Когда придумали электричество, кто его изобрел

Пластиковая электроника

Обычно электроника связана с инертными и неорганическими проводниками и полупроводниками вроде меди и кремния. Но новая отрасль электроники использует проводящие полимеры и проводящие небольшие молекулы, основой которых является углерод. Органическая электроника включает в себя разработку, синтез и обработку функциональных органических и неорганических материалов наряду с развитием передовых микро- и нанотехнологий.

По правде говоря, это не такая уж и новая отрасль науки, первые разработки были сделаны ещё в 1970-х годах. Однако свести все наработанные данные воедино получилось только недавно, в частности, за счёт нанотехнологической революции. Благодаря органической электронике у нас скоро могут появиться органические солнечные батареи, самоорганизующиеся монослои в электронных устройствах и органические протезы, которые в перспективе смогут заменить человеку повреждённые конечности: в будущем так называемые киборги, вполне возможно, будут состоять в большей степени из органики, чем из синтетических частей.

Эволюция ЭВМ

За время своего существования компьютеры претерпели много изменений. В общей сложности было придумано несколько поколений ЭВМ.

Предшественники компьютеров

Раньше люди выполняли вычисления при помощи подручных средств. Вначале для этого применяли узелковые способы или абак. Затем стали использовать счеты.

При этом первые машины для вычислений появились значительно позже. К примеру, в 1642 году Паскаль разработал специальную машину, которая называлась «Паскалина». Это устройство стало первой попыткой механизировать вычисления.

Затем появилась логарифмическая линейка – первый прибор, который ускорил вычисления и получил широкое распространение. В 1673 году Готфрид Лейбниц придумал первую машину, которая могла складывать, вычитать, делить и умножать.

В 1822 году Чарльз Бэбидж придумал разностную машину. Она стала первой попыткой создать программируемое вычислительное устройство. Программы для этого прибора создала Ада Лавлейс.

Первое поколение

Первый компьютер человек придумал в 1946 году. Тогда устройства изготавливались на базе вакуумных электронных ламп. Осуществлять управление ими можно было с пульта и при помощи перфокарт.

При этом устройства получились достаточно дорогими. К тому же они обладали и другими минусами:

• сложный электронный механизм нуждался в большом количестве электроэнергии и продуцировал много тепла;
• в компьютере почти не было ПО;
• такой компьютер мог выполнять минимум команд;
• действия выполнялись очень медленно – это было связано с ограниченным количеством оперативной памяти.

Второе поколение

Многих людей интересует, в каком именно году возникли компьютеры второго поколения. Это произошло в 1958 году. Такие устройства базировались на применении полупроводниковых транзисторов. Программы и информацию в них вводили посредством перфокарт и перфолент.

ЭВМ 3-го поколения

Компьютеры третьего поколения человек создал в 1964 году. На этом этапе ЭВМ делали с применением интегральных схем. Эти приспособления включали десятки или тысячи электронных элементов, которые находились на небольшой пластине размером 1х1 сантиметр. Для управления такими устройствами использовали алфавитно-цифровые терминалы. Информацию и программы вводились посредством терминала или с применением перфокарт или перфолент.

Четвертое поколение

С 1971 года наступила эра ЭВМ четвертого поколения. Устройства начали изготавливать на базе крупных интегральных схем. Связь с пользователем производилась через цветной графический экран. Наиболее известными представителями этого поколения электронно-вычислительного машин считаются персональные компьютеры.

Во второй половине семидесятых компьютеры достигли такой стадии развитии, когда создание доступных устройств перестало быть проблемой. Первый ПК придумали 2 студента Стивен Джобс и Стив Возняк. Их компьютер был нацелен на обычных покупателей, а не на программистов. ПК не требовалось собирать – он продавался в готовом виде. Идея была такой успешной, что ее впоследствии подхватили и остальные компании.

Прогнозы на ЭВМ будущего

Сегодня ученые концентрируют усилия над созданием квантовых компьютеров. Такие машины базируются на кубитах. Они смогут осуществлять вычисления, которые сегодня производить нельзя.

Тем не менее, на сегодняшний день еще далеко до по-настоящему интеллектуального компьютера, который мог бы самостоятельно управлять полученной информацией и развивать возможность обучаться за счет нейросетей.

