Электронный этап развития вычислительной техники

Электромеханический этап развития вычислительной техники.

Электромеханический этап развития вычислительной техники явился наименее продолжительным и охватывает всего около 60 лет. Предпосылками создания проектов данного этапа явились как необходимость проведения массовых расчетов (экономика, статистика, управление и планирование, и др.), так и развитие прикладной электротехники (электропривод и электромеханические реле), позволившие создавать электромеханические вычислительные устройства.

Классическим типом средств электромеханического этапа был счетно-аналитический комплекс, предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях.

Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США Германом Холлеритом в 1887 году и состоял из: ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора. Основным назначением комплекса являлась статистическая обработка перфокарт, а также механизации бухучета и экономических задач. В 1897 году Холлерит организовал фирму, которая в дальнейшем стала называться IBM.

Развивая работы Г. Холлерита, в ряде стран разрабатывается и производится ряд моделей счетно-аналитических комплексов, из которых наиболее популярными и массовыми были комплексы фирмы IBM, фирмы Ремингтон и фирмы Бюль.

Заключительный период (40-е годы XX века) электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением, характеризующихся алгоритмической универсальностью и способных выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями, на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом.

Конрад Цузе явился пионером создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Однако его первая модель Z-1 (положившая начало серии Z-машин) идейно уступала конструкции Бэббиджа - в ней не предусматривалась условная передача управления. Также, в будущем, были разработаны модели Z-2 и Z-3.

Последним крупным проектом релейной вычислительной техники следует считать построенную в 1957 году в СССР релейную вычислительную машину РВМ-1 и эксплуатировавшуюся до конца 1964 года в основном для решения экономических задач.

В силу физико-технической природы релейная вычислительная техника не позволяла существенно повысить скорость вычислений; для этого потребовался переход на электронные безинерционные элементы высокого быстродействия.

Первой ЭВМ можно считать английскую машину Colossus, созданную в 1943 году при участии Алана Тьюринга. Машина содержала около 2000 электронных ламп и обладала достаточно высоким быстродействием, однако была узкоспециализированной.

Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC (ElectronicNumericalIntegratorAndComputer), созданную в США в 1946 году. Первоначально предназначенная для решения задач баллистики, машина оказалась универсальной, т.е. способной решать различные задачи.

Еще до начала эксплуатации ENIAC Джона Моучли и ПреспераЭккерт по заказу военного ведомства США приступили к проекту над новым компьютером EDVAC (ElectronicDiscreteAutomaticVariableComputer), который был совершеннее первого. В этой машине была предусмотрена большая память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная как для данных, так и для программы. Выдающийся математик Джон фон Нейман и его коллеги изложили в своем отчете основные принципы логической структуры ЭВМ нового типа, которые позже были реализованы в проекте ЭДВАК (1950 г). В отчете утверждалось, что ЭВМ должна создаваться на электронной основе и работать в двоичной системе счисления. В ее состав должны входить следующие устройства: арифметическое, центральное управляющее, запоминающее, для ввода данных и вывода результатов. Ученые также сформулировали два принципа работы: принцип программного управления с последовательным выполнением команд и принцип хранимой программы. Конструкция большинства ЭВМ последующих поколений, где были реализованы эти принципы, получила название " фон-неймановской архитектуры ".

В СССР работы по созданию первой ЭВМ велись под руководством Сергея Александровича Лебедева с 1948 по 1951 годы. Эту машину назвали МЭСМ - Малая Электронная Счетная Машина.

Затем в эксплуатацию ввели БЭСМ-2 (большую электронную счетную машину). Самой мощной ЭВМ 50-х годов в Европе была советская электронно-вычислительная машина М-20 с быстродействием 20 тыс. оп/с и объемом оперативной памяти 4000 машинных слов.

С этого времени начался бурный расцвет отечественной вычислительной техники, и к концу 60-х годов в нашей стране успешно функционировала лучшая по производительности (1 млн. оп/с) ЭВМ того времени - БЭСМ-6, в которой были реализованы многие принципы работы последующих поколений компьютеров.

Совершенствование ЭВМ определялось развитием электроники, появлением новых элементов и принципов действий, то есть улучшением и расширением элементной базы. В настоящее время насчитывается уже несколько поколений ЭВМ.

Смена поколений обуславливалась появлением новых элементов, изготовленных с применением принципиально иных технологий.

ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ <

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ. Но деление компьютерной техники на поколения весьма условно.Существует немало моделей, которые по одним признакам относятся к одному, а по другим - к другому поколению.Идеи нового поколения в той или иной мере созревают и даже реализуются в предыдущем поколении.

ПЕРВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ (1946 - 50-е годы)

Характерные черты:

ü Элементная база: электронно-вакуумные лампы, резисторы, конденсаторы.

ü Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов и занимает специальный машинный зал.

ü Производительность: 10 - 20 тыс. оп/с.

ü Эксплуатация: слишком сложна из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп. Существует опасность перегрева ЭВМ.

ü Программирование: трудоемкий процесс в машинных кодах. При этом необходимо знать все команды машины, их двоичное представление, архитектуру ЭВМ. Этим в основном были заняты математики-программисты, которые непосредственно и работали за ее пультом управления. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.

С появлением новых моделей ЭВМ произошли изменения и в названии этой сферы деятельности. Ранее любую технику, используемую для вычислений, обобщенно называли "счетно-решающими приборами и устройствами". Теперь же все, что имеет отношение к ЭВМ, именуют вычислительной техникой.

ВТОРОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ ( 50-е - 60-е годы)

Характерные черты:

ü Элементная база: полупроводниковые элементы.

ü Габариты: ЭВМ выполнены в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста. Для их размещения требуется специально оборудованный машинный зал, в котором под полом прокладываются кабели, соединяющие между собой многочисленные автономные устройства.

ü Производительность: от сотен тысяч до 1 млн. оп/с.

ü Эксплуатация: упростилась. Появились вычислительные центры с большим штатом обслуживающего персонала, где устанавливалось обычно несколько ЭВМ. Так возникло понятие централизованной обработки информации на компьютерах. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена целиком всей платы, а не каждого элемента в отдельности, как в ЭВМ предыдущего поколения.

ü Программирование: существенно изменилось, так как стало выполняться преимущественно на алгоритмических языках. Программисты уже не работали в зале, а отдавали свои программы на перфокартах или магнитных лентах специально обученным операторам. Решение задач производилось в пакетном (мультипрограммном) режиме, то есть все программы вводились в ЭВМ подряд друг за другом, и их обработка велась по мере освобождения соответствующих устройств. Результаты решения распечатывались на специальной перфорированной по краям бумаге.

ü Произошли изменения как в структуре ЭВМ, так и в принципе ее организации. Жесткий принцип управления заменился микропрограммным. Для реализации принципа программируемости необходимо наличие в компьютере постоянной памяти, в ячейках которой всегда присутствуют коды, соответствующие различным комбинациям управляющих сигналов. Каждая такая комбинация позволяет выполнить элементарную операцию, то есть подключить определенные электрические схемы.

ü Введен принцип разделения времени, который обеспечил совмещение во времени работы разных устройств, например одновременно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнитной ленты.

Из вышесказанного видно, что к этому времени был изобретен транзистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды), а также резисторы и конденсаторы более совершенной конструкции. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал с большей скоростью, был дешевле и надежнее. Средний срок его службы в 1000 раз превосходил продолжительность работы электронных ламп.

Изменилась и технология соединения элементов. Появились первые печатные платы - пластины из изоляционного материала, на которые по специальной технологии фотомонтажа наносился токопроводящий материал. Для крепления элементной базы на печатной плате имелись специальные гнезда. Такая формальная замена одного типа элементов на другой существенно повлияла на все характеристики ЭВМ: габариты, надежность, производительность, условия эксплуатации, стиль программирования и работы на машине. Изменился технологический процесс изготовления ЭВМ.

ТРЕТЬЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ (60-е - 70-е годы)

Характерные черты:

ü Элементная база: интегральные схемы, которые вставляются в специальные гнезда на печатной плате.

ü Габариты: внешнее оформление ЕС ЭВМ схоже с ЭВМ второго поколения. Для их размещения также требуется машинный зал. А малые ЭВМ - это, в основном, две стойки приблизительно в полтора человеческих роста и дисплей. Они не нуждались, как ЕС ЭВМ, в специально оборудованном помещении.

ü Производительность: от сотен тысяч до миллионов операций в секунду.

ü Эксплуатация: более оперативно производится ремонт обычных неисправностей, но из-за большой сложности системной организации требуется штат высококвалифицированных специалистов. Большую роль играет системный программист.

ü Программирование: такая же, как на предыдущем этапе, хотя несколько изменился характер взаимодействия с ЭВМ. Во многих вычислительных центрах появились дисплейные залы, где каждый программист в определенное время мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени. Как и прежде, основным оставался режим пакетной обработки задач.

