История развития средств вычислительной техники (Логарифмическая линейка)

Содержание:

BBEДEНИE

Вo всe врeмeнa людям нyжнo былo cчитaть. B дoистoричeскoм прoшлoм oни cчитaли нa пaльцaх или дeлaли нaсeчки нa кoстяx. При­мeрнo oкoлo 4000 лeт нaзaд были изoбрeтeны ужe дoвoльнo слoжныe систeмы счисления, позволявшие осуществлять торговые сделки, рас­считывать астрономические циклы, проводить другие вычисления. Несколько тысячелетий спустя появились первые ручные вычислитель­ные инструменты. Необходимость производить вычисления существова­ла всегда. Люди, пытаясь совершен­ствовать процесс вычисления, изоб­рели всевозможные приспособ­ления. Об этом свидетельствуют и грече­ский абак, и русские счёты и еще мно­жество разнообразных устройств. В XVII веке были со­зданы первые механические счетные машины, а в XIX веке они по­лучили

широкое распространение. А в наши дни слож­нейшие вы­числительные задачи, как и множество других операций, не связан­ных с числами, решаются при помощи “электронного мозга”— компьютера. Закладка фундамента компьютерной революции происходи­ла медленно и далеко не гладко. Отправной точкой этого процесса можно считать изобретение счетов, сделанное более 1500 лет назад в странах Средиземноморья. Этим нехитрым устройством купцы пользовались для своих расчетов. Счеты оказались очень эффективным инструментом и вскоре распространились по все­му свету, а в некоторых странах применяются и по сей день. Вплоть до XVII в., счеты как вычислительный инструмент оста­вались вне конкуренции. Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обра­ботки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Бо­лее 1500 лет тому назад для счета использовались счетные палоч­ки, ка­мешки и т.д. В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись.

1

До начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их при­менение оставалось окутанным завесой секретности и малоиз­вестным широкой публике.. В 1971 году еще почти никому не из­вестная фирма Intel из небольшого американского городка с Санта-Клара (штат Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему люди обязаны появлением нового класса вычислитель­ных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользу­ются все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.  В конце XX века невозможно представить себе жизнь без пер­сонального компьютера. Компьютер прочно вошел в нашу жизнь, став главным помощником человека. На сегодняшний день в мире существует множество компьютеров различных фирм, различ­ных групп сложности, назначения и поколений.  Целью данной работы является обобщение разрозненных дан­ных о развитии вычислительной техники от простейшего счета до современных электронно-вычислительных машин. Данная работа включает в себя историю появления устройств, облегчающих человеку всевозможные расчеты, основные этапы раз­вития компьютерной (вычислительной) техники , а также инфор­мацию о научных деятелях, внесших вклад в развитие вычислитель­ной техники. 

1. СЧЕТНЫЕ УСТРОЙСТВА ДО ПОЯВЛЕНИЯ ЭВМ

1.1 Счёт на пальцах

Во все времена людям нужно было считать. О том, когда человечество научилось, считать мы можем, строить лишь догадки. Но можно с уверенностью сказать, что для простого подсчета наши предки использовали пальцы рук, способ, который мы с успехом используем до сих пор. А как поступить в том случае если вы хотите запомнить результаты вычислений или подсчитать, то чего больше чем пальцев рук.

2

В этом случае можно сделать насечки на дереве или на кости. Скорее всего, так и поступали первые люди, о чем и свидетельствуют археологические раскопки. Пожалуй, самым древним из найденных таких инструментов считается кость, с зарубками, найденная в древнем поселении Дольни Вестоници на юго - востоке Чехии в Моравии. Этот предмет получивший название «вестоницкая кость» предположительно использовался за 30 тыс. лет до н. э. Несмотря на то, что на заре человеческих цивилизаций, были изобретены уже довольно сложные системы исчисления использование засечек для счета продолжалось еще довольно таки долго. Счет на пальцах, несомненно, самый древний и наиболее простой способ вычисления. У многих народов пальцы рук остаются инструментом счета и на более высоких ступенях развития. К числу этих народов принадлежали и греки, сохраняющие счет на пальцах в качестве практического средства очень долгое время.

Счёт на камнях

Чтобы сделать процесс счета более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев небольшие камни. Он складывал из камней пирамиду и определял, сколько в ней камней, но если число велико, то подсчитать количество камней на глаз трудно. Поэтому он стал складывать из камней более мелкие пирамиды одинаковой величины, а из - за того что на руках десять пальцев, то пирамиду составляли именно десять камней.

1.2 Счет на Абаке

Во времена древнейших культур человеку приходилось решать задачи, связанные с торговыми расчетами, с исчислением времени, с определением площади земельных участков и т. д. Рост объемов этих расчетов приводили даже к тому, что из одной страны в другую приглашались специально обученные люди, хорошо владевшие техникой арифметического счета.

3

Поэтому рано или поздно должны были появиться устройства, облегчающие выполнение повседневных расчетов. Так в Древней Греции и в Древнем Риме были созданы приспособления для счета, называемые абак (от греческого слова abakion – “дощечка, покрытая пылью”). Абак называют также римскими счетами. Вычисления на них проводились путем перемещения счетных костей и камешков (калькулей) в полосковых углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости, цветного стекла. В своей примитивной форме абак представлял собой дощечку (позднее он принял вид доски, разделенной на колонки перегородками). На ней проводились линии, разделявшие ее на колонки, а камешки раскладывались в эти колонки по тому же позиционному принципу, по которому кладется число на наши счеты. Эти счеты сохранились до эпохи Возрождения. В странах Древнего Востока (Китай, Япония, Индокитай) существовали китайские счеты. На каждой нити или проволоке в этих счетах имелось по пять и по две костяшки. Счет осуществлялся единицами и пятерками. В России для арифметических вычислений применялись русские счеты, появившиеся в XVI веке, но кое - где счеты можно встретить и сегодня.

1.3 Палочки Непера

Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера. Они были изобретены шотландцем Джоном Непером (1550 - 1617гг. ). На таком наборе из деревянных брусков была размещена таблица умножения. Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.

