![](/stc/img/evkova.png)
Технологии программирования
Содержание:
Введение
Электронные компьютеры и информационные сети являются наиболее популярными ресурсами в современном обществе. Входя в человеческую жизнь, компьютеры стали неотъемлемой частью нашей цивилизации. И хотя первый компьютер с автоматическим программным управлением был создан более полувека назад, на данный момент существует пять поколений компьютеров. Так что быстрое развитие, вероятно, не претерпело каких-либо технологий.
Действительно, если первый большой компьютер, Eniak (1946) занимал площадь около 90 м2 и весил более 30 тонн, современный микропроцессор, способный размещать все электронное оборудование таких машин имеет площадь 1,5 см2 при сохранении вычислительной мощности, которая покрывает общую вычислительная мощность всех компьютеров, доступных в мире в середине 60-х годов. Первый компьютер содержал около 18 000 электронных ламп, и теперь в тысячи раз большее число электронных компонентов с технологией 0,045 мкм позволяет размещать на человеческий волос в поперечном разрезе.
Согласно эмпирическому закону Гордона Мура в 1965 году, за тридцать лет компьютерного развития имел плотность транзисторов удваивается. Но с течением времени практика развития микроэлектронного устройства сделала свою коррекцию: сегодня считается, что удвоение количества транзисторов происходит каждые 18 месяцев.
И сегодня специалисты в различных областях науки и техники ищут альтернативные способы дальнейшего развития ПК.
Актуальность выбранной темы заключается в том, что информация является самой важной в нашей жизни. Ее техническая база - это средство обработки и передачи информации. Скорость ее развития удивительна, в истории человечества этот процесс, который так быстро развивается, не имеет аналога. Теперь уже очевидно, что XXI век - это век величайшего развития и прогресса в экономике, политике, науке, образовании, медицине, жизни, военном деле и т. д.
Входя в жизнь человеческого общества, компьютеры выполнили огромный круг задач - от простых алгебраических расчетов до организации обменных процессов, международных телеконференций, моделирования сложных физических, химических, технологических процессов, мультимедийных и виртуальных развлечений.
Объектом исследования данной работы являются средства вычислительной техники.
Предметом исследования является история развития средств вычислительной техники.
Целью выполнения данной работы является рассмотрение истории и перспектив развития средств вычислительной техники.
Для достижения поставленных целей необходимо выполнение следующих задач:
- рассмотрение истории развития средств вычислительной техники до 20 столетия;
- рассмотрение истории развития средств вычислительной техники в 20 столетии;
- рассмотрение истории развития средств вычислительной техники в 21 столетии;
- выяснить основные направления развития средств вычислительной техники в будущем;
Развитие средств вычислительной техники до 20 столетия
1.1 Гениальные идеи Леонардо да Винчи и Вильгельма Шиккарда
В дневниках блестящего итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519) в наше время был найден ряд рисунков, который оказался эскизом вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-значные десятичные числа.
Рисунок 1 – Эскиз счетной машины Леонардо да Винчи
Специалисты известной компании IBM воссоздали по чертежам это устройство в металле и были убеждены в полном потенциале идеи ученого. Его компьютер можно считать вехой в истории цифровых вычислений. Это был первый цифровой сумматор. Компьютер, хотя и механический, очень примитивный (с ручным управлением). В те годы, далекие от нашего времени, блестящий ученый был, вероятно, единственным человеком на земле, которому пришла такая идея.[1]
Рисунок 2 – Модель счетной машины Леонардо да Винчи
Тем не менее, потребность в этом была настолько мала (точнее, ее не было вовсе), что только через сотню лет после смерти Леонардо да Винчи нашелся другой европеец - немецкий ученый Вильгельм Шикард (1592-1636), который конечно, не читал дневники великого итальянца, и предложил свое решение этой проблемы. Причина, побудившая Шикарда сделать счетную машину для сложения и умножения шестизначных десятичных чисел - это его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Познакомившись с работой великого астронома, главным образом с математическими расчетами, Шикард загорелся идеей помочь ему выполнять эту тяжелую работу. В письме от его имени, отправленному в 1623 году, он сделал наброски счетной машины.
Шиккард изобрел и разработал модель шестиразрядного механического вычислительного устройства, выполняющего простые математические функции, такие как – складывать и вычитать числа. Недаром его называли «часами для счета». Машина Шиккарда содержала суммирующее и множительное устройства, а также механизм для записи промежуточных результатов.
Рисунок 3 – Копия эскизов счетной машины В. Шиккарда
К сожалению, история не сохранила сведения о том, была ли такая машина выполнена. Скорее всего, ранняя смерть от чумы, охватившей Европу, помешала ученому выполнить свой план.
Однако в 1960 году его сумматор был воссоздан в соответствии с чертежами и подтвердил свою работоспособность.
