Введение
В познании деятельности компьютера есть несколько уровней. Первый из них, необходимый каждому специалисту, — уровень архитектуры. Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за приделы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.
Уровень архитектуры достаточно глубок, он включает вопросы управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня, и тем не менее без представления о нём невозможно понять реальную работу компьютера.
Следующий уровень – логические принципы и схемы реализации основных операциональных узлов компьютера (триггеров, сумматоров и т. д.). Понимание этих принципов весьма желательно и существенно расширит кругозор специалиста в области информатики (и её преподавания).
Начальный этап развития вычислительной техники
Всё началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Ещё около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.
От замечательного курьёза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объёма вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооружённого соответствующей техникой. Над её созданием и совершенствованием работали как выдающиеся учёные с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.
Ещё в 70-х годах XX века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабжённые электрическим приводом – электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит ещё к первой половине XIX века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.
Автоматическое выполнение операций.
Для выполнения расчётов большого объёма существенно не только то, как быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно.
Работа по вводимой “на ходу” программе.
Для автоматического выполнения операций программа должна вводится в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.
Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж назвал его “складом”).
Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти век! Они настолько опередили своё время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.
Впервые автоматически действующие вычислительные устройства появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря использованию наряду с механическими конструкциями электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ним знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счётные колёса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.
Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надёжными.
Развитие элементной базы компьютеров
Как было отмечено выше, история современных компьютеров насчитывает пять поколений. Условно выделяют соответственно, и пять периодов развития компьютерной техники. Интересно посмотреть, какие же ключевые события происходили в эти периоды и какие открытия приводили к смене компьютерных поколений.
Начало 50-х – конец 50-х.
Появление и расцвет компьютеров первого поколения (элементарная база: электронные лампы), программирование в кодах. Именно в этот период был изобретён транзистор.
Считается, что прародителями первого современного компьютера были Джон Апанасофф (автор проекта) и Клиффорд Герри (конструктор первого компьютера). Компьютер был назван АВС. Разработка проекта началась в 1939 году, а закончилась созданием опытного образца в 1942 году. Однако многие эксперты датой рождения компьютеров первого поколения считают 1944 год, когда был построен компьютер “Марк-1”, получивший мировую известность. Это была машина внушительных размеров – около 17 метров в длину, содержащая 75000 электронных рамп и 3000 механических реле. Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления – за 12 секунд. Таким образом (имея в виду, что мы привыкли считать вычислительную мощность в количестве вычислений в секунду), у этого компьютера данный показатель был меньше единицы!
Вскоре появился ещё один компьютер, который завоевал мировую известность, — ENIAC (авторы проекта – Джон Мочли и Преспер Эккерт). К началу 50-х ламповые компьютеры получили широкое распространение. Они потребляли большое количество энергии, были крайне несовершенны, однако факт их появления трудно переоценить с точки зрения развития всех последующих поколений ЭВМ.
Практическое применение изобретённого в 1947 году транзистора с конца 50-х оказало решающее воздействие на развитие вычислительной техники. Это открытие определило сущность второго поколения компьютеров – компьютеров на базе полупроводниковых элементов. Исследованием полупроводников занимались многие учёные, однако наиболее известны эксперименты Уильяма Бедфорда Шокли 1947 года; именно эта дата фигурирует в большинстве источников как дата изобретения транзистора. В 1956 году за труды в области полупроводниковой техники Бедфорду Шокли была присуждена Нобелевская премия. Однако использование ламповых компьютеров продолжалось вплоть до начала 70-х годов.
С начала 50-х ламповые машины стали достаточно быстро совершенствоваться. Это направление активно развивалось в СССР. В 1950 году была запущена в эксплуатацию ЭЦВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина), которая производила уже более 100 операций в секунду. А ещё через два года появилась ЭВМ БЭСМ (10 000 операций в секунду). Важное событие произошло в 1955 году: под руководством главного конструктора Г.Амдала в компании IBM была разработана первая коммерческая ЭВМ с аппаратной плавающей арифметикой.
С конца 50-х годов начинают внедрятся полупроводниковые технологии. Например, в 1958 году в СССР была разработана ЭВМ М-20 на ламповых и полупроводниковых элементах.
Конец 50-х – середина 60-х.
Продолжается выпуск ламповых машин. Начинается внедрение полупроводниковых элементов, появляются компьютеры второго поколения: компьютеры уменьшились в размерах, появились так называемые мини-компьютеры, начали применятся алгоритмические языки.
В 1960 году в СССР была разработана первая отечественная полупроводниковая управляющая машина “Днепр”. Полупроводниковые технологии позволили не только повысить надежность, но и существенно уменьшить габариты машин. В начале 60-х компания DEC разработала свой первый мини-компьютер PDP-1, а через два года начались продажи компьютеров PDP-5. Параллельно наращивалась вычислительная мощность компьютеров: и 1962 году IBM разработала для ядерной лаборатории в Лос-Аламосе модель 7030; и 1964 году Сеймур Крей создал ЭВМ CDC 6000, которая и в течение нескольких лет была самым производительным компьютером в мире. А годом позже в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ 6, который имел производительность 1 млн. операций в секунду. (Примерно в тот же период IBM разработала свои системы IBM System 360.) В это время у нас наблюдалось бурное развитие техники: был начат выпуск знаменитых машин “Минск-32”, “Наири” и семейства “Уралов”.
Середина 60-х – середина 70-х.
Появление так называемой малой степени интеграции (small scale integration) – интегральных микросхем и, соответственно, возникновение компьютеров третьего поколения. Дальнейшее уменьшение габаритов, доступ с удалённых терминалов. В этот период появляется первый микропроцессор.
В 1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца 60-х были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного мини-компьютера PDP-11/20. IBM начинает выпуск первого компьютера из семейства System 370. В 1970-м Intel выпустила первую доступную на рынке микросхему динамической памяти. Особенно важные результаты принёс 1969-й: в этом году сотрудник Intel Тед Хофф изобрёл микропроцессор. В 1970 году другой сотрудник Intel Фредерико Фагин начал работы по проектированию микропроцессора. А через год появился первый в мире четырёхразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, его тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60 000 операций в секунду, адресуемая память 640 байт, цена 200 $. Основными разработчиками проекта являлись Боб Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув, документация была написана Адамом Осборном. Ещё через год Intel разработала восьмиразрядный процессор 8008 для корпорации Computer Terminal Corp (тактовая частота 108 кГц, 3500 транзисторов, адресное пространство 16 Кбайт). Начиная с данного процессора, Intel удерживает лидерство в области развития микропроцессорной техники и постоянно предлагает на рынок всё более производительные процессоры. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала 70-х в СССР началось производство машин Единой Серии, которые сыграли существенную роль в развитии отечественной вычислительной техники, — ЕС-1020 (1971), ЕС-1030 (1972), ЕС-1050 (1973).
