Файл: История развития средств вычислительной техники (Этап электронно-вычислительных машин).pdf

Достаточно сказать, что производитель ранее весьма популярных микрокомпьютеров ТРС-80 – компания Tandu Corporation – быстро освоила производство IBM-совместимых ПК, эффективно переориентировав производство.

Модели ПК производятся и другими компаниями. Как правило, они полностью совместимы с соответствующими моделями ІВМ, но стоят дешевле (иногда весьма значительно). Это семейство микрокомпьютеров получило название "клона" ІВМ.

Поскольку принцип открытой архитектуры сам по себе не подлежит авторскому праву и патентной защите, из-за "клонирования" ПК сторонними производителями IBM стала быстро терять монополию на контроль рынка ПК и терять доходы. Только тогда специалисты IBM поняли, какое замечательное решение они предложили.

Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, переводить с одного языка на другой. Это позволяет всем пользователям общаться с компьютерами, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области.

Многие успехи, достигнутые искусственным интеллектом, используются в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация спама, категоризация текста и т. д.), генетических алгоритмов (используется, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехники (промышленность, производство, быт – везде она приложила свою кибернетическую руку), а также мультиагентные системы служат человеку добросовестно.

Другие области искусственного интеллекта, такие как распределенное представление знаний и решение задач в Интернете, не дремлют: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ожидать революцию в ряде областей человеческой деятельности.

На современном этапе.

Потребность в более быстрых, дешевых и универсальных процессорах вынуждает производителей постоянно увеличивать количество транзисторов в них. Однако, этот процесс не бесконечен.

Экспоненциальный рост, предсказанный Гордоном Муром в 1973 году, становится все труднее поддерживать. Эксперты говорят, что этот закон перестанет действовать, как только затворы транзисторов, регулирующие потоки информации в чипе будет сравним с длиной волны электрона (в кремнии, на котором сейчас строится, производства составляет порядка 10 нм). И это произойдет где-то в 2020х годах.

По мере приближения к физическому пределу архитектура компьютеров усложняется, стоимость проектирования, изготовления и тестирования микросхем возрастает. Таким образом, этап эволюционного развития рано или поздно сменится революционными изменениями.

---

В результате повышения производительности гонки возникает много проблем. Наиболее острым из них является перегрев в сверхплотной упаковке, вызванный значительно меньшей площадью теплообмена. Концентрация энергии в современных микропроцессорах чрезвычайно высока. Текущая стратегия рассеяния генерируемого тепла, такая как снижение напряжения питания или селективная активация только необходимых частей в микрокапсуле неэффективна, если не применять активное охлаждение.

С уменьшением размеров транзисторов стали тоньше и изолирующие слои, а следовательно, снизилась их надежность, поскольку электроны могут проникать через тонкие изоляторы (туннельный эффект). Эту проблему можно решить снижением управляющего напряжения, но только до определенных пределов.

На сегодняшний день главное условие повышения производительности процессоров – методы параллелизма. Как известно, микропроцессор обрабатывает последовательность инструкций (команд), составляющих ту или иную программу.

Если организовать параллельное (то есть одновременное) выполнение инструкций, то общая производительность значительно возрастет. Для решения задачи приемы параллелизм, конвейеризация вычислений, применением суперскалярной архитектуры и предсказанием ветвлений.

Многоядерная архитектура. Эта архитектура предполагает интеграцию нескольких простых микропроцессорных ядер на одном кристалле. Каждое ядро выполняет свой собственный поток команд. Каждое микропроцессорное ядро намного проще, чем многопоточное процессорное ядро, что упрощает проектирование и тестирование микросхем. Но в то же время проблема доступа к памяти усугубляется, и компиляторы должны быть заменены.

Многопоточный процессор. Эти процессоры схожи по архитектуре с трассировкой: весь чип разделен на процессорные элементы, напоминающие суперскалярный микропроцессор. В отличие от процессора трассировки, здесь каждый элемент обрабатывает инструкции различных потоков в пределах одного такта, тем самым достигая параллелизма на уровне потоков. Конечно, каждый поток имеет свой счетчик программ и набор регистров.