Экзометеорология

Юпитер

Наряду с экзоокеанографами и экзогеологами, экзометеорологи заинтересованы в изучении природных процессов, происходящих на других планетах. Теперь, когда благодаря мощным телескопам стало возможно изучать внутренние процессы на близлежащих планетах и спутниках, экзометеорологи могут следить за их атмосферными и погодными условиями. Юпитер и Сатурн со своими невероятными масштабами погодных явлений — первые кандидаты для исследований, так же как и Марс с регулярными пылевыми бурями.

Экзометеорологи изучают даже планеты за пределами нашей Солнечной системы. И что интересно, именно они могут в итоге найти признаки внеземной жизни на экзопланетах путём обнаружения в атмосфере органических следов или повышенного уровня углекислого газа — признака индустриальной цивилизации.

Второй стартап: набор учебников по программированию

Во второй половине пятидесятых Китов — сам и с соавторами — публикует первые в СССР книги по компьютерам и программированию: «Электронные цифровые машины» (1956), «Элементы программирования» (1956), «Электронные цифровые машины и программирование» (1959) — первый официальный учебник по ЭВМ и программированию в стране.

​Примечательно, что в работе «Электронные цифровые машины» есть раздел «Неарифметическое использование ЭВМ» — о применении ЭВМ в экономике, автоматизации производственных процессов и даже о задачах искусственного интеллекта.

Позже Китов будет развивать эту тему в статье «Вычислительная техника — помощник в каждом деле» («Известия», 12 июня 1960 года). То есть уже в 1950-х годах Анатолий Иванович понимал, что ЭВМ — это не только про узкоспециализированные вычисления. К слову, в США об использовании ПК в быту будет писать Тед Нельсон — но только через десять лет.

Председатель Комитета по науке и технике Марчук писал, что книга «Электронные цифровые машины» «фактически сделала переворот в сознании многих исследователей». Именно из этой книги об ЭВМ узнали многие известные советские учёные, включая М. В. Келдыша.

Становление отдельной науки

Развитие физики как науки началось с работ Галилео Галилея. Ученый понял, что для понимания законов движения требуется научиться описывать этот процесс с точки зрения математики. При этом просто наблюдать за движущимися телами недостаточно. Чтобы определить изменение их характеристик, требуется проводить опыты и эксперименты.

Галилею удалось показать, что влияние других тел определяет не скорость, как считал Аристотель, а ускорение объекта. Это стало первой формулировкой закона инерции. Также Галилею удалось открыть принцип относительности в механике. Он смог доказать, что ускорение свободного падения тел не зависит от их массы и плотности. К тому же ученый сумел при помощи механики обосновать теорию Коперника.

Весомые результаты были получены Галилеем и в других сферах физики. Так, он первым использовал подзорную трубу для проведения астрономических наблюдений. Это позволило ученому сделать ряд важнейших открытий. После создания Галилеем первого термометра удалось проводить количественные исследования тепловых явлений.

В первой половине семнадцатого века исследователи начали весьма успешно изучать газы. Ученик Галилея Торричелли открыл атмосферное давление и сконструировал первый барометр. При этом Бойль и Мариотт занимались исследованиями упругости газов и придумали первый газовый закон, который был назван в их честь.

В тот же период Декарт и Снеллиус независимо друг друга смогли сформулировать важную теорию в области физики – закон преломления света. К тому же моменту относится изобретение микроскопа. Важный вклад в понимание электромагнитных явлений в области физики сделал Гильберт. В начале семнадцатого века этот ученый доказал, что Земля представляет собой крупнейший магнит. К тому же ему первому удалось разграничить электрические и магнитные явления.

Механика Ньютона достигла больших успехов при объяснении движения небесных тел. На основе наблюдений Кеплера и Браге ученый смог сформулировать закон всемирного тяготения. При помощи этой теории удалось точно рассчитать движение Луны, комет и планет Солнечной системы. Также открытие Ньютона легло в основу объяснения приливов и отливов в океане.

В тот же период Гюйгенс и Лейбниц создали важную теорию в сфере физики – закон сохранения количества движения. Кроме того, Гюйгенс сформулировал теорию физического маятника и сконструировал часы с этим элементом, а Гук – открыл закон упругости. Еще одним важным достижением Ньютона стал теоретический вывод формулы для описания скорости звука.

Вторая половина семнадцатого века ознаменовалась стремительным развитием геометрической оптики. Эту часть физики использовали для создания телескопов и других оптических приборов. Гримальди открыл дифракцию цвета, а Ньютон провел фундаментальные исследования дисперсии. Они легли в основу оптической спектроскопии. В 1675 году Ремер сумел впервые определить скорость света.