Середина 70-х – середина 80-х.
Появляются компьютеры четвёртого поколения на базе микропроцессоров. Получают распространение персональные компьютеры, имеет место их массовое производство и потребление. Наряду с созданием дешёвых микро-ЭВМ совершенствуются многопроцессорные мощные вычислительные системы.
В 1974 году на базе процессора Intel 8080 был спроектирован компьютер “Альтаир 8800”, который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Через год после выхода процессора Intel 8080 Motorola выпустила свой 8-разрядный процессор 6800, получивший широкое распространение.
Следующее важное событие, которое способствовало широкому распространению будущих “домашних” компьютеров, — появление в1977 году компьютера Apple II компании Apple Computer Corporation на процессоре 6502. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности цветной графики и звука.
В 1978 году Intel анонсировала процессор 8086, открывший счёт семейству процессоров 80*86. Чип имел 16-разрядные регистры, 20-разрядный адрес, возможность адресовать до 1 Мбайт ОЗУ и обладал тактовой частотой 4-10 МГц.
В последующие два года произошли события, определившие развитие наиболее массового персонального компьютера IBM PC. В 1979 году Intel анонсировала микропроцессор i8088. Этот чип мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду. Именно этот процессор в 1981 году фирма IBM выбрала для своего исторического компьютера IBM 5150 Personal Computer, который большинством экспертов признаётся первым персональным компьютером в мире.
В 1982 году была основана компания Sun Microsystems, которая впоследствии внесла огромный вклад в создание “сетевого компьютера”. В СССР в начале 80-х был налажен выпуск машин ЕС-1045, появились машины СМ-14 10, СМ-14 20. В этот период шли разработки отечественного персонального компьютера ПЭВМ “Агат”, который серийно начал выпускаться с 1985 года.
С середины 80-х начинается эпоха пятого поколения компьютеров. Элементная база: сверхбольшие интегральные схемы СБИС, резкий рост вычислительной мощности компьютеров, широкомасштабное внедрение компьютерных сетей.
Переход к компьютерам пятого поколения, прежде всего, проявился в колоссальной миниатюризации элементной базы и в наращивании вычислительной мощности и памяти компьютеров. При сохранении понятия “микропроцессор” количественные изменения привели к качественно новым возможностям. Чтобы понять эффект перехода к компьютерам пятого поколения, уместно привести высказывание Дейвида Арнольда, который в 1988 году прокомментировал известное выражение о том, что если бы производительность автомобильной промышленности возрастала с такой же скоростью, как компьютерная, то “роллс-ройс” смог бы проехать 3 млн. миль на одном галлоне бензина. В частности, он сказал: “Теперь (в 1988 году) и половины унции бензина (15 г) хватило бы на всю жизнь машины, а цена роллс-ройса не составляла бы и одного доллара”.
Список литературы
Леонтьев В., Новейшая энциклопедия персонального компьютера – М: ОЛМО – ПРЕСС, 1999 – 640 с.
Рязанцев О., Лучшие издания на российском рынке // Компьютер-ПРЕСС – 1999.-№1 и №4.
Журнал, Компьютер-пресс. 2000г. №1 10-14с.
Шафрин Ю.А. Информационные технологии Ч1-М.
www.ronl.ru
История создания ПК
Введение
В познании деятельности компьютера есть несколько уровней. Первый из них, необходимый каждому специалисту, - уровень архитектуры. Архитектура – это наиболее общие принципы построения ЭВМ, реализующие программное управление работой и взаимодействием основных функциональных узлов. На этом уровне не требуется знание схемных решений современной радиотехники и микроэлектроники. Последнее вообще выходит за приделы информатики, оно требуется лишь разработчикам физических элементов компьютеров.
Уровень архитектуры достаточно глубок, он включает вопросы управления работой ЭВМ (программирования) на языке машинных команд (ассемблера). Такой способ управления гораздо сложнее, чем написание программ на языках высокого уровня, и тем не менее без представления о нём невозможно понять реальную работу компьютера.
Следующий уровень – логические принципы и схемы реализации основных операциональных узлов компьютера (триггеров, сумматоров и т. д.). Понимание этих принципов весьма желательно и существенно расширит кругозор специалиста в области информатики (и её преподавания).
Начальный этап развития вычислительной техники
Всё началось с идеи научить машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Ещё около 1500 г. великий деятель эпохи Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.
От замечательного курьёза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объёма вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооружённого соответствующей техникой. Над её созданием и совершенствованием работали как выдающиеся учёные с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.
Ещё в 70-х годах XX века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабжённые электрическим приводом – электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит ещё к первой половине XIX века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.
Автоматическое выполнение операций.
Для выполнения расчётов большого объёма существенно не только то, как быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно.
Работа по вводимой “на ходу” программе.
Для автоматического выполнения операций программа должна вводится в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись для управления ткацкими станками.
Необходимость специального устройства – памяти – для хранения данных (Бэббидж назвал его “складом”).
Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти век! Они настолько опередили своё время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.
Впервые автоматически действующие вычислительные устройства появились в середине XX века. Это стало возможным благодаря использованию наряду с механическими конструкциями электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ним знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счётные колёса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.
Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надёжными.
Развитие элементной базы компьютеров
Как было отмечено выше, история современных компьютеров насчитывает пять поколений. Условно выделяют соответственно, и пять периодов развития компьютерной техники. Интересно посмотреть, какие же ключевые события происходили в эти периоды и какие открытия приводили к смене компьютерных поколений.
Начало 50-х – конец 50-х.
Появление и расцвет компьютеров первого поколения (элементарная база: электронные лампы), программирование в кодах. Именно в этот период был изобретён транзистор.
Считается, что прародителями первого современного компьютера были Джон Апанасофф (автор проекта) и Клиффорд Герри (конструктор первого компьютера). Компьютер был назван АВС. Разработка проекта началась в 1939 году, а закончилась созданием опытного образца в 1942 году. Однако многие эксперты датой рождения компьютеров первого поколения считают 1944 год, когда был построен компьютер “Марк-1”, получивший мировую известность. Это была машина внушительных размеров – около 17 метров в длину, содержащая 75000 электронных рамп и 3000 механических реле. Данный компьютер производил вычисления с точностью до 23 значащих цифр и при этом выполнял операцию сложения за 3 секунды, а деления – за 12 секунд. Таким образом (имея в виду, что мы привыкли считать вычислительную мощность в количестве вычислений в секунду), у этого компьютера данный показатель был меньше единицы!
