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

С аналитической машиной Ч. Бэббиджа связано и зарождение программирования. Именно для нее создавались первые в мире программы. А первой программисткой была леди А. Лавлейс — дочь известного английского поэта Байрона. Она не только производила вычисления на машине Ч. Бэббиджа, но и заложила основы теоретического программирования, написав первый учебник по этому предмету.

Важное теоретическое значение для последующего развития вычислительной техники имела в это время работа Дж. К. Максвелла "Динамическая теория поля" (1864—1865 гг.). В ней давалось точное определение электромагнитного поля. Вскоре Максвелл завершил создание электродинамической картины мира. Началась эра мировой электродинамики, породившая новый период в развитии вычислительной техники.

1.3 Электромеханический период

Электромеханический период был связан с применением электроэнергии в конструкциях счетных механизмов.

Машины электромеханического принципа действия характеризуются наличием электроаппаратуры, посредством которой работают все их механизмы. Разновидностью таких машин явились электромагнитные машины, в т.ч. релейные. В электромеханических машинах, как и в механических, основными физическими элементами были рычаги, колеса, валики, шестерен, а в релейных — 'электромагниты, реле, контактные устройства и т.д.

Электрический ток стал применяться также для расшифровки информации, нанесенной на перфокарты, в машине, построенной в 1890 г. американским инженером, сыном немецкого эмигранта Г. Холлеритом (1860—1929 гг.). Им же была предложена и форма перфокарты. Она соответствовала размеру однодолларовой банкноты, находившейся в обращении в 1890 г., и равнялась 187 мм * 83 мм.

Работая в бюро по переписи населения, Холлерит использовал свою машину для обработки материалов массовых переписей. В 1896 г. он основал фирму по выпуску перфокарт и вычислительных (перфорационных) машин, которая позднее была преобразована в фирму IBM.

Начало XX в. было отмечено бурным развитием электротехники. Немалый вклад в нее внесли ученые США (Д. Пауэрс сконструировал автоматический карточный перфоратор; В. Буш — дифференциальный анализатор, т.е. первую аналоговую вычислительную машину, способную моделировать системы дифференциальных уровней; Д. Штибиц — машину, основанную на двоичной системе счисления, и др.), Германии (К. Зюс, независимо от Д. Штибица, создал такую же машину; К. Цуге — универсальную цифровую вычислительную машину с программным управлением, и др.), России (А.Н.Крылов построил первый в мире дифференциальный анализатор непрерывного действия). В это же время появились выполненные Г.Эдисоном описание явления электронной эмиссии и А Тьюрингом — схемы абстрактной машины, а также разработанные К.Шенноном основные положения алгебры высказываний. Начинался новый период в истории вычислительной техники — электронный.

1.4 Электронный период

Электронный период был ознаменован, прежде всего, созданием в 1946 г. первой в мире ЭВМ "Эниак" (Electronics Numerical Integrator and Computer)'. Ее построили ученые Пенсильванского университета (США). Она весила 30 т., занимала площадь, равную гаражу на два автомобиля, состояла из 18 тыс. вакуумных трубок, 1,5 тысячи реле и стоила по ценам того времени почти 2,8 млн. долларов. За одну секунду машина выполняла более 300 умножений многозначных чисел или 5,000 сложений.

Эниак показала большие возможности, хотя и была громоздкой, этаким "монстром с непонятным характером", по сообщениям американской печати, и потребляла мощность в 150 квт, достаточную для работы нескольких сотен современных компактных компьютеров. Ныне машина Эниак находится в одном из музеев США.

Анализ сильных и слабых сторон Эниак позволил американскому математику Дж. фон Нейману сформулировать основные принципы ЭВМ:

• использование двоичной системы,
• иерархическая организация памяти,
• наличие арифметического устройства на основе схем, реализующих операцию сложения;
• хранение программы, как и чисел, в памяти машины.

Таким образом, в первой главе данной работы были рассмотрены исторические аспекты развития средств вычислительной техники.

Глава 2 История развития поколения ПК

2.1 Компьютерная революция" в мире и поколения ПК

"Компьютерная революция" в мире и поколения ПК. Появление Эниак отвечало потребностям растущей информатизации общества. Имеется в виду, прежде всего, увеличение темпов роста общей суммы знаний. Если до XIX в. она удваивалась каждые 50 лет, то с середины XX в. — каждые 5 лет, а после 1990 г. — на протяжении года;

Далее, это абсолютный и относительный рост численности специалистов, занятых сбором, обработкой и передачей информации. Если в 1870 г., когда был уже известен проект машины И. Бэббиджа, они составляли менее 5% трудоспособного населения США, то в 40-х гг. XX в. — около 30%.

