ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ (Электромеханический этап)

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

В чём же заключается актуальность данной темы? Всё просто! Вычислительная техника стала неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Любое, даже мелкое производство, бизнес, учеба и свободный досуг не может обойтись без вычислительной техники. Используя всего лишь один компьютер можно в разы увеличить эффективность и продуктивность предприятий и производств. Так что же такое вычислительная техника? Это устройство или совокупность устройств, предназначенных для автоматизированной обработки данных. Наш с вами компьютер в переводе с английского (computer) и является тем самым вычислителем. ЭВМ (электронно-вычислительная машина) же представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

В своей курсовой работе я постараюсь раскрыть данную тему, рассказать об истории развития и дальнейших перспективах современной вычислительной техники. Прогрессивное человечество тесно связано с техникой и гаджетами и, шагая в ногу со временем, необходимо повышать свои знания и, соответственно, повышать продуктивность вычислительной техники, продумывая новые технологии и решая новые задачи.

ГЛАВА 1. ЭТАПЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

По сегодняшний день человек всячески пытается облегчить свой повседневный быт, упростить некоторые моменты в своей жизни, в работе. История первого вычислительного прибора тесно связана с людьми, а именно с попытками облегчить и упростить жизнь. Итак, рассмотрим основные этапы развития техники и гаджетов того времени. [14]

Ручной этап или простейшие ручные приспособления

Со времен возникновения человека разумного этап вычисления сформировался при помощи пальцев рук и ног. Сегодня же современный человек также использует эту систему. Для того чтобы зафиксировать свои вычисления древние пользовались всеми возможными приспособлениями. А именно: делали насечки на деревьях, камнях, внутри пещер; вязали узелки, ломали палочки, пытались рисовать линии на твёрдых поверхностях. Считали с помощью группирования и перемещения предметов (всего того, что попадалось под руки). [1]

Для упрощения и на смену ручному этапу придумали «современный» по тем временам счетный прибор – абак. [6] Он до сих пор сохранился, но в виде различных видов счетов.

Абак (abacus) в переводе с греческого – доска. Это простейшее счетное устройство, которое являлось первым «развитым» гаджетом человечества. В отличии от пальцев рук и ног, преимуществом была возможность выполнять вычисления по разрядам. Первым таким вычислительным устройством пользовались в Древней Греции, Древнем Риме приблизительно с IV века до н.э. Европейцы применяли абак до XVIII века. Россия также не осталась в стороне и уже в 16-17 вв. на основе этого гаджета придумала другое устройство – русские счёты. Основными классическими формами абака являлись русские, японские и китайские счёты. Эти вычислительные приборы сохранились и до наших дней, однако утратили свою популярность после появления карманных электронных калькуляторов в 70-е годы. И даже попытки усовершенствования счётов, а точнее их модернизация путём объединения их с таблицей умножения были четны. Так, на смену простейшим ручным приспособлениям пришла новая ветка истории – механика и механические приспособления. [6]

Механический этап. Механические устройства и приспособления

Началом вычислений механическими устройствами является 17в. Первыми механическими приспособлениями были механизмы, аналогичные современным часам. Идеей послужили старинные башенные часы, которые были синхронизированы так, что в заданное время они включали определенные механизмы, которые в свою очередь запускали систему колоколов башни. [17]

Далее я хочу рассказать о великих ученых, так сказать первооткрывателях современных гаджетов. О их вкладе, о их результате и их механических «детях». Чтоб не расписывать все это, я попробую составить таблицу, в которой буду повествовать основные моменты и творения ученых, без которых мы бы и дальше считали на пальцах и записывали свои измерения на стенах. [4]

Таблица 1. Великие ученые и их вклад в развитие современности

Год	Имя ученого	Название	Описание
1623	Вильгельм Шиккард (немецкий ученый)	«Суммирующие часы»	Механическое устройство для выполнения операций сложения и вычитания шестиразрядных десятичных чисел.
1642	Блез Паскаль (французский механик)	«Паскалин»	Механическое цифровое вычислительное устройство, построенное на основе зубчатых колес. Оно могло суммировать и вычитать пятиразрядные десятичные числа, а последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами
1673	Готфрид Вильгельм Лейбниц (немецкий философ и математик)	«Механический калькулятор»	Прибор, который при помощи двоичной системы счисления выполнял умножение, деление, сложение и вычитание. Операции умножения и деления выполнялись путем многократного повторения операций сложения и вычитания.
1820	Чарльз Калмар (французский ученый)	«Арифмометр»	Машина, которая могла производить четыре основных арифметических действий. Использовалась довольно длительное время до 60-х годов 20 века.
1833	Чарльз Беббидж (английский ученый, профессор Кембриджского университета)	«Аналитическая машина»	Имела черты современного компьютера. Арифмометр больших размеров с программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами. В состав устройства входило: блок ввода информации, блок управления, запоминающее устройство и устройство вывода результатов.
1833	Ада Лавлейс (Байрон) (муза и помощница Чарльза Беббиджа)	«Аналитическая машина»	Она разрабатывала первые программы для машины и предвосхитила основы современного программирования для цифровых вычислительных машин с программным управлением. Заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.
1888	Герман Холлерит (американский инженер)	«Табуллятор»	Электромеханическая счетная машина, которая могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Работала на электричестве.
1944	Говард Эйкен (американский инженер)	«Марк-1» (при поддержке IBM)	Компьютер для выполнения баллистических расчетов. Основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированных на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длиной до 23 разрядов. Быстрая скорость умножения.
1946	Джон Уильям Мокли Джон Преспер Экерт (американские ученые)	«ЭНИАК» («ENIAC»)	Широкомасштабный электронный цифровой компьютер, который можно было перепрограммировать для решения полного диапазона задач. Реле были заменены вакуумными лампами. Использовался для расчета баллистических таблиц, предсказания погоды, расчетов в области атомной энергетики, аэродинамики, изучения космоса.
1951	Сергей Алексеевич Лебедев (академик СССР)	«МЭМС» «БЭСМ»	Малая электронная счетная машина вычисляла факториал натуральных чисел и решала уравнение параболы. БЭСМ – быстродействующая электронная счетная машина.
1971	INTEL (США)	«Микропроцессор»	Программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС (сверхбольших интегральных схем)
1971	Дуглас Энгельбарт (сотрудник Стенфордского ИС)	«Мышь-манипулятор»	Первая работа изобретения, однако только через 4 года мышка была показана на компьютерной конференции в Сан-Франциско.
1976	APPLE	«ПК»	Первый ПК; в СССР появился в 1985г.

