История развития средств вычислительной техники (перспективы развития средств вычислительной техники)

Содержание:

Введение

В настоящее время в технической сфере трудится огромное количество людей и увеличивается с каждым годом, позволяя решать все больше вопросов. Техническая отрасль вторгается в жизнь человека, позволяя ему наладить быт. Научный прогресс обязан своим движением потребностям человечества к комфорту, облегчению своей жизни и труда.

Изучение развития техники, в том числе истории развития вычислительной техники, позволяет определить, в какой момент развития человек постиг различные законы природы, научился извлекать пользу из тех или иных предметов, заинтересовался наукой и начал использовать свои познания, подкрепляя их техническими приспособлениями.

Зачастую только проанализировав опыт прошлого можно выявить существующие недостатки техники, оценка разнообразных изобретений на всех этапах этого развития позволяет вырабатывать критическое отношение к современным достижениям в области техники, их постоянному переосмысливанию, дают возможность выбрать наиболее перспективные проекты и идеи, ценные для будущих разработок.

В области техники нельзя полагаться только на данный момент, отбросив историю развития отрасли, так бывает, что ранее не удавшийся проект благодаря множеству попыток людей будет работать в будущем. Развитие любой техники сводится к тому, чтобы максимально использовать опыт прошлого, усовершенствовав его, выявить закономерности и тенденции в его развитии, а также применить идею с идеально подобранными на данном уровне развития общества материалами и технологиями. И сколько может пройти времени пока будет реализован проект от момента вспыхнувшей идеи у изобретателя или создания пробных моделей? История нам подсказывает, что многие годы, а может даже сотни лет.

Таким образом, каждому техническому специалисту в той или иной области необходимо овладеть всеми возможными опытом и знаниями, которые доступны на данном этапе от предыдущих поколений, и научится применять к реальной жизни в настоящем. Без особого внимания к истории зарождения процессов создания средств вычислительной техники знания специалиста и его дальнейшая работа не будет на себе нести груза ответственности за прошлые достижения всего человечества.

Знания предметов могут быть достаточно глубокими, но когда они соединяются с осознанием важности происходящего и приносимой этими знаниями пользой, они становятся сокровищем. Также знания теории процессов необходимо соединить с жизненным опытом, чтобы быть не только полезным обществу, но и интересным для окружения, как говорил известный историк В. О. Ключевский: «Определяя задачи и направления своей деятельности, каждый из нас должен быть хоть немного историком, чтобы стать сознательно и добросовестно действующим гражданином».

Исследование истории развития средств вычислительной техники корнями уходит в древнейшие времена, на основании нее можно проследить этапы развития человека и его потребностей в это время. Так что получается, что в истории развития одной определенной области содержится множество полезных открытий для изучения истории в целом и понимании жизни.

Нередко для понимания текущего процесса, происходящего в сфере информационных технологий, необходимо обратиться к разработкам прошлого и уловить поток развития.

Изучение истории развития информационных технологий не только имеет большое познавательное значение, но и способствуют лучшему запоминанию материала, но не исключает необходимости специального курса истории технического развития во всех учебных заведениях, которые специализируются по данному направлению.

Далеко не всегда спорные вопросы приоритета решались в истории справедливо, нередко возникали споры и раздоры между изобретателями и претендентами на изобретения, имели место фальсификации и беззастенчивые плагиаты, проходили международные суды и заседания конфликтных комиссий. Нельзя забывать о необходимости уважения к наследию отечественных ученых и деятелей техники, о непримиримости к предпринимаемым на попыткам принизить их вклад в мировую науку и технику, но необходимо признать, новаторами в области информационных технологий были западные страны и США.

Безусловно, историей развития информационных технологий должны заниматься в первую очередь специалисты техники, которым проще вникнуть в исторический аспект проблемы, чем историку овладевать всеми тонкостями технических проблем. В отличие от историков, которые в своих исследованиях обычно не поднимаются выше уровня изложения фактов, специалисты разнообразных отраслей техники способны всесторонне раскрыть идеи изучаемого материала, произвести тщательный технический анализ и дать объективную научную оценку деятельности на заре развития науки и техники, а также вложить больший энтузиазм в свою работу.

Необходимо не только установить хронологию процесса, но и ответить на вопросы: почему, зачем и каким образом была произведена разработка машины. На смену летописному изложению фактов должен прийти глубокий анализ, раскрывающий сущность процессов, тенденции и закономерность развития машины. Также можно обозначить полезность и необходимость большого количества специалистов, которые владеют и философским и техническим образованием и способом мышления.

С каждым годом средства вычислительной техники совершенствуются и это не оспоримый факт, в свою очередь стоит отметить, что невозможно охватить полно множество тысячелетий развития вычислительной техники рассказав о ней достаточно полно.

На мой взгляд, актуально задавать вопросы не только «как совершенствовались информационные технологии?», но и популяризировать в собственном государстве сферу информационных технологий и привлекать грамотных специалистов для ее модернизации. В настоящее время необходимо поднимать интерес к изучению истории развития вычислительной техники, в том числе современной истории для приобретения высоких позиций в этой области.