Данное изобретение оставило заметный след в истории оставило изобретение Джоном Непером логарифмов, о чем сообщалось в публикации 1614 г.

4

Его таблицы, расчет которых требовал очень много времени, позже были “встроены” в удобное устройство, чрезвычайно ускоряющее процесс вычисления, — логарифмическую линейку; она была изобретена в конце 1620 - х годов. В 1617 г. Непер придумал и другой способ перемножения чисел. Инструмент, получивший название “костяшки Непера”, состоял из набора сегментированных стерженьков, которые можно было располагать таким образом, что, складывая числа, в прилегающих друг к другу по горизонтали сегментах, мы получали результат их умножения. Теории логарифмов Непера суждено было найти обширное применение. Однако его “костяшки” вскоре были вытеснены логарифмической линейкой и другими вычислительными устройствами—в основном механического типа, — первым изобретателем которых стал гениальный француз Блез Паскаль.

1.4 Логарифмическая линейка

Развитие приспособлений для счета шло в ногу с достижениями математики. Вскоре после открытия логарифмов в 1623 г. была изобретена логарифмическая линейка.

В 1654 г. Роберт Биссакар, а в 1657 г. независимо С. Патридж (Англия) разработали прямоугольную логарифмическую линейку - это счетный инструмент для упрощения вычислений, с помощью которого операции над числами заменяются операциями над логарифмами этих чисел. Конструкция линейки сохранилась в основном до наших дней. Логарифмической линейки была суждена долгая жизнь: от 17 века до нашего времени. Вычисления с помощью логарифмической линейки производятся просто, быстро, но приближенно. И, следовательно, она не годится для точных, например финансовых, расчетов.

5

1.5 Механический этап развития вычислительной техники

Развитие механики в XVII в. стало предпосылкой создания вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. Такие устройства строились на механических элементах и обеспечивали автоматический перенос старшего разряда. Эти устройства были способны выполнять уже не два, а четыре арифметических действия и назывались арифмометрами. Своего рода модификацию абака предложил Леонардо да Винчи (1452-1519) в конце XV - начале XVI века. Он создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Чертежи данного устройства были найдены среди двухтомного собрания Леонардо по механике, известного как "Codex Madrid". Это устройство что-то вроде счетной машинки в основе которой находятся стержни, с одной стороны меньшее с другой большее, все стержни (всего 13) должны были располагаться таким образом, чтобы меньшее на одном стержне касалось большего на другом. Десять оборотов первого колеса должны были приводить к одному полному обороту второго, 10 второго к одному полному третьего и т.д. Первая механическая машина была описана в 1623 г. профессором математики Тюбингенского университета Вильгельмом Шиккардом, реализована в единственном экземпляре и предназначалась для выполнения четырех арифметических операций над 6-разрядными числами. Машина Шиккарда содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов. Первый блок - шестиразрядная суммирующая машина - представлял собой соединение зубчатых передач. На каждой оси имелись шестерня с десятью зубцами и вспомогательное однозубое колесо - палец.

6

Палец служил для того, чтобы передавать единицу в следующий разряд (поворачивать шестеренку на десятую часть полного оборота, после того как шестеренка предыдущего разряда сделает такой оборот). При вычитании шестеренки следовало вращать в обратную сторону. Контроль хода вычислений можно было вести при помощи специальных окошек, где появлялись цифры. Для перемножения использовалось устройство, чью главную часть составляли шесть осей с «навернутыми» на них таблицами умножения. Использованная принципиальная схема машины Шиккарда явилась классической - она (или ее модификации) использовалась в большинстве последующих механических счетных машин вплоть до замены механических деталей электромагнитными. Однако из-за недостаточной известности машина Шиккарда и принципы ее работы не оказали существенного влияния на дальнейшее развитие вычислительной техники (ВТ), но она по праву открывает эру механической ВТ. Первая действующая модель счетной суммирующей машины была создана в 1642 г. знаменитым французским ученым Блезом Паскалем. Для выполнения арифметических операций Паскаль заменил поступательное перемещение костяшек в абаковидных инструментах на вращательное движение оси (колеса), так что в его машине сложению чисел соответствовало сложение пропорциональных им углов. Принцип действия счетчиков в машине Паскаля прост. В основе его лежит идея обыкновенной зубчатой пары - двух зубчатых колес, сцепленных между собой. Для каждого разряда имеется колесо (шестеренка) с десятью зубцами. При этом каждый из десяти зубцов представляет одну из цифр от 0 до 9. Такое колесо получило название "десятичное счетное колесо". С прибавлением в данном разряде каждой единицы счетное колесо поворачивается на один зубец, т. е. на одну десятую оборота. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пор, пока зубец, представляющий эту цифру, не встанет против указателя или окошка.

7

Например, три колеса показывают число 285. Мы можем прибавить к этому числу 111, повернув каждое колесо вправо на один зубец. Тогда против окошек встанут соответственно цифры 3, 9, 6, образуя сумму чисел 285 и 111, т. е. 396. Задача теперь в том, как осуществить перенос десятков. Это одна из основных проблем, которую пришлось решать Паскалю. Наличие такого механизма позволило бы вычислителю не тратить внимание на запоминание переноса из младшего разряда в старший. Машина, в которой сложение выполняется механически, должна сама определять, когда нужно производить перенос. Допустим, что мы ввели в разряд девять единиц. Счетное колесо повернется на 9/10 оборота. Если теперь прибавить еще одну единицу, колесо "накопит" уже десять единиц. Их надо передать в следующий разряд. Это и есть передача десятков. В машине Паскаля ее осуществляет удлиненный зуб. Он сцепляется с колесом десятков и поворачивает его на 1/10 оборота. В окошке счетчика десятков появится единица - один десяток, а в окошке счетчика единиц снова покажется нуль. Механизм переноса действует только в одном направлении вращения колес и не допускает выполнения операции вычитания вращением колес в обратную сторону. Поэтому Паскаль заменил операцию вычитания операцией сложения с десятичным дополнением. Пусть, например, необходимо из числа 285 вычесть 11. Метод дополнения приводит к действиям: 285-11=285-(100-89)=285+89-100=274. Нужно только не забывать вычесть 100. Но на машине, имеющей определенное число разрядов, об этом можно не заботиться. Вот как будет выполняться эта операция в шестиразрядной машине: 000285+999989=1000274; при этом единица слева выпадает, так как переносу из шестого разряда некуда деться. Машина Паскаля была практически первым суммирующим механизмом, построенным на совершенно новом принципе, при котором считают колеса.