Рисунок 4 – Современный прообраз машины Шиккарда
Идеи Леонардо да Винчи и Вильгельма Шикарда стали известны только в наше время. Они были неизвестны современникам.
Вычислительная машина Паскаля и арифметический прибор Лейбница
В XVII веке ситуация меняется. В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда очень мало людей знали французского ученого, создает операционную машину для расчетов - «Паскалину».[2]
Рисунок 5 – Вычислительная машина Б.Паскаля
Сначала он сделал ее одной целью - помочь отцу в расчетах, выполняемых при сборе налогов. В течение следующих четырех лет он создал более совершенные образцы машины. Они были шести- и восьмибитными, построенными на основе зубчатых колес, могли выполнять сложение и вычитание десятичных чисел. Было создано около 50 моделей таких машин, Б. Паскаль получил королевскую привилегию для их производства, но практическое применение Паскаля не было получено, хотя о них много сказано и написано (в основном во Франции).
В 1673 году еще один великий европейский немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716) создает счетную машину для сложения и умножения двенадцатизначных десятичных чисел. К множеству зубчатых колес он добавил ступенчатый вал, который позволял размножаться и делиться.
Рисунок 6 – Вычислительная машина Лейбница
«... Моя машина позволяет размножаться и делить огромные числа мгновенно, не прибегая к последовательным сложениям и вычитаниям», - писал один из своих друзей В. Лейбниц. О машине Лейбница известно в большинстве стран Европы.
В компьютерах, появившихся более двух столетий спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (то же, что и «арифметическое устройство» Лейбница), называлось арифметическим. Позже, по мере добавления логических действий, оно стало называться арифметико-логическим (ALU). Оно стало основным устройством современных компьютеров.
Таким образом, два гения XVII века установили первые вехи в истории развития цифровых компьютеров. Однако заслуги В. Лейбница не ограничиваются созданием «арифметического устройства». Начиная со студенческих лет и на протяжении всей своей жизни, он изучал свойства системы двоичных чисел, которая позже стала основной в создании компьютеров. Он придавал ей некоторый мистический смысл и считал, что на ее основе можно создать универсальный язык для объяснения явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии. Образец медали, созданной В. Лейбницем в 1697 году, сохранен и объясняет связь между двоичными и десятичными системами.
Рисунок 7 – Медаль В. Лейбница
Ткацкий станок Жаккарда, технология вычислений Прони и аналитическая машина Бэббиджа
В 1799 году во Франции Джозеф Мари Жаккард (1752-1834) изобрел ткацкий станок, в котором перфокарты использовались для указания рисунка на ткани.
Рисунок 7 – Ткацкий станок Жаккарда с перфокартами
Необходимые исходные данные были в виде пробоев в соответствующих местах перфокарты. Таким образом, это было первое примитивное устройство для хранения информации.
Рисунок 8 – Перфокарты станка Жаккарда
В 1795 году немецкий математик Гаспар Прони (1755-1839), который был заказан французским правительством для выполнения работ, связанных с переходом к метрической системе мер, впервые в развитом мире разделил труд математиков на три компонента.
Первая группа из нескольких высококвалифицированных математиков определила (или разработала) методы численного расчета, необходимые для решения задач, позволяя сократить вычисления до арифметических операций - складывать, вычитать, умножать, делить. Задача последовательности арифметических операций и определения, исходных данных была выполнена второй группой математиков, несколько более расширенной по составу. Для выполнения завершенной «программы», состоящей из последовательности арифметических операций, не было необходимости привлекать высококвалифицированных специалистов. Эта самая трудоемкая часть работы была поручена третьей и самой многочисленной группе для расчетов.
Такое разделение труда позволяет ускорить получение результатов и повысить их надежность.
Но главный вывод заключается в том, что этот импульс был направлен на процесс разработки цифровых компьютеров с программным управлением последовательностью арифметических операций.
Последний шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз Бэббидж (1791-1871). Блестящий математик, прекрасно знающий методы вычислений, уже имел опыт создания технических средств для облегчения вычислительного процесса (разностная машина Бэббиджа для табуляции многочленов 1812-1822). Он сразу же увидел в вычислительном принципе, предложенном Г. Прони, возможность дальнейшего развития их работы.[3]
Рисунок 9 – Рабочая разностная машина Ч. Бэббиджав музее компьютерной истории в Маунтейн Вью, Калифорния
Аналитическая машина (как называл ее Бэббидж), проект, разработанный в 1836-1848 годах, был механическим прототипом компьютеров, появившихся спустя столетие. Предполагалось, что у нее такие же базовые компоненты, как в компьютере, пять основных устройств: арифметическое, память, управление, ввод, вывод. Для арифметического устройства Ч. Бэббидж использовались зубчатые колеса, аналогичные используемым ранее. На них Ч. Бэббидж предполагал выполнить устройство из 1000 50-битных регистров (по 50 колес в каждом!). Программа вычислений была основана на перфокартах (перфорации), на них были записаны исходные данные и результаты расчетов. В числе операций, за исключением четырех арифметических операций, была операция условного переноса.
