Файл: История развития средств вычислительной техники (Периоды истории вычислительной техники).pdf

Таким образом, десятичная дробь в используемой системе счисления связана со структурой нашего тела. Двоичная система счисления также примерно связана с «физиологией» электрических элементов. Некоторые европейские мыслители эпохи Просвещения проявили большой интерес к простой и элегантной двоичной системе счисления. Постепенно эта система проникала из одной научной дисциплины в другую, из логики и философии в математику, а затем и в вычисления [1,с.154]

Двоичная система счисления Г. Лейбница. И. Лейбниц изучал свойства двоичной системы счисления. Он считал, что на основе бинарной системы можно создать универсальный язык для объяснения явлений мира и использовать его во всех науках, включая философию. В 1666 г. Г. Лейбниц написал произведение «Искусство составления комбинаций». В этой работе были заложены основы общего метода, который позволяет свести мысли человека - любого рода и по любой теме - к совершенно точным формальным утверждениям[1,с.104].

Таким образом, появилась возможность перевести логику (или, как ее называл Г. Лейбниц, законы мышления) «из вербальной области, полной неопределенностей, в область математики», где отношения между объектами или высказываниями определяются точно.

Кроме того, Г. Лейбниц призвал к принятию «общего языка, который бесконечно отличается от всего, что существовало до сих пор, поскольку его символы и даже его слова должны направлять наш разум, а ошибки, отличные от тех, которые присущи исходным фактам. просто будут ошибки расчета[4,с.83].

Создать или изобрести такой язык или такие концепции очень сложно, но их будет легко понять без всяких словарей».

Современники Лейбница игнорировали его работы, а сам Лейбниц не развивал идею нового языка. Однако прошло десятилетие и позже он начал изучать строгие математические законы, применяемые к двоичной системе счисления. И при всей своей гениальности Г. Лейбниц не мог найти полезного приложения для полученных результатов[4,с.79].

Изобретенная им счетная машина была разработана для работы с десятичными знаками, и г. Лейбниц не изменил его для двоичных чисел. Затем Г. Лейбницу пришла в голову идея использовать двоичные числа в вычислительном устройстве, но он даже не пытался построить такую ​​машину.

Во время механического, электромеханического и раннего электронного периодов развития цифровые вычисления оставались областью технологий, научные основы которой только закладывались.

Предпосылки появления электронно-вычислительной техники[4,с.103]:

---

1. Математическая подготовка: двоичная система счисления, которую Г. В. Лейбниц предлагал использовать для организации вычислительных машин, алгебра Алгебра логики, разработанная Дж. Р. Р. Толкином. Булево.

2. Алгоритмические предпосылки - абстрактная машина Тьюринга, используемая для доказательства возможности машинной реализации любого алгоритма, имеющего решение.

3. Техническая база-разработка электроники.

4. Теоретические основы - результаты работы К. Шеннона, объединившего электронику и логику.

Электронные вычислительные машины появились, когда возникла острая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях, как атомная физика, теория динамики полета и управление самолетом. В связи с переходом на электронные безынерционные элементы произошел качественный скачок в характеристиках. Работа, которая привела к созданию совершенно новой области техники - электроники, была начата в конце XIX века. В 1884 году Т. Эдисон описал открытое им явление термоэлектронной эмиссии. В 1897 г. немецкий физик Г. Браун изобрел электронно-лучевую трубку[6,с.118].

Триод - одна из самых популярных электронных ламп - был создан в 1906 году американцем Ли де Форстером, а уже в 1918 году наш соотечественник М. Бонч-Бруевич изобрел ламповый спусковой механизм, который впоследствии сыграл огромную роль в развитии вычислительной техники.

К началу 40-х годов, т.е. ко времени появления первых автоматов, электронные устройства уже получили значительное развитие и распространение. Они широко использовались во многих областях техники, прежде всего в радиотехнике. Зарождались телевидение и радиолокация, развивалась электронная контрольно-измерительная техника[6,с.92].

Казалось, что достигнутой скорости вычислений хватит всем и надолго, но реальность очень быстро заставила искать новые способы ускорения счета. Вторая мировая война поставила человеческую жизнь (летчика, артиллериста и т. Д.) В зависимость от скорости вычислений. Побеждали те, кто быстрее и точнее принимал решения (а для этого и требовались расчеты). Именно эта дилемма заставила человечество изобрести электронные компьютеры и тем самым вступить в новую эру - эру компьютеров. Это не значит, что без войны не наступила бы эпоха компьютеров. Эта тенденция в любом случае привела бы к созданию компьютеров[6,с.73].

Война только увеличила потребность в быстром подсчете и тем самым активизировала работы по созданию компьютеров. Решение этой проблемы было взято крупнейшими учеными того времени. Среди них был Норберт Винер - известный американский математик. Он указал, как, наблюдая за траекторией полета самолета до выстрела, можно определить положение его ствола в момент выстрела, при котором вероятность поражения будет максимальной[7,с.68].

---

Метод, предложенный Н. Винером, требовал большого объема вычислений, которые приходилось производить в те моменты, когда самолет приближался к цели, то есть за 2-3 секунды. С такой задачей счетный автомат не подходит. Нам нужна была электроника. Н. Винер сформулировал ряд требований к компьютерам[7,с.142]:

1) они должны состоять из электронных ламп (для обеспечения достаточной производительности);

2) следует использовать более экономичную двоичную, а не десятичную систему счисления;

3) машина сама должна корректировать свои действия, необходимо развивать способность к самообучению.

