ж ознаки.

Наприклад: пила (гостра – ніж, довга – лінійка, металева – цвях та інше).

24. ЗРОБИ ВИСНОВОК

Для прикладу дається речення: «Якщо почався дощ, то треба розкрити парасольку». Такі речення мають умову (посилку) і висновок. Після цього треба самим закінчити речення, яке має тільки умову.

Наприклад:

Якщо в тебе закінчився зошит, то…

Якщо завтра урок фізкультури, то…

25. КОНТРПРИКЛАД

Дається судження, яке є хибним. Треба спростувати його за допомогою контрприкладу.

Наприклад, судження може бути таким: «Стиглі яблука червоні». Контрприклад, що спростовує істинність такого висловлення, може бути таким: «Яблуко сорту антонівка ніколи не буває червоним. Стиглі яблука цього сорту – жовті».

26. КЛАСИФІКАЦІЯ

Кожній з команд пропонуються однакові набори речей. Потрібноїх розділити на декілька груп. Після виконання завдання необхідно пояснити, за якими ознаками була зроблена класифікація.

27. ПОБУДУЙ ЛАНЦЮЖОК

Дається два слова, які є початковою і кінцевою ланкою ланцюжка, наприклад, земля…варення. Ланцюжок, що пов’язує між собою ці слова: земля-дерево-вишня-варення (на землі росте дерево, на дереві – вишні, з вишень варять варення).

Інші приклади: книга…ніж, трава…сир та інше.

28. УСЕ НАВПАКИ

Треба змінити подане судження так, щоб воно змінило свою істинність.

Наприклад: «Усі учні цього класу – хлопці». Змінені судження можуть бути такими: «у класі вчаться хлопці та дівчата», «у класі вчаться не тільки хлопці», «у класі вчаться тільки дівчата».

29. НА БЕЗЛЮДНОМУ ОСТРОВІ

Гравцям пропонується придумати нестандартні застосування даних речей. Наприклад:

• За допомогою лінійки достати до вимикача.

• Із газети зробити кораблик.

• Із пластикової пляшки зробити умивальник.

• За допомогою дверей колоти горіхи та ін.

Після такого тренування можна запропонувати сюжетну гру. Наприклад: «Ви потрапили на безлюдний острів. У вас є такі речі: ніж, мотузка, газета, сірники. Вам потрібно дізнатися, де схід. Визначити приблизно час, побудувати укриття, приготувати їжу, побудувати пліт. Як ви все це зробите?»

Роздiл II Комп’ютер і людина: вчора, сьогодні, завтра

З чого все починалося?

«С голубого ручейка начинается река…» – співається у дитячій пісні. Комп’ютерна ріка теж починається зі струмка, а точніше з декількох струмків. Перший струмок – це різні технічні пристрої, за допомогою яких люди змогли швидше лічити. Другий – машини та механізми, де використовувалися принципи програмування. Третій – наукові досягнення, які потім використовувалися при створенні комп’ютерів. Четвертий – елементи, на базі яких створювалися комп’ютери. З’єднавшись разом, ці струмки дали початок великій, могутній комп’ютерній річці, водами якої тобі треба буде плисти у сучасному житті.

Проблема спрощення та прискорення обчислень завжди мала велике значення для розв’язання практичних завдань. Один зі шляхів її вирішення – це вдосконалення методів рахування. Найважливішим результатом тут був перехід від адитивної, або непозиційної (наприклад римської), системи запису чисел до прийнятої у наш час позиційної системи.

Поруч із спрощенням методів рахування постійно велися пошуки шляхів прискорення процесу обчислення. 10 пальців на руках людини були першим «технічним засобом» у цій галузі, який залишив нам десяткову систему числення та приказку «перерахувати на пальцях». Необхідність в обчислювальних пристроях виникла одразу ж, як тільки люди почали купувати та продавати товари.

Якщо вважати 10 пальців першим «технічним засобом», то абак (грец. abax – дошка) – це, мабуть, другий обчислювальний пристрій. З’явився він близько трьох тисяч років тому у Вавилоні (на території теперішніх Ірану та Іраку) і широко використовувався в Єгипті, Китаї, Греції.