"Плиточная" архитектура. Сторонники считают, что программное обеспечение должно компилироваться непосредственно в "железо", так как это даст максимальный параллелизм. Такой подход требует достаточно сложных компиляторов, которые еще не созданы. Процессор в данном случае состоит из набора "плиток" (tiles), каждая из которых имеет свою оперативную память и соединена с другими "плитками" в своеобразную сетку, узлы которой можно включать и выключать. Порядок исполнения поручений устанавливается.

---

Многоступенчатая архитектура. Это не логическая структура, а физическая. Идея заключается в том, что микросхемы должны содержать вертикальные "стопки" микросхем, выполненных по тонкопленочной транзисторной технологии, заимствованной из производства TFT-дисплеев.

При этом относительно длинные горизонтальные межсоединения превращаются в короткие вертикальные, что снижает задержку сигнала и повышает производительность процессора. Идея "трехмерных" микросхем уже реализована в виде рабочих образцов восьмиэтажных микросхем памяти. Не исключено, что это приемлемо для микропроцессоров, и в ближайшем будущем все микрочипы будут расти не только по горизонтали, но и по вертикали.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мир сегодня стоит на пороге информационного общества, где система распространения, хранения и обработки информации будет играть важнейшую роль, формируя информационную среду, способную обеспечить любому человеку доступ ко всей информации.

В последней трети XX века в результате накопления знаний, развития новых технологий и их широкого распространения сформировалось информационное общество, пришедшее на смену индустриальному.

Этот переход связан с революционными изменениями, которые были подготовлены предыдущей историей развития человечества, так называемыми информационными революциями. Есть четыре (пять) информационных революции:

1-е изобретение письма;

2 – изобретение книгопечатания;

3-я – состояла в использовании электрооборудования и электроснабжения на основе устройств и приборов для скоростного и предельно массового распространения всех видов информации и знаний.

4-я революция включает в себя следующие характеристики:

• создание высокоскоростных вычислительных устройств - компьютеров (в том числе персональных компьютеров).

• создание, постоянное наполнение и расширение гигантских автоматизированных баз данных и знаний;

• создание и быстрый рост трансконтинентальных коммуникационных сетей

В развитии вычислительной техники и информационных технологий также можно выделить несколько этапов. В частности, в вычислительной технике существует своеобразная периодизация развития электронных вычислительных машин.

Компьютеры относятся к определенному поколению, в зависимости от типа используемых в них основных деталей или от технологии их производства. Границы поколений очень размыты, так как одновременно практически производятся компьютеры разных типов. История докомпьютерной эры показывает, что человечество стремилось изобрести устройства, облегчающие математические вычисления.

---

Счетная машина XVII-XVIII веков шла в ногу с развитием математики, но недостаточный уровень техники не позволял практически и в полной мере реализовать все великие идеи.

Компьютер – величайшее изобретение ХХ века. Для его создания должны были быть открытия в области физики, математики, техники. По этапам создания и используемой элементной базе компьютеры подразделяются на V поколений.

I поколение – компьютеры на электронных лампах (50-е годы XX века) .

II поколение – компьютеры на полупроводниковых приборах (60-е годы XX века).

III поколение - компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах (70-е годы XX века).

Компьютеры IV поколения, на бис и СБИС (80-е годы ХХ века)

V поколение-компьютеры с множеством десятков параллельных микропроцессоров (90-е годы XX века).

Каждое следующее поколение ЭВМ имеет значительно лучшие характеристики по сравнению с предыдущей. Развитие компьютерных технологий позволяет предположить, что в будущих поколениях будут использованы оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.

Начало развития информационных технологий связано с появлением и развитием первых информационных систем в 60-х годах ХХ века. Они как и любые другие технологии развиваются неравномерно: новые решения появляются периодически. Совершая революцию в промышленности, они навсегда меняют ее облик, влияя на многие другие аспекты человеческого существования.