Автоматическое выполнение программ расчета обеспечивалось устройством управления. Время добавления двух 50-битных десятичных чисел было, согласно расчетам ученого, 1 секундой, умножение - 1 минута. Механический принцип построения и использования системы десятичных чисел, из-за которой трудно было создать простую базовую конструкцию, не позволил Ч. Бэббиджу полностью реализовать свое намерение, ему пришлось ограничиться скромными макетами. В противном случае машина была бы равна размеру локомотива, и для управления его устройствами потребовался бы паровой двигатель.
Вычислительные программы на машине Ч. Бэббиджа, составленные дочерью Байрона Адой Аугуста Лавлейс (1815-1852), на удивление похожи на программы, скомпилированные для первых компьютеров. Не случайно это замечательная женщина имеет статус первого программиста. Но, несмотря на все усилия Ч. Бэббидж и А. Лавлейс, машина так и не была построена.
Ученый опередил свое время, и он понял это: ««Вероятно, пройдет половина столетия, прежде чем кто-либо возьмется за такую малообещающую задачу без тех указаний, которые я оставил после себя. ... Только он один полностью сможет понять характер моих усилий и ценность их результатов».
Джордж Буль (1815-1864), который жил в те же годы, также не был понят современниками. Алгебра логики, разработанная им (булева алгебра), использовалась в следующем столетии, когда нужна была бинарная система чисел для написания программ для ЭВМ.
«Соединил» математическую логику с двоичной системой счисления и электрическими цепями американский ученый Клод Шеннон в своей знаменитой диссертации (1936 г.).
Широкое использование счетных механических машин было получено только в 1820 году, когда француз Чарльз Калмар изобрёл машину, которая могла производить четыре основных арифметических действия. Машину Калмара назвали арифмометр. Благодаря своей универсальности арифмометры использовались довольно длительное время до 60-х годов ХХ века.
2 Развитие средств вычислительной техники в 20 столетии
2.1 Цифровые вычислительные машины Конрада Цузе и Говарда Айткена
Через 63 года после смерти Ч. Беббиджа (он почти угадал срок!) нашелся «некто», взявший на себя задачу создать машину, подобную по принципу действия той, которой отдал жизнь Ч. Бэббидж. Им оказался немецкий студент Конрад Цузе (1910-1995). Работу по созданию машины он начал в 1934г., за год до получения инженерного диплома. Конрад ничего не знал ни о машине Бэббиджа, ни о работах Лейбница, ни про алгебру Буля, которая словно создана для того, чтобы проектировать схемы с использованием элементов, имеющих лишь два устойчивых состояния.[4]
Однако он оказался достойным наследником В. Лейбница и Дж. Буля, поскольку вернул к жизни уже забытую двоичную систему счисления, а при расчете схем использовал нечто подобное булевой алгебре. В 1937г. машина Z1 (что означало «Цузе 1») была готова и заработала
Рисунок 10 – Модель вычислительной машины Z1 в Немецком техническом музее Берлина
Она была, подобно машине Бэббиджа, чисто механической. Использование двоичной системы создало чудо - машина занимала всего два квадратных метра на столе в квартире изобретателя. Числа и программа вводилась вручную. Еще через год в машине появилось устройство ввода данных и программы, Цузе использовал киноленту, на которую перфорировалась информация, а механическое арифметическое устройство он заменил на аналоговое последовательного действия на телефонных реле. В этом К. Цузе помог австрийский инженер Гельмут Шрайер, специалист в области электроники. Усовершенствованная машина получила название Z2.
В 1941 г. Цузе с участием Г. Шрайера создает релейную вычислительную машину с программным управлением Z3, содержащую 2000 реле и повторяя основные характеристики Z1 и Z2. Она стала первой в мире полностью релейной цифровой вычислительной машиной с программным управлением и успешно эксплуатировалась. Ее размеры лишь немного превышали размеры Z1 и Z2.
Рисунок 11 – Воссозданный Z3 в Немецком музее г. Мюнхена
Еще в 1938 г. Г. Шрайер предложил использовать для построения Z2 электронные лампы вместо телефонных реле. Тогда К. Цузе усомнился в этом решении.
Но в годы Второй мировой войны он сам пришел к выводу о возможности лампового варианта машины. Они представили свои соображения в военное ведомство, указав, что новая машина могла бы использоваться для расшифровки радиограмм союзников. Однако немецкое правительство, надеясь на скорую победу, не поддержала этот проект.
