Файл: История развития средств вычислительной техники (перспективы развития средств вычислительной техники).pdf

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров IBM 2250. Это был черно-белый дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселей с частотой кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ повышения производительности и надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды, встроенные схемы контроля, для обнаружения и исправления ошибок.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году.

В начале 60 - х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР.

Основными машинами этого поколения были «IBM-7090», «РАЗДАН-2», «Минск-22», «Минск-32» и другие.

Применение полупроводников в элементах схем ЭВМ привели к повышению надежности компьютеров, а также производительность выросла до 30 тысяч операций в секунду, оперативная память до 32 Кб. Снизились потребление электроэнергии и размеры компьютеров. В заслуги второго поколения ЭВМ можно отнести появление того, что сегодня называется операционная система. Сфера применения компьютеров тоже увеличилась, и некоторые крупные фирмы начали внедрение компьютеров раньше на 20 лет в бухгалтерские отделы.

3.3. Третье поколение

В 1958 году Роберт Нойс изобрел малую кремниевую интегральную схему, в которой на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов. Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (Small Scale Integrated circuits - SSI). А уже в конце 60 - х годов схемы с малой степенью интеграции начали применяться в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ третьего поколения полностью были основаны на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания до единиц Вольт и потребляемая компьютерами мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители.

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

С момента начала широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя открытый в 1965 году закон Мура (названый по имени изобретателя и основателя компании Intel Гордона Мура). Согласно которому число транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

В связи с существенным усложнением аппаратной и логической структурами ЭВМ третьего поколения часто стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP1). В Советском Союзе в содружестве с Польшей, Венгрией, Болгарией, ГДР и др. (Совет Экономической Взаимопомощи) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости при составлении программ, правильности исполнения этих программ машинами и улучшению взаимосвязи управляющего машиной и ЭВМ. Это становится возможным благодаря мощным операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами остановки программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, многозадачными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось до настоящего времени использующееся устройство для общения оператора с машиной - монитор, или дисплей.

Для повышения надежности и достоверности функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания уделено большое внимание регулярному использованию кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (циклические коды, а также корректирующие коды Хемминга).

Организация вычислительных машин модулями и модульное построение их операционных систем создали большие возможности для различного изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с этим явлением возникло новое понятие "архитектура" вычислительной системы, определяющее с точки зрения пользователя и программиста логическую организацию этой системы.

Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration - LSI и Very Large Scale Integration - VLSI), микропроцессора в 1969 году и создания персонального компьютера.

3.4. Четвертое поколение

Начиная с конца 70-х – начала 80-х годов и продолжается, как принято считать до настоящего времени. В основе конструкции компьютеров четвертого поколения лежат интегральные схемы (большие – БИС и сверхбольшие СБИС), которые содержат в себе миллионы транзисторов на кристалле.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали создаваться на основе униполярных полевых CMOS-транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, и тем самым позволяющими реализовать более прогрессивные нанотехнологии (в те годы - масштаба единиц микрон).

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS-транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Повышение производительности и уменьшение размеров компьютеров привело к появлению недорогих компьютеров. ЭВМ теперь можно было разместить на письменном столе. Именно в эти годы возникло понятие «персональный компьютер».

Первый персональный компьютер создали в апреле 1976 года два друга, Стив Джобе (1955 года рождения) - сотрудник фирмы Atari, и Стефан Возняк (1950 года рождения), работавший на фирме Hewlett-Packard. На базе интегрального 8-битного контроллера жестко запаянной схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном гараже, они сделали простенький программируемый на языке Бейсик игровой компьютер "Apple", имевший бешеный успех. В начале 1977 года была зарегистрирована Apple Сотр., и началось производство первого в мире персонального компьютера Apple.

В связи с популяризацией персональных компьютеров стало заметно снижение спроса на большие ЭВМ и обеспокоенностью фирмы IBM (International Business Machines Corporation), ведущей компании по производству больших ЭВМ. В 1979 году фирма решила выпустить на рынок линейку персональных компьютеров и выпустила в 1981 году свой первый микрокомпьютер IBM PC, который основан на шестнадцатиразрядном микропроцессоре 8088. Этот компьютер был оборудован черно-белым дисплеем, двумя дисководами для дискет и оперативной памятью 64 Кбайт. Кроме конфигурации перемены технологической базы, в машинах 4-го поколения стало неотклонимым применение языков программирования высочайшего уровня; многие механические системы вычислений стали проектироваться под определенные операционные системы. Примером может служить всё тот же IBM PC, для которого фирма Microsoft разработала собственную операционную систему.