Электромеханический этап

Этот этап в истории развития вычислительной техники был наименее продолжительным, приблизительно 60 лет. В таких науках как: управление и планирование, статистика, экономика, прикладная электротехника – были необходимы массовые расчёты. Это и послужило предпосылками возникновения электромеханического этапа. [4]

Классическим представителем сего этапа был САК (счётно-аналитический комплекс), предназначенный для обработки информации на перфокарточных носителях. Создателем первого образца принято считать Германа Холлерита. Он в 1887 году из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора создал первый комплекс САК. Во всем мире стало много последователей, которые трудились над улучшением данного комплекса, но не многим довелось довести дело до конца. Самым популярным принято считать комплексы фирмы IBM, Ремингтон и Бюль. Концом данного этапа считается создание сложных релейных и релейно-механических систем. Они были способны выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме с высокими скоростями. В 1957 году в СССР создали релейную вычислительную машину РВМ-1 – это было последним крупным проектом релейной вычислительной техники. [17, 15, 9]

Электронный этап

Предыдущий этап был вовсе неплох, выполнял поставленные задачи, однако скорость его не совсем удовлетворяла потребностей. На смену электромеханическому этапу приходит новый, модернизированный этап – электронный. Главной особенностью его развития было в том, что релейная вычислительная техника переходит в электронные безынерционные элементы высокого быстродействия.

В 1943 году первой ЭВМ можно считать машину Colossus, созданную английским ученым при участии Алана Тьюринга. Однако принято считать все же первой ЭВМ ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), созданную в США в конце 1945 г. [7, 20, 21]

По основам первой английской ЭВМ Colossus был создан и выпущен в прокат фильм «Игра в имитацию». Главную роль профессора Алана Тьюринга сыграл Бенедикт Камбербэтч. По сюжету английский математик и логик пытается взломать код немецкой шифровальной машины Enigma во время Второй мировой войны. [3, 4, 7]

Компьютер Epsac завершил электронный этап и положил начало новому этапу развития ВТ – поколению универсальных ЭВМ.

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОКОЛЕНИЙ ЭВМ

Таблица 2. Краткое описание поколений развития ЭВМ

Характеристика	Поколения
	Первое I	Второе II	Третье III	Четвертое IV
Годы	1946-1960	1950-1964	1964-1970	1970-1990-е
Основной элемент	Электронная лампа	Транзистор	Интегральная схема	Большая интегральная схема
Количество ЭВМ в мире, шт.	Сотни	Тысячи	Десятки тысяч	Десятки миллионы
Размеры	Очень большие (ENIVAC, UNIVAC, EDSAC)	Значительно меньшие	Мини компьютеры	Микро компьютеры
Быстродействие	1 (условно)	10	1 000	100 000
Носитель информации	Перфолента	Магнитный диск, магнитная лента	Диск	Гибкий диск

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) – это сложная система, включающая в себя программное обеспечение (отладчики, редакторы текста, загрузчики, трансляторы текста) и технические средства (микросхемы, печатные платы, источники питания, кабели, дисплеи, печатные устройства и т.п.). [4, 6]

Программное обеспечение – продукт, написанный на языке программирования (формальная система знаков, для понимания программ понятной для исполнителя). [4,6]

Далее мы рассмотрим основные этапы развития ЭВМ по таблице 2.

Первое поколение (1 этап)

До 1955 г. Началом возникновения эры ЭВМ принято считать 1946г. Именно тогда было положено начало опытной эксплуатации первых образцов данных машин. Сведений о первых изобретениях сохранилось немного. Материалы были засекречены, либо действительно не сохранилось ввиду халатности людей. Что мы знаем о них: масса около 30т, 18 тыс. электронных ламп мощностью 150 кВт (данной мощности хватает для питания небольшого завода), объём памяти 20 десятиразрядных десятичных чисел. В оперативных запоминающих устройствах использовали магнитные барабаны, электронно-лучевые трубки. Запоминающие устройства были сделаны из магнитных лент, перфокарт, коммутаторах. [4, 6, 12]

Работа ЭВМ данного этапа выполнялась в двоичной системе счисления на машинном языке. Программы были направлены лишь на конкретные машины. Из-за зависимости они прекращали свою работу вместе.

В середине 50-х годов появились новые языки программирования (ЯСК), позволявшие вместо двоичной записи команд и адресов использовать их сокращенную запись (словесную или буквенную) и десятичные числа.