ü Произошли изменения в структуре ЭВМ. Наряду с микропрограммным способом управления используются принципы модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей - конструктивно и функционально законченных электронных блоков в стандартном исполнении. Под магистральностью понимается способ связи между модулями компьютера, то есть все входные и выходные устройства соединены одними и теми же проводами (шинами). Это прообраз современной системной шины.

ü Увеличились объемы памяти. Магнитный барабан постепенно вытесняется магнитными дисками, выполненными в виде автономных пакетов. Появились дисплеи, графопостроители.

Подобно тому, как изобретение транзисторов привело к созданию компьютеров второго поколения, появление интегральных схем ознаменовало новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения.

В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему. Такие схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы. Интегральная схема выполняет те же функции, что и аналогичная ей схема на элементной базе ЭВМ второго поколения, но при этом она имеет существенно меньшие размеры и более высокую степень надежности.

Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 фирмы IBM. Она положила начало большой серии моделей, название которых начиналось с IBM, а далее следовал номер, который увеличивался по мере совершенствования моделей этой серии. То есть чем больше был номер, тем большие возможности предоставлялись пользователю.

Аналогичные ЭВМ стали выпускать и в странах СЭВ (Совета экономической взаимопомощи): СССР, Болгарии, Венгрии, Чехословакии, ГДР, Польше. Это были совместные разработки, причем каждая страна специализировалась на определенных устройствах. Выпускались два семейства ЭВМ:большие - ЕС ЭВМ (единая система), например ЕС-1022, ЕС-1035, ЕС-1065; малые - СМ ЭВМ (система малых), например СМ-2, СМ-3, СМ-4.

В то время любой вычислительный центр оснащался одной-двумя моделями ЕС ЭВМ. Представителей семейства СМ ЭВМ, составляющих класс мини-ЭВМ, можно было довольно часто встретить в лабораториях, на производстве, на технологических линиях, на испытательных стендах. Особенность этого класса ЭВМ состояла в том, что все они могли работать в реальном масштабе времени, то есть, ориентируясь на конкретную задачу.

ЧЕТВЕРТОЕ ПОКОЛЕНИЕ ЭВМ (70-е годы - настоящее время)

Этот период оказался самым длительным. Он характеризуется всевозможными новациями, приводящими к существенным изменениям. Однако кардинальных, революционных перемен, позволяющих говорить о смене этого поколения ЭВМ, пока не произошло. Хотя, если сравнивать ЭВМ, например, начала 80-х годов и сегодняшние, то очевидно существенное различие.

Следует особо отметить одну из самых значительных идей, воплощенных в компьютере на данном этапе: использование для вычислений одновременно нескольких процессоров (мультипроцессорная обработка). Также претерпела изменение и структура компьютера.

Новые технологии создания интегральных схем позволили разработать в конце 70-х - начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения на больших интегральных схемах (БИС), степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Сейчас этот период расценивается как революция в электронной промышленности. Первый микропроцессор был создан фирмой Intel в 1971 году. На одном кристалле удалось сформировать минимальный по составу аппаратуры процессор, содержащий 2250 транзисторов.

С появлением микропроцессора связано одно из важнейших событий в истории вычислительной техники - создание и применение персональных ЭВМ, что даже повлияло на терминологию. Постепенно прочно укоренившийся термин "ЭВМ" был вытеснен ставшим уже привычным словом " компьютер ", а вычислительная техника стала называться компьютерной.

Начало широкой продажи персональных ЭВМ связано с именами С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы "AppleComputer", которая с 1977 года наладила выпуск персональных компьютеров "Apple". В компьютерах этого типа за основу был взят принцип создания "дружественной" обстановки работы человека на ЭВМ, когда при создании программного обеспечения одним из основных требований стало обеспечение удобной работы пользователя. ЭВМ повернулась лицом к человеку. Дальнейшее ее совершенствование шло с учетом удобства работы пользователя. Если раньше при эксплуатации ЭВМ был реализован принцип централизованной обработки информации, когда пользователи концентрировались вокруг одной ЭВМ, то с появлением персональных компьютеров произошло обратное движение - децентрализация, когда один пользователь может работать с несколькими компьютерами.

С 1982 года фирма IBM приступила к выпуску модели персонального компьютера, ставшего эталоном на долгие времена. IBM выпустила документацию по аппаратуре и программные спецификации, что позволило другим фирмам разрабатывать как аппаратное, так и программное обеспечение. Таким образом, появились семейства (клоны) "двойников" персональных компьютеров IBM.