Так был упущен шанс создать в Германии не только первую релейную, но и первую в мире электронную вычислительную машину.
К этому времени К. Цузе организовал небольшую фирму, и ее усилиями были созданы две специализированные релейные машины S1 и S2. Первая - для расчета деталей крыльев «летающих торпед» - самолетов-снарядов, которыми обстреливался Лондон, вторая - для управления ими. Она оказалась первой в мире управляющей вычислительной машиной.
К концу войны К. Цузе создает еще одну релейную вычислительную машину - Z4. Она окажется единственной сохранившейся из всех машин, разработанных им. Другие будут уничтожены при бомбардировке Берлина и заводов, где они выпускались.
Рисунок 12 – Z4 в экспозиции Немецкого музея в Мюнхене
Итак, К. Цузе установил несколько вех в истории развития компьютеров: первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему счисления (1937 г.), создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 р.) и цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).
Эти поистине блестящие достижения, однако, существенного влияния на развитие вычислительной техники в мире (за исключением Германии) не предоставили. Дело в том, что публикаций о них и какой-либо рекламы из-за секретности работ не было, и поэтому о них стало известно только через несколько лет после окончания Второй мировой войны.
По-другому развивались события в США. В 1944 г. ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. По своим характеристикам (производительность, объем памяти) она была близка к Z3, но существенно отличалась размерами (длина 17 м, высота 2,5 м, вес 5 тонн, 500 000 механических деталей).
Рисунок 13 – Релейно-механическая цифровая вычислительная машина
МАРК-1
В машине использовалась десятичная система счисления. Как и в машине Бэббиджа использовались зубчатые колеса. Управление и связь между ними осуществлялась с помощью реле, число которых превышало 3000. Г. Айкен не скрывал, что многое в конструкции машины он заимствовал у Ч. Бэббиджа. «Если бы был жив Бэббидж, мне ничего было бы делать», - говорил он. Превосходным качеством машины была ее надежность. Установленная в Гарвардском университете, она проработала там 16 лет.
В отличие от работ Цузе, разработка МАРК-1 проводилась открыто, и о создании необычной по тем временам машины быстро узнали во многих странах. За день машина выполняла вычисления, на которые раньше тратилось полгода. Дочь К. Цузе, которая работала в военной разведке и находилась в то время в Норвегии, прислала отцу вырезку из газеты, сообщая о грандиозном достижении американского ученого.
К. Цузе мог торжествовать. Он во многом опередил соперника. Позже он направит ему письмо и скажет об этом.
А правительство Германии в 1980 г. выделит ему 800 тыс. марок для воспроизведения Z1, что он и осуществил вместе с помощью своих студентов. Своего «воскресшего» первенца К. Цузе передал на вечное хранение в музей вычислительной техники в Падеборне.[5]
2.2 Первые ЭВМ
В 1941 году сотрудники Лаборатории баллистических исследований на Абердинском испытательном полигоне в США обратились в ближайшую техническую школу при Пенсильванском университете за помощью в составлении стрелковых таблиц для артиллерийских орудий, надеясь на дифференциальный анализатор Буша в школе, громоздкое механическое аналоговое вычислительное устройство. Однако физик школы Джон Мочли (1907-1986), который любил метеорологию и сделал несколько простых цифровых устройств на электронных лампах для решения проблем в этой области, предложил что-то еще.
Они составил (в августе 1942 года)и послал в военный отдел США создать мощный компьютер (в то время) на электронных лампах. Сотрудники полигона получили финансирование для проекта, а в апреле 1943 года был подписан контракт между полигоном и Пенсильванским университетом на создание компьютера под названием электронный цифровой интегратор и компьютер (Eniak). На это было отпущено 400 тысяч долларов. В работе приняли участие около 200 человек, в том числе десятки математиков и инженеров. Руководителями работы были Дж. Мочли и талантливый инженер-электронщик Препер Экерт (1919-1995). Именно он предложил использовать электронные лампы для машины (их можно было получить бесплатно).
Учитывая, что необходимое количество ламп приближается к 20 000, а средства, выделенные для создания машины, очень ограничены, это было мудрое решение. Он также предложил снизить напряжение ламп, что значительно повысило надежность их работы. Тяжелая работа закончилась в конце 1945 года. Eniak был представлен для тестирования и успешно выдержал их.
Рисунок 14 – ЭВМ ENIAC
В начале 1946 года машина начала рассматривать реальные проблемы. По размеру он был более впечатляющим, чем МАРК-1: 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн. Но это было по производительности в 1000 раз выше MARK-1. Это было результатом использования электронных ламп.