К электронно-вычислительным машинам первого поколения относятся такие представители, как: UNIVAC, ENIVAC, БЭМС-2, ЭВМ «Минск», ЭВМ «Урал». [6, 18, 20]

Второе поколение (2 этап)

В 1948 г. Уильямом Шокли были изобретены полупроводниковые транзисторы. Они с 1958 г. Они применялись в ЭВМ так как были более надежнее, долговечнее, малы в размерах и могли выполнять значительно большие объёмы работ и вычислений. Транзисторы имели значительную оперативную память и могли заменить примерно 40 электронных ламп, так как обладали большей скоростью. По истечению времени транзисторы вытеснили лампы. [6, 12, 13]

Носителями информации выступали магнитные ленты и магнитные сердечники (первые магнитные диски). Отличительными свойствами носителей было то, что они были запрограммированы так, что последующая команда начинала свое действие еще до конца действия предыдущей программы.

Создали широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы. Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. [6]

Третье поколение (3 этап)

За основу третьего поколения машин брали интегральные схемы. Они имели единую архитектуру, то есть были совместимы. Первые интегральные схемы (микросхемы) появились в 1960 г. Они имели очень маленькие размеры, но огромный функционал. Именно поэтому они и получили свою популярность, не имеющие аналогов на то время. По своей работы микросхемы в разы превосходили работу транзисторов. Одна такая микросхема могла заменить тысячи, а то и десятки тысяч транзисторов. Компьютеры третьего поколения могли одновременно выполнять несколько задач (другими словами имели свойство мультипрограммирования). Память отвечала за многие задачи, операционная система возложила на себя ответственность управлять ресурсами и самими устройствами.

Фирма IBM внесла весомый вклад в развитие третьего поколения. Они смогли создать шесть моделей семейства IBM 360 на микросхемах, которые стали первыми компьютерами данного поколения. [6, 18, 21]

Четвертое поколение (4 этап)

Основой данного этапа послужили большие интегральные схема (БИС). Первые упоминания слов «Персональный компьютер» (ПК) зародилось именно в те годы, в годы четвертого поколения развития ЭВМ. Ученым удалось реализовать идею размещения тысячи полупроводников на одном кристалле, что в разы уменьшило размеры компьютеров. Они стали дешевле и легко могли разместиться на письменном столе. Появление «миниатюрных» машин привело к тому, что стали исчезать эти огромные, неподъемные «шкафы». Теперь название ПК соответствовала действительности. Один человек – одна машина.

1971 год стал годом создания первого микропроцессора. Им стал INTEL-4004. Людям удалось разместить все основные элементы центрального процессора на одном кристалле. Первый микропроцессор содержал в себе более двух тысяч полупроводников, которые находились на одной подложке. В одной схеме размещались управляющее устройство и логическое устройство.

Появление первого персонального компьютера не заставило себя долго ждать, так первой машиной четвертого поколения стал Altair – 8800. Это появление положило начало росту периферийных устройств. Он был создан на базе микропроцессора Intel – 8080.

Пятое поколение (5 этап)

1982 г. – наши дни. Пятое поколение дало рост развитию IT – индустрии. Выпущенные сегодня компьютеры, то есть наши с Вами машины относятся именно к пятому поколению. По сути это поколение ничем не отличается от предыдущего, так как основная элементная база у них одинаковая. Они также базируются на микропроцессорах.

Развитием 5-поколения плотно занялась Япония. Правительство наметило четкий план по созданию и развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта. Начали свою программу в начале 80-х. они стремились пробиться в лидеры по IT – индустрии, так как очень отставали и не были настолько развиты как Европа и Америка. Идеей их было усовершенствование и изменение элементной базы ПК. Развитие направлений в области искусственного интеллекта. [4, 6, 10]

Основными целями 5-поколения были:

1.Создание развитого человека-машинного интерфейса;

- распознавание речи

- распознавание образов

2.Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

3.Создание новых технологий в производстве вычислительной техники;

4.Создание новых архитектур компьютерных и вычислительных комплексов;

Создание новых технологий, расширение новых технических возможностей в области вычислительных технологий должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти на новый уровень.

1 поколение	Ламповые компьютеры
2 поколение	Транзисторные компьютеры
3 поколение	Интегральные схемы
4 поколение	Микропроцессоры
5 поколение

ГЛАВА 3. СУПЕРКОМПЬЮТЕР

Суперкомпьютер (англ. Supercomputer, СверхЭВМ, СуперЭВМ, сверхвычислитель) – специальная вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам и скорости вычислений большинство существующих в мире компьютеров. [4, 6]

В наше время суперкомпьютер представляет собой множество серверных компьютеров, работающих над поставленными задачами. Как правило соединены между собой локальной высокоскоростной магистралью, которая имеет максимальную проходимость для быстрого решения вычислительных задач.

Сервер (англ. Server - служить) – специализированный компьютер или оборудование для выполнения на нем сервисного программного обеспечения, в том числе серверов тех или иных задач. [4, 6]

В 1994 г. Был создан один из первых СуперЭВМ - Cray 1. Производительность данной модели достигла 180 миллионов операций в секунду над числами с плавающей точкой (Flops). [3, 6, 14]

Flops - внесистемная единица, используемая для измерения производительности компьютера, показывающая сколько операций с плавающей запятой в секунду выполняет данная вычислительная система.

На сегодняшний день самые быстрые суперкомпьютеры работают под системой Linux.

Linux – операционная система, созданная в октябре 1991 г. Студентом университета Хельсинки Линусом Торвальдсом. Linux – общее название Unix-подобных операционных систем, основанных на одноименном ядре.

