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

С 1955 по 1961 г. в США фирмой IBM разрабатывался проект «Stretch», оказавший большое влияние на развитие структуры универсальных компьютеров.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х г. наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.

Третье поколение ЭВМ обязано своему появлению новой элементной базе – интегральным схемам. Впервые идея создания интегральных схем была выдвинута в 1952 г. в Англии Дж. Даммером, а в 1958 г. Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему, и уже в 1962 г. было начато их промышленное производство.

Первый экспериментальный компьютер на интегральных схемах был создан фирмой «Texas Instruments» в 1961 г в интересах ВВС США. Вначале для производства компьютеров использовались схемы малой степени интеграции (МИС). Совершенствование технологии позволило усложнить микросхемы, появились микросхемы средней степени интеграции (СИС). Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины, что привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач.

В 1963 г. фирма американская IBM разработала целое семейство машин – «Система-360» (IBM/360), включающая в себя сразу 6 моделей машин, с разными техническими характеристиками и стоимостью. Огромное влияние IBM в мире вычислительной техники открыло перед «Системой-З60» широкие возможности: ее распространение привело к созданию новой отрасли промышленности – производству полностью совместимых модулей вычислительных комплексов.

Дальнейшим развитием IBM/360 стали системы 370, 390 и System z. Архитектура IBM/360 была настолько удачной, что стала де-факто промышленным стандартом вплоть до сегодняшнего дня. Многие другие фирмы стали выпускать совместимые с IBM/360 вычислительные машины, например, семейство 470 фирмы Amdahl, мейнфреймы Hitachi, UNIVAC 9200/9300/9400 и др.

В СССР IBM/360 была клонирована в серии машин ЕС ЭВМ. Благодаря широкому распространению IBM/360, изобретенные для нее
8-битные символы и 8-битный байт как минимально адресуемая ячейка памяти стали стандартом для всей компьютерной техники. Также IBM/360 была первой 32-разрядной компьютерной системой.

Старшие модели семейства IBM/360 и последовавшее за ними семейство IBM/370 были одними из первых компьютеров с виртуальной памятью (соответственно со страничной и сегмент ной адресацией памяти) и первыми серийными вычислительными машинами, поддерживающими реализацию виртуальных машин. Именно в семействе IBM/360 впервые был использован микрокод для реализации отдельных команд процессора.

---

Дальнейшее развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном кристалле тысячи интегральных схем.
В 1971 г. компания Intel выпустила важное для развития вычислительной техники устройство – микропроцессор Intel-4004. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов. Первый универсальный микропроцессор Intel-8080, явившийся стандартом микрокомпьютерной технологии и созданный в 1974 г., содержал уже 4500 элементов и послужил основой для создания первых персональных компьютеров. Именно так произошел переход от третьего к четвертому поколению ЭВМ, которыми человечество активно пользуется и в настоящее время.

В 1979 г. был выпущен универсальный 16-битный микропроцессор Motorolla-68000 с 70 тыс. элементов, а в 1981 г. – первый 32-битный микропроцессор Hewlett Packard с 450 тысячами элементами. Для сравнения: СБИС микропроцессора Pentium IV включает в себя 7,5 млн транзисторов.

Компьютеры по своим характеристикам становятся настолько разнообразными, что их начинают классифицировать по размерам и функциональным возможностям, по назначению, по совместимости и другим различным критериям.

Выводы по главе: Необходимость проведения массовых расчетов (в самых различных сферах и отраслях знаний – экономике, статистике, управлении, планировании и т.п.) и объективные достижения электротехники (электромеханическое реле) привели к созданию электромеханических средств вычисления. Дальнейшие возрастающие потребности человечества во всех научных сферах и успехи в микроэлектронике привели к появлению электронных вычислительных машин, что постепенно привело к закату эры электромеханических средств вычисления, развивавшихся вплоть до середины 50-х гг. прошлого века.

Динамика развития средств вычислений в XX веке показала все величие человеческой мысли и гениальность инженеров. Современные многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств, обладающие очень высоким быстродействием (десятки миллионов операций в секунду), огромной емкость оперативной памятью (десятки гигабайт) позволяют решать самые сложные научные расчеты и технические вычисления .

---

ГЛАВА 3. Перспективные направления развития средств вычислительной техники. Компьютеры будущего.

Прогресс в развитии вычислительной техники с первого по четвертое поколение 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 чрезвычайно трудно, потому что они все еще находятся в стадии разработки.

В 1982 г. 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 пятого поколения:

1) создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);

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

3) создание новых технологий в производстве сверхбольших интегральных схем;

4) создание архитектур компьютеров и вычислительных комплексов с новыми возможностями:

– возможностью взаимодействия с ЭВМ с помощью естественного языка, человеческой речи и графических изображений;

– способностью системы обучаться, производить ассоциативную обработку информации, делать логические суждения, вести «разумную» беседу с человеком в форме вопросов и ответов;

– способностью системы «понимать» содержимое базы данных, которая при этом превращается в базу знаний, и использовать эти знания при решении задач.