Вскоре появился ещё один компьютер, который завоевал мировую известность, - ENIAC (авторы проекта – Джон Мочли и Преспер Эккерт). К началу 50-х ламповые компьютеры получили широкое распространение. Они потребляли большое количество энергии, были крайне несовершенны, однако факт их появления трудно переоценить с точки зрения развития всех последующих поколений ЭВМ.
Практическое применение изобретённого в 1947 году транзистора с конца 50-х оказало решающее воздействие на развитие вычислительной техники. Это открытие определило сущность второго поколения компьютеров – компьютеров на базе полупроводниковых элементов. Исследованием полупроводников занимались многие учёные, однако наиболее известны эксперименты Уильяма Бедфорда Шокли 1947 года; именно эта дата фигурирует в большинстве источников как дата изобретения транзистора. В 1956 году за труды в области полупроводниковой техники Бедфорду Шокли была присуждена Нобелевская премия. Однако использование ламповых компьютеров продолжалось вплоть до начала 70-х годов.
С начала 50-х ламповые машины стали достаточно быстро совершенствоваться. Это направление активно развивалось в СССР. В 1950 году была запущена в эксплуатацию ЭЦВМ МЭСМ (Малая электронная счётная машина), которая производила уже более 100 операций в секунду. А ещё через два года появилась ЭВМ БЭСМ (10 000 операций в секунду). Важное событие произошло в 1955 году: под руководством главного конструктора Г.Амдала в компании IBM была разработана первая коммерческая ЭВМ с аппаратной плавающей арифметикой.
С конца 50-х годов начинают внедрятся полупроводниковые технологии. Например, в 1958 году в СССР была разработана ЭВМ М-20 на ламповых и полупроводниковых элементах.
Конец 50-х – середина 60-х.
Продолжается выпуск ламповых машин. Начинается внедрение полупроводниковых элементов, появляются компьютеры второго поколения: компьютеры уменьшились в размерах, появились так называемые мини-компьютеры, начали применятся алгоритмические языки.
В 1960 году в СССР была разработана первая отечественная полупроводниковая управляющая машина “Днепр”. Полупроводниковые технологии позволили не только повысить надежность, но и существенно уменьшить габариты машин. В начале 60-х компания DEC разработала свой первый мини-компьютер PDP-1, а через два года начались продажи компьютеров PDP-5. Параллельно наращивалась вычислительная мощность компьютеров: и 1962 году IBM разработала для ядерной лаборатории в Лос-Аламосе модель 7030; и 1964 году Сеймур Крей создал ЭВМ CDC 6000, которая и в течение нескольких лет была самым производительным компьютером в мире. А годом позже в СССР появился первый суперкомпьютер БЭСМ 6, который имел производительность 1 млн. операций в секунду. (Примерно в тот же период IBM разработала свои системы IBM System 360.) В это время у нас наблюдалось бурное развитие техники: был начат выпуск знаменитых машин “Минск-32”, “Наири” и семейства “Уралов”.
Середина 60-х – середина 70-х.
Появление так называемой малой степени интеграции (small scale integration) – интегральных микросхем и, соответственно, возникновение компьютеров третьего поколения. Дальнейшее уменьшение габаритов, доступ с удалённых терминалов. В этот период появляется первый микропроцессор.
В 1965 году был выпущен массовый мини-компьютер PDP-8. До конца 60-х были разработаны модели PDP-10 и первого 16-разрядного мини-компьютера PDP-11/20. IBM начинает выпуск первого компьютера из семейства System 370. В 1970-м Intel выпустила первую доступную на рынке микросхему динамической памяти. Особенно важные результаты принёс 1969-й: в этом году сотрудник Intel Тед Хофф изобрёл микропроцессор. В 1970 году другой сотрудник Intel Фредерико Фагин начал работы по проектированию микропроцессора. А через год появился первый в мире четырёхразрядный микропроцессор Intel 4004, содержащий 2300 транзисторов на кристалле, его тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60 000 операций в секунду, адресуемая память 640 байт, цена 200 $. Основными разработчиками проекта являлись Боб Нойс, Гордон Мур и Энди Гроув, документация была написана Адамом Осборном. Ещё через год Intel разработала восьмиразрядный процессор 8008 для корпорации Computer Terminal Corp (тактовая частота 108 кГц, 3500 транзисторов, адресное пространство 16 Кбайт). Начиная с данного процессора, Intel удерживает лидерство в области развития микропроцессорной техники и постоянно предлагает на рынок всё более производительные процессоры. Говоря об отечественной компьютерной промышленности, следует сказать, что с начала 70-х в СССР началось производство машин Единой Серии, которые сыграли существенную роль в развитии отечественной вычислительной техники, - ЕС-1020 (1971), ЕС-1030 (1972), ЕС-1050 (1973).
Середина 70-х – середина 80-х.
Появляются компьютеры четвёртого поколения на базе микропроцессоров. Получают распространение персональные компьютеры, имеет место их массовое производство и потребление. Наряду с созданием дешёвых микро-ЭВМ совершенствуются многопроцессорные мощные вычислительные системы.
В 1974 году на базе процессора Intel 8080 был спроектирован компьютер “Альтаир 8800”, который некоторые эксперты называют первым персональным компьютером в истории развития техники. Через год после выхода процессора Intel 8080 Motorola выпустила свой 8-разрядный процессор 6800, получивший широкое распространение.
Следующее важное событие, которое способствовало широкому распространению будущих “домашних” компьютеров, - появление в1977 году компьютера Apple II компании Apple Computer Corporation на процессоре 6502. Это был первый прообраз современного мультимедийного компьютера, который предоставлял возможности цветной графики и звука.
В 1978 году Intel анонсировала процессор 8086, открывший счёт семейству процессоров 80*86. Чип имел 16-разрядные регистры, 20-разрядный адрес, возможность адресовать до 1 Мбайт ОЗУ и обладал тактовой частотой 4-10 МГц.
В последующие два года произошли события, определившие развитие наиболее массового персонального компьютера IBM PC. В 1979 году Intel анонсировала микропроцессор i8088. Этот чип мог физически адресовать область памяти в 1 Мбайт. Первоначально микропроцессор i8088 работал с частотой 4,77 МГц и имел быстродействие около 0,33 млн. инструкций в секунду. Именно этот процессор в 1981 году фирма IBM выбрала для своего исторического компьютера IBM 5150 Personal Computer, который большинством экспертов признаётся первым персональным компьютером в мире.
В 1982 году была основана компания Sun Microsystems, которая впоследствии внесла огромный вклад в создание “сетевого компьютера”. В СССР в начале 80-х был налажен выпуск машин ЕС-1045, появились машины СМ-14 10, СМ-14 20. В этот период шли разработки отечественного персонального компьютера ПЭВМ “Агат”, который серийно начал выпускаться с 1985 года.