Операционная система – это система, благодаря которой функционирует оборудование и программное обеспечение. Без системы ничего функционировать не будет. [4, 6, 19]

На сегодняшний день в нашей с Вами жизни суперкомпьютеры стали неотъемлемой частью. В их управлении находятся практически все, что нас окружает. Их применяют в таких областях, как: вычислительная наука, квантовая механика, прогноз погоды, исследование нефти и газа, исследование климата и климатических условий, молекулярного и физического моделирования, в исследовании космоса, в исследовании оружия (ядерного), а также в других областях.

С каждым днём уровень развития растёт. Растёт и число возлагаемых задач, а значит и машины должны совершенствоваться. Всё просто! Чем сложнее задача, тем выше требования к компьютерам. Человечество не стоит на месте и всегда стремится к большему. Поначалу суперкомпьютеры создавались и работали на военную промышленность: проводили расчёты в баллистике, с оружием, занимались сбором и обработкой разведывательных данных, но со временем, как войны стали скрытными (холодными), люди осознали, что ЭВМ можно использовать и в мирных целях. Ну а где их применять? Думаю, ответ на этот вопрос не заставит себя долго ждать. Суперкомпьютеры используют в науке, медицине, географии, биологии, химии и прочих отраслях. [6, 13]

Таблица 3. Область применения суперкомпьютера

Область применения суперкомпьютера
Математические проблемы	- Криптография; - Статистика;
Физика (физика высоких энергий)	- Процессы внутри атомного ядра, физика плазмы, анализ данных экспериментов, проведение на ускорителях; - Разработка и совершенствование атомного и термоядерного оружия, управление арсеналом, модернизация ядерных испытаний; - Модернизация жизненного цикла ядерных топливных элементов, проекты ядерных и термоядерных реакторов;
Наука о Земле	- Прогноз погоды, состояние морей и океанов; - Предсказание климатических изменений и их последствий; - Исследование процессов, происходящих в земной коре, для предсказаний землетрясений и извержений вулканов; - Анализ данных геологической разведки для поиска и оценки нефтяных и газовых месторождений, моделирование процесса выработки месторождений; - Моделирование растекания рек во время паводка, растекание нефти во время аварий;
Вычислительная биология	- Филдинг белка, расшифровка ДНК;
Вычислительная химия и медицина	- Изучение строения вещества и природы химической связи как в изолированных молекулах, так и в конденсированном состоянии, поиск и создание новых лекарств;
Физика	- Газодинамика: турбины электростанций, горение топлива, аэродинамические процессы для создания совершенных форм крыла, фюзеляжей самолетов, ракет, кузовов автомобилей; - Гидродинамика: течение жидкостей по трубам, по руслам рек; - Материаловедение: создание новых материалов с заданными свойствами, анализ распределения динамических нагрузок в конструкциях, моделирование краш-тестов при конструировании автомобилей;
-	- В качестве сервера для искусственных нейронных сетей;
-	- Создание принципиально новых способов вычисления и обработки информации (квантовый компьютер, искусственный интеллект);

Что касаемо производительности, то чаще всего рассчитывают по количеству операций над числами с плавающей точкой в секунду (Флопс). От компьютеров нового поколения требуются точные расчеты, так как работают они не с целыми числами, а с вещественными. [4, 21]

Вещественное или действительное число – математический объект, возникший из потребности измерения географических и физических величин окружающего мира, а также проведения других математических операций (извлечение корня, нахождение логарифмов, исследование поведения функции). [4, 6, 20]

Производительность первых компьютеров была порядка 1 кфлопс (1000 операций с плавающей точкой в секунду). Американцы в 1964 году изобрели суперкомпьютер, у которого производительность была в 1 миллион флопс (1Мфлопс). Но этот рекорд был побит в 1983 году суперкомпьютером NEC SX-2, его производительность достигла 1,3 Гфлопс (1,3 миллиарда). Но и этот результат не остался крайним и уже в 1996 году машина под названием ASC1 Red установила планку в 1 триллион флопс (1 Тфлопс). Финальным рубежом максимальной производительности был в 2008 году. Суперкомпьютер IBM Roadrunner поставил точку на 1 квадриллион (1 Петафлопс). С 2010 года ряд ведущих стран работает над новой отметкой («олимпийским рекордом») в 1 Экзафлопс (1 квинтиллион операций).

Программными средствами суперкомпьютеров являются интерфейсы программированных приложений (API) на основе MPI и PVM, и решения на базе открытого программного обеспечения, наподобие Beowulf и open Mosix, позволяющий создать виртуальный суперкомпьютер даже на базе обыкновенных рабочих станций и ПК.

API (программный интерфейс приложений) – описание способов (набор классов, процедур, функций, структур или констант), которыми одна компьютерная программа может взаимодействовать с другой программой.

MPI (Message Passing Interface – интерфейс передачи сообщений) – программный интерфейс (API) для передачи информации, который позволяет обмениваться сообщениями между процессами, выполняющих одну задачу.

PVM (Parallel Virtual Machine – виртуальная программная машина) – общедоступный программный пакет, позволяющий объединять разнородный набор компьютеров в общий вычислительный ресурс и предоставлять возможность управления процессами с помощью механизма передачи сообщений. [4, 6, 20]

С приходом технологии параллелизации и многоядерности границы между суперкомпьютером и программным обеспечением сильно размыты. Программное обеспечение суперкомпьютеров сегодня можно назвать лишь специальные программные средства для управления и мониторинга конкретных типов компьютеров.