В 1984 году фирмой IBM был разработан персональный компьютер на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel с шиной архитектуры промышленного стандарта - ISA (IndustryStandartArchitecture). С этого времени началась жесткая конкуренция между несколькими корпорациями, производящими персональные компьютеры. Один тип процессора сменял другой, что зачастую требовало дополнительной существенной модернизации, а подчас и полной замены компьютеров. Гонка в поиске все более и более совершенных технических характеристик всех устройств компьютера продолжается и по сей день. Каждый год требуется проводить коренную модернизацию существующего компьютера.

Общее свойство семейства IBM PC - совместимость программного обеспечения снизу вверх и принцип открытой архитектуры, предусматривающий возможность дополнения имеющихся аппаратных средств без изъятия старых или их модификацию без замены всего компьютера.

Современные ЭВМ превосходят компьютеры предыдущих поколений компактностью, огромными возможностями и доступностью для разных категорий пользователей.

Компьютеры четвертого поколения развиваются в двух направлениях. Первое направление - создание многопроцессорных вычислительных систем. Второе - изготовление дешевых персональных компьютеров как в настольном, так и в переносном исполнении, а на их основе - компьютерных сетей.

Предполагается, что в будущем широко распространится ввод информации в ЭВМ с голоса, общения с машиной на естественном языке, машинное зрение, машинное осязание, создание интеллектуальных роботов и робототехнических устройств.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ <

Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте,отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах: библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системахи др.

Всякий ресурс, кроме информационного, после использования исчезает: топливо сжигается, финансы расходуются и т.п., а информационный ресурс остаётся «неисчерпаемым» и им можно пользоваться многократно.Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов — трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют.

Любое государство, общество, фирма или частное лицо имеют определённые ресурсы, необходимые для его жизнедеятельности.

Классификация национальных ресурсов России

· Библиотечные. Библиотечная сеть России насчитывает около 150 тысяч библиотек. Создаются локальные сети, электронные каталоги, базы данных с несколькими миллионами записей, выпущены диски с библиографической информацией обо всех книгах, публикация этих ресурсов через Интернет.

· Архивный фонд. Хранит около 460 млн документов и ежегодно пополняется на 1,6 млн. Есть электронные версии справочников по архивной информации.

· Государственная система научно-технической информации. Самая развитая в мире. К ней относятся научно-технические библиотеки, журналы, публикации, литература, научно-технические разработки, статьи т.д.

· Информационные ресурсы Государственной системы статистики. Эта информация отражает экономические показатели, развитие негосударственного сектора, инвестиции, цены и тарифы, заработную плату, доходы и уровень жизни населения и др. Госкомстат России имеет обширные базы данных и электронные справочники.

· Государственная система правовой информации. Содержит более 340 тыс. правовых актов СССР и законодательств Российской Федерации. В этой системе находится Государственный реестр общественных объединений и религиозных организаций, база данных судебной статистики, своды законов, кодексы.

· Информационные ресурсы органов государственной власти и местного самоуправления. Здесь находится информация о социально-экономической ситуации в России и её регионах, правовая информация, информация о чрезвычайных ситуациях на территории России. Вся эта информация представлена в виде массивов документов и баз данных.

· Информационные ресурсы отраслей материального производства. Эти ресурсы содержат информацию о положении дел на предприятиях, заводах, фабриках. В электронном виде эта информация представлена у 60% предприятий гражданских отраслей промышленности, у 70% предприятий оборонного комплекса, у 47% предприятий агропромышленного комплекса.

· Информация о природных ресурсах, явлениях, процессах. Эта информация о недрах земли, геологических разработках, о запасах минерального сырья, гидрометеорологическая информация, экологическая и т.д. Объём этой информации измеряется тысячами гигабайтов.

· Информационные ресурсы социальной сферы. Связаны они с образованием, медициной, службами занятости и социального обеспечения, разного рода страхованием и т.д.

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ <

В настоящее время термин "информационная технология" употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки информации. Информационные технологии охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, — бытовую электронику, телевидение и радиовещание. Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных профессий и домохозяйкам. Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий представляет самую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу. В настоящее время создание крупномасштабных информационно-технологических систем является экономически возможным, и это обусловливает появление национальных исследовательских и образовательных программ, призванных стимулировать их разработку.

Правовые нормы, относящиеся к информации,

Дата добавления: 2015-05-06