Эти возможности ЭВМ пятого поколения (машины баз знаний, универсальные решатели задач и т.д.) должны были быть реализованы аппаратно-программно.

Однако планы создания специализированных «интеллектуальных» компьютеров, а тем более – попытки произвести с их помощью очередную компьютерную революцию пока оказались невыполнимыми.

Идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники, но так ожидаемый переход к принципиально новым технологиям компьютеров пятого поколения не произошел. Однако технология производства микропроцессоров уже приближается к фундаментальным ограничениям. Закон Гордона Мура гласит, что плотность транзисторов в микросхеме удваивается каждые полтора года. Последние двадцать лет этот закон выполнялся, однако, следуя этому закону, к 2025–2030 гг. размеры транзистора должны уменьшиться до четырех-пяти атомов.

---

Продолжается дальнейшее развитие архитектур компьютеров. Интенсивные разработки ведутся по многим направлениям. Особенностью этих архитектур является то, что все они основаны не на кремниевых технологиях.

К технологиям, способным экспоненциально увеличивать производительность компьютеров, следует отнести:

– создание молекулярных компьютеров;

– создание биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);

– разработку квантовых компьютеров;

– разработку оптических компьютеров.

Молекулярные компьютеры – вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно органических). В молекулярных компьютерах используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

ДНК-компьютер – вычислительная система, использующая вычислительные возможности молекул ДНК. Функционирование ДНК-компьютера сходно с функционированием теоретического устройства, известного в информатике как машина Тьюринга, особое место при этом отводится ДНК-процессорам.

Нейрокомпьютеры – это компьютеры, которые состоят из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы связаны между собой, образуя нейронную сеть. Они выполняют единообразные вычислительные действия и не требуют внешнего управления. Большое число параллельно работающих вычислительных элементов обеспечивают высокое быстродействие. Архитектура нейрокомпьютеров иная, чем у обычных вычислительных машин. Микросхемы близки по строению нейронным сетям человеческого мозга.

Квантовый компьютер – вычислительное устройство, которое путем выполнения квантовых алгоритмов использует при работе квантово-механические эффекты. Атом – «удобное» хранилище информационных битов: его электроны могут занимать лишь ограниченное число дискретных энергетических уровней. Так, атом высокого энергетического уровня мог бы служить логической единицей, а низкого – логическим нулем. Очевидным недостатком здесь является нестабильность атома, поскольку он легко меняет энергетический уровень в зависимости от внешних условий.

Оптические компьютеры используют в своей работе физические законы и возможности оптики, генерации и детектирования оптических сигналов, а также оптических логических элементов, управляемых светом.

Выводы по главе: Дальнейшая потребность человечества в быстрых и точных вычислениях, позволяющих упростить и украсить жизнь, ставит перед исследователями новые задачи, требующие нетривиального решения. Разработка новых технологий уже связана с отказом от классических подходов, основанных на применении в ядрах процессоров кремния.

---

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Развитие человеческой цивилизации неотъемлемо связано с развитием научных знаний и инструментов труда (техники), которыми пользуются люди. Потребности человечества всегда ставили перед учеными трудные и порой нерешаемые на первый взгляд задачи, однако, накопленный многовековой опыт и знания позволяли находить соответствующие решения.

Особенностью домеханического периода истории вычислительной техники являлось удобство использования подручных средств счета, однако, все время возрастающий объем производимых вычислений требовал проведения модернизации применяемых средств. Существенный вклад математиков средневековья в развития средств счета значительно позволили человечеству упростить ряд проводимых расчетных операций, но и при этом не удовлетворяли все также возрастающим требования вновь открывшихся научных областей знания (астрономия, география).

С научно-технической революцией, открытием электричества и исследованиями в области схемотехники, появлялись новые инструментальные возможности по повторному изобретению машин, способных решать поставленные задачи перед исследователями, но уже совершенно на другом, более качественном уровне – с высоким быстродействием, точностью. Гений человеческого разума позволил реализовать функционал многотонных и ужасно больших вычислительных машин всего на одной печатной плате, помещающейся на ладони, причем все это в течение какого-то столетия – миг в истории, который позволил человечеству свершить громадный научно-технологический прорыв.

К сожалению, в настоящей работе очень трудно подробно рассмотреть крайне широкое разнообразие средств вычислительной техники сквозь призму истории компьютерного мира, но основные вехи этого направления, от первых счетных приспособлений до современных перспективных средств, освещены в полном объеме.

БИБЛИОГРАФИЯ

1. Иванов А. А. История развития информатики / А. А. Иванов. – М.: Образ, 2000 – 432 с.

2. Савельев Е. К. Информационная эпоха / Е. К. Савельев. – СПб. : Питер, 2003 – 218 с.

3. Петров Ю.П. История и философия науки. Математика, вычислительная техника, информатика / Ю.П. Петров. – СПб. : БХВ-Петербург, 2005 – 309 с.

4. Малиновский Б.Н. История вычислительной техники влицах /
Б. Н. Малиновский. – Киев, 1995 – 164 с.

5. Морозов Ю.М. История и методология вычислительной техники: учеб. пособие / Ю.М. Морозов. – М.: Академия, 2012 – 312 с.

---