С середины 80-х начинается эпоха пятого поколения компьютеров. Элементная база: сверхбольшие интегральные схемы СБИС, резкий рост вычислительной мощности компьютеров, широкомасштабное внедрение компьютерных сетей.
Переход к компьютерам пятого поколения, прежде всего, проявился в колоссальной миниатюризации элементной базы и в наращивании вычислительной мощности и памяти компьютеров. При сохранении понятия “микропроцессор” количественные изменения привели к качественно новым возможностям. Чтобы понять эффект перехода к компьютерам пятого поколения, уместно привести высказывание Дейвида Арнольда, который в 1988 году прокомментировал известное выражение о том, что если бы производительность автомобильной промышленности возрастала с такой же скоростью, как компьютерная, то “роллс-ройс” смог бы проехать 3 млн. миль на одном галлоне бензина. В частности, он сказал: “Теперь (в 1988 году) и половины унции бензина (15 г) хватило бы на всю жизнь машины, а цена роллс-ройса не составляла бы и одного доллара”.
Список литературы
Леонтьев В., Новейшая энциклопедия персонального компьютера – М: ОЛМО – ПРЕСС, 1999 – 640 с .
Рязанцев О., Лучшие издания на российском рынке // Компьютер-ПРЕСС – 1999.-№1 и №4.
Журнал, Компьютер-пресс. 2000г. №1 10-14с.
Шафрин Ю.А. Информационные технологии Ч1-М .
www.referatmix.ru
Нижегородский Государственный университет
имени Н.И.Лобачевского
РЕФЕРАТ
История развития компьютера.
Влияние на социально-общественное
и культурное развитие.
Выполнила:
Михайлова Татьяна
Исторический факультет гр.315
Нижний Новгород
2000 г
Содержание
1. История развития компьютера 3
2. Роль компьютера в жизни человека 9
2.1. Компьютеры в учреждениях 9
2.2. Компьютер-помощник конструктора 10
2.3. ЭВМ в магазинах самообслуживания 11
2.4. Банковские операции с использованием вычислительной техники 11
2.5. Компьютеры в сельском хозяйстве 12
2.6. Компьютер в медицине 12
2.7. Компьютер и инвалиды 14
2.8. Компьютер в сфере образования 14
2.9. Компьютеры на страже закона 15
2.10. Компьютеры в искусстве 16
2.11. Компьютеры дома 17
3. Компьютеры как средство общения людей 20
4. Об информации, информатизации и защите информации 24
5. Список литературы 26
^ 1. История развития компьютера
Рассматривая историю общественного развития, марксисты утверждают, что ’’ история есть ни что иное, как последовательная смена отдельных поколений ’’. Очевидно, это справедливо и для истории компьютеров.
Вот некоторые определения термина ’’ поколение компьютеров ’’, взятые из 2-х источников. ’’ Поколения вычислительных машин - это сложившееся в последнее время разбиение вычислительных машин на классы, определяемые элементной базой и производительностью’’. Поколения компьютеров - нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и в последнее время - программных средств ’’.( Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1990 ).
Утверждение понятия принадлежности компьютеров к тому или иному поколению и появление самого термина ’’ поколение ’’ относится к 1964 г., когда фирма IBM выпустила серию компьютеров IBM / 360 на гибридных микросхемах (монолитные интегральные схемы в то время ещё не выпускались в достаточном количестве), назвав эту серию компьютерами третьего поколения. Соответственно предыдущие компьютеры - на транзисторах и электронных лампах - компьютерами второго и третьего поколений. В дальнейшем эта классификация, вошедшая в употребление, была расширена и появились компьютеры четвёртого и пятого поколений.
Для понимания истории компьютерной техники введённая классификация имела, по крайней мере, два аспекта: первый - вся деятельность, связанная с компьютерами, до создания компьютеров ENIAC рассматривалась как предыстория; второй - развитие компьютерной техники определялось непосредственно в терминах технологии аппаратуры и схем.
Второй аспект подтверждает и главный конструктор фирмы DEC и один из изобретателей мини-компьютеров Г.Белл, говоря, что ’’ история компьютерной индустрии почти всегда двигалась технологией’’.
Переходя к оценке и рассмотрению различных поколений, необходимо прежде всего заметить, что поскольку процесс создания компьютеров происходил и происходит непрерывно ( в нём участвуют многие разработчики из многих стран, имеющие дело с решением различных проблем ), затруднительно, а в некоторых случаях и бесполезно, пытается точно установить, когда то или иное поколение начиналось или заканчивалось.
В 1883 г. Томас Альва Эдисон, пытаясь продлить срок службы лампы с угольной нитью ввёл в её вакуумный баллон платиновый электрод и положительное напряжение, то в вакууме между электродом и нитью протекает ток.
Не найдя никакого объяснения столь необычному явлению, Эдисон ограничивается тем, что подробно описал его, на всякий случай взял патент и отправил лампу на Филадельфийскую выставку. О ней в декабре 1884 г. в журнале ’’Инженеринг’’ была заметка ’’ Явление в лампочке Эдисона’’.
Американский изобретатель не распознал открытия исключительной важности (по сути это было его единственное фундаментальное открытие - термоэлектронная эмиссия).Он не понял, что его лампа накаливания с платиновым электродом по существу была первой в мире электронной лампой.
Первым, кому пришла в голову мысль о практическом использовании ’’ эффекта Эдисона ’’ был английский физик Дж. А. Флеминг (1849 - 1945 ). Работая с 1882 г. консультантом эдисоновской компании в Лондоне, он узнал о ’’ явлении ’’ из первых уст - от самого Эдисона. Свой диод - двухэлектродную лампу Флейминг создал в 1904 г.
В октябре 1906 г. американский инженер Ли де Форест изобрёл электронную лампу - усилитель, или аудион, как он её тогда назвал, имевший третий электрод - сетку. Им был введён принцип, на основе которого строились все дальнейшие электронные лампы, - управление током, протекающим между анодом и катодом, с помощью других вспомогательных элементов.
В 1910 г. немецкий инженеры Либен, Рейнс и Штраус сконструировали триод, сетка в котором выполнялась в форме перфорированного листа алюминия и помещалась в центре баллона, а чтобы увеличить эмиссионный ток, они предложили покрыть нить накала слоем окиси бария или кальция.
В 1911 г. американский физик Ч. Д. Кулидж предложил применить в качестве покрытия вольфрамовой нити накала окись тория - оксидный катод - и получил вольфрамовую проволоку, которая произвела переворот в ламповой промышленности.