8

Она производила на современников огромное впечатление, о ней слагались легенды, ей посвящались поэмы. Все чаще с именем Паскаля появлялась характеристика "французский Архимед". До нашего времени дошло только 8 машин Паскаля, из которых одна является 10-разрядной. Универсальная автоматическая машина, в структуру которой уже входили почти все основные части современных ЭВМ, была изобретена еще в тридцатых годах XIX века. И сейчас мы можем лишь поражаться, что такая гигантская работа, - а это был, без преувеличений, переворот в вычислительной технике - могла быть совершена практически одним человеком. Имя этого человека, которому суждено было открыть новую и, пожалуй, наиболее яркую страницу в истории вычислительной техники - Чарльз Бэббидж. За свою долгую жизнь (1792-1871) кембриджский профессор математики сделал немало открытий и изобретений, значительно опередивших его время. Круг интересов Бэббиджа был чрезвычайно широк, и все же главным делом его жизни, по словам самого ученого, были вычислительные машины, над созданием которых он работал около 50 лет. Аналитическая машина Бэббиджа представляла собой единый комплекс специализированных блоков. По проекту она включала следующие устройства. Первое - устройство для хранения исходных данных и промежуточных результатов. Бэббидж назвал его "складом"; в современных вычислительных машинах устройство такого типа называется памятью или запоминающим устройством. Для хранения чисел Бэббидж предложил использовать набор десятичных счетных колес. Каждое из колес могло останавливаться в одном из десяти положений и таким образом запоминать один десятичный знак. Колеса собирались в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. По замыслу автора запоминающее устройство должно было иметь емкость в 1000 чисел по 50 десятичных знаков "для того, чтобы иметь некоторый запас по отношению к наибольшему числу, которое может потребоваться".

9

Для сравнения скажем, что запоминающее устройство одной из первых ЭВМ имело объем 250 десятиразрядных чисел. Для создания памяти, где хранилась информация, Бэббидж использовал не только колесные регистры, но и большие металлические диски с отверстиями. В памяти на дисках хранились таблицы значений специальных функций, которые использовались в процессе вычислений. Второе устройство машины - устройство, в котором осуществлялись необходимые операции над числами, взятыми из "склада". Бэббидж назвал его "фабрикой", а сейчас подобное устройство называется арифметическим. Время на производство арифметических операций оценивалось автором: сложение и вычитание - 1с; умножение 50-разрядных чисел - 1 мин; деление 100-разрядного числа на 50-разрядное - 1 мин. И наконец, третье устройство машины - устройство, управляющее последовательностью операций, выполняемых над числами. Бэббидж назвал его "конторой"; сейчас оно - устройство управления. Управление вычислительным процессом должно было осуществляться с помощью перфокарт - набором картонных карточек с разным расположением пробитых (перфорированных) отверстий. Карты проходили под щупами, а они, в свою очередь, попадая в отверстия, приводили в движение механизмы, с помощью которых числа передавались со "склада" на "фабрику". Результат машина отправляла обратно на "склад". С помощью перфокарт предполагалось также осуществлять операции ввода числовой информации и вывода полученных результатов. По сути дела, этим решалась проблема создания автоматической вычислительной машины с программным управлением. Только после смерти Бэббиджа его сын Генри сумел построить по чертежам отца центральный узел "Аналитической машины" - арифметическое устройство, которое в 1888 году вычислило произведения числа "пи" на числа натурального ряда от одного до 32 с точностью до 29 знаков!

10

Машина Бэббиджа оказалась работоспособной, но Чарльз этого уже не увидел. А машина, созданная Лейбницем в 1694 г., давала возможность механического выполнения операции умножения без последовательного сложения и вычитания. Главной частью ее был так называемый ступенчатый валик - цилиндр с зубцами разной длины, которые взаимодействовали со счетным колесом. Передвигая колесо вдоль валика, можно было его ввести в зацепление с необходимым числом зубцов и обеспечить установку определенной цифры. Арифметическая машина Лейбница была по существу первым в мире арифмометром - машиной, предназначенной для выполнения четырех арифметических действий, позволяющей использовать 8-разрядное множимое и 9-разрядный множитель с получением 16-разрядного произведения. По сравнению с машиной Паскаля было создано принципиально новое вычислительное устройство, существенно ускоряющее выполнение операций умножения и деления. Однако, несмотря на все остроумие его изобретателя, арифмометр Лейбница не получил распространения по двум основным причинам: отсутствие на него устойчивого спроса и конструкционной неточности, сказывающейся при перемножении предельных для него чисел. Но основная идея Лейбница - идея ступенчатого валика оказалась весьма плодотворной. Вплоть до конца XIX века конструкция валика совершенствовалась и развивалась различными изобретателями механических машин. 

11

1.6 История развития компьютера 

 Поколения компьютеров 

Рассматривая историю общественного развития, марксисты утверждают, что ’’ история есть ни что иное, как последовательная смена отдельных поколений  ’’. Это справедливо и для истории компьютеров. 

Поколения компьютеров - нестрогая классификация вычис­лительных систем по степени развития аппаратных и в последнее вре­мя - программных  средств ’’. 

Выделяют пять поколений компьютеров. Каждое поколение характеризуется элементной базой - видом элементов, из которых построена оперативная память и процессор, и развитием программ­ного обеспечения. 