Невелика модернізація – і абак перетворився на рахівницю. Це один із старовинних приладів, зроблений понад 1500 років тому в країнах Середземномор’я. Стрижні рахівниці являють собою розряди системи числення: одиниці, десятки і т. д. Рахівниця виявилась надзвичайно ефективним приладом і аж до XVII століття в усьому світі була поза конкуренцією. Ще до недавнього часу рахівниця була обов’язковим атрибутом на столі бухгалтера, продавця, касира тощо.

Грецький абак – це дошка, на якій паралельні лінії позначали розряди одиниць, десятків, сотень і т. д. На лініях поміщали відповідну кількість жетонів (камінців, кісточок). У Стародавньому Римі на дошці для зручності робили жолобки, щоб камінці нікуди не покотилися. Ці пристрої мали назву «калькули» («калькулюс» – галька). У Китаї замінили камінці на намистинки, які нанизували на тростинки, що кріпилися на дерев’яній рамі. Кожна тростинка була поділена на дві нерівні частини. В одній частині було 5 намистинок, за кількістю пальців на руці, а в другій – 2, за кількістю рук. Цей пристрій мав назву «суан-пан». Ним користувались у Китаї вже у VI столітті. У Японії схожа конструкція мала назву «соробан». У Західній Європі познайомились з абаком у X столітті і користувалися ним аж до XVIII століття. У XVI столітті абак потрапив і до Росії. У російському абаці на одну тростину нанизували 10 кісток, за кількістю пальців на обох руках. Цей вид абаку мав назву «російські рахівниці», або, як тоді казали, «русские счеты».

Абак

Робота комп’ютерів базується на сучасних правилах математики. Але те, що ми вважаємо цілком природним, насправді теж було винайдено в минулому. Ось декілька прикладів.

У 409–325 роках до н. е. Діофант ввів знак рівності і вперше використав символічну мову алгебри.

Джон Непер

За 400 років до н. е. Арістотель заклав основи математичної логіки. Він ввів поняття змінної у логіці, застосував букви для позначення понять.

Математик аль-Хорезмі (близько 820 року н. е.), автор фундаментальної книги «Аль-джебр аль-мукабала» (від її назви виникло слово «алгебра»), ввів поняття алгоритму і десяткову систему числення.

В Європі в IX–X століттях розповсюджуються арабські цифри, в яких є поняття нуля та позиційності. Поступово вони замінюють римські цифри, але остаточно це відбулося лише у XVII столітті.

У XV столітті в Європі настає епоха Відродження. Разом із широким розповсюдженням азартних ігор набуває розвитку теорія ймовірності.

Але абаком та рахівницею механічні прилади для полегшення підрахунків не обмежуються. Наступним приладом для рахування була логарифмічна лінійка, яка з’явилась у XVII столітті. Шотландський лорд математик Джон Непер у 1614 році опублікував працю «Опис дивовижної таблиці логарифмів» про логарифми і склав їх таблиці, а також ввів поняття десяткової коми. Його винахід і було використано в 1622 році англійцем Вільямом Оутредом при створенні прямокутної логарифмічної лінійки, а в 1914 році Річардом Деламейном при створенні кругової логарифмічної лінійки.

Логарифмічна лінійка була дуже зручна для проведення простих обчислень, які не потребували високої точності. Якщо рахівниця використовувалась для додавання та віднімання, то логарифмічна лінійка довгі роки була незамінною для виконання множення, ділення, добування кореня, зведення в ступінь. Її широко використовувало не одне покоління інженерів та наукових працівників. Але варто зауважити, що рахівниці і логарифмічні лінійки – це тільки прилади, які допомагають людині робити обчислення, але ще не машини.

«Винахід логарифмів, який скоротив обчислення від декількох місяців до декількох діб, немов подвоює життя астронома», – писав французький математик та астроном П. С. Лаплас.

