Файл: История развития средств вычислительной техники (Четвертое и пятое поколение ЭВМ).pdf

В 1986 году Дэниел Хиллис (Thinking Machines Corp.-Корпорация думающих машин) сделал шаг вперед в создании искусственного интеллекта, он разработал концепцию массового параллелизма, которую воплотил в машине соединений(Connection Machine). Машина использовала 16000 процессоров и могла совершать несколько миллиардов операций в секунду. Каждый процессор имел небольшую собственную память, и был связан с другими процессорами через гибкую сеть, которую пользователи могли изменять, перепрограммируя структуру компьютера. Система связей позволяла процессорам передавать информацию и запрашивать помощь других процессоров, как в модели мозга. Используя систему связей, машина могла работать быстрее, чем любой другой компьютер при решении задач, которые можно распределить для параллельного решения на многих процессорах.

Примером отечественных компьютеров четвертого поколения может служить многопроцессорный вычислительный комплекс "Эльбрус".

Эльбрус-1 имел быстродействие до 5,5 млн. операций с плавающей точкой в секунду, а объем оперативной памяти до 64Мб. Пропускная способность каналов ввода-вывода достигала 120 Мб/с. В 1978 году в Советском Союзе было начато производство универсальных многопроцессорных комплексов четвертого поколения Эльбрус-2.

Эльбрус-2 имел производительность до 120 млн. операций в секунду, емкость оперативной памяти до 144 Мб или 16 Мегаслов (слово 72 разряда). В 1979 году была завершена разработка вычислительной системы ПС-2000. Поиск путей к рекордной производительности вычислительных систем требует нестандартных решений. В 70е годы архитектура вычислительных машин строилась с использованием различных принципов параллелизма, которые позволяли сделать очередной рывок производительности. От миллиона операций в секунду к десяткам и сотне миллионов. Основными пользователями советских супер-ЭВМ были организации, которые решали секретные задачи обороны, реализовывали атомную и ядерную программы. Но в 1979 году в стенах Института проблем управления АН СССР (ИПУ) завершается разработка высокопроизводительной вычислительной системы ПС-2000, предназначавшейся для сугубо мирных нужд. Аббревиатура ПС означает «перестраиваемые структуры». Так называемыми однородными решающими полями – структурами из однотипных процессорных элементов, способных параллельно обрабатывать данные в ИПУ начали заниматься в конце 1960-х. Лидером этого направления был академик Ивери Варламович Прангишвили.

Через два года в активе молодых ученых были теоретически обоснованные принципы построения однородных решающих полей, авторское свидетельство, микроэлектронная реализация однородных структур, публикации в научных журналах и доклад на международном конгрессе. С 1975 года началась разработка вычислительной системы ПС-2000 исключительно собственными силами. В работе приняло участие Северодонецкое научно - промыщленное объединение (НПО) «Импульс». Замечательно то, что найденные специалистами из ИПУ принципы однородных решающих полей не требовали сверхмощной элементной базы для создания высокопроизводительной параллельной машины. Для ПС-2000 и последовавшей за ней системы ПС-3000 электронная промышленность не выпустила ни одной заказной микросхемы. При этом вычислительные комплексы ПС-2000 обгоняли дорогостоящие «Эльбрусы», обеспечивая быстродействие до 200 млн. операций в секунду. Проходившие испытания восемь опытных образцов машины продемонстрировали на геофизических задачах суммарную производительность порядка 1 млрд. операций в секунду.

Геофизика была основной сферой применения ПС-2000. Эта мощная машина позволила наконец просчитать залежи данных сейсморазведки, которые в огромных объемах накапливались ежегодно. Доступные вычислительные мощности, в силу ограниченной производительности, просто не успевали их обрабатывать - для этого необходимо было быстродействие раз в сто больше того, что имелось в совокупности. Поскольку такие задачи прекрасно поддавались распараллеливанию, их удалось с большой эффективностью решить на многопроцессорных комплексах ПС-2000. Были сделаны специальные экспедиционные вычислительные комплексы ЭГВК ПС-2000, отлично приспособленные к работе в условиях геофизических экспедиций, - они не занимали большой площади, потребляли мало энергии и не требовали больших расходов на эксплуатацию. В ПС-2000 реализована архитектура с одним потоком команд и многими потоками данных (SIMD). Центральным компонентом системы являлся мультипроцессор, включавший от 8 до 64 одинаковых процессорных элементов. Процессорные элементы обрабатывали множество потоков данных по программе из общего модуля управления (один модуль на каждые восемь элементов).