Компьютеры первого поколения 

Элементной базой компьютеров первого поколения были ва­куумные электронные лампы, которые сегодня еще можно увидеть в старых телевизорах и радиоприемниках. Тысячи ламп были в ме­таллических шкафах, которые занимали много места. Весила такая ма­шина десятки тонн. Для ее работы требовалась электростанция. Для охлаждения машины использовали мощные вентиляторы. Про­граммирование выполняли в кодах машины, доступ к которой 

имели только специалисты-профессионалы. 
       Быстродействие составляло несколько тысяч операций за секун­ду. Эти машины имели небольшую оперативную память.  

12

Особенности: 

• Поскольку лампы имеют существенные размеры и их тыся­чи, то машины имели огромные размеры. 
• Поскольку ламп много и они имеют свойство перего­рать, то часто компьютер простаивал из-за поиска и замены вышед­шей из строя лампы. 
• Лампы выделяют большое количество тепла, следова­тельно, вычислительные машины требуют специальные мощные охлади­тельные системы. 
• Примеры компьютеров: 
• Колоссус – секретная разработка британского прави­тельства (в разработке принимал участие Алан Тьюринг). Это пер­вый в мире электронный компьютер, хотя и не оказавший влияние на развитие компьютерной техники (из-за своей се­кретности), но помог победить во Второй мировой войне. 
• Эниак. Создатели: Джон Моушли и Дж. Преспер Экерт. Вес машины 30 тонн. Минусы: использование десятич­ной системы счисления; множество переключателей и кабелей. 
• Эдсак. Достижение: первая машина с программой в па­мяти. 

Компьютеры второго поколения 

Элементной базой компьютеров второго поколения были транзисторы, которые заменили электронные лампы. Транзисторы значительно меньше ламп и потребляют значительно меньше энер­гии. Поэтому размеры компьютера уменьшились. Возможности же увеличились, поскольку появились языка программирования высо­кого уровня и программное обеспечение.

13

Программирование стало до­ступным и для не профессионалов в области компьютеров. В про­граммном обеспечении были заранее разработанные программы ре­шения наиболее типичных задач. Быстродействие машин достигла сотен тысяч операций за секунду.Значительно увеличилась опера­тивная память. Развиваются способы хранения информации: широ­ко используется магнитная лента, позже появляются диски. В этот пе­риод была замечена первая компьютерная игра.  Наиболее распространенными были такие марки машин: "Элиот" (Англия), "Сименс" (ФРГ), "Стретч", "CDC" (США), "Раз­даи-2", серия "Минск", "Урал", "Найри", "Мир", "Бзсм-б" (в на­шей стране).  

Компьютеры третьего поколения. 

Элементная база компьютеров третьего поколения - инте­грированные устройства (интегральные схемы, чипы). Интегриро­ванное устройство - это небольшая пластинка из чистого кремния, на которой являются миниатюрные электронные элементы: транзи­сторы, резисторы и тому подобное.  
       Таких элементов на квадратном сантиметре сначала было несколько тысяч. Значительно увеличились быстродействие (до нескольких миллионов операций за секунду) и объем оперативной намяти. Развилось программное обеспечение. Удобство в пользова­нии открыло широкий доступ к компьютерам. Пользователям нет потребности работать непосредственно с вну­тренностями компьютера не отходя ни на шаг, так- как есть пульт управления. Для работы им предоставлены терминалы (кла­виатура, дисплей и устройства введения - выведения), которые мо­гут быть отдалены от компьютера на немалые расстояния.

14

Для сохранения ин­формации используют магнитные ленты и магнитные диски. Маг­нитные носители информации стали вытеснять перфо­карты и перфо­ленты. Начался переход к информатике. Было реали­зовано мульти­программирование (это когда в памяти находится несколько выпол­няемых программ, что дает эффект экономии ре­сурсов процессора). 

Машины третьего поколения - серия "ІВМ-360", "ІВМ-370" в США, серия ЭС в нашей стране - аналог серии "ІBM". Разра­ботка проекта машины третьего поколения стоила фирме ІBM в 60-х годах 5 миллиардов долларов.  

Компьютеры четвертого поколения 

Элементной базой компьютеров четвертого поколения яв­ляются крупномасштабные интегрированные устройства. Прогресс, в физике, полупроводников дал возможность разместить большое количество элементов на маленьком кристалле кремния (десятки тысяч на квадратном сантиметре). Кроме того, на одном кристалле кремния стало возможно разместить устройство, которое воссоздает работу процессора. Такие кристаллические процессоры называются микропроцессорами. Это обусловило появление микрокалькулято­ров, персональных компьютеров, которые можно размещать на обычном рабочем столе, а также мощных много процессорных компьютеров. Увеличились быстродействие (к миллиарду операций за секунду), емкость оперативной памяти, удобство в пользовании. Массовое производство и сбыт обеспечили резкое снижение цен на компьютерную технику.  

Пользователь снова сел за пульт управления, но уже пер­сонального компьютера. Мощнейшие машины четвертого поколе­ния: "Эльбрус" в нашей стране, американские машины серии "Крей" и прочие.  
      

15

 На уровне четвертого поколения состоялось деление машин на большие вычислительные машины и персональные компьютеры.  В конце 70-х – начале 80-х популярностью пользовался компьютера Apple, разработанный Стивом Джобсом и Стивом Возняком. Позднее в массовое производство был запущен персо­нальный компьютер  IBM PC на процессоре Intel. 

1.6 Компьютер пятого поколения. 