Итак, прежде чем начать изучать историю и этапы развития средств вычислительной техники необходимо ввести в обиход следующие понятия: «вычислительная техника» - это совокупность технических и математических средств, используемых для автоматизации процессов вычислений и обработки информации, а также отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией этих средств; «вычислительная система» – это конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер; «компьютер» (англ. computer — «вычислитель»), «электронная вычислительная машина» - комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Раздел 1. Предпосылки развития средств вычислительной техники и первые счетные машины.

1.1. Домеханический период.

Понятие числа возникло гораздо раньше, чем люди научились считать. История развития счета формировалась в течение многих сотен лет, совершенствуясь с каждым новым поколением.

В древние времена перед человеком стояли разнообразные задачи, связанные с процессом вычислений. И размышляя над ними человечество развивалось и находило ответы.

Например, развитие товарного оборота между купцами и покупателями требовало учета товаров и денег, а также требовало развития навыков для совершения торговых сделок, управлением урожая и так далее.

При изменении процесса раздела территорий и появления собственности на земли, необходимо было научиться вычислять площадь конкретных участков, что подтолкнуло к началу развития такой науки как геометрия.

Развитие астрономии тесно связанно с необходимостью морских путешествий в целях торговли, что требовало производить расчеты с максимально возможной точностью для успешного завершения поездок.

Проводить вычисления для определения координат звезд и планет задача не подвластно для расчёта в уме или на пальцах, поэтому люди все чаще начали задумываться над процессом автоматизации данных вычислений.

Одним из самых примитивных средств для проведения вычислений является счет на пальцах, от этого счета берет начало наиболее распространенная десятичная система исчисления, а также пятеричная (пальцы одной руки) и двадцатеричная (пальцы обеих рук и ног).

Для расчета предметов более десяти начали использовать вместо пальцев камушки, складывая которые в пирамиду определяли сколько в ней камней или использовали в место камушек другие подручные приспособления, такие как ракушки, косточки или зерна.

У китайских и индийских народов, а также у американских индейцев, для счета использовались веревки с узелками. Узелковое письмо состояло из нескольких веревок обозначавших зачастую единицы, десятки, сотни и тысячи.

Еще с древних времен распространен инструмент для записи и учета налогов под названием бирка, деревянная дощечка, которая разрезалась на две части (для крестьянина и для сборщика) и содержащая насечки на обеих частях.

Дальнейшее развитие средств вычислений получило начало в таком государстве как Средиземноморье, в котором согласно историческим фактам появилось приспособление под названием «абак». Абаком изначально была доска, покрытая слоем песка, с камешками на которой отсчитывалось такое количество камушек сколько и предметов. Со временем камушки в первом ряду стали обозначать единицы, в следующем десятки и так далее. С помощью этого приспособления достаточно легко было выполнять сложение и вычитание.

Прародителем еще не так давно популярным средством вычислительной техники в России – счетам, принято считать разновидность абака, который появился в Англии в XV веке и назывался «счет на линиях».

Также рассказывая о вычислительной технике необходимо отметить такие приспособления, которые облегчали выполнение достаточно сложных операций умножения и деления, а также извлекать корни из числа. Это счетные палочки Непера, в последствии счетная доска, представлявшая собой клетчатый прямоугольник для выполнения операций на ней в двоичной системе исчисления.

Другое изобретение – предложенное Дж. Непером изобретение таблицы логарифмов. С помощью этого метода и таблицы легко перемножать большие числа, но все же для проведения ежедневных вычислений процесс оставался слишком трудоемким. После изобретения логарифмов ученые задаются вопросом о механизации этих вычислений. Таким образом, была разработана логарифмическая линейка (если точнее, то несколько независимо изобретенных друг от друга линеек У. Отредом и Р. Деламейном) начале XVII века, с помощью которой ускорялись процессы вычислений логарифмическим методом.

До настоящего времени для вычислений без электронных приборов с точностью до трех знаков после запятой пользуются логарифмическими линейками, но все больше как экспонат в высших учебных заведениях и для вычислений при отсутствии калькулятора.

1.2. Механических период.

В течение почти 500 лет цифровая вычислительная техника сводилась к простейшим устройствам для выполнения арифметических операций над числами. Основой практически всех изобретенных за пять столетий устройств было зубчатое колесо, рассчитанное на фиксацию 10 цифр десятичной системы счисления.

Первые изобретения этого периода – машины Леонардо да Винчи, В. Шиккарда. О них ничего не было известно современникам, поэтому первой вычислительной машиной считается суммирующая машина Б.Паскаля – «Паскалина», выполняющая операции сложения и вычитания. Сложную в реализации операцию вычитания Паскаль заменил сложением с дополнением вычитаемого. Этот подход используется в современных электронных вычислительных машинах (далее – ЭВМ). Своей формой «Паскалина» напоминала удлиненный сундук. Она была достаточно большой, также она имела несколько рукояток, при помощи которых осуществлялись процессы вычитания и сложения, имела ряд маленьких колес с зубьями. Первое колесо считало единицы, второе – десятки, третье – сотни и т.д. Процесс сложения в машине Паскаля производилось вращением колес вперед. Двигаясь в обратном направлении, выполнялось вычитание.