С 1993 года принято все компьютеры ранжировать в список (ТОП 500). Данный список составляется на основе теста LINPAC по решению системы линейных алгебраических уравнений.

Вычислительная мощность 500 наиболее мощных компьютерных систем в мире с 1993 года

ТОП-500 – проект по составлению рейтинга и описаний 500 самых мощных общественно известных вычислительных систем мира. Запущен с 1993 года и публикуется актуальный перечень СуперЭВМ дважды в год (в июне и ноябре). [4, 6, 7]

Распределение количества суперкомпьютеров по странам в соответствии с данными TОП-500 в 2016 году

LINPAC – программная библиотека, написанная на языке фортран, которая содержит набор программ для анализа и решения плотных систем линейных алгебраических уравнений. [6]

В 2016 году самым мощным компьютером стал Sunway TaihuLight, который работает в национальном суперкомпьютерном центре Китая. Его скорость вычислений составляет 93 Петафлопс (10 из 15 степени вычислительных операций с плавающей запятой в секунду).

Sunway TaihuLight – китайский суперкомпьютер, который с июня 2016 по июль 2018 года является самым производительным в мире с производительностью 9.3 Петафлопс. Такая скорость вычислений более, чем в 2,5 раза выше по сравнению с предыдущим мировым рекордсменом Тяньхэ-2, у которого вычислительная мощность составляла почти 34 Петафлопс.

SUNWAY TAIHULIGHT
Активность	2016 – 2018
Спонсоры	NRCPC
Операторы	Национальный суперкомпьютерный центр
Местонахождение	Уси, провинция Цзянсу (Китай)
Архитектура	40960 процессоров SW26010 (4+256 ядер в каждом; частота – 1,45 ГГц; 10,7 млн ядер всего)
Мощность	15 МВт (средняя за время исполнения HPL); 28 МВт (система охлаждения)
Пространство	605 квадратных метров
Оперативная память	1,31 ПБ
Производительность	93 Пфлопс (LINPAC); 0,3 Пфлопс (HPCG)
Рейтинг	Второе место в рейтинге суперкомпьютеров ТОП-500
Цель	Индустриальное проектирование, исследование лекарств, науки о жизни, прогнозирование погоды, разведка нефти, анализ «больших данных»

Распределение по количеству суперкомпьютеров в разных странах мира в июне 2018 года:

Китай – 206 единиц

США – 124 единицы

Япония – 36 единиц

Великобритания – 22 единицы

Германия – 21 единица

Франция – 18 единиц

Нидерланды – 9 единиц

Южная Корея – 7 единиц

Ирландия – 7 единиц

Канада – 6 единиц

Другие страны – 44 единицы (включая Россию – 4 единицы)

На всех суперкомпьютерах мира установлена вышеупомянутая операционная система Linux. Эта система вытиснила с рынка Unix OSи с ноября 2017 года стала основной и крепко закрепилась в области вычислительной техники. [4, 6, 13]

ГЛАВА 4. СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ РОССИИ

Хоть наша страна и не входит в ТОП лидирующих стран по вычислительной техники, однако в России также создавались и создаются достойные экземпляры.

Первым отечественным суперкомпьютеров являлся БЭСМ – 6. Он был выпущен в 1967 году под куроводством инженера Сергея Алексеевича Лебедева. [6, 9, 11, 15, 17]

Большая электронно-счетная машина (БЭСМ-6)

БЭСМ – 6 (Большая электронно-счётная машина) – советская вычислительная машина серии БЭСМ, первая советская СуперЭВМ на электронной базе второго поколения – полупроводниковых транзисторах.

Была разработана в середине 1960-х годов и сдана Госкомиссии в 1967 году. С 1968 года начат серийный выпуск на заводе Счётно-аналитических машин (САМ) в Москве. Производство шло до 1987 года, и за это время было выпущено 355 машин.

Главный конструктор – Сергей Алексеевич Лебедев, заместитель главного конструктора – В. А. Мельников, Л. И. Королёв. [5, 9, 18, 20]

Характеристики и особенности БЭМС – 6:

• Элементная база – транзисторный пара фазный усилитель с диодной логикой на входе.
• В электронных схемах использовалось 60 000 транзисторов и 180 000 полупроводников-диодов.
• Тактовая частота – 9 МГц.
• 48-битное машинное слово.
• Быстродействие – около 1 млн операций в секунду (наиболее производительная американская система CDC 6600, выпускавшаяся с 1964 года, обеспечивала быстродействие того же порядка).
• Конвейерный центральный процессор (ЦП) с отдельными конвейерами для устройств управления (УУ) и арифметического устройства (АУ). Конвейер позволял совмещать обработку нескольких команд, находящихся на разных стадиях выполнения.
• 8-слойная физическая организация памяти.
• Виртуальная адресация памяти и расширяемые регистры страничной приписки.
• Совмещенное арифметическое устройство для целой и плавающей арифметики.
• Кеш на 16 48-битных слов: 4 чтения данных, 4 чтения команд, 8 – буфер записи.
• Система команд – 50 24-битных команд (по две в слове).
• Потребляемая мощность – 50 кВт.
• Площадь, необходимая для размещения машины – 225 квадратных метра.
• Ориентировочная стоимость БЭСМ-6 – 530 000 рублей.