Элементной базой компьютеров пятого поколения стали очень большие масштабные интегрированные устройства, которые содержат сотни тысяч элементов на квадратном сантиметре. В 1980 г. японское правительство и некоторые фирмы объявили десятилетнюю программу создания компьютерной системы пятого поколения, которое должна была базироваться на использовании ис­кусственного интеллекта, экспертных систем и естественного языка общения. Эту программу назвали "японским вызовом", по­скольку авангардная роль в области компьютерной техники сегодня належит США.  Сейчас выделяют , ещё пять поколений персонального PENTIUMа плюс новая оперативка, беспроводная связь, управление голосом, передача запаха, 200 гигабайт в кармане и 20 на одном дис­ке, размер калькулятора… 

16

Суперкомпьютеры

Первые суперкомпьютеры появились уже среди компьютеров второго поколения, они были предназначены для решения сложных задач, требовавших высокой скорости вычислений. Это LARC фирмы UNIVAC, Stretch фирмы IBM и "CDC-6600"(семейство CYBER) фирмы Control Data Corporation, в них были применены методы параллельной обработки (увеличивающие число операций, выполняемых в единицу времени), конвейеризация команд (когда во время выполнения одной команды вторая считывается из памяти и готовится к выполнению) и параллельная обработка при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в системе. Компьютеры, выполняющие параллельно несколько программ при помощи нескольких микропроцессоров, получили название мультипроцессорных систем. Отличительной особенностью суперкомпьютеров являлись векторные процессоры, оснащенные аппаратурой для параллельного выполнения операций с многомерными цифровыми объектами - векторами и матрицами. В них были встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки. Если на обычном процессоре программист выполнял операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном - выдавал сразу векторые команды. Компьютеры фирмы Cray Research были классикой в области векторноконвейерных суперкомпьютеров. Существует легенда, что первый суперкомпьютер Cray был собран в гараже, однако этот гараж был размером 20 х 20 метров, а платы для нового компьютера заказывались на лучших заводах США. В 1964 году был создан компьютер CDC6600, а в 1969 году - CDC7600, вошедшие в семейство CYBER.

17

Для повышения быстродействия в суперкомпьютерах семейства CYBER использовались методы конвейерной и параллельной обработки при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределял задачи и управлял потоком данных в системе. В 1972 году был создан сверхпроизводительный компьютер ILIAC4 (США) с конвейерной архитектурой, включавшей 64 процессора. Это был наиболее крупный проект среди компьютеров третьего поколения. Разрабатывали компьютер сотрудники Илинойского университета во главе с Д.Слотником. Компьютер был предназначен для решения системы уравнений в частных производных при помощи итерационных разностных схем. Решение такой задачи могло быть ускорено в 64 раза по сравнению с последовательным вычислением на однопроцессорном компьютере. Максимальное быстродействие компьютера составляло 200Млн.операций в секунду. Приведем параметры суперкомпьютера CONVEX C-3440. Суперкомпьютер включал в себя 4 векторных процессора, 1 процессор ввода-вывода, объем физической памяти составлял 512 Мб, объем виртуальной памяти до 4 Гб, объем памяти на жестких дисках 4,5 Гб, 9-дорожечный накопитель на магнитной ленте, интерфейс Ethernet (10 Мбит/сек), 16-канальный мультиплексор. Пиковая производительность суперкомпьютера составляла 800 Мфлоп/сек. В 1989 году была пущена в опытную эксплуатацию векторноконвейерная супер ЭВМ Электроника ССБИС разработки Института проблем кибернетики РАН и предприятий электронной промышленности. Производительность в однопроцессорном варианте составляла 250 MFLOPS, передача данных между массовой интегральной памятью и оперативной памятью осуществлялась под управлением специализированного процессора, реализующего произвольные методы доступа.

18

Разработку супер-ЭВМ вели В.А. Мельников, Ю.И. Митропольский, В.З. Шнитман, В.П. Иванников. В 1990 году в Советском Союзе была введена в эксплуатацию векторно- конвейерная супер-ЭВМ "Эльбрус 3.1" на базе модульных конвейерных прцессоров (МКП), разработанная в ИТМ и ВТ имени С.А. Лебедева группой конструкторов, в которую входили Г.Г. Рябов, А.А. Соколов, А.Ю. Бяков. Производительность суперкомпьютера в однопроцессорном варианте составляла 400 MFLOPS. В 1996 году японская компания Fujitsu пополнила класс суперкомпьютеров новой машиной VPP700, позволяющей подключать до 256 рабочих мест, имеющую производительность 500 миллиардов операций с плавающей точкой в секунду. Этот векторный компьютер был предназначен для научных и технических расчетов. Размер дисковой памяти мог варьироваться от 4 до 512 Гбайт. Фирмой IBM был разработан суперкомпьютер Deep Blue, как система массового параллелизма. Это, был первый компьютер, победивший чемпиона мира по шахматам. Компьютер Deep Blue разрабатывался первоначально в университете Carnegie Mellon студентами Фенг-хсиунгом Хсу и Марри Кампбеллом на чипсете, использовавшемся в компьютере Sun 3/160. Проект был принят к исполнению фирмой IBM в 1989, когда Кампбелл пришел работать в фирму. В этом году впервые против чемпиона мира Гарри Каспарова играл компьютер Deep Though. Каспаров легко обыграл компьютер в двух партиях. Следующее состязание Каспарова состоялось в феврале 1996 с компьютером Deep Blue. Компьютер был собран на 32-х восьмипроцессорных кластерах RS/6000. Каспаров выиграл снова. К февралю 1997 года была разработана новая шахматная программа и значительно увеличена скорость вычислений компьютера, и тогда "Голубому гиганту" удалось победить Каспарова со счетом 3.5:2.5. В 1997 году 16 из 20 самых быстpых суперкомпьютеров были произведены в Соединенных Штатах, 4 - в Японии.