Перші документовані спроби створення машини для обчислень відносять до початку XVI століття. У рукописах видатного італійського живописця, скульптора, ученого інженера Леонардо да Вінчі (1452–1519), які було знайдено у 1967 році, є проект тринадцятирозрядної механічної обчислювальної машини. Також у листах та спогадах сучасників збереглися відомості про машину німецького професора Вільгельма Шиккарда (1592–1636), яка була виготовлена у 1623 році, але згоріла під час пожежі.

Блез Паскаль

Незважаючи на існування більш ранніх розробок, першою механічною лічильною машиною вважається автомат, який створив видатний французький учений Блез Паскаль (1623–1662) у 1642 році (за деякими даними, у 1641 році). Паскаль задумав створити механічну рахівницю, щоб полегшити працю свого батька, збирача податків. Побудована на основі зубчатих коліс, вона могла підсумовувати десяткові числа. У цій машині кожному десятковому розряду відповідало коліщатко з нанесеними на нього поділками від 0 до 9. Десяткові цифри задавалися поворотом коліщатка, а результат зчитувався у віконцях. Протягом 10 років Паскаль створив 50 різних варіантів машини. Батько з сином уклали в цей винахід великі гроші, але проти обчислювального пристрою Паскаля виступили клерки – вони побоювалися втратити через нього роботу, а також роботодавці, які вважали, що краще взяти на роботу дешевих обчислювачів, ніж купувати дорогу машину. Збереглося сім екземплярів машини Паскаля, один з яких знаходиться у музеї мистецтв у Парижі. Ця машина виконувала додавання та віднімання над шестирозрядними числами. Принцип «паскаліни» ще три століття залишався незмінним. На честь ученого названо одну із сучасних мов програмування.

Готфрід Вільгельм Лейбніц

У 1673 році видатний німецький математик Готфрід Вільгельм Лейбніц (1646–1716) створив механічну обчислювальну машину, яка виконувала всі чотири арифметичні дії та зведення у ступінь. Вона мала частину, що рухалася (прообраз рухомої каретки калькулятора), і ручку, за допомогою якої можна було повертати коліщатко, та виконувала множення за принципом алгоритму «множення в стовпчик». Ця машина стала прототипом арифмометра.

Математика теж не стоїть на місці. Десь у той же час Ісак Ньютон закладає основи математичного аналізу.

У 1723 році німецький математик та астроном Християн Людвіг Герстен на базі робіт Лейбніца створює арифметичну машину для обчислення частки та числа послідовних операцій додавання при множенні чисел. Крім того, у ній передбачена можливість контролю за вірністю вводу даних.

У 1751 році француз Перера на підставі ідей Паскаля та Перро винаходить арифметичну машину. Вона була компактніша за інші подібні пристрої, тому що її обчислювальні колеса знаходилися не на паралельних осях, а на єдиній осі, яка проходила скрізь усю машину.

У 1770 році з’являється один з перших у Росії механічних обчислювальних пристроїв – машина Якобсона.

У 1775 році бібліотекар Джон Робертсон додає до логарифмічної лінійки «бігунець», який полегшує зчитування чисел з різних шкал. Пройде ще 75 років, і в 1851–1854 роках француз Амадей Маннхейм поміняє конструкцію лінійки, надавши їй майже сучасного вигляду.

У 1820 році француз Тома де Кальмар налагоджує перший промисловий випуск арифмометрів.

Механічна обчислювальна машина Лейбніца

Але не тільки механічні пристрої «поповнювали» комп’ютерну річку. Струмок машин та механізмів, де використовувались принципи програмування, теж не «пересихав».

Годинники з боєм, музична скринька, катеринка. Усі ці речі об’єднує те, що вони працюють за програмою. Це надзвичайно, якщо пам’ятати, що під час їх створення про програмування ще ніхто не знав. У годинниках «програма» являє собою спеціальне колесо, яке запускає у визначений час ударний механізм, який відбиває число годин. У катеринці та музичній скриньці «програма» записана у вигляді штирків, які розташовані на валу. Коли вал крутиться, штирки чіпляють пластинки. Їх дзвін створює гарну мелодію.