В 1945 году, когда была завершена работа по созданию ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), и ее создатели уже разработали новый электронный цифровой компьютер EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer), в котором они предусмотрели устройство с размещением программ в ОЗУ, Джон фон Нейман (1903-1957), выдающий математик и участник проекта Манхеттен для создания атомной бомбы, был отправлен им в качестве консультанта, чтобы устранить главный недостаток Eniak, сложность внедрения вычислительных программ.[6]
В 1946 году Нейман, Гольдштейн и Беркс (все трое работали в Принстонском институте углубленных исследований) составили отчет, содержащий подробное описание принципов построения цифровых электронных компьютеров. Принципы, изложенные в докладе, были следующими.
1. Машины на электронных элементах не должны работать в десятичной системе, но в двоичной системе счисления.
2. Программа должна быть расположена в одном из блоков машины - памяти.
3. Программа, а также данные должны быть представлены в двоичном коде. Таким образом, форма представления команды и числа одинаковы. Это обстоятельство приводит к следующим важным последствиям:
- результаты вычислений, константы и другие числа могут быть помещены в одно и то же запоминающее устройство, что и программа;
- числовая форма программы.
4. Трудности физической реализации логических цепей требуют иерархической организации памяти.
5. Арифметическое устройство машины выполняется на основе схем, выполняющих операцию сложения, создание специальных устройств для выполнения других операций нецелесообразно.
6. Машина использует параллельный принцип вычислительного процесса (операции над словами выполняются одновременно на всех цифрах).
Нельзя сказать, что перечисленные принципы построения компьютеров были впервые высказаны Дж. Нейманом и остальными авторами. Их заслуга в том, что они, обобщили накопленный опыт. Имя Дж. Неймана привлекло внимание к отчетам, а принципы и структуры компьютеров, выраженных в них, стали называть Неймановскими.
Под руководством Дж. Неймана в Принстонском институте перспективных исследований в 1952 году была создана другая машина на основе электронных ламп МАНИАК, а в 1954 году, другая, без участия Дж. Неймана. Последняя была названа в честь ученого «Джониак». К сожалению, всего три года спустя Дж. Нейман серьезно заболел и умер.
Что касается хранения программ в ОЗУ и теоретического обоснования основных свойств современных компьютеров, Алан Тьюринг (1912-1953) - блестящий математик, опубликовавший свою замечательную работу «Об измеримых числах» (в возрасте 24 лет), об этом говорил в 1936 году.
А. Тьюринг предложил для изучения алгоритмов абстрактную машину, называемую «Машина Тьюринга». В ней он предвидел основные свойства современного компьютера. Данные должны были быть введены в машину с бумаги.
В ней он предвидел основные свойства современного компьютера. Данные должны были быть введены в машину с бумажной ленты, поделенной на клетки-ячейки. Каждая из них должна содержать символ или быть пустой. Машина могла не только обрабатывать символы, записанные на ленту, но и изменять их, стирать старые и записывать их. Для этого она была дополнена логическим блоком, содержащим функциональную таблицу, которая определяла последовательность действий машины. Другими словами, А. Тьюринг предусмотрел наличие некоторого запоминающего устройства для хранения программы действий машины.
2.3 От электронных ламп к транзисторам и интегральным схемам. Закон Мура
Именно с изобретения в 1948 году полупроводниковых устройств - транзисторов - началась революция в компьютерной индустрии. Транзистор был изобретен в Bell Laboratories инженерами Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильямом Шокли. Транзистор является электронным ключом, который заменил громоздкую и неудобную электронную лампу. Поскольку потребляемая транзисторами мощность незначительна, построенные на их основе компьютеры имели гораздо меньшие размеры и отличались более высоким быстродействием и эффективностью.[7]
Появление транзистора послужило началом миниатюризации компьютеров, эта тенденция сохраняется и в настоящее время.
В 1959 году сотрудники фирмы Texas Instruments изобрели интегральную схему - полупроводниковое устройство, в котором без проводов соединяется несколько расположенных на одном кристалле транзисторов. В первой интегральной схеме их было всего шесть. Для сравнения заметим, что современные процессоры, используемые в новейших компьютерных системах, состоит более чем из 6 млн. транзисторов, а интегрированная кэш-память, встроенная в одну из микросхем, содержит еще 32 млн .. транзисторов. Сегодня во многих интегральных схемах используется несколько миллионов транзисторов.
Первый 4-разрядный микропроцессор 4004 фирмы Intel появился в 1971 году. Он содержал 2300 транзисторов и за один раз обрабатывал 4 бита данных. Процессор 4004 выполнял 60 тыс. Операций в секунду, что достаточно мало по современным стандартам. Но в то время появление этого процессора означала существенный прорыв в микроэлектронике.