Известные ученые-физики XVIII века

Восемнадцатый век ознаменовался продолжением развития классической механики – прежде всего, небесной. Незначительная аномалия в перемещении Урана дала ученым возможность предсказать наличие новой планеты – Нептуна. Механика Ньютона получила широкое распространение. На ее основе сформулировали единую механическую картину мира. Согласно этой теории, все качественное многообразие мира представляет собой следствие отличий в движении атомов, из которых состоят тела.

В трудах Эйлера описывалась динамика абсолютно твердого тела. Одновременно развивалась механика газов, жидкостей и деформируемых тел. В первой половине восемнадцатого века появились работы Бернулли, Эйлера, Лагранжа, в который закладывалась база гидродинамики идеальной жидкости.

Тогда же Франклин сформулировал закон сохранения электрического заряда. При этом Кавендиш и Кулон независимо друг от друга смогли открыть закон электростатики. В соответствии с ним удалось определять силу взаимодействия неподвижных электрических зарядов.

В оптике продолжали совершенствовать структуру объектива телескопа. Труды Бугера и Ламберта легли в основу создания новой науки – фотометрии. Также исследователям того времени удалось открыть инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

Важные изменения в области физики произошли и в сфере исследований тепловых явлений. Ученые стали различать температуру и количество теплоты. Это случилось после того, как Блэк открыл скрытую теплоту плавления и привел экспериментальные доказательства сохранения теплоты в калориметрических опытах.

Первые приспособления для счета

Первыми устройствами для выполнения простых арифметических операций, известными исторической науке, были счеты. Так, среди культурных артефактов древнего мира – Египта, Вавилона, Греции, Рима, Китая можно найти специальный предмет, предназначенный для счета – абак. Абак представляет собой доску, на которой в специальных углублениях расположены небольшие камни. Современные варианты счетов, в виде бусин, нанизанных на проволоку, используются, и посей день для выполнения операций сложения и вычитания.

Рис. 1. Абак — приспособление для счета.

Для более сложных операций, таких как умножение, деление, возведение в степень, вычисление корней и логарифмов, были придуманы различные приспособления. Это логарифмические линейки и таблицы. Логарифмическая линейка была изобретена в 1622 году англичанином Уильямом Отредом, а первая таблица появилась в 1614 году и содержала значения тригонометрических функций.

2.1 Место информатики в системе наук

Рассмотрим место науки информатики в традиционно сложившейся системе наук (технических, естественных, гуманитарных и т.д.). В частности, это позволило бы найти место общеобразовательного курса информатики в ряду других учебных предметов.

Напомним, что по определению А.П. Ершова информатика — фундаментальная естественная наука. Академик Б.Н. Наумов определял информатику как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача).

Уточним, что такое фундаментальная наука и что такое естественная наука. К фундаментальным принято относить те науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Нет, например, сомнений в фундаментальности столь разных наук как математика и философия. В этом же ряду и информатика, так как понятия информация, процессы обработки информации, несомненно, имеют общенаучную значимость.

Естественные науки — физика, химия, биология и другие — имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы — искусственных, биологических, общественных.

Однако многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук — технических и гуманитарных (или общественных).

Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А.А. Дородницын определяет состав информатики как три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные и алгоритмические. Первоначальное наименовании школьного предмета «Основы информатики и вычислительной техники» в настоящее время изменено на «Информатика» (включающее в себя разделы, связанные с изучением технических, программных и алгоритмических средств). Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания.

Первый компьютер весил около 4,5 тонн

Совершенствование процессов обработки данных происходило длительный период времени и  продолжается сейчас. Результаты работы многих умов (определение двоичной системы, изобретение булевой алгебры, применение перфокарт и пр.) легли в основу создания прототипов современных компьютеров.

Разработкой первого программируемого вычислительного аппарата «Марк 1» занимался Говард Эйкен – американский изобретатель, руководитель группы инженеров IBM. В основу его разработок легли идеи Чарльза Бэббиджа (английского математика, создателя первой аналитической вычислительной машины для табулирования в 1820 году). Официальный запуск «Марк 1» произошел в 1944 году. Аппарат мог выполнять операции сложения и вычитания, умножении и деления. Его длина насчитывала около 17 метров, высота 2,5 метров, а вес – 4,5 тонн. Данные вводились с помощью перфорированной бумажной ленты.