Изучение функционирования электронных вычислительных средств, наряду с достижениями математики, информатики и физиологии нервной деятельности, в условиях растущих потребностей информационного обслуживания общества привели к возникновению кибернетики — науки об управлении в технических устройствах, живых организмах и человеческих организациях. Ее основные идеи и принципы были сформулированы в работе американского математика Н. Винера "Кибернетика или управление и связь в животном и машине", вышедшей в 1948 г. .

Все это предопределило "компьютерную революцию" в мире. Росло не только количество ЭВМ (только в США в 1954 г. их насчитывалось 100, в 1974 — 215 тыс., в 1994 — более 30 млн.), но и заметно изменялись их качественные характеристики: увеличивались быстрота действия и объем оперативной памяти, повышалась степень интеграции элементов, улучшались внешние устройства и архитектура ЭВМ. совершенствовались методы их использования. Происходила смена поколений ЭВМ — совокупности их типов и моделей, созданных на основе одних и тех же научных и технических принципов.

Машины первого поколения (вторая половина 40-х — середина 50-х гг.), работавшие на электронных лампах, были очень больших размеров и могли выполнять небольшое количество элементарных операций. В бывшем СССР — это ЭВМ, созданные под руководством академика С. А. Лебедева, и прежде всего БЭСМ-1 — самая быстродействующая в то время машина в Европе; в Беларуси, на Минском заводе ЭВМ им. Г.К. Орджоникидзе, — серийная Минск-22 и др.

Основными пользователями первых ЭВМ были инженеры-программисты, занимавшиеся сложными расчетами, а также ученые, работавшие в различных областях физики, и др. Программу выполнения действий и данные пробивали вручную на перфоленте или перфокартах, посредством которых эти сведения вводились в ЭВМ. Затем производили "отладку", в процессе которой выявлялись ошибки и перебивались перфокарты. Этот процесс тянулся неделями и месяцами. Когда все было выверено, машина за несколько минут выдавала результат счета.

Машины второго поколения (конец 50-х — первая половина 60-х гг.), работавшие на транзисторах, были меньших размеров, более надежны в работе и могли выполнять до миллиона операций в секунду. Среди них — СТРЕЧ (США), АТЛАС (Англия), БЭСМ-6 (Россия); "Минск-32" (Беларусь) и др. БЭСМ-6 поставлялась на экспорт и оказалась "долгожительницей". Корректировку и выполнение программ на них производили операторы ЭВМ.

Машины третьего поколения (вторая половина 60-х — 70-е гг.) уже были собраны на интегральных схемах. Это машины IBM-360 (фирмы International Business Mashine Corporation, США), а среди отечественных — серии ЕС (единой системы). Их мощность позволяли решать не только вычислительные, но и экономические задачи, когда приходилось вводить и выводить огромные объемы данных. Только на этих машинах стало возможным эффективно обрабатывать и нечисловую информацию, т.е. вести поиск, работать в режиме "вопрос-ответ", реализующем человеко-машинный диалог. Многопрограммный режим работы в сочетании с режимом разделения времени обеспечил взаимодействие таких машин с автоматизированными классами, оснащенными алфавитно-цифровыми дисплеями. А поскольку за различными дисплеями могли решаться различные задачи, программисты вновь получили доступ к машинам.

Машины четвертого поколения (с 80-х гг.) в качестве элементной базы имели большие и сверхбольшие интегральные схемы (ILLIAC-4, ЕС-1060, 1065; "Эльбрус"-1,2 и др.). Их рекордная продуктивность (у ILLIAC-4 до 200 млн. операций в сек.) обеспечивала решение целого круга больших задач. ЭВМ стали объединяться в многомашинные комплексы и сети с использованием для этой цели телефонной кабельной и спутниковой связи. Тем самым пользователь получил доступ к различной информации большого объема.

С другой стороны, успехи микроэлектроники привели к "новой революции" — микрокомпьютерной. Появились персональные компьютеры (ПК) — небольшие по размерам универсальные ЭВМ, предназначенные для индивидуального пользования и, в ряде случаев,

не уступающие по своим характеристикам большим ЭВМ.

Отцом микроЭВМ по праву считается американский инженер С. Джобс. Свою первую машину он построил вместе с С. Возняком в 1977 г. Она строилась в гараже на средства, вырученные Джобсом от продажи своего личного автомобиля "Фольксваген".