За разработку и внедрение в народное хозяйство данной вычислительной машины в 1969 году инженерам и людям, занимающимися этой машиной, была присуждена Государственная премия СССР в области науки и техники. Ими стали: С. А. Лебедев, В. А. Мельников, Л. Н. Королёв, А. А. Соколов, В. Н. Лаут, М. В. Тяпкин, Л. А. Зак, В. И. Смирнов, А. Н. Томилин, В. И. Семешкин, В. А. Иванов. [6, 14, 15]

Раскол СССР и его последствия стали «ямой» для развития вычислительной техники. Последним вышедшим процессором российских инженеров-электронщиков был Elbrus 2000 (E2K), который так и не вышел на рынок, так как было много проблем и в последствии акции компании выкупила компания Intel. На данный момент все российские суперкомпьютеры либо зарубежного производства, либо сделаны из комплектующих и технологиях зарубежного производства.

ГЛАВА 5. СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ. ИХ УСТРОЙСТВО. УХОД ЗА НИМИ

Устройство компьютера

Компьютер, что находится у Вас дома служит для упрощения Вашей жизни - переработки и хранения информации. Эта информация может быть разной, в разной форме и в разной степени важности, а именно: файл, текст, документ, фото или видео, фильмы, папки – в общем все, что Вам угодно. Вся эта информация хранится и обрабатывается в цифровом виде. Единицей измерения цифровой информации является – байт (килобайт – Кб, мегабайт – Мб, гигабайт – Гб).

Умная машина состоит из таких основных элементов, как: монитор, системный блок, клавиатура, мышь. К неосновным, так сказать, второстепенным устройствам ввода-вывода информации относятся: принтер, факс, ксерокс, колонки, проекторы, мыши для черчения и т.д. [13, 20, 21]

Основой любого ПК является системный блок, в него входит:

Материнская плата (СП) Устройство, объединяющее все внутренние комплектующие компьютера и заставляющее их работать Процессор (микросхема) Чипсет (набор микросхем) Шины (набор проводников) ПЗУ (микросхема) Слоты (разъёмы) Аккумуляторная батарея	Жесткий диск (винчестер) Накопитель на жёстких магнитных дисках – запоминающее устройство произвольного доступа, основан на принципе магнитной записи (устройство хранения информации).	Дисковод Устройство, позволяющее осуществить чтение и запись информации на съёмный носитель информации. Основное назначение – организация долговременной памяти.
	Порты Разъёмы, служащие для подсоединения к системному блоку разнообразных периферийных устройств.	Блок питания Вторичный источник электропитания, предназначенный для снабжения узлов ПК электроэнергией постоянного тока.

Память компьютера

• Запоминающее устройство (память) – устройство, способное принимать данные и сохранять их для последующего использования.
• Регистровая память – (имеющаяся в составе процессора или других устройств ЭВМ) предназначена для кратковременного хранения небольшого объёма информации, непосредственно участвующей в вычислениях или операциях обмена (ввода – вывода).
• Основная память – предназначена для оперативного хранения и обмена данными, непосредственно участвующими в процессе обработки. Конструктивно она исполняется в виде интегральных схем (ИС) и подразделяется на два вида: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ).
• КЭШ – память служит для хранения копий информации, используемой в текущих операциях обмена. Это очень быстрое ЗУ небольшого объёма, являющееся буфером между устройствами с различным быстродействием, обычно используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости обработки информации процессором и несколько менее быстродействующей оперативной памятью. Кэш памятью управляет специальное устройство – контроллер, который, анализируя выполняемую программу, пытается предвидеть, какие данные и команды вероятнее всего понадобятся в ближайшее время процессору, и подкачивает их в кэш-память.
• Внешняя память – используется для долговременного хранения больших объёмов информации. В современных компьютерных системах в качестве устройств внешней памяти наиболее часто применяются:

- накопители на жёстких магнитных дисках (НЖМД);

- накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

- накопители на оптических дисках;

- магнитооптические носители информации;

- ленточные накопители (стримеры); [4, 6]

Уход за умной машиной

Ваш персональный компьютер всегда должен оставаться в чистоте. Чист он должен быть как внутри, так и снаружи. Поддерживая чистоту ПК Вы продлеваете ему жизнь, и он отплачивает Вам той же монетой – работает без перебоев и проблем. Перед очисткой ПК его нужно отключить от питания во избежание чрезвычайных ситуаций и для обеспечения техники безопасности.

Вот основные правила при очистке ПК (поверхностной)

• Монитор следует протирать специализированными салфетками. Их можно найти в любом магазине, занимающимся техникой. Пагубно влияет на монитор средства для протирки окон и обычные мокрые тряпки.
• Клавиатуру следует протирать немного влажной тряпкой. Желательно каждый день. Перед началом работ на ПК следует мыть руки, как как клавиатура и мышь часто используемые устройства.
• Остальные детали и составляющие ПК следует протирать от пыли и грязи (если такова имеется). Старайтесь не использовать много воды и химии, лучше всего прикупить специальные средства для ухода на ПК.

Чистка системного блока осуществляется при помощи пылесоса и кисточки (я иногда использую «клизму», ей проще выдувать пыль из щелей, куда сложно добраться пылесосом). Начинать необходимо с открытия крышки корпуса. Далее я отсоединяю все возможные элементы и начинаю пылесосить. Крупную пыль с легкостью затягивает пылесос. Важно стараться не дотрагиваться до деталей на материнской плате. Кулер необходимо придерживать, чтоб не было вращений и тщательна протереть его кисточкой. Такую чистку необходимо производить каждый месяц, но на практике получается, что каждый год.