Счетная машина Г.В. Лейбница позволяла складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни. В основе множительного устройства этой машины лежит ступенчатый валик Лейбница, надолго определивший принципы построения счетных машин. В ЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (те же самые, что и «арифметический прибор» Г. Лейбница), получило название арифметического. Позднее, по мере добавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим (АЛУ). Оно стало основным устройством современных компьютеров.

Арифмометры К. Томаса, В. Однера, П.Л. Чебышева с некоторыми усовершенствованиями использовались до недавнего времени 80-х годов прошлого века.

Самыми значительными изобретениями этого периода, несомненно, являются разностная и аналитическая машины.

Ч. Бэббидж разработал основные принципы построения вычислительных машин, которые были реализованы в современных ЭВМ. Это принцип программного управления вычислительным процессом, использование перфокарт для управления работой вычислительной машины, в ведение команды условного перехода, принцип разделения информации на команды и данные.

К сожалению, эти машины не могли быть построены по технологиям XIX в. Линия арифмометров перешла затем в линию клавишных вычислительных машин. Усовершенствование механического арифмометра продолжалось до 70 - х гг. XX века были разработаны многочисленные конструкции с ручным и электрическим приводом.

С заменой механических счетных устройств электронными линия механических арифмометров перешла в линию электронных калькуляторов, а затем слилась с линией персональных компьютеров.

2. Электромеханический этап.

Насколько значителен был механический период в развитии средств вычислительной техники, но развитие таких областей как экономика, статистика, управление, требовавшие производить множество однообразных расчетов и толкало на новые изобретения и преобразования в вычислительном процессе.

Изобретатели в свою очередь работали над тем, чтобы облегчить труд человека и произвели ряд открытий в электротехники, а именно, создание электромеханического реле и электропривод (служит для преобразования электрической энергии в механическую).

Электромеханический этап развития вычислительной техники продолжался порядка 60 лет и является наименее продолжительным этапом.

Началом этого этапа можно обозначить создание счетно-аналитического комплекса Г. Холлиритом в 1887 году и использовался для обработки информации на перфокартах, например, при обработке результатов переписи населения. Первый комплекс состоял из перфоратора (ручного), табулятора и сортировочной машины.

Табулятор (электромеханическая машина) использовались для сортировки и обработки перфокарт.

Перфокарты до Г. Холлерита уже применялись на ткацких станках Ж. Жаккарда и вычислительной машине Ч. Бэббиджа.

В первых моделях комплекса Г. Холлитита использовалась ручная сортировка перфокарт (в 1890 году заменена электрической), а табулятор был создан на основе простейших электромеханических реле. Комплекс был опробован в 1887 г. в Балтиморе США при составлении таблиц смертности населения, в 1889 г. на примере обработки итогов переписи населения в четырех районах Сент-Луиса машина зарекомендовала себя как весьма успешная, и началось ее дальнейшее распространение.

В конце XIX века перепись населения проводилась регулярно в развитых странах и результаты ее не ограничивали данные о количестве человек, но и о национальности, поле, возрасте, религиозном вероисповедании и других сведениях. Собранные данные трудозатратно было анализировать и обрабатывать на арифмометрах и других суммирующих машинах, так появился новый тип вычислительных машин – перфорационные (ранее счетно- аналитические).

Применение разработок Г. Холлерита для развития вычислительной техники велико, так как даже в современном мире использование большого количества разнообразных устройств ввода - вывода информации не заменило вовсе использование перфокарт, которые получили второе рождение в устройствах Г. Холлерита. В 1897 году Холлерит организовал фирму, ставшею в дальнейшем называться IBM.

Еще одной важной разработкой электромеханического периода считается машина Тьюринга, которая состоит из нескольких элементов: бесконечную в две стороны ленту. Лента разделена на ячейки, в которых может быть отражен символ из определенного для данной машины конечного множества или, так называемого, алфавита машины. Особым символом машины является пробел и начально обусловлено, что ячейки ленты заполнены пробелами.

С помощью пишущей и читающей головки продвигающейся вдоль ленты машина Тьюринга меняет содержимое ячеек ленты. Таким образом, исходя из содержимого конкретной ячейки, машина решает какой символ записать и куда по ленте сдвинуться. Работа продолжается до тех пор, пока машина не встретит заранее обусловленное «заключительное» состояние.

Заключительный период электромеханического этапа развития вычислительной техники характеризуется созданием целого ряда сложных релейных и релейно-механических систем с программным управлением. Данные системы характеризуются универсальностью используемых алгоритмов и способны выполнять сложные вычисления в автоматическом режиме. По сравнению с ранее рассмотренными арифмометрами с электроприводом эти системы выполняли определенные вычисления с гораздо большими скоростями. Эти аппараты можно рассматривать в качестве прямых родоначальников универсальных ЭВМ.

3. Электронный период.

В неумолимом техническом прогрессе в области электронных вычислительных машин обычно выделяют четыре этапа – поколений развития, в которых использовалась те или иные разработки (такие, например, как электронные лампы, транзисторы и полупроводниковые диоды, интегральные микросхемы).