В 1965 году Гордон Мур готовил доклад о перспективах развития компьютерной памяти. При подготовке этого доклада он нашел интересную особенность: емкость каждой новой микросхемы памяти удваивается по сравнению с ее предшественницей, а сама новая микросхема появляется каждые 18-24 месяца. Построив линию тренда, Мур отметил, что производительность компьютеров будет увеличиваться экспоненциально по времени (рис. 1.1).
Рис. Графическая иллюстрация закона Мура
Эту зависимость стали называть законом Мура. Кстати, этот закон описывает не только рост емкости оперативной памяти, он часто используется для определения степени роста быстродействия процессоров и емкости жестких дисков. За 30 лет количество транзисторов процессора увеличилась в 4000 раз.
Начало развития персонального компьютеров присваивают Роберту Нойсу и Гордону Муру, которые основали фирму Intel.
Фирма разрабатывала биполярную статическую память, и было одно обстоятельство, которое повлияло на дальнейшее развитие компьютеров. Это был заказ японской фирмы Busicom для разработки двенадцати различных микросхем для калькуляторов. Поскольку у компании не было возможности разработать такое большое количество продуктов, была высокая вероятность отказа транзакции. Но был один инженер фирмы, Тед Хофф, предложил интересное решение в этой ситуации, разработать не двенадцать различных микросхем, а одно универсальное устройство, которое заменило бы их все. Решение было принято, и Федерико Фагин провел всю эту работу. В компании-клиенте Busicom Intel возвращает все права на изобретение, и первый микропроцессор 4004 с тактовой частотой 108 кГц поступит в продажу в 1971 году. Но компьютеры еще не пришли к этому моменту.
Для первого персонального компьютера появился еще один процессор Intel-8080, разработанный в 1974 году, уже имеющий тактовую частоту 2 МГц. [12].
Первым, кто объединил различные компоненты в единый блок, была компания MITS, ему было присвоено название Altair 8800. Altair 8800 – первый компьютер. Это был набор деталей и корпус для самостоятельной сборки и отладки ПК. И если сборка была успешной, то пользователи стали программистами, которые сами создавали сами программы, с помощью машинного кода, нулей и единиц и загружали его с помощью тумблеров на передней панели. Ни клавиатуры, ни дисплея у этого компьютера не было, но это был уже персональный компьютер, хотя и примитивный. Примерно в то же время другая фирма IMSAI выпускает ту же коробку с тумблерами, с тем же набором аксессуаров и параметрами.
К концу семидесятых подобные компьютеры уже предлагали десятки таких компаний.
К началу 1980-х годов ситуация на компьютерном рынке крупных фирм была не очень благоприятной. Персональный компьютер в то время не вызывал большой уверенности у таких крупных компаний, как IBM, но не желая оставаться в стороне, руководство компании принимает решение разработать свою первую модель персонального компьютера. На основе этого было выделено подразделение, которое взяло на себя обязательство разработать ПК, оно решает выбрать открытую архитектуру компьютера. Это позволяет создавать компьютер из отдельных блоков и не тратить много денег на его изготовление, поскольку любая другая компания может разрабатывать различные периферийные устройства и компоненты. В этом случае пользователь может выбрать то, что ему может понадобиться, и при необходимости купить.
Итак, мир пришел к открытой архитектуре. Компьютерная компания IBM назвала свой первый компьютер IBM PC 5150, согласно некоторым показателям, он, конечно же, уступал своим конкурентам в то время. Мощность процессора Intel 8088 была достаточной для работы с операционной системой MS-DOS. [11].
Только благодаря открытой архитектуре этот проект начал развиваться. Как и сама IBM, другие фирмы разрабатывают отдельные компоненты ПК, используют новые технологии и ищут решения возникающих проблем. В 1983 году IBM выпустила обновленный ПК-5160, уже имеющий возможность установки жесткого диска, на тот же процессор 8088, с таким же объемом оперативной памяти. И год спустя на новом процессоре Intel-80286 появился ПК AT. Этот компьютер уже является последним выпуском IBM, он не может конкурировать с другими подобными изделиями. Следующий IBM-совместимый компьютер, основанный на процессоре Intel-80386, выпускается другой компанией.
При переходе от первого к третьему поколению возможности программирования радикально изменились. Появление высокоуровневых процедурных языков и переводчиков из них стало первым шагом на пути к радикальному расширению круга программистов. Ученые и инженеры начали писать программы для решения своих проблем.
Уже в третьем поколении существует большая унифицированная серия компьютеров. Для больших и средних машин в США это, прежде всего, семейство IBM 360/370. В СССР, 1970-е и 1980-е годы, компьютеры СМ (малой системы) и «Электроника» (микрокомпьютерная серия), компьютеры ЕС (единая система) (машины большого и среднего размера). Они были основаны на американских прототипах IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). С того времени было создано множество компьютерных моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью.