19

Ни один из суперкомпьютеров, которые были введены в строй в 1997 году, не был создан в европейской стране. Российский Институт Высокопроизводительных Вычислений и Баз Данных является одним из крупнейших суперкомпьютерных центров в Восточной Европе. апреля 1998 года проект компьютера класса Beowulf "Паритет" был одобрен Министерством Науки и Технологий РФ. "Паритет" включал в себя 4 узла, состоящих из 2x процессоров Intel Pentium II (450МГц), жесткого диска емкостью 9,1 Гбайт, быстрой памяти RAM (512 Мб). Суперкомпьютеры 21 века. В 2008 пиковая производительность суперкомпьютера Jaguar, установленного в лаборатории министерства энергетики США, составляла 1,64 петафлоп, сообщает InformationWeek. Ранее самым мощным считался суперкомпьютер IBM Roadrunner, с производительностью 1,026 петафлоп. В основе суперкомпьютера лежало 45 тысяч процессоров AMD Opteron и 362 терабайта оперативной памяти. Ученые использовали ( и используют) Jaguar, например, для моделирования климатических изменений. Также суперкомпьютер задействован в такой области, как возобновляемые источники энергии. До начала 2009 Jaguar находился в стадии тестирования. Он был использован для проведения тестовых расчетов, которые требуют производительность свыше 1,3 петафлоп. 2010 год. Китайская система Tianhe-1A официально возглавила рейтинг 500 мощнейших суперкомпьютеров мира. Tianhe-1A- суперкомпьютер , установивший рекорд производительности в 2,507 петафлоп в бенчмарке LINPACK, став самой быстрой системой в Китае и во всем мире. В основе Tianhe-1A лежат современные гетерогенные вычисления на основе параллельной работы графических процессоров и многоядерных центральных процессоров , которые обеспечили значительный прирост в производительности и позволили уменьшить размеры системы и сократить энергопотребление. Система построена на 7168 графических процессорах NVIDIA Tesla M2050 и 14336 CPU;

20

идентичную производительность можно достичь только при использовании более 50 000 CPU на гораздо большей площади. Более того, система в 2,507 петафлопс, построенная исключительно на CPU, потребляла бы свыше 12 мегаватт. Благодаря графическим процессорам и гетерогенной среде вычислений, Tianhe-1A потребляет всего 4,04 мегаватта, т.е. в три раза меньше - такая разница в энергопотреблении достаточна для подачи электричества в более чем 5000 домов в течение года. год. Универсальный персональный суперкомпьютер с Linux. В рамках президентской программы «Развитие суперкомпьютеров и ГРИД-технологий» федеральный ядерный центр в Сарове (РФЯЦ-ВНИИЭФ), входящий в госкорпорацию «Росатом», разработал две модели персональных суперкомпьютеров - универсального и специального назначения, а также программные пакеты для математического моделирования, работающие под управлением ОС Linux. На протяжении 2011 года атомщики расширяют ассортимент и значительно увеличивают поставки таких систем. Универсальный суперкомпьютер предназначен для широкого спектра инженерных расчетов и может устанавливаться непосредственно на рабочем месте сотрудника. Его пиковая производительность составляет 1 Тфлопс. Он построен на базе двенадцатиядерных процессоров 

21

Роль компьютера в жизни человека 

Компьютеры достаточно давно и прочно вошли в нашу жизнь. Они кардинально поменяли мир и возможности людей. Компьютер оказывает как положительное воздействие на человека, так и отрица­тельное. 

Компьютер гораздо облегчил жизнь человека. Иногда люди не представляют свою жизнь без компьютера и интернета. Любой че­ловек в короткий срок может найти любой интересующий во­прос. Интернет имеет неограниченные возможности. Медики ис­пользуют компьютеры для диагностики организма. Для модельеров, ди­зайнеров и архитекторов компьютер открыл огромные гори­зонты. На производстве компьютеры управляют другими машина­ми. Сегодня человек просто пассивный наблюдатель. 

Еще совсем недавно больше ценили физический труд, но сего­дня постоянно увеличивается потребность в интеллектуальном тру­де. Но однозначно оценить это нельзя. Многие значительно уве­личили свой кругозор, а вот физическое состояние у многих постра­дало. Человечество забывает о спорте и физических нагрузках, пор­тя своё здоровье. Часто люди предпочитают просиживать долгими часами за компьютерным столом, чем погулять на свежем воздухе, и даже не подозревают о том, какой вред они себе причиняют. 

Очень важно правильно организовать рабочее место. Первым делом нужен удобный компьютерный стол и кресло. 

В XXI веке книги не пользуются большой популярностью, так как люди получили доступ в интернет, где можно найти любую ин­формацию. На это уходит гораздо меньше времени. Когда чело­век захочет почитать книгу, ему не нужно отправляться в библиоте­ку или заставлять квартиру шкафами с книгами, ведь один компью­тер заменяет сотни шкафов с книгами. 

22

Компьютер проник и в повседневную жизнь человека. Люди могут делать покупки, находясь в любом месте. Компьютер и ин­тернет сильно влияют на жизнь человека, проникая во все области жизни людей. 

Положительное влияние компьютера на жизнь человека 

Компьютеры вошли в жизнь человека. В школах появились компьютерные учебники, учителя вместе с учениками учатся рабо­тать с Интернетом, все люди читают электронные газеты и смотрят цифровое видео, сидят в чатах и ведут переписку по электронной по­чте. Человек не понимает, как был преображен мир компьютер­ной техникой. Рассмотрим положительное влияние компьютера на жизнь человека: 

1)видеоигры улучшают визуальное восприятие окружающего мира. 

2)Интернет подарил людям возможность получать самые све­жие новости, сплетни, информацию о кумирах. Играть в очень ин­тересные и увлекательные онлайн игры. 

3)Видео конференции. С их помощью люди могут не только слышать друг друга, но и видеть. Тем самым они могут решать важ­ные вопросы, не меняя своего рабочего места и экономя как свои средства, так и время. 

4)В Интернете можно найти работу, которая будет высоко оплачиваться и приносить удовольствие. Можно быстро передать до­кументы партнеру, получить рассылку, оперативно узнать по­следние новости, например, с биржи, а это в бизнесе очень ценится. 

5)Интернет упрощает покупки. В электронном виде они обхо­дятся дешевле. При заказе товаров и услуг можно детально посмот­реть описание, фото, проверить отзывы на данный товар. Продать машину, купить домашнего питомца, найти развлечение на выход­ные, подобрать тур поездку. 

23

Негативное влияние компьютера на человека. 

Компьютеры влияют на разные системы органов организма че­ловека. Особенно опасно влияние электромагнитных излучений. 