Профессиональная карьера С. Джобса началась с момента основания им фирмы APPLE. Сразу же возникли и непредвиденные проблемы. Обнаружилось, что такое же название и очень похожий фирменный знак имеет рок-группа "Битлз". Возникла путаница, приведшая к судебным разбирательствам. Хотя они и стали неотъемлемой частью жизни Джобса, ему все же сопутствовала удача. Популярность разработанных его фирмой микрокомпьютеров Apple — Macintosh и Lisa — с каждым годом росла, и в первую очередь среди студентов, преподавателей и научных сотрудников американских университетов.

И все же начало эпохи персональных компьютеров связано фирмой IBM. В 1981 г. она выпустила свой первый компьютер ЮМ РС (Personal Computer — персональный компьютер). Затем стала выпускать более современную модель на основе микропроцессора Intel 808i которая была названа ЮМ PC XT (буквы XT взяты из слова еХТга). 1984 г. она выпустила новую модель на основе Intel 80286 — IBM-28( которая стала называться ЮМ PC AT (Advanced Technology — передовая технология). IBM AT, хотя и была совместима аппаратно и программно с IBM XT, превосходила последнюю по производительности более чем в 10 раз и была способна хранить значительно больший объем информации.

Вскоре на рынке появились компьютеры, совместимые с IBM AT, но с торговой маркой других фирм. Среди них оказались и отечественные ПК, в т.ч. ЕС-1840. 1841. 1842, 1849 и др.

Во второй половине 80-х гг. были выпущены новые модели:

IBM-386, способная реализовать сложные программы автоматизированного проектирования и искусственного интеллекта; PS/2 (Personal Sistem/2), аналогичная XT и AT; IBM-486, производительность которой была в 2-3 раза больше, чем у IBM-386. В 1994 г. появился Pentium (IBM- 586). Благодаря ему в Лондоне наконец-то удалось обыграть чемпиона мира по шахматам Гари Каспарова. А на горизонте уже предвиделись новые "гуманизированные" компьютеры — не просто более мощные, а и более компактные, удобные и безопасные.

На пути к пятому поколению происходит поиск ЭВМ с высоким показателем отношения производительности машин к их себестоимости. При этом немалые надежды возлагаются на микроэлектронику с большой степенью интеграции и динамическую топографию. Разрабатываются "биокомпьютеры", реализующие принципы обработки и хранения информации, присущие живым организмам, " нейроком-пьютеры" — системы нечисловой информационно-логической обработки, различные ассоциативные запоминающие устройства. Мощная волна "микрокомпьютерной" революции приводит к быстрому решению и этих задач.

2.2 Перспективы развития вычислительной техники XXI века

С начала ХХ века наука достигла больших успехов. Появились: атомная энергетика, телевидение, магнитофоны, радиолокация, волоконная оптика, сверхзвуковая авиация, компьютеры, полимеры, сотовая связь и Интернет, транзисторы и ЖК мониторы, интегральные микросхемы, лазеры, ракетно-комическая техника. Всё это стало доступно благодаря достижениям фундаментальной физики XIX-XX вв. Раскрыта структура ДНК, генетический код живых организмов и на данной базе развиваются клонирование и генная инженерия, изучаются эволюция организмов и «устройство» (протекание) мутаций. Проводится пересадка органов. Появились новые ветви науки, к примеру, фрактальная геометрия и синергетика, торсионные поля, энергия вакуума. Наряду с этими потрясающими достижениями, человечество получило беспрецедентный вызов, связанный с глобальными проблемами: экологической, демографической, военной и т.д. [3].

Ближайшие же перспективы развития науки могут быть следующими.

Микро- и нанотехнологии.

Разрабатываются интегральные схемы, габариты частей которых составляют 10-9 нм (нанометры). Количество частей интегральной схемы удваивается каждые 1,5 года. Уже предложены составляющие памяти на отдельных атомах, на которыхможносоздать суперкомпьютер площадью 200 мкм2, имеющий 107 логических элементов, 109 частей памяти и способный действовать на частоте 1012 гц.

Перспективы нанотехнологий громадны, из атомов и молекул можносоздавать всё, что угодно: кремниевые микросхемы - из песка; продукты питания - из воздуха и земли и т.д. [1].

Голография и определение образов.

Голография позволяет вести поиск любых образов при каком угодно их количестве (в том числе и по фрагменту образа).