Первой волной компьютерной революции принято считать появление мейнфреймов, обеспечивающих бизнесу доступ к огромным информационным ресурсам. Вторая волна связана с распространением персональных компьютеров в начале 80-х годов. Мы стоим на пороге третьего этапа компьютерной революции, которая приведет к реализации возможности непрерывного обмена информацией через глобальные сети.

Информационного общества предполагает широкое применение компьютеров во всех сферах человеческой деятельности. Сейчас в нашем обществе огромную роль играют системы распространения, хранения и обработки информации на основе работы компьютера. Формируются и развиваются межрегиональные и международные системы связи, позволяющие в кратчайшие сроки обмениваться информацией на больших площадях.

Существующие сети используются не только для получения информации и общения, но и для обучения, электронной коммерции и других областях, положило начало формированию мирового сообщества. Рынок информационных услуг продолжает формироваться и развиваться. Социально-экономические потребности общества являются определяющими стимулами развития информационной технологии. Информационные технологии занимают уникальное положение в современном обществе. В отличие от других научно-технических достижений компьютерные технологии и информатика используются практически во всех областях интеллектуальной деятельности человека, способствуя прогрессу техники и технологий.

---

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Информатика / Под ред. Н.В. Макаровой. М.: Финансы и статистика, 2018.

2. Компьютерные системы и сети / Под ред. В.П. Косарева и Л.В. Еремина. М.: Финансы и статистика, 2015.

3. Андрей Колесов. Этапы развития компьютерной индустрии // Модус, 2018.

4. Семененко В.А. и др. Электронные вычислительные машины. – М.: Высшая школа, 2017.

5. Самарский А.А. Вычислительный эксперимент и научно-технический прогресс - Информатика и научно-технический прогресс. М., 2016.

6. Ершов А.П. Информатика: предмет и понятие - Информатика и научно-технический прогресс. М., 2015, с. 30.

7. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М.: Инфра - М, 2017.

8. Пакеты программ офисного назначения: Учебное пособие / Под ред. С.В. Назарова. М.: Финансы и статистика, 2017.

9. Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Общая информатика.- М.: АСТ – ПРЕССКНИГА, 2012.

10. Колин К.К. Фундаментальные основы информатики: Социальная информатика: Учеб. 4. Острейковский В.А. Информатика: Учеб. Для техн. Направлений и специальностей вузов / В.А. Острейковский. – М.: Высш. Шк., 20011пособие для вузов / К.К. Колин. –

11. Лекций по информационным технологиям» (http://moilekcii.ru/vse-discipliny/?c=informatika)

12. Т.Н. Лукиных, Г.В. Можаева. Информационные революции и их роль в развитии общества (http://huminf.tsu.ru/e-jurnal/magazine/3/luk_moz.htm)

Приложение 1

Современный период развития ЭВМ

(Сверхбольшие и ультрабольшие интегральные схемы)

1978 г. — Выпущен процессор 8086, первый 16-разрядный микропроцессор Intel; впервые применена очередь команд; появилась возможность подключать математический сопроцессор (8087); 4,77МГц (позже появились МП 8 и 10 МГц), 330 тыс. оп./с, технология 3мкм, 29000 транзисторов, адресация 1MB ОЗУ. Выпущен процессор 8088 (Intel), 16-разрядный микропроцессор с 8-разрядной шиной данных, ставший «сердцем» первого IBM PC. Atari представляет персональные компьютеры Atari 400 и Atari 800, работающие на микропроцессоре 6502 компании MOS Technology. Язык программирования Modula-2 Никлауса Вирта, Microsoft выпускает свой 3-й язык программирования — Microsoft Cobol-80.

1979 г. — Выпущен процессор MC68000 (Motorola), 16-разрядный, адресация 16MB ОЗУ.

1980 г. — Вышло три процессора (Motorola 68000, Intel 80186, NS 16000) и появилась первая настольная СУБД (Dbase II). Создан первый портативный компьютер Osborne 1 весом около 12 кг. Первый компьютер IBM PC, открывший эру IBM-совместимых ПК, созданный в рамках проекта Chess; CPU — Intel 8088, RAM — 16KB, HDD — 5,25" 160KB, ОС — MS-DOS 1.0 или CP/M.

---