Мерцание экрана, практически безвредное для глаз, сильно напряга­ет нервную систему. Шум вентиляторов медленно, но верно расша­тывает нервы. Общее утомление нервной системы приводит к ил­люзии физической усталости, снижению чувствительности органов чувств, нарушению координации движений и чувства равновесия, а также к нарушениям давления и спазмам сосудов. 

Компьютер в учреждениях 

Компьютеры в совершили революцию в деловом мире. По мере того как снижалась их стоимость, всё большее и большее чис­ло деловых людей приобретали компьютеры. Компьютеры переста­ли быть монополией заводов, банков, крупных объединений. Они стали достоянием и небольших предприятий, магазинов, учрежде­ний, бюро трудоустройству и даже ферм. 

Секретарь практически любого учреждения при подготовке докладов и писем производит обработку текстов. Учрежденческий аппарат использует персональный компьютер для вывода на экран дисплея широкоформатных таблиц и графического материала. Бух­галтеры применяют компьютеры для управления финансами учре­ждения. С помощью компьютерных систем осуществляется введение документации, обеспечивается электронная почта и связь с банками данных. Сети ЭВМ связывают разных пользователей, расположен­ных в одном учреждении или находящихся в различных регионах страны. Компьютеры находят применение при выполнении широко­го круга производственных задач. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении раз­личных производственных процессов.

24

Когда повышение и пониже­ние температуры или давления превышает допустимую норму, компьютер немедленно подаёт сигнал на регулирующее устройство, которое автоматически восстанавливает требуемые условия. Также управляется компьютером робот. 

Робот – это механическое устройство, управляемое компью­тером. В отличие от роботов, которые можно увидеть в магазинах или в кино, промышленные роботы, как правило, не похожи на че­ловека. Более того, часто это просто большие металличе­ские ящики с длинными руками, приводимыми в дей­ствие механи­ческим образом. 

Различные виды работ на заводах, такие, как на линиях сбор­ки автомобилей, включают многократно повторяющиеся опера­ции. Работы выполняют повторяющиеся операции без тени неудо­вольствия или признаков усталости. Компьютеры ни на мгновение не те­ряют внимания к производственному процессу и не нуждаются в перерывах на обед. 

Роботы могут также выполнять работу, которая для людей оказывается слишком тяжёлой или даже вообще невозможной, в условиях сильной жары или лютого мороза. Они могут готовить опасные химические препараты, работать в сильнозагрязнённом воз­духе и полнейшей темноте. Нередко один робот может заменить на заводе двух рабочих. В целом применение роботов способствует по­вышению производительности труда и снижению стоимости произ­водства. 

25

Компьютер в искусстве 

Несколько десятилетий назад компьютерами пользовались только учёные и математики. В XXI веке вычислительная техника стала достоянием писателей, художников, музыкантов и представи­телей других профессий мира искусств. Компьютер-творец, помога­ет писать книги, рисовать, сочинять песни, создавать специальные эф­фекты в научно-фантастических фильмах. 

В последнее время всё больше и больше профессиональных писателей применяют текстовые процессоры для повышения каче­ства и ускорения своей работы. Но не только новеллисты, но и жур­налисты, авторы технических текстов, сценаристы, авторы учебни­ков (авторы книг), а также многие другие используют компьютеры при работе с текстами. Текстовый процессор значительно облегчает редактирование и сверку текстов. Он освобождает от необходимо­сти перепечатки текстов и тем самым экономит время. Применение спе­циальных программ помогает выявлять и устранять орфографи­ческие ошибки и синтаксические ошибки. Писатели, имеющие микрокомпьютеры, точно так же, мо­гут соединяться с соответствующими банками данных. Это допол­нительно экономит время, когда в процессе работы нужно провести ка­кое-то исследование. Микрокомпьютеры писателей хранят их за­писи, освобождают от ведения бумажных дел, высылают счета на оплату принятых к публикации произведений. В руках художника компьютер становится инструментом для рисования. Иллюстраторы, дизайнеры, карикатуристы, кинемато­графисты считают, что вычислительная техника предоставляем им но­вые возможности в их творческой деятельности. С помощью та­ких средств, как графопостроитель, графический планшет, световое перо, художники создают многоцветные рисунки, графики, геогра­фические карты и диаграммы. Компьютер даёт художнику возможность легко и быстро вносить изменения и поправки в свои рисунки и диаграммы. Элек­тронная правка занимает меньше времени, чем правка ручная.

26

Точ­но так же различные варианты сложных изображений могут быть сдела­ны в считанные минуты. Между писателями и художниками возникает сходство, когда они начинают работать с компьютером. Одни создают тексты, другие изображения, и те и другие благодаря компьютерам вносят в своё творчество ускорение, гибкость и удобство. 

Компьютер как средство общения 

Если на одном компьютере работают хотя бы два человека, у них уже возникает желание использовать этот компьютер для об­мена информацией друг с другом. На больших машинах, которыми поль­зуются одновременно десятки, а то и сотни человек, для этого преду­смотрены специальные программы, позволяющие пользовате­лям передавать сообщения друг другу, а администратору - опове­щать пользователей о новостях в системе. Как только появилась возмож­ность объединять несколько машин в сеть, пользователи ухватились за эту возможность не только для того, чтобы использо­вать ресурсы удаленных машин, но и чтобы расширить круг своего общения. Создаются программы, предназначенные для обмена со­общениями пользователей, находящихся на разных машинах. Из-за разнообразия компьютеров, операционных систем, способов соеди­нения машин в сеть и целей, преследуемых при этом людьми, этих программ оказалось достаточно много и они не всегда совместимы между собой. 

Наиболее универсальное средство компьютерного обще­ния - это электронная почта. Она позволяет пересылать сообщения практически с любой машины на любую другую, так как большинство известных машин, работающих в разных системах, ее поддерживают. Электронная почта во многом похожа на обычную почту.