В 1915 г. американский физик Ирвинг Ленгмюр сконструировал двухэлектронную лампу - кенотрон, применяемую в качестве выпрямительной лампы в источниках питания. В 1916 г. ламповая промышленность стала выпускать особый тип конструкции ламп - генераторные лампы с водяным охлаждением.
Идея лампы с двумя сотками - тетрода была высказана в 1919 г. немецким физиком Вальтером Шоттки и независимо от него в 1923 г. - американцем Э. У. Халлом, а реализована эта идея англичанином Х. Дж. Раундом во второй половине 20-х г.г.
В 1929 г. голландские учёные Г. Хольст и Б. Теллеген создали электронную лампу с 3-мя сетками - пентод. В 1932 г. был создан гептод, в 1933 - гексод и пентагрид, в 1935 появились лампы в металлических корпусах.. Дальнейшее развитие электронных ламп шло по пути улучшения их функциональных характеристик, по пути многофункционального использования.
Проекты и реализация машин ’’ Марк - 1 ’’, EDSAC и EDVAC в Англии и США , МЭСМ в СССР заложили основу для развёртывания работ по созданию ЭВМ вакуумноламповой технологии - серийных ЭВМ первого поколения.
Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата примерно в 1947 г. Эккертом и Маучли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец машины ( UNIVAC-1 ) был построен для бюро переписи США и пущен в эксплуатацию весной 1951 г. Синхронная, последовательного действия вычислительная машина UNIVAC-1 создана на базе ЭВМ ENIAC и EDVAC. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. Внутреннее запоминающее устройство в ёмкостью 1000 12 -разрядных десятичных чисел было выполнено на 100 ртутных линиях задержки.
Вскоре после ввода в эксплуатацию машины UNVIAC - 1 её разработчики выдвинули идею автоматического программирования. Она сводилась к тому, чтобы машина сама могла подготавливать такую последовательность команд, которая нужна для решения данной задачи.
Пятидесятые годы - годы расцвета компьютерной техники, годы значительных достижений и нововведений как в архитектурном, так и в научно - техническом отношении. Отличительные особенности в архитектуре современной ЭВМ по сравнению с неймановской архитектурой впервые появились в ЭВМ первого поколения.
Сильным сдерживающим фактором в работе конструкторов ЭВМ начала 50 - х г.г. было отсутствие быстродействующей памяти. По словам одного из пионеров вычислительной техники - Д. Эккерта, ’’ архитектура машины определяется памятью ’’. Исследователи сосредоточили свои усилия на запоминающих свойствах ферритовых колец, нанизанных на проволочные матрицы.
В 1951 г. в 22 - м томе ’’ Journal of Applid Phisics ’’ Дж. Форрестер опубликовал статью о применении магнитных сердечников для хранения цифровой информации. В машине ’’ Whirlwind - 1 ’’ впервые была применена память на магнит. Она представляла собой 2 куба с 323217 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16 - разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля на чётность.
В разработку электронных компьютеров включилась фирма IBM. В 1952 г. она выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронную ЭВМ параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000 германиевых диодов. Усовершенствованный вариант машины IBM 704 отличалась высокой скоростью работы, в ней использовались индексные регистры и данные представлялись в форме с плавающей запятой.
После ЭВМ IBM 704 была выпущена машина IBM 709, которая в архитектурном плане приближалась к машинам второго и третьего поколений. В этой машине впервые была применена косвенная адресация и впервые появились каналы ввода - вывода.
В 1956 г. фирмой IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной подушке. Изобретение их позволило создать новый тип памяти - дисковые ЗУ, значимость которых была в полной мере оценена в последующие десятилетия развития вычислительной техники. Первые ЗУ на дисках появились в машинах IBM 305 и RAMAC-
Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об / мин. НА поверхности диска размещалось 100 дорожек для записи данных, по 10000 знаков каждая.
Вслед за первым серийным компьютером UNIVAC - 1 фирма Remington - Rand в 1952 г. выпустила ЭВМ UNIVAC - 1103, которая работала в 50 раз быстрее. Позже в компьютере UNIVAC - 1103 впервые были применены программные прерывания.
Сотрудники фирмы Remington - Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием ’’ Short Cocle ’’ ( первый интерпретатор, созданный в 1949 г. Джоном Маучли ). Кроме того, необходимо отметить офицера ВМФ США и руководителя группы программистов, в то время капитана ( в дальнейшем единственная женщина в ВМФ- адмирала ) Грейс Хоппер, которая разработала первую программу- компилятор А- О. (Кстати, термин " компилятор " впервые ввела Г. Хоппер в 1951 г. ). Эта компилирующая программа производила трансляцию на машинный язык всей программы, записанной в удобной для обработки алгебраической форме.
Фирма IBM также сделала первые шаги в области автоматизации программирования, создав в 1953 г. для машины IBM 701 " Систему быстрого кодирования ". В нашей стране А. А. Ляпунов предложил один из первых языков программирования. В 1957 г. группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над ставшим в последствии популярным первым языком программирования высокого уровня, получившим название ФОРТРАН. Язык, реализованный впервые на ЭВМ IBM 704, способствовал расширению сферы применения компьютеров.
В Великобритании в июле 1951 г. на конференции в Манчестерском университете М. Уилкс представил доклад " Наилучший метод конструирования автоматической машины", который стал пионерской работой по основам микропрограммирования. Предложенный им метод проектирования устройств управления нашел широкое применение.
Свою идею микропрограммирования М. Уилкс реализовал в 1957 г. при создании машины EDSAC-2. М. Уилкс совместно с Д. Уиллером и С. Гиллом в 1951 г. написали первый учебник по программированию " Составление программ для электронных счетных машин " (русский перевод- 1953 г.).
В 1951 г. фирмой Ferranti начат серийный выпуск машины " Марк-1". А через 5 лет фирма Ferranti выпустила ЭВМ ’’ Pegasus ’’, в которой впервые нащла воплощение концепция регистров общего назначения ( РОН ). С появлением РОН устранено различие между индексными регистрами и аккумуляторами, и в распоряжении программиста оказался не один, а несколько регистров - аккумуляторов.
В нашей стране в 1948 г. проблемы развития вычислительной техники становятся общегосударственной задачей. Развернулись работы по созданию серийных ЭВМ первого поколения.
В 1950 г. в Институте точной механики и вычислительной техники ( ИТМ и ВТ ) организован отдел цифровых ЭВМ для разработки и создания большой ЭВМ. В 1951 г. здесь была спроектирована машина БЭСМ ( Большая Электронная Счётная Машина ), а в 1952 г. началась её опытная эксплуатация.