К началу 1980-х годов производительность персональных компьютеров составляла из сотни тысяч операций в секунду. Мировой парк компьютеров превысил 100 млн. Дальнейшее развитие вычислительной техники привело к широкому использованию ее во всех областях человеческой деятельности. Для автоматизации управления технологическими процессами в промышленности стали широко применяться специальные промышленные компьютеры. Специальные компьютеры управляют технологическими установками, работают в операционных или машинах скорой помощи, на ракетах, самолётах и вертолётах, вблизи высоковольтных линий передач или в зоне действия радаров, радиопередатчиков, в неотапливаемых помещениях, под водой на глубине, в условиях пыли, грязи, вибраций, взрывоопасных газов и т.п.

Четвертое поколение компьютеров стало переходным на пути к компьютерам пятого поколения. Компьютеры пятого поколения построены на новой элементной базе, позволяющей реализовать интеллектуальные способности человека. В 1982 году в Японии был учрежден комитет по разработке компьютеров новых поколений (ICOT), который разработал план создания компьютера пятого поколения. Комитет определил следующие основные требования к компьютерам 5-го поколения: создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; создание новых технологий в производстве сверхбольшой интегральной системы (далее – СБИС); создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров "пятого поколения" не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется. Вначале это казалось простой задачей, но задача оказалась значительно более трудной, так как человеческое понимание воспринимает контекст, который нельзя передать при простом переводе слов.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Проект был прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.

Сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области. Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, производство, быт и т.д.), а также многоагентные системы.

В 1993 году на рынок поступило крайне перспективное устройство - карманный компьютер Newton. Проект Newton изначально не был нацелен на создание карманного компьютера. Такого устройства как КПК, в 1992 году просто не было. Устройство было по настоящему революционным. Пользователи получили возможность работать в любом месте. Но, хотя Apple Newton производился шесть лет, он так и не добился большого успеха. Причин было несколько, во-первых, крайне высокая стоимость устройства. Во-вторых, устройство не было таким уж карманным, по размерам Newton превосходит тот же Iphone примерно в 2 раза. Одним из новшеств, которые позже стали применятся повсеместно, стало распознавание рукописного текста. Эта функция работала далеко не всегда стабильно. В результате Newton от Apple так и остался нишевым продуктом. Производился Newton с изменениями до 1998 года.

В 2004 году создан новейший планшетный ПК, компания Fujitsu, опиралась на свой многолетний опыт на рынках систем с перьевым вводом и ноутбуков.

Эта модель, оснащенная 12,1-дюйм экраном, напоминала тонкие и легкие переносные ПК серии S-Series. Она оснащена 1,4-МГц процессором Pentium M с 400-МГц шиной и памятью от 256 Мбайт до 2 Гбайт. В стандартной версии предусмотрен адаптер беспроводной связи по стандарту 802.11b. По оценке изготовителя, батареи хватает на 4,5 ч работы, а заменять ее можно, не выключая компьютер. T3000 можно было легко использовать и как ноутбук, и как устройство с перьевым вводом данных. Правда, масса Т3000, 1,9 кг, была довольно велика для планшетного ПК.

Apple MacBook Pro 2006 года выпуска. Впервые iPhone был анонсирован на конференции MacWorld Expo 9 января 2007 года. В продажу он поступил 29 июня 2007 года и быстро завоевал существенную часть рынка смартфонов. Корни возникновения iPhone восходят к популярности iPod.
В период с 2002 по 2004 годы Apple решили сделать устройство, которое бы объединило в себе мобильный телефон, плеер и коммуникатор. Первое поколение iPhone не было лишено недостатков. Наиболее существенным, вызвавшим наибольшую критику, было отсутствие поддержки сетей третьего поколения 3G. Из-за этого пользователям приходилось использовать гораздо более медленный протокол EDGE.

