Файл: Поколения развития компьютеров.pdf

Компьютеры четвертого поколения появились в 1975 году с изобретением больших и сверхбольших интегральных схем. Сверхбольшая интегральная схема называется микропроцессором и способна выполнять функции основного блока компьютера — процессора^[19].

В компьютерах четвертого поколения стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт. Первоначально микропроцессоры встраивались в различные технические устройства: самолеты, автомобили, станки. Такие микропроцессоры осуществляют автоматическое управление работой этой техники^[20].

Быстродействие компьютеров четвертого поколения исчислялось сотнями миллионов операций в секунду. Значительное увеличение быстродействия компьютеров стало доступно в связи с возможностью размещения на одном кристалле не одной интегральной схемы, а тысяч. Количество элементов в кристалле больших интегральных схем доходило до 10 тысяч, а в кристалле сверхбольших интегральных схем измерялось миллионами элементов^[21].

Компьютеры продолжали дешеветь и теперь их покупали даже частные лица, что ознаменовало эру персональных компьютеров. Но частное лицо чаще всего не было профессиональным программистом, для чего потребовалось развитие программного обеспечения^[22].

В конце 70-х – начале 80-х годов XX века популярностью пользовался компьютер Apple, который был разработан Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Позднее в массовое производство был запущен персональный компьютер IBM PC на процессоре Intel^[23].

Внешний вид IBM PC представлен на рисунке 5.

Рис. 5. Внешний вид IBM PC

Позднее появились суперскалярные процессоры, которые были способны выполнять множество команд одновременно, а также 64-разрядные компьютеры^[24] [1, 6, 7, ,9, 10].

1.6. Пятое поколение

В соответствии с идеологией развития компьютерных технологий, после четвертого поколения, построенного на сверхбольших интегральных схемах, ожидалось создание следующего поколения, ориентированного на распределенные вычисления. Одновременно считалось, что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления^[25].

К компьютерам пятого поколения относят Широкомасштабную правительственную программу в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта, предпринятую в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта. Разработки начались в 1982 году и закончились в 1992, стоимость разработок составляла порядка 500 миллионов долларов. Программа закончилась провалом, так как не опиралась на четкие научные методики, более того, даже ее промежуточные цели оказались недостижимы в технологическом плане^[26].

Другие источники относят к пятому поколению вычислительных машин так называемые невидимые компьютеры (микроконтроллеры, встраиваемые в бытовую технику, машины и подобные устройства) или карманные компьютеры^[27].

Также существует мнение, что к пятому поколению следует относить компьютеры с двухъядерными процессорами. С этой точки зрения пятое поколение началось примерно с 2005 года^[28].

На сегодняшний день самые мощные компьютеры называют мэйнфреймами. В РФ их называют большими ЭВМ. Большие ЭВМ применяются для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. Штат обслуживания одной большой ЭВМ составляет порядка десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычислительные центры, включающие в такие отделы или группы, как:

• центральный процессор, являющийся основным блоком обработки и вычисления и представляющий собой несколько стоек аппаратуры в отдельном помещении со специальными требованиями;
• группа системного программирования, занимающаяся разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения;
• группа прикладного программирования, занимающаяся созданием программ для выполнения конкретных операций с данными;
• группа подготовки данных, занимающаяся подготовкой данных для созданных прикладными программистами программ;
• группа технического обеспечения, занимающаяся техническим обслуживанием вычислительной системы, ремонтом, наладкой и подключением устройств;
• группа информационного обеспечения, обеспечивающая технической информацией остальные подразделения по их заказу, также создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных;
• отдел выдачи данных, получающий данные от центрального процессора и преобразующий их в удобную для заказчика форму^[29].

Мейнфреймы обычно имеют следующие характеристики:

• производительность не менее 10 MIPS;
• основная память емкостью от 64 до 10000 MIPS;
• внешняя память не менее 50 Гбайт;
• многопользовательский режим работы, охватывающий от 16 до 1000 пользователей^[30].

Основными направлениями эффективного применения мейнфреймов являются работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, решение научно-технических задач, управление вычислительными сетями и их ресурсами и работа с большими базами данных. Самым актуальным направлением считается использование мейнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей^[31].

В качестве примеров наиболее мощных мейнфреймов можно привести: IBM 390, IBM 4300, (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на смену IBM 380 в 1979 году, и IBM ES/9000, созданные в 1990 году, а также японские компьютеры M 1800 фирмы Fujitsu^[32] [3, 4, ,7, 8, 10].

По итогам данной главы можно отметить, что в короткой истории компьютерной техники выделяют несколько периодов на основе того, какие основные элементы использовались для изготовления компьютера. Временное деление на периоды в определенной степени условно, так как когда еще выпускались компьютеры одного поколения, последующее поколение уже начинало набирать обороты.

Можно выделить такие общие тенденции развития компьютеров, как:

1. Увеличение скорости работы.
2. Уменьшение размеров.
3. Снижение стоимости.
4. Увеличение количества элементов на единицу площади.
5. Развитие программных средств и стандартизация, упрощение аппаратных.