Правильное обращение с компьютером

Любое обращение с Вашим персональным помощником отражается на его сроке службы и производительности. Одним из таких примеров хотел бы привести включение – отключение гаджета. Категорически запрещается включать и выключать машину без повода (если в этом нет необходимости). Интервал между включением и выключением должен составлять как минимум 30 секунд. Не стоит выключать его зажав кнопку включения или просто прекратив подачу напряжения. Это оказывает негативное влияние на Ваш компьютер. Также необходимо мыть руки перед тем, как захотите воспользоваться аппаратом (в целях и, так как огромное количество микробов находятся именно на клавиатуре и мыши). Не стоит употреблять продукты и напитки одновременно с работой. Компьютер не должен стоять вплотную к стенке, так как вы ограничиваете циркуляцию воздуха, и он может перегреваться. Яркий солнечный свет пагубно отображается на мониторе, так что необходимо его размещать против ярких лучей (это может привести к выходу из строя вашего монитора и ухудшению вашего зрения). Также рекомендуют не ставить ваш ПК у источников тепла и при покупке нового устройства пользоваться бесперебойными аппаратами во избежание дорогих ремонтов. Помните, что вся ваша информация в случае поломки машины может исчезнуть, так что рекомендуется хранить копию информации на съемном носителе, например, флэшке или внешнем жёстком диске.

ГЛАВА 6. РОЛЬ ЭВМ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

Роль ПК в современном мире

Компьютеры стали неотъемлемой частью современного мира, они проникли во все области нашей с Вами жизни. Начиная от рождения, заканчивая изучением новейших технологий, изучением тех мест, куда не ступала нога человека. Благодаря компьютерным технологиям процесс обучения стал намного легче, начиная с начальных классов и заканчивая обучением сотрудников и повышение квалификации.

С момента развития программного и аппаратного обеспечения стало возможно использование всех потенциальных возможностей компьютерных технологий. Хранение и обработка информации на сегодняшний день занимает минимальное место и в любой момент выдает необходимые человечеству материалы. Представьте если бы все это хранилось в книгах и писаниях. Огромное количество информации и долгий поиск нужного.

Также благодаря развитию вычислительной техники стало намного легче работать. Тот материал, который обрабатывали неделями, сейчас делается за секунды. Увеличивается экономический потенциал в области страховых и финансовых услуг, увеличивается количество новых форм занятости и организации труда. [20, 21]

Время сокращается и при разработке новых проектов, теперь время не тратится на расчёты и вычисления и позволяет быстрее и качественнее проделывать работу. Большую роль вычислительная техника сыграла в медицине, благодаря ей создаются модели заболеваний и решения для них. Освоение космоса и скрытных уголков земли также благодаря современным компьютерным технологиям.

Компьютеры также позволяют наладить общение между людьми, раньше надо было все время записывать номера телефонов и редко созваниваться, сегодня же в этом нет проблем и всегда можно общаться по сети. Это играет большую роль людям с ограниченными возможностями. У них теперь есть возможность общения, а также трудоустройства.

Хранение и распространение огромного количества информации также играет и плохую роль. Появляются возможности для раскрытия секретной информации, что приводит к плачевным последствиям (терроризм, заговоры, влияние на массы). Для нас с Вами также возникает интернет-зависимость. Мы перестаем выходить на улицу, сидим постоянно у экранов (одним словом – деградируем в физическом плане, так как все что нам надо мы узнаем из квадратных экранов). [4, 6, 21]

Перспективы развития ЭВМ

Тенденцией развития ЭВМ сегодня является дальнейшее расширение сфер применения компьютеров и, как показывает практика, переход отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

Люди, работающие в данной сфере считают, что в начале 21 в. В цивилизованных странах произойдёт смена основной информационной среды. Объёмы получаемой информации по традиционным каналам (радио, телевиденье, печать) будут вытеснены интернет ресурсами. Данные можно посмотреть по графику [2]

Поэтому на вычислительную технику, а именно компьютеры возлагают большие надежды в сфере искусственного интеллекта, которые остаются в разработке. До сих пор людям не удалось научить машину мыслить «по-человечески», принимать быстрые решения на основе интуиции, жизненного опыта без применения сложных вычислительных процессов.

В последнее время специалисты стремятся объединить машины, средства связи и бытовую технику воедино. Энергопотребление, портативность, объём проделанной работы, надежность – вот основные характеристики сегодняшних устройств. Дальнейшее развитие техники позволит объединить все эти показания в одной интегрированной системе и включить не только сам микропроцессор, но и программное обеспечение.

Модернизация вычислительной техники приведет к тому, что в суперкомпьютерах не будут нуждаться так как все приборы будут под рукой. Им на смену придут интегрированные приборы, способные решать определенный круг задач своего потребителя. Что мы наблюдаем, смотря в свой смартфон: телефон + камера + органайзер. [2, 4, 6, 20]

Просто так вышло, что современные компьютеры сложны для простого человека, поддерживать работоспособность не каждому дано. Ему нет необходимости приобретать такую сложную систему. Намного легче взять прибор, который будет справляться с определенным кругом задач, поставленных перед ним.

В 80-х – 90-х годах уже пробовали создавать умные машины, которые будут работать на голосовых командах, выполняя роль секретаря. Сейчас же мы их видим только в кино про «Железного человека». На практике же я таких умных машин не встречал. Ведь комбинация речевого ввода с уже существующей технологией синтезированной реи дает возможность общения с компьютером, вместо долгого и утомительного набора символов.