В различных источниках приводится различная классификация современных ЭВМ, в том числе и различное количество поколений (в данной работе будет приведено условное разбиение на четыре поколений развития ЭВМ и пятое поколение, как некий следующий шаг), для упорядочивания информации и структурирования основных характеристик поколений ЭВМ приведем следующую таблицу:

Таблица 1. Этапы развитие современных ЭВМ.

	Характеристики
Поколение	I	II	III	IV
Годы	1946-1958	1958-1964	1964-1972	1972-по настоящее время
Основной элемент	Электронная лампа	Транзистор, полупроводниковый диод	ИС	БИС
Носитель информации	Перфокарта	Магнитная лента	диск	Гибкий и лазерный диск

3.1. Первое поколение.

ЭВМ первого поколения появились в 1946 году. Они были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. В качестве внешних запоминающих устройств использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Оперативные запоминающие устройства были выполнены на основе ртутных и электромагнитных линий задержки электроннолучевых трубок, магнитных барабанов.

Вычисления и составление программ выполнялось в двоичной системе исчисления на машинном языке, что позволяло использовать данные программы только в конкретной модели.

Компьютеры данного поколения сумели зарекомендовать себя в прогнозировании погоды, энергетических задач, задач военного характера и других сложнейших операциях, но они были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами. Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими.

Первой ЭВМ принято считать машину ENIAC, созданную в 1945 году в США для решения задач, связанных с движением тел, брошенных в пространстве, в основном исследование движения снарядов и пуль в военном деле.

ENIAC 15 февраля 1946 года в Филадельфии в университете штата Пенсильвания (США) была официально введена в эксплуатацию электронная цифровая вычислительная машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator - электронный численный интегратор и вычислитель), на электронных лампах, построенная американскими электроинженерами Дж.П. Эккертом и Дж. Мокли и использовавшая в качестве переключающих элементов 18 тысяч электронных ламп и 1500 реле. Машина с памятью на 20 слов, способная за полсекунды перемножать одно на другое 5000 пятизначных чисел, занимала площадь около 200 квадратных метров и весила 50 тонн. ENIAC предназначался для проведения артиллерийских расчетов, однако пока этот проект реализовали, война закончилась, задачи такого рода стали не актуальны, так что первой работой стали расчеты по сверхсекретному Манхэттенскому проекту (программе разработок ядерного оружия). Впоследствии ЭВМ перевезли на один из военных полигонов, где она функционировала до 1955 года.

В СССР также проводится создание ЭВМ, так в 1948 году академик Сергей Алексеевич Лебедев предложил проект первой на континенте Европы ЭВМ - Малой электронной счетно-решающей машины (МЭСМ). В 1951году МЭСМ официально вводится в эксплуатацию, на ней регулярно решаются вычислительные задачи. Машина могла оперировать с 20 разрядными двоичными кодами, отличалась скоростью действия 50 операций в одну секунду и имела оперативную память на 100 ячеек на электронных лампах. МЭСМ имела приблизительно 6000 электровакуумных ламп (около 3500 триодов и 2500 диодов), занимала площадь 60 квадратных метров и потребляла около 25 кВт мощности.

Еще до ввода в эксплуатацию ENIAC Моучли и Эккерт по заказу военного департамента США начали создание нового проекта компьютера EDVAC (Electronic Discrete Automatic Variable Computer), который был еще совершеннее первого. В этой машине предусмотрена большая оперативная память (на 1024 44-битных слов; к моменту завершения была добавлена вспомогательная память на 4000 слов для данных), предназначенная и для данных, и для программ. Использование хранения в памяти программы информации устранял основной недостаток ENIAC - необходимость перекоммутации узлов машины, что требовало до двух дней дополнительных вычислений при сложных программах. Этот недостаток не позволял считать ENIAC полностью автоматической ЭВМ.

В EDVAC программа электронным методом записывалась в память на ртутных трубках, называемых линиями задержки, а вычисления производились уже в двоичной системе исчисления, что позволило значительно снизить количество ламп и других элементов электронных цепей машины.

Полностью завершенная в 1952 году, ЭВМ содержала более 3500 ламп 19-ти различных типов и около 27 тысяч других электронных элементов.

В конце 1944 года к EDVAC в качестве научного консультанта был подключен Джон фон Нейман, который к этому времени уже имел большой авторитет в научном мире как математик с живым умом и разбиравшийся в квантовой механике и создавший математическую теорию игр. Интерес Джона фон Неймана к компьютерам был неподдельным и связан частично с его участием в Манхэттенском проекте по созданию атомной бомбы. В результате его вычислений возникла математически обоснованная возможность взрывного способа детонации атомного заряда критической массы, а также проведение множества расчетов по созданию водородной бомбы были весьма сложны. Переработав и обобщив по своему видению материалы по разработке проекта создания новой ЭВМ, Джон фон Нейман в июне 1945 года готовит итоговый научный отчет, который содержал первоклассное описание и самой машины, так и ее логических возможностей. Более того, фон Нейман в докладе на основе своего анализа проектных решений, а также идей по созданию машины А. Тьюринга по формальному универсальному вычислителю впервые представил логическую организацию компьютера безотносительно от его элементной базы, что позволило заложить современные основы, используемые при проектировании ЭВМ.