Машиностроение и промышленность

Уже в начале 19-го века начался постепенный переворот в машиностроении. Оливер Эванс был одним из первых, кто в 1804 году в Филадельфии (США) продемонстрировал автомобиль с паровым двигателем.

В конце 18-го столетия появились и первые токарные станки. Их разрабатывал английский механик Генри Модсли.

С помощью таких станков удалось заменить ручной труд, когда было необходимо производить обработку металла с большой точностью.

В 19 веке был открыт принцип работы теплового двигателя и изобретен двигатель внутреннего сгорания, что послужило толчком к развитию более скоростных средств передвижения: паровозов, пароходов и самоходных машин, которые мы сейчас называем автомобилями.

Также начали развиваться железные дороги. В 1825 году в Англии Георг Стефенсон простроил первую железную дорогу. Она обеспечивала железнодорожную связь городов Стоктон и Дарлингтон. В 1829 проложили ветку, которая связала Ливерпуль и Манчестер. Если в 1840 году общая протяженность железных дорог составляла 7700 км, то к концу 19-го века это уже было 1 080 000 км.

19-й век — это век промышленной революции, век электричества, век железных дорог. Он оказал существенное влияние на культуру и мировоззрение человечества, в корне изменил систему ценностей человека. Появление первых электродвигателей, изобретение телефона и телеграфа, радио и нагревательных приборов, а также лампы накаливания — все эти научные открытия 19 века перевернули жизнь людей того времени.

Джон Фроелич — первый трактор

В 1890 году Джон Фроелич (John Froehlich) и его работники решили, что уже изжили паровые молотилки и построили первый трактор на двигателе внутреннего сгорания. В 1892 году увидела свет машина, которая смогла ездить вперед и назад на бензиновом двигателе с 16 лошадиными силами. В первый год его машина смогла намолотить более чем 5 тонн зерна в сутки без каких-либо проблем. Паровые молотилки были пожароопасны, а этот новый трактор зарекомендовал себя безопаснее. Он использует только 30 литров топлива для обмолота свыше 15 т зерна без риска возникновения пожара. Поэтому Джону Фроеличу приписывают изобретение первого современного трактора. Он родился 24 ноября 1849 и умер 24 мая 1933 года.

Описание науки

Геометрией называют раздел математики, который занимается изучением пространственных структур и отношений, а таких их обобщений. Эта наука специализируется на взаимном расположении тел, которое проявляется в виде касания и прилегания друг к другу, размеров объектов и их преобразования.

Геометрическое тело воспринимается как абстракция еще со времен Евклида. Точка является абстракцией, которая связана безграничным уменьшением всех габаритов тела или пределом бесконечного деления. Размеры, размещение и преобразование геометрических фигур регламентируются пространственными отношениями.

При исследовании реальных предметов эта наука концентрируется лишь на их форме и взаимном расположении. При этом плотность, цвет или вес не имеют значения.

Никола Тесла (1856 — 1943 гг.)

Никола Тесла — всемирно известный изобретатель. Он родился в городе Смиляне, в Австрийской империи. Отец ученого был священником, поэтому предполагалось, что Тесла продолжит семейную традицию и получит духовное образование. Однако юноша мечтал учиться инженерному делу.

Жизнь все расставила по своим местам: Тесла тяжело заболел холерой во время эпидемии, и отец пообещал ему, что разрешит сыну получить техническое образование, если тот победит болезнь. Тесла выздоровел и поступил в высшее техническое училище в Граце. Также он учился в Праге на философском факультете.

Переехав в США, работал в команде изобретателя Томаса Эдисона, но позже покинул ее из-за разногласий (Эдисон поддерживал идею использования постоянного тока и отказывался от экспериментов Теслы). Затем Тесла основал собственную компанию и трудился всю жизнь. Его часто называют человеком, который изобрел 20-й век.

В течение жизни Никола Тесла сделал следующее:

• изобрел способ передачи электроэнергии на расстоянии;
• предсказал появление интернета;
• внедрил использование переменного тока;
• работал над созданием радио.

Карл Линней (1707 — 1778 гг.)

Карл Линней — шведский биолог, благодаря которому появилась наука ботаника в современном понимании. 