ГЛАВА 7. НОВОСТИ IT-ТЕХНОЛОГИЙ. ЭВМ ЗАВТРА

• IBM придумала «закон Мура» для квантовых компьютеров

Компания предложила использовать меру «квантового объёма», который должен удваиваться каждый год – и она будет эквивалентна закону Мура, который соблюдается в традиционных компьютерных вычислениях. Число транзисторов на чипе должно удваиваться примерно через каждые два года.

• Самый быстрый суперкомпьютер в мире побил рекорд искусственного интеллекта
• Снова ходят слухи: Intel может купить AMD

Упорная борьба между этими компаниями разгорелась еще давно, однако ходят слухи, что одна компания хочет поглотить другую. Нам только остается разжигать дискуссию. Каждый аналитик считает, что их объединение – это фантастика. Но дыма без огня не бывает…

• AMD представила новую флагманскую видеокарту и процессоры Ryzen 3-его поколения

Компания на выставке представила две новинки, которые очень многие ждали. Они анонсировали первую в мире графическую карту, работающую на базе GPU, построенном с использованием 7-нм технологического процесса. Также представила 3-е поколение процессоров, чья архитектура также использует 7-нм техпроцесс (первая в мире).

• Новый микрочип еще сильнее приблизил создание оптического квантового компьютера

Международная группа исследователей сделала шаг к созданию оптического квантового компьютера, обладающего огромным исследовательским потенциалом в самых разных сферах. Этого удалось добиться благодаря разработке оптического микрочипа для генерации, управления и обнаружения определенного состояния света, называемого сжатым вакуумом.

• NVIDIA представила флагманскую видеокарту Titan RTX

Компания представила свою самую мощную потребительскую видеокарту. Новинка обладает колоссальной мощностью, как, и не менее, колоссальной ценой.

• Впервые запущен самый мощный суперкомпьютер, имитирующий работу человеческого мозга
• В MIT разработали двухмерный материал, который приблизит создание квантовых компьютеров
• Новые частицы откроют путь к созданию фотонных компьютеров
• Новая компьютерная архитектура по типу мозга может улучшить методы обработки данных
• Компания D-Wave запустила открытую и бесплатную платформу для квантовых вычислений
• NVIDIA представила новое поколение игровых видеокарт серии GeForce RTX 2000
• В процессорах Intel найдено еще 3 уязвимости. Они позволяют красть данные [2, 6]

ВЫВОД

Изучив материалы по истории развития средств вычислительной техники от первых примитивных пальцевых счётов и до суперкомпьютеров, которые способны переплюнуть искусственный интеллект стало понятно, что эволюция человека не стоит на месте. Нет предела совершенству, и люди из года в год это доказывают.

Дать точное определение «суперкомпьютер», опираясь лишь на программное обеспечение – практически невозможно, так как специалисты каждый раз поднимают планку все выше и ставят, казалось бы, невозможные рекорды. Только за последние 15 лет технологии изменились в разы, трудно себе представить, что ждёт нас через следующие 15 – 20 лет.

Всего пару десятков лет назад суперкомпьютеры были чем-то вроде «сказки», доступной лишь для секретных служб и шпионов, однако развитие гаджетов позволило освоить промышленный выпуск этих машин, а число их пользователей достигает десятков тысяч.

Сегодня число пользователей переживает подлинный бум современных гаджетов, результатами которых активно пользуются не только аэрокосмическая, автомобильная, судостроительная и радиоэлектронная промышленность, но и важнейшие области современных научных знаний.

Итогом всей курсовой работы можно сделать вывод, что развитие вычислительной техники не стоит на месте и идёт в перед большими и серьезными шагами. Эта отрасль обладает колоссальным потенциалом. Современная вычислительная техника сегодня востребована во множестве разных областей жизни, производства и науки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. http://pchistory.narod.ru/pokoleniya.html
2. https://hi-news.ru
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/История_вычислительной_техники
4. https://studfiles.net/preview/3186719/
5. Leonid A. Broukhis. Страница ностальгии по БЭСМ-6
6. ru.wikipedia.org/wiki
7. А. Борзенко. Суперкомпьютеры/ Виртуальный компьютерный музей
8. Иванников В. П., Королёв Л. Н., Любимский Э. З., Томилин А. Н. Разработки московской школы операционных систем ЭВМ. Виртуальный компьютерный музей.
9. Иванов А. Школа академика С. А. Лебедева в развитии отечественной вычислительной техники // Электроника: НТБ
10. История отечественной электронной вычислительной техники — М.: Столичная энциклопедия, 2014, 576 с.
11. Королёв Л. Н. Архитектура ЭВМ БЭСМ-6
12. Литвиненко Ю. Эволюция суперкомпьютеров
13. Любар А. Ю. Суперкомпьютеры [Электронный ресурс]
14. Математика XVII столетия // История математики / Под редакцией А. П. Юшкевича, в трёх томах. — М.: Наука, 1970. — Т. II.
15. Отечественная электронная вычислительная техника. Биографическая энциклопедия — М.: Столичная энциклопедия, 2014, 400 с.
16. Правит бал в мире суперкомпьютеров
17. Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники — СПб.: БХВ-Петербург, 2014
18. Смирнов А.Д. Семейство БЭМС-6 // Архитектура вычислительных систем: учеб. Пособие для вузов. – М.: Наука.
19. Стивен Воан-Николс. Быстро, быстрее, еще быстрее: Linux
20. Суперкомпьютерные технологии в науке, образовании и промышленности / Под редакцией: академика В. А. Садовничего, академика Г. И. Савина, чл.-корр. РАН Вл. В. Воеводина.-М.: Издательство Московского университета, 2009.-232 с.
21. Ю. М. Морозов История и методология вычислительной техники