У 1801 році французький винахідник Жозеф Марі Жаккард створив машину, яка зображувала необхідний візерунок на тканині. Для управління цією машиною використовували спеціальна карта з отворами – перфокарта. А в 1804 році Ж. М. Жаккард зробив повністю автоматизований станок, робота якого програмувалася за допомогою цілої колоди перфокарт. Станок Жаккарда зробив справжню революцію в ткацькому виробництві, а принципи, на яких він грунтувався, актуальні й сьогодні. Але найважливішу роль у програмуванні комп’ютерів судилося відіграти перфокартам.

Автоматизований станок Жаккарда

Залишилося поєднати арифметичний пристрій з автоматичним управлінням, і будемо мати найпростіший комп’ютер. Уперше ідея програмно-керованої лічильної машини, що має арифметичний пристрій, пристрої управління, введення і друку (хоч вона і використовує десяткову систему числення), була висунута в 1822 році англійським математиком Чарлзом Беббіджем (1791–1871). Керівник кафедри математики Кембриджського університету розробив проект великої машини, здатної розраховувати і друкувати таблиці математичних функцій. Він побудував робочу модель, яку було схвалено і профінансовано Лондонським Королівським Товариством. У 1823 році Беббідж почав працювати над створенням машини і планував закінчити роботу через три роки. Але Беббідж не врахував, що не було ще точного обладнання для виготовлення деталей, не було теорії механізмів. До того ж під час виготовлення машини Беббідж продовжував її вдосконалювати, знаходити все нові рішення для розширення її можливостей, постійно вносив зміни до креслень і переробляв уже виготовлені вузли. У 1833 році Беббідж припинив роботу над великою машиною, використав 17 тисяч фунтів стерлінгів урядових коштів та 13 тисяч власних і виконав при цьому тільки частину проекту. Британський уряд 10 років фінансував роботи Беббіджа. Але потім втратив до нього довіру і припинив давати гроші. У процесі створення машини для розрахування функції в ученого виникла ідея про створення універсальної обчислювальної машини, яка потім отримала назву аналітичної. Її логічна схема була такою простою, що Беббідж описав її словами без креслень.

Чарлз Беббідж

Чарлз Беббідж дуже переживав, коли бачив якусь математичну неточність. Одного разу він навіть відправив поету А. Теннісону листа, в якому критикував його поетичні рядки «Кожної миті помирає якась людина, кожної миті народжується інша». На думку Беббіджа, ці рядки відповідали б істині, якби звучали так: «Кожної миті помирає одна людина, кожної миті народжується одна і одна шістнадцята іншої».

Аналітична машина, на думку вченого, повинна була:

• виконувати прості арифметичні дії;

• запам’ятовувати вхідні та проміжні дані, результати обчислень;

• запам’ятовувати послідовність вказівок, за якими треба розв’язувати завдання;

• виводити результати обчислень;

• автоматично припиняти обчислення після виконання завдання;

• повторювати цикл обчислень.

У новій машині передбачався пристрій «вітряк» (за сучасною термінологією – арифметичний пристрій), який виконував усі арифметичні дії. Вхідні дані та проміжні результати запам’ятовували на регістрах, які об’єднували у єдиний пристрій – «склад» (за сучасною термінологією – пам’ять). Інструкції (або команди) вводилися в аналітичну машину за допомогою перфокарт. На жаль, на той час подібний пристрій сприймався сучасниками як задум фантастичний і нереальний. Сам Беббідж також не міг уникнути технічних вад конструкції.

Аналітична машина мала бути не меншою за залізничний локомотив, її внутрішня конструкція являла собою хаотичне нагромадження сталевих, мідних та дерев’яних деталей, що приводились у дію паровим двигуном. Найменша нестабільність – і машина була зруйнована.

Машина Беббіджа

Аналітична машина Беббіджа так і не була побудована. Його машина набагато випереджала технічні можливості свого часу, і довести її створення до кінця було практично неможливо. Усе, що залишилося від неї для нащадків, – це стоси креслень та малюнків.