Находясь в совместной конференции в группе разработчиков EDVAC и ознакомившись с идеями Джона фон Неймана, М. Уилкс, вернувшись в английский Кэмбриджский университет, смог раньше (в мае 1949 г.) завершить разработку первой в мире ЭВМ с хранимыми в памяти программами EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator).

Компьютер EDSAC положил начало новому этапу развития вычислительной техники - первому поколению универсальных ЭВМ.

Хотелось бы затронуть тему первой серийно выпускающейся ЭВМ первого поколения, компьютеру UNIVAC (Универсальный автоматический компьютер). Разработали данный компьютер Джон Мочли и Дж. Преспер Эккерт, который был первым электронным цифровым устройством общего назначения. Работа по созданию UNIVAC началась в 1946 году, а завершилась в 1951 году и первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

Начиная с 1950 года, каждые 7-10 лет кардинально обновлялись конструктивно-технологические и программно-алгоритмические принципы построения и использования ЭВМ. В связи с этим правомерно говорить о поколениях вычислительных машин. Условно каждому поколению можно отвести 10 лет.

3.2. Второе поколение

ЭВМ второго поколения были разработаны в 50 - 60х годах двадцатого века, а в качестве основного элемента были использованы полупроводниковые диоды и транзисторы, которые способны с помощью слабой подачи напряжения разрешать течение тока, а отсутствием – блокировать.

Логические схемы строились на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы). В качестве конструктивно-технологической основы использовались платы из фольгированного гетинакса. Широко стал использоваться так называемый блочный принцип сборки машин, который позволил подключать к основным устройствам большое число других внешних устройств, что обеспечило большую гибкость при использовании компьютеров. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до сотен килогерц.

В качестве устройств памяти стали применяться внешние накопители на жестких магнитных дисках и на флоппи-дисках (промежуточный уровень памяти между накопителями на магнитных лентах и оперативной памятью).

Отличием от ЭВМ первого периода является также возможность программирования на алгоритмических языках. Таким образом, появились первые языки высокого уровня: Фортран, Кобол, Алгол.

Все изменения повлияли на скорость написания программ для компьютеров, и упростить, а также резко уменьшить размеры и стоимость самих компьютеров.

В 1964 году появился первый монитор для компьютеров IBM 2250. Это был черно-белый дисплей с экраном 12 х 12 дюймов и разрешением 1024 х 1024 пикселей с частотой кадровой развертки 40 Гц.

Создаваемые на базе компьютеров системы управления потребовали от ЭВМ повышения производительности и надежности. В компьютерах стали широко использоваться коды, встроенные схемы контроля, для обнаружения и исправления ошибок.

В машинах второго поколения были впервые реализованы режимы пакетной обработки и телеобработки информации.

Первой ЭВМ, в которой частично использовались полупроводниковые приборы вместо электронных ламп, была машина SEAC (Standarts Eastern Automatic Computer), созданная в 1951 году.

В начале 60 - х годов полупроводниковые машины стали производиться и в СССР.

Основными машинами этого поколения были «IBM-7090», «РАЗДАН-2», «Минск-22», «Минск-32» и другие.

Применение полупроводников в элементах схем ЭВМ привели к повышению надежности компьютеров, а также производительность выросла до 30 тысяч операций в секунду, оперативная память до 32 Кб. Снизились потребление электроэнергии и размеры компьютеров. В заслуги второго поколения ЭВМ можно отнести появление того, что сегодня называется операционная система. Сфера применения компьютеров тоже увеличилась, и некоторые крупные фирмы начали внедрение компьютеров раньше на 20 лет в бухгалтерские отделы.

3.3. Третье поколение

В 1958 году Роберт Нойс изобрел малую кремниевую интегральную схему, в которой на небольшой площади можно было размещать десятки транзисторов. Эти схемы позже стали называться схемами с малой степенью интеграции (Small Scale Integrated circuits - SSI). А уже в конце 60 - х годов схемы с малой степенью интеграции начали применяться в компьютерах.

Логические схемы ЭВМ третьего поколения полностью были основаны на малых интегральных схемах. Тактовые частоты работы электронных схем повысились до единиц мегагерц. Снизились напряжения питания до единиц Вольт и потребляемая компьютерами мощность. Существенно повысились надежность и быстродействие ЭВМ.

В оперативных запоминающих устройствах использовались миниатюрнее ферритовые сердечники, ферритовые пластины и магнитные пленки с прямоугольной петлей гистерезиса. В качестве внешних запоминающих устройств широко стали использоваться дисковые накопители.

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

С момента начала широкого использования интегральных схем в компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно наблюдать, используя открытый в 1965 году закон Мура (названый по имени изобретателя и основателя компании Intel Гордона Мура). Согласно которому число транзисторов в одной микросхеме удваивается через каждые 1,5 года.

В связи с существенным усложнением аппаратной и логической структурами ЭВМ третьего поколения часто стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP1). В Советском Союзе в содружестве с Польшей, Венгрией, Болгарией, ГДР и др. (Совет Экономической Взаимопомощи) стали выпускаться модели единой системы (ЕС) и системы малых (СМ) ЭВМ.