Отец Линнея был священнослужителем, выращивал растения и смог привить любовь к природе своему сыну. Даже их фамилия в переводе с латыни означает «липа» — ее выбрал отец. В школе мальчик интересовался исключительно растениями, почти не интересовался другими занятиями. 

В Лундском университете Линней изучал растения, минералы, животных, страстно изучал научные труды предшественников. Во время учебы биолог обнаружил, что флора и фауна никак не классифицируются. Это сподвигло его разработать собственную систему, которая в будущем стала основой естествознания. 

Карл Линней стал первым, кто включил человека в систему животного царства. По тем временам это был смелый, революционный поступок: церковь не одобряла такие взгляды, отстаивая, что человек — не животное, а подобие Бога. 

Достижения «отца ботаники»:

• описал более 1500 видов растений;
• разделил их на 24 класса, создав стройную систему;
• предложил описывать флору и фауну через род и вид для удобства, используя латинский язык;
• признал, что кроме постоянства в природе существуют и переходные виды живых существ и растений. 

Предыстория информатики

Предыстория информатики начинается с появления социального общества. В предыстории выделяют ряд этапов. Каждый из них характеризуется резким возрастанием по сравнению с предыдущим возможностей хранения, передачи и обработки информации.

Первый этап – освоение человеком развитой устной речи. У древних людей членораздельная речь и язык, на котором они говорили, стали играть роль средства хранения и передачи информации.

На втором этапе появилась письменность. По сравнению с предыдущим этапом резко возросла возможность хранения информации. Человек получил своего рода искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность как средство передачи информации, а не только хранения.

Возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук. С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия «натуральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.

Третий этап – книгопечатание. Его можно назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации теперь оказалось поставленным на поток. По сравнению с предыдущим на этом этапе не столько увеличивалась возможность хранения информации (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник – это часто один-единственный экземпляр, печатная книга – это целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении), сколько повысилась доступность информации для всех людей, а также точность ее воспроизведения, то есть достоверность.

Четвертый и последний этап предыстории информатики связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, а позднее и телевидение. Появились новые возможности получения и хранения информации – фотография и кино

К ним очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски)

Структура информатики

Рисунок 2. Структура информатики

Научная область, которая воплощает практическое применение информатики, основана на базе знаний следующих разделов:

1. Теоретическая информатика – раздел информатики, который активно использует математический аппарат для описания различных информационных процессов. Опирается на математическую логику и содержит теорию алгоритмов и автоматов, теорию информации и теорию кодирования, теорию формальных языков и грамматик, исследование операций (операционное исчисление) и т.д.

2. Вычислительная техника – раздел, в котором выполняется разработка общих принципов построения вычислительных систем. Раздел не изучает технические детали вычислительных систем, но принципиальные решения на уровне архитектуры, которые подразумевают описание состава, функциональных возможностей и принципов взаимодействия отдельных устройств.

3. Программирование – раздел информатики, который занимается разработкой системного и прикладного программного обеспечения. С помощью программирования образуется связь между различными научными областями, которая позволяет моделировать и решать задачи из этих областей с помощью вычислительных систем (компьютеров).

4. Информационные системы – составная часть информатики, отвечающая за анализ потоков информации, их оптимизацию, структурирование, принципы хранения и поиска информации. Значение информационных систем оценивается исследованиями в этой области, которые позволяют создавать новые операционные системы для ПК, была создана и успешно развивается глобальная сеть Интернет.

5. Искусственный интеллект – раздел информатики, в котором решаются вопросы различных наук (например, психологии, лингвистики, математики и т. д.): моделирование рассуждений, генерация новых знаний, перевод с одного языка на другой с помощью программного обеспечения и др. Разработки в области искусственного интеллекта самым прямым образом влияют на создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека и компьютера, которые сведут это взаимодействие к более эффективному общению и оно станет более схожим на общение между людьми.

Стиральная машина

Безусловно, изобретение стиральной машины существенно облегчило и улучшило быт людей. Ее изобретатель, американец Алва Фишер, запатентовал свое открытие в 1910 году. Первое приспособление для механической стирки представляло собой деревянный барабан, который вращался по восемь раз в разные стороны.

Через некоторое время сотрудники компании Whirlpool представили усовершенствованную версию с пластиковыми накладками, которые приглушали шум. В Советском Союзе устройство для стирки «Волга-10» появилось в 1975 году. Затем, в 1981-м году наладили производство машины «Вятка-автомат-12».