3 Развитие средств вычислительной техники в 21 столетии
Производители жестких дисков, независимых производителей записывающих головок и планшетов, уже более десяти лет занимаются исследованиями и разработками технологий для HAMR-накопителей.
Архитектура микропроцессоров с 2015 года больше не характеризуется производительностью. Они отличаются богатством и разнообразием свойств, инструментами управления питанием, повышенной надежностью, безопасностью и управляемостью, а также возможностью взаимодействия со всеми другими компонентами платформы. Планы Intel включают в себя разработку ряда технологий, наиболее важным из которых является многопроцессорность на уровне кристалла (CMP). Корпорация Intel продолжает разрабатывать одно из важнейших направлений в архитектуре микропроцессоров - повышение уровня параллелизма, что ведет к повышению производительности.
Эти усовершенствования стали возможными благодаря следующему важному шагу - переходу от одного монолитного ядра к множеству ядер на монокристалле. Intel давно начала серийное производство платформ на базе многоядерных процессоров. В процессе развития количество ядер будет постоянно расти.[8]
В ближайшие годы появятся процессоры Intel, которые будут содержать много - до сотен ядер.
Архитектуры с поддержкой многопроцессорности на уровне кристалла стали основой будущих микропроцессоров, поскольку они позволяют достичь непревзойденной производительности, и в то же время способны обеспечивать эффективное управление мощностью и охлаждением. В отличие от ориентации на большие энергоемкие вычислительные ядра с высокой теплоотдачей кристаллы Intel CMP будут активировать те ядра, которые необходимы для выполнения текущей задачи, а оставшиеся ядра будут отключены. Такой малогабаритный контроль вычислительных ресурсов позволяет кристаллу потреблять столько электроэнергии, сколько потребуется в данный момент времени.
ОЗУ является одним из основных компонентов любого стационарного и мобильного компьютера, поскольку его производительность напрямую зависит от производительности системы. Наиболее важными характеристиками ОЗУ являются рабочая частота чипов, задержки доступа к данным и энергопотребление. До сих пор требования пользователей удовлетворяли микросхемы памяти DDR3, которые в то же время заменяются обычными модулями DDR2. В свое время память DDR3 была воспринята не более чем сомнительной экзотикой, но со временем память стала выпускаться в этом стандарте.
Однако время не стоит на месте, и в настоящее время популярным типом оперативной памяти является DDR4. Из предыдущих поколений она имеет более высокие частотные характеристики, повышенную скорость передачи данных и пониженное напряжение. Память DDR4 имеет увеличенную рабочую частоту и отличную скорость доступа к данным. Память нового поколения позволила значительно увеличить количество серверных, настольных и мобильных систем. Для обеспечения задержки новые модули памяти имеют 16 банков на каждой пластине.
Кроме того, DDR4 представил более эффективные методы проверки четности и ошибок ECC. На это, в частности, положительно влияет стабильность серверной платформы. В дополнение к высокой производительности память DDR4 может похвастаться высокой пропускной способностью благодаря использованию технологии межслоевых соединений TSV и 3D-архитектуры 3D-штабелирующих чипов.
В модулях памяти DDR4 было снижено потреблением энергии. Модули памяти DDR4 используют напряжение питания до 1,1-1,2. В результате энергосбережение может составлять до 20 - 40 процентов по сравнению с модулями памяти предыдущего поколения. В то же время производительность новых чипов увеличивается в несколько раз. Снижение энергопотребления способствует меньшему нагреву модулей.[9]
Вскоре на рынке появится более продвинутое решение. Комитет по стандартизации полупроводниковых продуктов JEDEC объявил, что разработка нового стандарта для памяти DDR5 уже началась и движется быстро.
Усложняя центральные процессоры, на будущих компьютерах проблема охлаждения чипов станет все более сложной, так как плотность электронного наполнения будет увеличиваться. Ранее AMD уже столкнулась с этой проблемой, но в будущем эта проблема станет актуальной для Intel, уверены независимые эксперты.
Заключение
Последние годы характеризуются растущим интересом к истории развития информатики, в первую очередь к истории развития вычислительной техники и ее создателей. В большинстве развитых стран были созданы музеи вычислительной техники.
История создания цифрового вычислительного оборудования началась много веков назад. Это увлекательно и поучительно, связано с именами известных ученых мира.
Темпы развития компьютеров имеют самые смелые прогнозы. Например, президент и основатель одной из ведущих компьютерных фирм, Digital Equipment Corporation, Кен Олсон (Ken Olson) в 1977 году в интервью сказал, что нет причин, по которым кто-то хотел бы иметь компьютер, а самый массовый персональный компьютер появился на рынке: сначала персональный компьютер (ПК) Apple (1976), а в 1981 году и IBM PC.