Брати Георг та Едвард Шойц зі Стокгольма побудували перший механічний комп’ютер (варіант 1922 року), який використовував роботи Ч. Беббіджа. Машину Шойців було нагороджено золотою медаллю на Всесвітній виставці в Парижі. Через рік британський уряд, який свого часу відмовився підтримувати проект Беббіджа, замовив одну з таких машин для урядової канцелярії.

Разом з Беббіджем працювала дочка великого поета Байрона – Августа Ада Лавлейс. Вона створила для машини декілька програм, які зберігались на спеціальних носіях – перфокартах. Ада довела, що машина спроможна не тільки вирішувати завдання числового характеру, але й виконувати операції над словами. На честь Ади Лавлейс названо одну з мов програмування – Ада. Аду Лавлейс вважають першим програмістом.

Августа Ада Лавлейс

Звичайно ж, у справу створення сучасного комп’ютера вклали свої відкриття не тільки математики та механіки. Без передачі електричних сигналів по дротах і платах неможливо уявити сучасну техніку. Ще 1836 року Самуель Морзе (1791–1872) запатентував свій винахід – телеграф. А 24 травня 1844 року він послав по дротах цитату з Біблії з Вашингтона до Балтимора на відстань 58 км (36 миль). Для зв’язку були використані два електричних дроти, а передача проводилась за допомогою азбуки Морзе. Широке використання телеграфу мало велике значення для розвитку економіки та промисловості.

Англійський математик Джордж Буль (1815–1864) вивчав закони логіки, ввів у вжиток новий розділ математики. Його назвали булевою алгеброю. Кожна величина у ній може приймати тільки одне з двох значень: хибність або істина, 0 або 1. Звичайно ж, булева алгебра – зручний інструмент для двійкового комп’ютера.

Американський логік Чарлз Сандерс Пірс познайомив у 1867 році з алгеброю Джорджа Буля американську наукову громадськість, коротко виклавши сутність цієї системи у своїй доповіді для Американської академії наук і мистецтв. Протягом двох наступних десятиліть Пірс витратив чимало часу та сил, модифікуючи й розширюючи булеву алгебру. Він усвідомив, що бінарна логіка Буля добре підходить для опису електричних схем, що перемикаються. Наприклад, струм у ланцюгу може або протікати, або бути відсутнім, подібно до того, як твердження може бути або істинним, або хибним. Електричний перемикач багато в чому діє як логічний вентиль. Він пропускає струм (що відповідає значенню «істина») або ні. Самого Пірса значно більше цікавила логіка, ніж електрика. І хоча пізніше він придумав просту електричну логічну схему, її не було зібрано.

Джордж Буль

У Росії теж продовжувалися пошуки зручних арифметичних машин. У 1846 році петербурзьким учителем музики Куммером запропоновано механічний пристрій для автоматизації обчислень (обчислювач Куммера). Цей пристрій серійно випускався (з різними модифікаціями) до 70-х років XX століття. Ще одна механічна машина, яка знайшла широке використання, – арифмометр. Його механічне клацання довгий час було чути там, де була потреба в численних розрахунках. Сорок моделей оригінальних механізмів створив видатний російський математик та механік П.Л. Чебишев. І серед них – арифмометр (1878), особливістю якого був оригінальний пристрій для перенесення десятків із молодших розрядів до старших. Для свого часу це була найдосконаліша лічильна машина. Ідеї, покладені в основу цього арифмометра, стали базовими для багатьох сучасних лічильних пристроїв. У 1875 році петербурзький інженер В. Т. Однер сконструював зручний механічний арифмометр, який мав зубчатку зі змінним числом зубців. Арифмометр Однера дозволив проводити обчислювальні операції зі швидкістю до 250 дій з чотиризначними цифрами на годину. За короткий проміжок часу цей арифмометр завоював увесь світ і на Всесвітній виставці в Парижі, яка була проведена на початку нового XX століття, був нагороджений золотою медаллю. Промисловий випуск арифмометрів у Росії почався в 1894 році. Їх модифікація, яка мала назву «Фелікс», випускалася до 70-х років XX століття. ...