ЭВМ четвертого поколения используются во всех сферах жизнедеятельности человека: в управлении технологическими процессами производства, в торговле, в дизайне, в работе инженерных служб, в регулировании транспортного движения, в учёбе и образовании и т.п. Компьютеры четвертого поколения сильно эволюционировали за прошедшие годы и очень сильно отличаются от своих предшественников по размерам, быстродействию, функционалу, по способам ввода/вывода информации (появилась беспроводная связь, управление голосом, передача запаха) и т.д. Тем не менее, это всё эволюция в рамках технологии интегральных схем. С базовой точки зрения, пятое поколение ЭВМ еще не наступило.

3.5. Пятое поколение

Если не рассматривать детально основную структуру ЭВМ пятого поколения можно изложить в следующих понятиях:

Компьютеры работают на сверхсложных микропроцессорах с векторной структурой, характеризуется выполнением десятков последовательных алгоритмов программы.

Компьютеры работают с тысячами параллельно соединенных процессоров, необходимых для построения общей системы базы данных, много сетевые компьютерные системы.

В данный момент ведутся напряженные разработки ЭВМ V поколения. Также при разработке последующих поколений делается упор на базе множества интегральных схем повышенной ступени интеграции, применения оптоэлектронных принципов (лазеры, объёмное изображение, разработанное на взаимном наложении световых волн).

При функционировании и дальнейшей разработке ЭВМ V поколения решаются задачи, отличные от прежних. Разработчики ЭВМ I - IV поколений пытались увеличить производительность расчетов компьютерных операций, повысить надежность систем, увеличить память устройств, а в настоящее время задача модернизаторов ЭВМ V поколения сводится к получению искусственного интеллекта компьютера (возможность принимать решения на основе существующих баз знаний и постоянно совершенствовать их, повышая обучаемость), сокращения пропасти между человеческим разумом и компьютером. При таком подходе необходимо внедрить распознавание компьютером рукописного текста, человеческого голоса, способности воспроизводить голосом текст на разных языках. Все это сделает возможным диалог с ЭВМ, при котором не нужно будет знать специальные языки программирования для создания нужных программ, что сделает ЭВМ помощником человеку во всех областях.

Суперкомпьютеры

Как и в текущем периоде мощности компьютеров продолжат расти. Это неизбежно необходимо для разрешения существующих глобальных задач с детальной точностью, таких как расчет аэродинамики машин и выполнения ЗD проектов и других. ЭВМ с максимальной производительностью принято называть суперкомпьютерами. Их также относят к ЭВМ V поколения.

В настоящее время одним из самых известным суперкомпьютером в мире является IBM Watson, который наделен способностью самообучаться. Таким образом в 2016 году данный когнитивный суперкомпьютер был применен в области медицины для общения с пациентами и выявления их проблем на основании симптомов, в области юриспруденции – какая кладезь знаний собрана в роботе – адвокате, также планируется применить его для борьбы с компьютерными нарушителями.

В настоящее время планируется применить суперкомпьютер для борьвы с вирусными инфекциями и в частности с Вирусом Зика, который передается человеку через укусы комаров. Попытки будут нацелены на создание антивирусного препарата на основе макромолекулы.

Одной из будоражащих новостей про суперкомпьютер Watson было предложение по выдвижению его в президенты США. Инициаторы данной новости склонны верить тому, что суперкомпьютер принимает более взвешенные и обоснованные решения по управлению страной, чем любой человек.

Недавно стало известно, что в компании Google создана команда по созданию суперкомпьютера более совершенного, чем Watson, в составе которой будет учувствовать ученый и футуролог Реймонд Курцвейл. Основные задачи команды будут нацелены на внедрении распознания человеческого языка, определение личности пользователей. Таким образом, проект Google хочет ответить на вопросы раньше, чем вы задаете их в браузере Интернет.

В рейтинге ТОП 500 по описанию самых мощных суперкомпьютеров выявленных по результатам испытаний с 2013 года лидирующую позицию занимает Тяньхэ-2 (NUDT, КНР). Максимальная мощность данного суперкомпьютера 33,863 флопс (единица измерения производительности вычислительной системы, которая показывает количество операций в секунду с плавающей запятой).

4. Перспективы развития средств вычислительной техники.

Современные компьютеры представляют собой, чуть ли не самое значимое научное достижение человека, влияние которого на развитие прогресс в различных областях жизни человека трудно оценить. Так как область применения компьютеров ежедневно увеличивается из-за распространения в первую очередь персональных ЭВМ, и особенно «карманных» компьютеров, необходимо смотреть на развитие этого процесса и предугадывать его дальнейшие направления.

В дальнейшем развитии компьютеров, как и в предыдущих периодах, заложен принцип уменьшения размеров, повышения производительности, быстродействия, памяти, повышения надежности системы.

По текущим тенденциям, уровень глобальных сетей склонен к росту, в связи с этим одним из направлений развития будет создание новых методов хранения, обработки и извлечения информации. Также направление направлено на совершенствование способов быстрой передачи информации с соблюдением требований безопасности и сохранения ее качества.