27

С ее помощью письмо - текст, снабженный стандартным за­головком (конвертом) - доставляется по указанному адресу, кото­рый определяет местонахождение машины и имя адресата, и поме­щается в файл, называемый почтовым ящиком адресата, с тем, что­бы адре­сат мог его достать и прочесть в удобное время. При этом между по­чтовыми программами на разных машинах существует со­глашение о том, как писать адрес, чтобы все его понимали. Электронная почта оказалась во многом удобнее обычной, "бумажной". Сообщение по электронной почте доставляется гораз­до быстрее, чем по обычной; - стоит это дешевле; - для отправки письма нескольким адресатам не нужно печатать его во многих эк­земплярах, достаточно однажды ввести текст в компьютер, если нужно перечи­тать, исправить полученное или составленное вами письмо, или ис­пользовать выдержки из него, это сделать легче, по­скольку текст уже находится в машине; удобнее хранить большое количество писем в файле на диске, чем в ящике стола; в файле лег­че и искать; и эконо­мится бумага. Надежность электронной почты сильно зависит от того, какие используются почтовые программы, насколько удалены друг от друга отправитель и адресат письма, и особенно от того, в одной они сети, или в разных. Если письмо все-таки потерялось, человек может узнать об этом достаточно скоро и послать новое письмо. Программы, предназначенные для пересылки писем от одного чело­века другому, поддерживают почтовые списки. Если группа людей, объединенных общими интересами, хочет поддерживать дискуссию на какую-нибудь тему длительное время, они создают такой список, выделяют для него какое-либо имя, после чего все сообщения, по­сланные на это имя, рассылаются всем участникам группы. Предпо­лагается, что у такой группы должен быть администратор, к которо­му можно обратиться, если вы хотите, чтобы вас включили в груп­пу, исключили из нее, или если у вас изменился адрес.

28

Если группа ста­новится очень большой, администратору прибавляется работы. Большим группам неудобно пользоваться почтовыми списками по­тому что: 

- каждый из участников группы должен хранить у себя весь список; 

- сообщения посылаются каждому из участников группы отдельно; если четыре участника группы находятся в одной локаль­ной сети, каждому все равно присылается отдельная копия каждого сообщения; если десять участников группы находятся на одной большой машине - на эту машину приходит по десять копий каждо­го сообщения, по одной на каждого члена группы. При больших масштабах это очень непрактично; 

- если человек хочет ссылаться в ходе дискуссии на полу­ченные ранее сообщения, ему приходится хранить весь архив у себя, а он может занимать очень много места; 

- поскольку почтовые списки распространяются и принима­ются теми же программами, что и обычная почта, если человек участ­вует в нескольких почтовых списках, сообщения от разных групп приходят вперемежку, и ему приходится самому отделять со­общения одной группы от другой и от отдельных писем. 

Чтобы избежать этих неудобств, при общении очень больших групп людей используется система, независимая от электронной по­чты: 

- компьютерная конференция. Самая большая компьютерная конференция 

- USENET - объединяет сотни тысяч машин по всему миру. Ее устройство напоминает доску объявлений, и, с другой стороны, газе­ту. 

Никакого списка участников конференции не существует. Получать и отправлять сообщения может любой, чья машина связа­на с какой-нибудь другой машиной, которая получает сообщения кон­ференции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Жить в XXI веке образованным человеком можно, только хо­рошо владея информационными технологиями. Ведь деятельность людей все в большей степени зависит от их информированности, способности эффек­тивно использовать информацию. Для свободной ориентации в информа­ционных потоках современный специалист любого профиля должен уметь получать, обрабатывать и использо­вать информацию с помощью компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Об информа­ции начинают говорить как о стра­тегическом ресурсе общества, как о ре­сурсе, определяющем уровень развития государства. 

С помощью изучения истории развития средств вычислитель­ной техники можно познать все строение и значение ЭВМ в жизни человека. Это поможет лучше в них разбираться и с легкостью вос­принимать но­вые прогрессирующие технологии, ведь не нужно за­бывать о том, что компьютерные технологии прогрессируют, почти, каждый день и если не разобраться в строении машин, которые были много лет назад, трудно будет преодолеть нынешнее поколение. 

30

Список литературы

1. Шафрин Ю. А. Основа компьютерной технологии / Ю. А. Шафрин. – М. ABF, 1996. – 34 с.

2. Симонович С. В. Общая информатика / С. В. Симонович, Г. А. Евсеев, А. Г. Алексеев. – М. : АСТ – Пресскнига, 2002. – 60 с.

3. Острейковский В. А. Информатика: Учебник для технических направлений и специальностей вузов / В. А. Острейковский. – М. : Высшая школа, 2001. – 85 с.

4. Солтеp Н. А. C++ для пpофессионалов / Н. А. Солтер, С. Дж. Клепер. – Вильямс: Диалектика, 2006. – 912 с.

5. Масуда Е. Компьютопия / М. : Идея-Пресс, 1998. – 358 с.

6. Ракитов А. И. Информация, наука, технология в глобальных исторических измерения / М. : ИНИОН РАН, 1998. – 104 с.

7. Скворцов Р. В. Информационная культура и цельное знание / Р. В. Скворцов, И. И. Ремезова, Г. Л. Мирошниченко // Культурология. — 2011 .— №4 .— С. 198-219.

8. Лукиных Т. Н. Информационные революции и их роль в развитии общества / Т. Н. Лукиных, Г. В. Можаева // Гуманитарная информатика. Выпуск 2. – 2005. - № 7. – С. 5-14.

9. Корнева Г. В. Информационные технологии в управлении / Г. В. Корнева // Интернет-журнал Науковедение. – 2011. - № 4. – С. 1-4.

31

10. Титоренко Г. А. Информационные технологии управления: учебное пособие для вузов 2-е издание. – 2009. – 262 с.

11. Поликарпов В. С. История науки и техники / Ростов-на-Дону: Феникс, 1998. – С. 262.

12. Коноплеева И. А. Информационные технологии / М. : ТК Велби, Проспект, 2007. – 304 с.

 
  

32