В вычислительных машинах третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости при составлении программ, правильности исполнения этих программ машинами и улучшению взаимосвязи управляющего машиной и ЭВМ. Это становится возможным благодаря мощным операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами остановки программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, многозадачными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось до настоящего времени использующееся устройство для общения оператора с машиной - монитор, или дисплей.

Для повышения надежности и достоверности функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания уделено большое внимание регулярному использованию кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (циклические коды, а также корректирующие коды Хемминга).

Организация вычислительных машин модулями и модульное построение их операционных систем создали большие возможности для различного изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с этим явлением возникло новое понятие "архитектура" вычислительной системы, определяющее с точки зрения пользователя и программиста логическую организацию этой системы.

Революционным событием в развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration - LSI и Very Large Scale Integration - VLSI), микропроцессора в 1969 году и создания персонального компьютера.

3.4. Четвертое поколение

Начиная с конца 70-х – начала 80-х годов и продолжается, как принято считать до настоящего времени. В основе конструкции компьютеров четвертого поколения лежат интегральные схемы (большие – БИС и сверхбольшие СБИС), которые содержат в себе миллионы транзисторов на кристалле.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали создаваться на основе униполярных полевых CMOS-транзисторов с непосредственными связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, и тем самым позволяющими реализовать более прогрессивные нанотехнологии (в те годы - масштаба единиц микрон).

Оперативная память стала строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS-транзисторных схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Повышение производительности и уменьшение размеров компьютеров привело к появлению недорогих компьютеров. ЭВМ теперь можно было разместить на письменном столе. Именно в эти годы возникло понятие «персональный компьютер».

Первый персональный компьютер создали в апреле 1976 года два друга, Стив Джобе (1955 года рождения) - сотрудник фирмы Atari, и Стефан Возняк (1950 года рождения), работавший на фирме Hewlett-Packard. На базе интегрального 8-битного контроллера жестко запаянной схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном гараже, они сделали простенький программируемый на языке Бейсик игровой компьютер "Apple", имевший бешеный успех. В начале 1977 года была зарегистрирована Apple Сотр., и началось производство первого в мире персонального компьютера Apple.

В связи с популяризацией персональных компьютеров стало заметно снижение спроса на большие ЭВМ и обеспокоенностью фирмы IBM (International Business Machines Corporation), ведущей компании по производству больших ЭВМ. В 1979 году фирма решила выпустить на рынок линейку персональных компьютеров и выпустила в 1981 году свой первый микрокомпьютер IBM PC, который основан на шестнадцатиразрядном микропроцессоре 8088. Этот компьютер был оборудован черно-белым дисплеем, двумя дисководами для дискет и оперативной памятью 64 Кбайт. Кроме конфигурации перемены технологической базы, в машинах 4-го поколения стало неотклонимым применение языков программирования высочайшего уровня; многие механические системы вычислений стали проектироваться под определенные операционные системы. Примером может служить всё тот же IBM PC, для которого фирма Microsoft разработала собственную операционную систему.

ЭВМ четвертого поколения используются во всех сферах жизнедеятельности человека: в управлении технологическими процессами производства, в торговле, в дизайне, в работе инженерных служб, в регулировании транспортного движения, в учёбе и образовании и т.п. Компьютеры четвертого поколения сильно эволюционировали за прошедшие годы и очень сильно отличаются от своих предшественников по размерам, быстродействию, функционалу, по способам ввода/вывода информации (появилась беспроводная связь, управление голосом, передача запаха) и т.д. Тем не менее, это всё эволюция в рамках технологии интегральных схем. С базовой точки зрения, пятое поколение ЭВМ еще не наступило.

3.5. Пятое поколение

Если не рассматривать детально основную структуру ЭВМ пятого поколения можно изложить в следующих понятиях:

Компьютеры работают на сверхсложных микропроцессорах с векторной структурой, характеризуется выполнением десятков последовательных алгоритмов программы.

Компьютеры работают с тысячами параллельно соединенных процессоров, необходимых для построения общей системы базы данных, много сетевые компьютерные системы.

В данный момент ведутся напряженные разработки ЭВМ V поколения. Также при разработке последующих поколений делается упор на базе множества интегральных схем повышенной ступени интеграции, применения оптоэлектронных принципов (лазеры, объёмное изображение, разработанное на взаимном наложении световых волн).

При функционировании и дальнейшей разработке ЭВМ V поколения решаются задачи, отличные от прежних. Разработчики ЭВМ I - IV поколений пытались увеличить производительность расчетов компьютерных операций, повысить надежность систем, увеличить память устройств, а в настоящее время задача модернизаторов ЭВМ V поколения сводится к получению искусственного интеллекта компьютера (возможность принимать решения на основе существующих баз знаний и постоянно совершенствовать их, повышая обучаемость), сокращения пропасти между человеческим разумом и компьютером. При таком подходе необходимо внедрить распознавание компьютером рукописного текста, человеческого голоса, способности воспроизводить голосом текст на разных языках. Все это сделает возможным диалог с ЭВМ, при котором не нужно будет знать специальные языки программирования для создания нужных программ, что сделает ЭВМ помощником человеку во всех областях.