В проекте вначале предполагалось применить память на трубках Вильямса, но до 1955 г. в качестве элементов памяти в ней использовались ртутные линии задержки. По тем временам БЭСМ была весьма производительной машиной - 800 оп / с. Она имела трёхадресную систему команд, а для упрощения программирования широко применялся метод стандартных программ, который в дальнейшем положил начало модульному программированию, пакетам прикладных программ. Серийно машина стала выпускаться в 1956 г. под названием БЭСМ - 2.
В этот же период в КБ, руководимом М. А . Лесечко, началось проектирование другой ЭВМ, получившей название ’’ Стрела ’’. Осваивать серийное производство этой машины было поручено московскому заводу САМ. Главным конструктором стал Ю. А. Базилевский, а одним из его помощников - Б. И. Рамеев, в дальнейшем конструктор серии ’’ Урал ’’. Проблемы серийного производства предопределили некоторые особенности ’’ Стрелы ’’ : невысокое по сравнению с БЭСМ быстродействие, просторный монтаж и т. д. В машине в качестве внешней памяти применялись 45 - дорожечные магнитные ленты, а оперативная память - на трубках Вильямса. ’’ Стрела ’’ имела большую разрядность и удобную систему команд.
Первая ЭВМ ’’ Стрела ’’ была установлена в отделении прикладной математики Математического института АН ( МИАН ), а в конце 1953 г. началось серийное её производство.
В лаборатории электросхем энергетического института под руководством И. С. Брука в 1951 г. построили макет небольшой ЭВМ первого поколения под названием М-1.
В следующем году здесь была созлана вычислительная машина М - 2, которая положила начало созданию экономичных машин среднего класса. Одним из ведущих разработчиков данной машины был М. А. Карцев, внёсший впоследствии большой вклад в развитие отечественной вычислительной техники. В машине М - 2 использовались 1879 ламп, меньше, чем в ’’ Стреле ’’, а средняя производительность составляла 2000 оп / с. Были задействованы 3 типа памяти : электростатическая на 34 трубках Вильямса, на магнитном барабане и на магнитной ленте с использованием обычного для того времени магнитофона МАГ - 8.
В 1955 - 1956 г.г. коллектив лаборатории выпустил малую ЭВМ М - 3 с быстродействием 30 оп / с и оперативной памятью на магнитном барабане. Особенность М - 3 заключалась в том, что для центрального устройства управления был использован асинхронный принцип работы. Необходимо отметить, что в 1956 г. коллектив И. С. Брука выделился из состава энергетического института и образовал Лабораторию управляющих машин и систем, ставшую впоследствии Институтом электронных управляющих машин ( ИНЭУМ ).
Ещё одна разработка малой вычислительной машины под названием ’’ Урал ’’ была закончена в 1954 г. коллективом сотрудников под руководством Рамеева.. Эта машина стала родоначальником целого семейства ’’ Уралов ’’, последняя серия которых ( ’’ Урал -16 ’’ ), была выпущена в 1967 г. Простота машины, удачная конструкция, невысокая стоимость обусловили её широкое применение.
В 1955 г. был создан Вычислительный центр Академии наук, предназначенный для ведения научной работы в области машинной математики и для предоставления открытого вычислительного обслуживания другим организациям Академии.
Во второй половине 50 - х г.г. в нашей стране было выпущено ещё 8 типов машин по вакуумно - ламповой технологии. Из них наиболее удачной была ЭВМ М - 20, созданная под руководством С. А. Лебедева, который в 1954 г. возглавил ИТМ и ВТ.
Машина отличалась высокой производительностью ( 20 тыс. оп / с ), что было достигнуто использованием совершенной элементной базы и соответствующей функционально - структурной организации. Как отмечают А. И. Ершов и М. Р. Шура - Бура, ’’ эта солидная основа возлагала большую ответственность на разработчиков, поскольку машина, а более точно её архитектуре, предстояло воплотиться в нескольких крупных сериях ( М - 20, БЭСМ - 3М, БЭСМ - 4, М - 220, М - 222 ) ’’. Серийный выпуск ЭВМ М - 20 был начат в 1959 г.. В 1958 г. под руководством В. М. Глушкова ( 1923 - 1982) в Институте кибернетики АН Украины была создана вычислительная машина ’’ Киев ’’, имевшая производительность 6 - 10 тыс. оп / с. ЭВМ ’’ Киев ’’ впервые в нашей стране использовалась для дистанционного управления технологическими процессами.
В то же время в Минске под руководством Г. П. Лопато и В. В. Пржиялковского начались работы по созданию первой машины известного в дальнейшем семейства ’’ Минск - 1 ’’. Она выпускалась минским заводом вычислительных машин в различных модификациях : ’’ Минск - 1 ’’, ’’ Минск - 11 ’’, ’’ Минск - 12 ’’, ’’ Минск - 14 ’’. Машина широко использовалась в вычислительных центрах нашей страны. Средняя производительность машины составляла 2 - 3 тыс. оп / с.
При рассмотрении техники компьютеров первого поколения, необходимо особо остановиться на одном из устройств ввода - вывода. С начала появления первых компьютеров выявилось противоречие между высоким быстродействием центральных устройств и низкой скоростью работы внешних устройств. Кроме того, выявилось несовершенство и неудобство этих устройств.
Первым носителем данных в компьютерах, как известно, была перфокарта. Затем появились перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Они пришли из телеграфной техники после того, как в начале XIX в. отец и сын из Чикаго Чарлз и Говард Крамы изобрели телетайп. Перфоленты стали заменять перфокарты в табуляторах, а затем в первых компьютерах - в релейных машинах Д. Штибитца и Г. Айкена, в английских машинах ’’ Колосс ’’ из Блетчи - Парка и др.
Первые нововведения в системах ввода - вывода были отмечены в машине ’’ Whirlwind - 1 ’’ ^ 2. Роль компьютера в жизни человека
Компьютер быстро вошел в нашу жизнь. Еще несколько лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер – они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. А теперь? Теперь в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошел в жизнь человека.
Современные вычислительные машины представляют одно одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Области применения ЭВМ непрерывно расширяются.
^ 2.1. Компьютеры в учреждениях
Компьютеры в буквальном смысле 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. Сегодня 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. Так, например, диспетчер на крупном заводе имеет в своём распоряжении автоматизированную систему контроля, обеспечивающую бесперебойную работу различных агрегатов. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении различных производственных процессов. 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, скажем, такие, как на линиях сборки автомобилей, включают многократно повторяющиеся операции, например затягивание болтов или окраску деталей кузова. 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, например, 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.
^ 2.2. Компьютер-помощник конструктора
Вы когда-нибудь задумывались над тем, сколько времени и усилий требуется на разработку большого и сложного проекта, например самолёта, корабля, здания или моста? Такого рода проекты, как правило, представляют собой один из самых трудоёмких видов работ. Коллектив конструкторов и инженеров тратит месяцы на расчёты, изготовление чертежей и экспертизу сложных проектов.