С переходом на безынерционные электронные элементы в вычислительной технике был достигнут значительный прогресс. Вычислительные машины, построенные на электронных триггерных схемах с использованием вакуумных триодов, открыли новое направление в вычислительной технике, их стали называть «электронными компьютерами»[7,с.102].

Соответственно, напомним, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера. Были представлены цифры: в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов; в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов.

Таким образом, в первой главе курсовой работы проводится краткий анализ основных четырех исторических периодов развития вычислительной техники в целом.

2 Становление современного периода развития вычислительной техники, средства вычислительной техники будущего

2.1 Компьютеры пятого поколения: молекулярные и ДНК-компьютеры

Прогресс в развитии вычислительной техники от первого до четвертого поколения был связан с развитием элементной базы.

Переход к компьютерам пятого поколения предполагает переход к новым технологиям и архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Определить требования к компьютерам пятого поколения крайне сложно, поскольку они все еще находятся в стадии разработки[9,с.52].

---

Так, в 1982 году в Японии был создан Комитет по разработке компьютеров нового поколения (ICOT), который разработал план создания компьютеров пятого поколения.

Комитет определил следующие основные требования к компьютерам пятого поколения[9,с.53]:

1) создание продвинутого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, распознавание изображений);

2) разработка логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3) создание новых технологий в производстве сверхбольших интегральных схем;

4) создание компьютерных архитектур и вычислительных систем с новыми возможностями:

- умение взаимодействовать с компьютером, используя естественный язык, человеческую речь и графические изображения[9,с.59];

- способность системы учиться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести «разумный» разговор с человеком в форме вопросов и ответов;

- способность системы «понимать» содержимое базы данных, которая одновременно превращается в базу знаний, и использовать эти знания при решении задач[5,с.116].

Эти возможности компьютеров пятого поколения (машины с базами знаний, универсальные средства решения проблем) должны были быть реализованы программно. Предполагалось, что к 1991 году будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта.

С помощью языка Пролог и нововведений в дизайне компьютеров планировалось приблизиться к решению одной из основных задач этой отрасли информатики - задачи хранения и обработки знаний. Другими словами, не нужно было бы писать программы для компьютеров пятого поколения, но достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется[5,с.189].

Предполагалось, что в компьютерах пятого поколения скорость машин и объем основной памяти будут: для персональных компьютеров - 2 млн. операций в секунду и 0,5–5 МБ, а для сверхпроизводительных компьютеров - от 1 до 5 МБ. 100 миллиардов операций в секунду и до 160 МБ. [5,с.217].

Однако планы создания специализированных «интеллектуальных» компьютеров, а тем более попытки произвести с их помощью еще одну компьютерную революцию, пока что оказались невозможными.

В любом случае «японский проект» ощутимых результатов не принес. Идет дальнейшее совершенствование технологии производства микрочипов и вычислительной техники, но ожидаемого перехода на принципиально новые технологии компьютеров пятого поколения не произошло.

---

Однако технология изготовления микропроцессоров уже приближается к принципиальным ограничениям. Закон Гордона Мура гласит, что плотность транзисторов в микросхеме удваивается каждые полтора года. Вот уже двадцать лет этот закон реализуется[7,с.54].

Однако, следуя этому закону, к 2015-2020 годам размер транзистора должен быть уменьшен до четырех-пяти атомов[7,с.89].

Рассматривается множество альтернатив. Дальнейшее развитие компьютерных архитектур продолжается. По многим направлениям ведется интенсивное развитие.

Особенность этих архитектур в том, что все они основаны на несиликоновых технологиях[7,с.113].

Технологии, которые могут экспоненциально увеличить производительность компьютеров, включают:

- создание создания молекулярных компьютеров;

-создание создания биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);

- разработка квантовых компьютеров;

- разработка оптических компьютеров. Кратко рассмотрим основные принципы их построения.

Молекулярные компьютеры - это вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (в основном органических).

Молекулярные компьютеры используют идею вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве. Во многих странах проводятся эксперименты по синтезу молекул на основе их стереохимического генетического кода, который может изменять свою ориентацию и реагировать на воздействие тока, света и т. д. [7,с.108]

Ученые фирмы Hewlett-Packard и Калифорнийского университета (UCLA) доказали принципиальную возможность создания молекулярной памяти ЭВМ на основе молекул роксана. [7,с.109]

Продолжаются работы по созданию логических схем, узлов и блоков. По оценкам ученых, подобный компьютер будет в сотни миллиардов раз экономичнее современных микропроцессоров.

ДНК-компьютер – вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК и представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - ДНК-вентили компьютера MAYA II в пробирках[6,с.77]

Функционирование ДНК-компьютера сходно с функционированием теоретического устройства, известного в информатике как машина Тьюринга. Особое место принадлежит ДНК-процессорам[6,с.78]

ДНК-процессоры на уровне отдельных молекул работают очень медленно, но зато с их помощью можно организовывать параллельные вычисления, что дает перспективы по наращиванию производительности.

Кроме того, потребляемая мощность таких процессоров очень мала, поэтому очевидны преимущества над полупроводниковыми технологиями. В 1994 г. Леонард Адлеман, профессор университета Южной Калифорнии (один из изобретателей криптосистемы RSA), продемонстрировал, что с помощью пробирки с ДНК можно весьма эффектно решать классическую комбинаторную «задачу о коммивояжере» (кратчайший маршрут обхода вершин графа) [6,с.79].

---