Суперкомпьютеры

Как и в текущем периоде мощности компьютеров продолжат расти. Это неизбежно необходимо для разрешения существующих глобальных задач с детальной точностью, таких как расчет аэродинамики машин и выполнения ЗD проектов и других. ЭВМ с максимальной производительностью принято называть суперкомпьютерами. Их также относят к ЭВМ V поколения.

В настоящее время одним из самых известным суперкомпьютером в мире является IBM Watson, который наделен способностью самообучаться. Таким образом в 2016 году данный когнитивный суперкомпьютер был применен в области медицины для общения с пациентами и выявления их проблем на основании симптомов, в области юриспруденции – какая кладезь знаний собрана в роботе – адвокате, также планируется применить его для борьбы с компьютерными нарушителями.

В настоящее время планируется применить суперкомпьютер для борьвы с вирусными инфекциями и в частности с Вирусом Зика, который передается человеку через укусы комаров. Попытки будут нацелены на создание антивирусного препарата на основе макромолекулы.

Одной из будоражащих новостей про суперкомпьютер Watson было предложение по выдвижению его в президенты США. Инициаторы данной новости склонны верить тому, что суперкомпьютер принимает более взвешенные и обоснованные решения по управлению страной, чем любой человек.

Недавно стало известно, что в компании Google создана команда по созданию суперкомпьютера более совершенного, чем Watson, в составе которой будет учувствовать ученый и футуролог Реймонд Курцвейл. Основные задачи команды будут нацелены на внедрении распознания человеческого языка, определение личности пользователей. Таким образом, проект Google хочет ответить на вопросы раньше, чем вы задаете их в браузере Интернет.

В рейтинге ТОП 500 по описанию самых мощных суперкомпьютеров выявленных по результатам испытаний с 2013 года лидирующую позицию занимает Тяньхэ-2 (NUDT, КНР). Максимальная мощность данного суперкомпьютера 33,863 флопс (единица измерения производительности вычислительной системы, которая показывает количество операций в секунду с плавающей запятой).

4. Перспективы развития средств вычислительной техники.

Современные компьютеры представляют собой, чуть ли не самое значимое научное достижение человека, влияние которого на развитие прогресс в различных областях жизни человека трудно оценить. Так как область применения компьютеров ежедневно увеличивается из-за распространения в первую очередь персональных ЭВМ, и особенно «карманных» компьютеров, необходимо смотреть на развитие этого процесса и предугадывать его дальнейшие направления.

В дальнейшем развитии компьютеров, как и в предыдущих периодах, заложен принцип уменьшения размеров, повышения производительности, быстродействия, памяти, повышения надежности системы.

По текущим тенденциям, уровень глобальных сетей склонен к росту, в связи с этим одним из направлений развития будет создание новых методов хранения, обработки и извлечения информации. Также направление направлено на совершенствование способов быстрой передачи информации с соблюдением требований безопасности и сохранения ее качества.

Одной из самых будоражащих явлений индустрии компьютеров считается виртуальная реальность, которая создает образ реального мира в виртуальном и передается человеку через собственные ощущения. Технология виртуальной реальности применяются в разных игровых симуляторах и других областях жизнедеятельности человека.

Различные заявления учёных в области компьютерных технологий намерены считать, что уже в скором будущем (порядка 5 – 10 лет) современные компьютеры претерпят кардинальные изменения и появятся биокомпьютеры, оптические компьютеры и молекулярные. Изменения конечно, будут способствовать упрощению решения текущих задач в жизни человека ещё в несколько раз.

Первой из отмеченных вероятностных альтернатив подмены передовых компьютеров считается творение оптических ЭВМ, носителем информации в них станет световой сверток. Проникание оптических методик в вычислительную технику проводится сообразно 3 направлениям. 1-ое базируется на применении аналоговых интерференционных оптических вычислений для решения отдельных особенных задач, связанных с потребностью скорого исполнения интегральных преображений. 2-ое направленность стройно с творением кристально оптических либо гибридных соединений, владеющих большей прочностью, нежели электрические. И 3-ье, направленность – творение компьютера, вполне состоящего из оптических приборов отделки информации.

Другие виды компьютеров – молекулярные. Молекулярные компьютеры – это такие компьютеры, при которых возможно использование вычисление с помощью биологических молекул, также используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве. Квантовый компьютер – ЭВМ, который путем выполнения квантовых алгоритмов существенно использует при работе эффекты, такие как квантовый параллелизм и квантовая запутанность.

Нанокомпьютеры – это такие устройства, планируемые к разработке на основе электронных технологий с размером каждой из логических элементов порядка нескольких нанометров. Такой компьютер, таким образом, и сам имеет микроскопические размеры. Другое направление связано с разработками биокомпьютеров, например, ДНК-компьютеров, который кодирует информацию на входе, смешивает с двумя ферментами. Первый фермент нацелен на расщепление молекулы ДНК на отрезки разного размера в зависимости от заложенного кода программы, а второй рекомбенирует отрезки и дойдя до последней получает искомую молекулу.

Разрабатываемые компьютеры – все это на сегодняшний день всего лишь вычислительные устройства, которые не подкреплены в большинстве своем логическими решениями.

Современные высокие технологии – это будущее и это улучшение жизни всего человечества. Ежедневно выпускаются новые и более совершенные экземпляры компьютеров и на этом процесс их развития не останавливается.