Сегодня, в век компьютера, конструкторы имеют возможность посвятить своё время целиком процессу конструирования, поскольку расчёты и подготовку чертежей машина «берёт на себя». Для каких же типов проектов используется компьютер? Приведём два примера.
Конструктор автомобилей исследует с помощью компьютера, как форма кузова влияет на рабочие характеристики автомобиля. С помощь таких устройств, как электронное перо и планшет, конструктор может быстро и легко вносить любые изменения в проект и тут же наблюдать результат на экране дисплея. Компьютер может представить какую-то часть чертежа в увеличенном масштабе или под различными углами зрения. Подобная техника позволяет испытывать большое количество проектных мощностей, не создавая каждый раз экспериментального макета. В результате экономятся время, и средства.
Инженеры и архитекторы применяют компьютеры при проектировании официальных учреждений, торговых центров и других крупных зданий. Сначала они создают подробную наглядную модель, затем с помощью компьютера определяют форму, рассчитывают размеры, вес и т.д. и на основе полученных данных вносят соответствующие изменения в первоначальный проект. Допустим, что по проекту вес здания требует фундамента из особо высокопрочного материала. В этом случае авторы проекта уточняют свою модель и вновь проводят необходимые исследования. Они повторяют этот процесс до тех пор, пока не получат удовлетворительный со всех точек зрения результат.
^ 2.3. ЭВМ в магазинах самообслуживания
Представьте себе, что идёт 1979 год и вы. Вы работаете неполный рабочий день в качестве кассира в большом универмаге. Когда покупатели выкладывают отобранные ими покупки на прилавок, вы должны прочесть цену каждой покупки и ввести её в кассовый аппарат. Бывает, что на каком-то изделии цена не обозначена, и тогда вам приходится спрашивать её у контролёра. Это, конечно, замедляет процесс расчётов покупателями…
А теперь вернёмся в наши дни. Вы по-прежнему работаете кассиров и в том же самом универмаге. Но как много здесь изменилось. Когда теперь покупатели выкладывают свои покупки на прилавок, вы пропускаете каждую из них через оптическое сканирующее устройство, которое считывает универсальный код, нанесённый на покупку. Универсальный код – это серия точек и цифр, по которым компьютер определяет, какое изделие покупателя; цена этого изделия хранится в памяти компьютера и высвечивается на маленьком экране, чтобы покупатель мог видеть стоимость своей покупки. Как только все отобранные товары прошли через оптическое сканирующее устройство, компьютер немедленно выдаёт общую стоимость купленных товаров. В этом случае окончательный расчёт с покупателями происходит намного быстрее, чем при использовании кассового аппарата.
Применение компьютера не только позволяет существенно ускорить расчёт с покупателями, но и даёт возможность всё время держать под контролем количество проданного и имеющегося в наличии товара.
Очевидно, что в недалёком будущем компьютеры станут играть ещё большую роль в жизни универсамов и их покупателей. В Японии уже существуют универсамы, где современная техника применяется для выполнения большинства операций, которые всегда выполнялись людьми. Так, роботы управляют паркованием машин на специальной стоянке возле универсама, приветствуют покупателей при входе в магазин(6 тысяч человек в день) и сообщают им о проводимой продаже по сниженным ценам. Даже мясной отдел имеет своего робота, который выполняет желания покупателей меньше чем за минуту. В тележки для продуктов вмонтированы калькуляторы, чтобы покупатель мог быстро ориентироваться в том, на какую сумму он отобрал продукты. Компьютер регулирует освящение и кондиционирование воздуха в помещении универсама. Оптическое сканирующее устройство ускоряет расчёт с покупателем и ведёт учет проданных и оставшихся в наличии товаров. При универсаме есть также комната, в которой детишки могут смотреть видеофильмы пока их родители делают покупки.
^ 2.4. Банковские операции с использованием вычислительной техники
Выполнение финансовых расчётов с помощью домашнего персонального компьютера – это всего лишь одно из его возможных применений в банковском деле. Мощные вычислительные системы позволяют выполнять большое количество операций, включая обработку чеков, регистрацию изменения каждого вклада, приём и выдачу вкладов, оформление ссуды и перевод вкладов с одного счёта на другой или из банка в банк. Кроме того, крупнейшие банки имеют автоматические устройства, расположенные за пределами банка. Банковские автоматы позволяют клиентам не выстаивать длинных очередей в банке, взять деньги со счета, когда банк закрыт. Дело в том, что автоматы позволяют вносить и получать вклады и даже оплачивать счета в любое время дня и ночи. Всё, что требуется, - вставить пластмассовую банковскую карточку в автоматическое устройство. Как только это сделано, необходимые операции будут выполнены.
^ 2.5. Компьютеры в сельском хозяйстве
Представьте себе, что фермер решает вопрос о том, каких из имеющихся у него быков целесообразно оставить для разведения потомства и каких пустить не продажу. Используя микрокомпьютер, он вводит в него различные данные о физическом состоянии животных и тут же получает перечень лучших производителей своего стада. Хотя компьютеры в сельском хозяйстве, скорее исключение, чем правило, тем не менее, многие фермеры отдают им должное как необходимому инструменту. Имея компьютер, фермер может быстро и легко рассчитать требуемое количество семян для посева и количество удобрений. Компьютер помогает также фермеру планировать свой бюджет и вести учёт домашнего скота.
На некоторых фермах применяются сложные электронные системы, управляющие подачей корма скоту. На основе полученной от них информации фермер может сделать заключение о том, что какое-то животное заболело, поскольку оно «лишилось аппетита»: выданная ему порция корма осталась нетронутой.
^ 2.6. Компьютер в медицине
Компьютеры находят широкое применение не только в учреждениях и на промышленных предприятиях, но и в медицине. Врачи, сёстры, а также фармацевты и представители других медицинских специальностей рассматривают компьютер как неотъемлемый инструмент их работы.
Как часто вы болеете? Вероятно, у вас была простуда, ветрянка, болел живот? Если в этих случаях вы обращались к доктору, скорее всего он проводил осмотр быстро и достаточно эффективно. Однако медицина – это очень сложная наука. Существует множество болезней, каждая из которых имеет только ей присущие симптомы. Кроме того, существуют десятки болезней с одинаковыми и даже совсем одинаковыми симптомами. В подобных случаях врачу бывает трудно поставить точный диагноз. И здесь ему на помощь приходит компьютер. В настоящее время многие врачи используют компьютер в качестве помощника при постановке диагноза, т.е. для уточнения того, что именно болит у пациента. Для этого больной тщательно обследуется, результаты обследования сообщаются компьютеру. Через несколько минут компьютер сообщает, какой из сделанных анализов дал аномальный результат. При этом он может назвать возможный диагноз.