Ноутбук Apple MacAir. Уникальная портативность не жертвует размерами экрана и клавиатуры. Благодаря использованию современного видеочипа и центрального процессора, помимо уникальной портативности этот продукт от Apple обладает еще и завидной функциональностью.

Еще одним уникальным продуктом 2008 года является MacPro. Восьмиядерная вычислительная мощность еще год назад (в 2007 году) была вершиной возможного на тот момент. Сегодня она доступна уже в стандартной конфигурации. Производительность стала просто феноменальной: в два раза выше, чем у предыдущей модели Mac Pro. Новый Mac Pro основан на новейшей технологии Intel - четырехъядерные процессоры Intel Xeon «Harpertown». Процессоры работают на скорости до 3,2 ГГц, построены по технологии 45 нм, благодаря этому обеспечивают низкое энергопотребление. Помимо уникального процессора MacPro имеет на борту до 32 Гб оперативной памяти и общую дисковую ёмкость до 4 Тб.

Персональные компьютеры. С 1970 года начинается эра персональных компьютеров. Появление микропроцессоров в семидесятые годы привело к созданию множества персональных компьютеров от первых 8-ми разрядных до 64. Первые персональные компьютеры не имели монитора и жесткого диска и операционная система компьютера загружалась в оперативную память с дискет.

В 1972 году Hewlett-Packard объявил о выпуске микрокалькулятора HP-35 как "быстрого, чрезвычайно точного варианта электронной логарифмической линейки " с твердотельной памятью, подобной памяти компьютера. HP-35 отличался от конкурентов способностью выполнять широкий набор логарифмических и тригонометрических функций, хранить большее количество промежуточных результатов, вводить и выводить данные в экспоненциальном формате. Небольшая компания Micro Instrumentation Telemetry Systems (MITS), занимающаяся электроникой в городе Альбукерке (шт. Нью-Мексико) в 1974 году объявила о разработке небольшого компьютера для индивидуального пользования. Эд Робертс и двое его партнеров создали небольшой сборный компьютер. Он получил название Altair.

Машина была оснащена новейшим для того времени процессором 8080 компании Intel, имела 256 байт памяти и панель с переключателями, на которой мигали многочисленные лампочки.

Значительность самого события полностью перекрывала многочисленные технические неувязки, из-за которых мучительно трудно было заставить аппаратуру работать. Altair, во всеобщем понимании, стал первым коммерческим массовым "персональным компьютером". В марте 1974 года Scelbi (SCientific ELectornic and Biological) Computer Consulting представила машину на базе более раннего процессора Intel -8008. Она имела 1 кбайт программируемой памяти и была предназначена в основном для научного применения. В июле того же года журнал Radio Electronics опубликовал статью о другом сборном домашнем компьютере Mark-8 на базе процессоров 8008. Однако и Scelbi 8H, и Mark-8 продавались плохо. Фирма Scelbi прекра тила производство 8H в декабре того же года. В 1975 году был выпущен первый текстово- графический дисплей, в этом же году выпустила первый персональный компьютер (IBM 5100) фирма IBM. В 1976 году был выпущен первый персональный компьютер Apple, позднее эта фирма стала выпускать широко известные компьютеры - Macintosh.

С 1977 года начинается массовое производство персональных компьютеров Apple-2, TRS-80 и PET. Персональный компьютер Apple-II представлял собой достаточно дорогой (без монитора и касетного магнитофона) компьютер. Он был выполнен на невиданном по тем временам техническом уровне. Компьютер был построен на минимально возможном количестве микросхем (расположенных на одной печатной плате), имел зашитое в ПЗУ программное обеспечение - операционную систему и Basic, 4 Кбайт ОЗУ, два игровых электронных пульта, интерфейс для подсоединения к кассетному магнитофону и систему цветной графики для работы с цветным монитором или обычным телевизором. Персональный компьютер TRS-80, с процессором Z-80, состоял из четырех модулей - 12-дюймового монитора, системного блока с интегрированной клавиатурой, блока питания и кассетного магнитофона. Компьютер поставлялся с зашитым в ПЗУ программным обеспечением Basic Level и двумя кассетами, одна из которых содержала игровые программы.