Заключение

Невозможно в рамках курсовой работы охватить всю историю развития компьютеров. Можно было еще много рассказывать о том, как в маленьком городке Пало-Альто, штат Калифорния, в НИЦ Xerox PARK собралось самое убежденное общество программистов того времени, чтобы разработать новые подходы в корне изменившие образ машин, и создать современное направление для компьютеров. Как талантливый школьник Билл Гейтс, Пол Аллен и Эд Робертс, создали удивительный язык Бейсик для компьютера Altair, что позволило разрабатывать для него различные программы. Как постоянно менялся облик персонального компьютера, с появлением монитора и клавиатуры повысилась связь между компьютером и человеком, накопителя на гибких магнитных дисках, так называемых дискетах, а затем и жесткого диска. Неотъемлемыми принадлежностями стали сканер, принтер и мышка. Можно было рассказать и о соперничестве на компьютерных полках за право устанавливать стандарты между корпорацией IBM, и молодой и дерзкой Apple, заставившей весь мир решать, что же лучше Macintosh или PC? И о многих других интересных вещах, происходивших совсем недавно, но ставших уже историей.

Современные компьютеры все сильней отличаются от первых вычислительных машин, хотя принципы обработки информации практически не изменились.

Информационные технологии дают людям возможность лучше проявить свои способности и сделать еще один шаг от чисто механического труда к творческому. XXI век по праву считается веком информатики, компьютерных технологий и электронных коммуникаций.

В начале XXI века невозможно представить жизнь без компьютера или планшета. В наше время компьютер прочно закрепился в нашей жизни и стал одним из главных помощников в ней. Однозначно сейчас намного проще приготовить себе ужин и посадить растение, прочитав об этом в Intеrnеt на компьютере.

Современные персональные IВМ РС-совместимые компьютеры являются наиболее широко используемым видом компьютеров, их мощность постоянно увеличивается, а область применения расширяется. Эти компьютеры могут объединяться в сети, что позволяет десяткам и сотням пользователей легко обмениваться информацией и одновременно получать доступ к общим базам данных. Средства электронной почты позволяют пользователям компьютеров с помощью обычной телефонной сети посылать текстовые и факсимильные сообщения в другие города и страны и получать информацию из крупных банков данных. Глобальная система электронной связи Intеrnеt обеспечивает за крайне низкую цену возможность оперативного получения информации из всех уголков земного шара, предоставляет возможности голосовой и факсимильной связи, облегчает создание внутрикорпоративных сетей передачи информации для фирм, имеющих отделения в разных городах и странах.

И все же у средств вычислительной техники еще множество направлений для развития, а также областей применения положительного опыта. В свою очередь хотелось бы подчеркнуть, что изучение вопроса о этапах развития и систематизации научных разработок в компьютерной сфере поможет двигаться вперед с более осознанным подходом. Также необычайно важно использовать весь мировой опыт в данном направлении улучшения позиций российских компаний на рынке компьютерных технологий. Обучение на базе школ и институтов основам не только начального периода истории развития средств вычислительной техники, но и современным подходам, в том числе по созданию искусственного интеллекта, позволит расширить кругозор студентов и привлечь в эту интересную область множество гибких «живых» умов.

Список использованной литературы.

1. Дятчин Н.И. История развития техники : учебное пособие : РоДстов н/д : Феникс, 2001. 320 с.
2. История отечественной электронной вычислительной техники./ М-во пром-сти и торговли Рос. Федерации, Департамент радиоэлектрон. пром-сти; под ред. С.А. Муравьева. М.: Столичная энциклопедия, 2014, 576 с.
3. Кочеванова О.П. История развития вычислительной техники : Исаклы, 2007. 33с.
4. Маккормик Дж. Девять алгоритмов, которые изменили мир: Остроумные идеи, лежащие в основе современных компьютеров : ДМК Пресс, 2014. 236 с.
5. Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах К.: КИТ, ПТОО А.С.К. : 1995. 305 с.
6. Михеева Е.В., Титова О.И. Информатика : учебник для сред. проф. образования. М : Академия, 2007. 352 с.
7. Морозов Ю.М. История и методология вычислительной техники: учебное пособие/Санкт-Петербургский государственный политех. университет ; под ред. Ю.М. Морозов. СПб., 2012. 300 с.
8. Отечественная электронная вычислительная техника; биогр. энцикл./ М-во пром-сти и торговли Рос. Федерации, Департамент радиоэлектрон. пром-сти; под ред. С.В. Хохлова. М.: Столичная энциклопедия, 2014, 400 с.
9. Поваров Г.Н. Истоки российской кибернетики. М,: МИФИ, 2005. 131с.
10. Полунов Ю. Л. От абака до компьютера: судьбы людей и машин. : Русская Редакция, 2004. Т. 1-2.
11. Ревич Ю.В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники./ Ю.В. Ревич, Б.Н. Малиновский. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. 333с.
12. Трофимов В.В. Информатика : учеб. для бакалавров. М : Юрайт, 2015. 916 с.
13. Фельдман Б. Я. От калькулятора к суперкомпьютеру: записки разработчика. М.: РТСофт, 2014. 398 с.