Конечно, окончательное решение принимает врач, но компьютер ускоряет процесс принятия решения. Кроме того, поскольку компьютер может хранить в своей памяти значительно больше информации, чем человек, то необычное заболевание может быть установлено с её помощью значительно быстрее, чем без неё.
Такой компьютер помогает врачу быстро и эффективно проводить профилактический осмотр. Например, прибор носящий название «сканирующая кошка» (CAT scaner),даёт точное изображение внутренних органов человека. Между прочим, такая «кошка» не имеет ничего общего с домашним животным на четырёх лапах. Это – сокращение от «computer-aided tomography» (компьютерная томография), а томография- это один из методов рентгеновского исследования.
Представьте себе на мгновение человека, у которого случился сердечный приступ, и его увезли в больницу. Сейчас он чувствует себя неплохо, но всё ещё находится в отделении интенсивной терапии. Здесь он «подключен» к компьютеру, который следит за числом сердечных сокращений: если оно вдруг уменьшится до опасного уровня, компьютер немедленно сообщит об этом врачу или сестре.
А вот другая ситуация. Вы пришли в аптеку, чтобы заказать лекарство от зубной боли. Аптека, в которую вы обратились, имеет вычислительную систему, где хранится история болезни каждого клиента этой аптеки. Прежде чем провизор отпустит вам лекарство, он посмотрит вашу историю болезни. Ага…Согласно «показаниям» компьютера, вы уже принимали другой препарат, который был выписан лечащим врачом. Сочетание этого препарата с лекарством, выписанным от зубной боли, может привести к нежелательным побочным явлениям. Поэтому провизор связывается со стоматологом, и тот рекомендует вам другое лекарство.
Это всего лишь два примера того, как могут быть использованы компьютеры при лечении. Существует также множество других способов применения компьютеров для этих целей в госпиталях, клиниках и лабораториях. Приведём некоторые из них.
Компьютеры играют важную роль в медицинских исследованиях. Они позволяют установить, как влияет загрязнение воздуха на заболеваемость населения данного района. Кроме того, с их помощью можно изучать влияние ударов на различные части тела, в частности последствия удара при автомобильной катастрофе для черепа и позвоночника человека.
Банки медицинских данных позволяют медикам быть в курсе последних научных и практических достижений.
Сети ЭВМ используются для пересылки сообщений о донорских органах, в которых нуждаются больные, ожидающие операции трансплантации.
Вычислительная техника используется для обучения медицинских работников практическим навыкам. На этот раз компьютер выступает в качестве больного, которому требуется немедленная помощь. На основании симптомов, выданных компьютером, обучающийся должен определить курс лечения. Если он ошибся, компьютер сразу показывает это.
Компьютеры используются для создания карт, показывающих скорость распространения эпидемий.
Компьютеры хранят в своей памяти истории болезни пациентов, что освобождает врачей от бумажной работы, на которую уходит много времени, и позволяет больше времени уделять самим больным.
^ 2.7. Компьютер и инвалиды
Одна из наиболее перспективных областей применения вычислительной техники связана с помощью инвалидам, т.е. слепым, глухим, людям, лишённым возможности передвигаться, или с другими физическими недостатками использовать компьютер для общения, оформления заказов на продукты и даже для проведения видеоигр. Например, люди, у которых парализованы руки, могут работать на компьютере с помощью ног, используя для этого ножной выключатель, напоминающий педаль электрической швейной машины. Инвалиды с парализованными руками, и ногами могут использовать устройства, которые вставляются в рот или прикрепляются к голове.
Говорящий компьютер, или компьютер-синтезатор речи, позволяет слепым людям выполнять операции, которые невозможны без помощи компьютера. Благодаря компьютеру утраченную способность видеть они компенсируют способностью слышать. Для тех, кто частично утратил зрение, имеются устройства, воспроизводящие текст в увеличенном масштабе на специальном мониторе.
^ 2.8. Компьютер в сфере образования
Сегодня многие учебные заведения не могут обходиться без компьютеров. Достаточно сказать, что с помощью компьютеров: трёхлетние дети учатся различать предметы по их форме; шести- и семилетние дети учатся читать и писать; выпускники школ готовятся к вступительным экзаменам в высшие учебные заведения; студенты исследуют, что произойдёт, если температура атомного реактора превысит допустимый предел.
Почему же компьютеры не стали столь популярными средствами обучения? Во-первых, компьютер обладает «беспредельным терпением»: он будет повторять объяснения пять, десять и даже сто раз и всё это без признаков усталости и неудовольствия. Во-вторых, он позволяет выбрать тот темп обучения, который подходит именно вам, а не тем студентам, которые схватывают материал быстрее или медленнее, чем вы. И, в-третьих, когда вы сидите перед компьютером, он целиком и полностью занят только вами, т.е. «всё его внимание» – только вам. Кстати, вы отвечаете ему тем же, поскольку многие учебные программы не только познавательны, но и очень увлекательны.
«Машинное обучение» – термин, обозначающий процесс обучения при помощи компьютера. Последний в этом случае выступает в роли «учителя». В этом качестве может использоваться микрокомпьютер или терминал, являющийся частью электронной сети передачи данных. Процесс усвоения учебного материала поэтапно контролируется учителем, но если учебный материал даётся в виде пакета соответствующих программ ЭВМ, то его усвоение может контролироваться самим учащимся.
Процесс обучения может строиться по-разному: машина может предложить текст для чтения, упражнения, задачи, а также вопросы для ответов. Машинное моделирование позволяет провести «страшные», дорогие, длительные и другие реально невыполнимые или трудно выполнимые эксперименты. Например, можно научиться препарировать лягушку, управлять древней империей или отправиться поездом в путешествие по стране. Тогда процесс вашего обучения строится на том, что с помощью компьютера вы собираете информацию, принимаете решения и изучаете результаты, к которым они вас могут привести.
Компьютеры в учебных заведениях используются не только для обучения. Администрация школы, например, на основе баз данных, хранящихся в машине, составляет расписание занятий, отчёты и сводки сведений об учащихся. Кроме того, учащимся предоставляется информация о высших учебных заведениях и приобретаемых в них профессиях. Все преподаватели ведут с помощью компьютера классный журнал, а учитель физкультуры ещё следит и за движением спортивного инвентаря, календарём спортивных соревнований и регистрацией их результатов.
^ 2.9. Компьютеры на страже закона
Вот новость, которая не обрадует преступника: « длинные руки закона» теперь обеспечены вычислительной техникой. «Интеллектуальная» мощь и высокое быстродействие компьютера, его
www.ronl.ru