В 1983 году наиболее известный человек в компьютерном мире, основатель и постоянный исполнительный директор Microsoft Билл Гейтс (Bill Gates) заявил, что никакой компьютерной программе не понадобится больше 640 Кбайт оперативной памяти, а теперь его компания производит программные продукты, требующие порядка сотен и тысяч МБ.
И по-прежнему трудно следовать «закону Мура» каждый год, поэтому его близкий конец был предсказан неоднократно. Тем не менее, человеческий гений и изобретательность находят все новые оригинальные пути выхода из технологических и производственных трудностей, которые стоят на пути безудержной компьютерной гонки. Однако прогресс компьютерных технологий не может продолжаться вечно, рано или поздно мы наткнемся на предел, обусловленный как законами природы, так и экономическими законами.
Список использованных источников
- Голицына, О.Л. Информационные технологии: Учебник / О.Л. Голицына, Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: Форум, ИНФРА-М, 2015. - 608 c.
- История отечественной электронной вычислительной техники — М.: Столичная энциклопедия, 2014. – 576 с.
- Леонтьев В.П. Новейший самоучитель. Компьютер + Интернет 2013. – М.: Олма Медиа Групп, 2016. – 641 с.
- Максимов, Николай Вениаминович. Современные информационные технологии [Текст] : учеб. для студ. учрежд. средн. проф. образования, обучающихся по группе спец. «Информатика и вычислительная техника» / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. - М. : Форум, 2014. - 512 с.
- Морозов Ю.М. История и методология вычислительной техники – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 342 с.
- Отечественная электронная вычислительная техника. Биографическая энциклопедия — М.: Столичная энциклопедия, 2014. – 400 с.
- Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники — СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 256 с.
- Хлебников, А.А. Информационные технологии: Учебник / А.А. Хлебников. - М.: КноРус, 2014. - 472 c.
- Цветкова М.С. Информатика и ИКТ. / М.С.Цветкова, Л.С.Великович 3-е изд., стер. - М.: ИНФРА, 2015. – 352 с.
- История и направления развития вычислительной техники [Электронный ресурс] Режим доступа URL: http://bourabai.kz/einf/Glava2.htm
- История компьютерной техники [Электронный ресурс] Режим доступа URL: http://scsiexplorer.com.ua/index.php/ljudi-i-tehnologii/istorija-kompjuternoj-elektroniki.html
- История развития вычислительной техники [Электронный ресурс] Режим доступа URL: http://cssblok.ru/computer/istvtexnika.html
-
Голицына, О.Л. Информационные технологии: Учебник / О.Л. Голицына, Н.В. Максимов, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - М.: Форум, ИНФРА-М, 2015. - 608 c. ↑
-
История отечественной электронной вычислительной техники — М.: Столичная энциклопедия, 2014. – 576 с. ↑
-
Леонтьев В.П. Новейший самоучитель. Компьютер + Интернет 2013. – М.: Олма Медиа Групп, 2016. – 641 с. ↑
-
Максимов, Николай Вениаминович. Современные информационные технологии [Текст] : учеб. для студ. учрежд. средн. проф. образования, обучающихся по группе спец. «Информатика и вычислительная техника» / Н. В. Максимов, Т. Л. Партыка, И. И. Попов. - М. : Форум, 2014. - 512 с. ↑
-
Морозов Ю.М. История и методология вычислительной техники – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 342 с. ↑
-
Отечественная электронная вычислительная техника. Биографическая энциклопедия — М.: Столичная энциклопедия, 2014. – 400 с. ↑
-
Ревич Ю. В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники — СПб.: БХВ-Петербург, 2014. – 256 с. ↑
-
Хлебников, А.А. Информационные технологии: Учебник / А.А. Хлебников. - М.: КноРус, 2014. - 472 c. ↑
-
Цветкова М.С. Информатика и ИКТ. / М.С.Цветкова, Л.С.Великович 3-е изд., стер. - М.: ИНФРА, 2015. – 352 с. ↑
- Разработка регламента выполнения процесса «Управление портфелем продукции
- Анализ денежных средств предприятия. Теория и анализ
- Влияние процесса коммуникаций на эффективность управления организацией.
- «Программные и аппаратные средства ограничения доступа к ресурсам ПК и сетей»
- «Проектирование реализации операций бизнес-процесса «Управление денежными потоками».
- «Классификация и характеристика видов, методов и средств защиты информации и их соотношение с объектами защиты»
- Сущность и методы анализа финансовых ресурсов фирмы
- Элементы нейронных сетей
- «Формы (источники) права»
- Автоматизация материально-технического учета АО «Связь
- Разработка и реализация конфигурации «Интернет-магазин электроники PROPCSHOP» на платформе 1С:Предприятие
- Оформление доверенности. Виды доверенности.