2. Перспективы развития вычислительной техники и технологий

Вслед за компьютерами пятого поколения ожидается развитие совершенно новых технологий в сферах вычислительной техники и технологий. В качестве наиболее перспективных технологий ближайшего времени можно привести такие, как: кремниевые аноды, запросы на естественном языке и голографические и волюметрические 3D-дисплеи^[33].

Вслед за компьютерами пятого поколения ожидается развитие совершенно новых технологий в сферах вычислительной техники и технологий. В качестве наиболее перспективных технологий ближайшего времени можно привести такие, как кремниевые аноды, самоуправляемые автомобили, запросы на естественном языке, голографические и волюметрические 3D-дисплеи^[34] [2, 4].

2.1. Кремниевые аноды

Основные направления развития вычислительной техники переместились с процессоров на батареи. При массовом распространении мобильных устройств основной акцент делается не на быстродействие, а на длительность работы. Ближайшим прорывом в этой области ожидаются литий-ионные батареи с кремниевым анодом. С кремниевыми анодами экспериментируют как гиганты вроде Lockheed Martin, так и созданные специально для продвижения этой технологии молодые компании, такие, как британский Nexeon^[35].

Графит, из которого обычно делают анод литий-ионных аккумуляторов, удерживает ионы лития гораздо хуже, чем кремний. За счет этой разницы аккумулятор с кремниевым анодом должен обладать куда более высокой емкостью. Но простые кремниевые аноды оказались слишком быстро разрушаются^[36].

Кремниевые аноды нового поколения используют покрытые оксидом кремния кремниевые нанотрубки. Данное отличие делает их гораздо надежнее, не влияя на прочие преимущества кремниевых анодов. Исследователи утверждают, что емкость нового типа литий-ионных аккумуляторов окажется на порядок выше, и при этом они будут быстрее заряжаться и выдерживать большее количество циклов перезарядки^[37] [4, 7].

2.2. Запросы на естественном языке

Распознавание речи и общение на естественном языке являются основными проблемами искусственного интеллекта. В последнее время стал заметен большой прогресс в обеих этих областях^[38].

В мобильные операционные системы стали встраиваться системы распознавания речи, успешно справляющиеся с пониманием английского и других языков. Программа-ассистент Siri компании Apple не только распознает речь, но понимает сказанное, выполняя команды. Алгоритм понимания сказанного ограничен определенными речевыми заготовками, но уже является большим прорывом. Также важен голосовой интерфейс в электронных очках Google Glass. В данном устройстве голосовое управление является основным способом взаимодействия^[39].

На другом краю спектра находится построенный в IBM суперкомпьютер Watson, показывающий, чего можно достичь, когда разработчикам не приходится думать об ограничениях мобильных устройств, скорости связи или загрузке дата-центров. Watson состоит из 90 мощных серверов с суммарной производительностью, составляющей 80 терафлоп, и оперативной памятью емкостью 18 терабайт. Главная задача Watson состоит в обработке запросов на естественном языке. В 2011 году Watson участвовал в телеигре Jeopardy и легко одолел людей-оппонентов. Более мощная версия Watson, которая существует сегодня, будет анализировать медицинские данные и рекомендовать наиболее подходящие методы лечения пациентов^[40] [2, 11].

2.3. Голографические и волюметрические 3D-дисплеи

В сфере данной технологии получено мало огласки, но, например, корпорация HP сообщила о создании стереодисплея, который позволяет без специальных очков рассматривать происходящее на экране с разных сторон. Прототипы искусственно генерирующих голографическую интерференционную картину дисплеев тоже существуют. Их, например, производит компания Zebra Imaging^[41] [9].

2.4. 3D-сканеры

Сами по себе 3D-сканеры уже имеют распространение и массу узкоспециальных применений. Их используют на производстве для контроля качества изготовленных деталей. С их помощью создают трехмерных виртуальных двойников актеров при съемке фильмов. Компьютерный томограф, применяемый медиками, тоже представляет собой разновидность 3D-сканера^[42].

Интересен не столько сам факт существования этой технологии, сколько то, что с ней происходит в данный момент: она дешевеет. А все потому, что появились доступные 3D-принтеры. Для того, чтобы извлечь из них пользу, необходимы трехмерные модели для печати. Самый простой способ изготовления таких моделей — 3D-сканер^[43].

Недорогим 3D-сканером, например, являлся игровой контроллер Kinect, который разработали в Microsoft для консоли XBox 360. А некоторые методы 3D-сканирования даже не требуют специального устройства, достаточно программы. Также мобильное приложение 123D Catch, созданное в Autodesk, позволяет скомбинировать в трехмерную модель серию снимков, сделанных с помощью обычного смартфона^[44].

В начале марта 2013 года нью-йоркская компания MakerBot Industries, производящая настольные 3D-принтеры, которые можно купить примерно за две тысячи долларов, продемонстрировала на конференции SXSW прототип недорогого 3D-сканера под названием Digitizer.

С помощью Digitizer можно отсканировать существующий предмет, получить трехмерную модель и тут же отпечатать ее на 3D-принтере MakerBot. Возможные применения очевидны: таким способом, к примеру, можно чинить сломавшиеся устройства. Сломалась деталь — скопируй с помощи связки 3D-сканер-3D-принтер целую и поставь ее взамен^[45].