Перспективы развития компьютерной техники

3.      «Склад» – устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки данных (ЗУ, или просто память).

4.      Устройства, способные преобразовывать данные в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.

5.      Устройства, способные преобразовывать результаты обработки данных в форму, понятную человеку. Устройства вывода.

В окончательном варианте машины у нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.

Бэббидж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно на основе механической техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Еще раньше идеи Бэббиджа были независимо переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину.

Подлинная революция в вычислительной техники произошла в связи с применением электронных устройств. Первая машина первого поколения ЭВМ ENIAC была создана в США группой специалистов под руководством Джона Моучли и Преспера Эккерта (1945 – 1946 г.г.). Эта машина работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода.

Большой вклад в теорию и практику создания ЭВТ на начальном этапе ее развития внес крупнейший американский математик Джон фон Нейман. Совокупность «принципов фон Неймана» породила классическую (фон Неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы (программы закладываются в память машины, также как и исходная информация).

Первая ЭВМ, построенная по принципам фон Неймана (EDSAC), появилась в Англии в 1949 году.

Развитие электронной техники в СССР тесно связано с именем академика С.А. Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 году в Киеве – МЭСМ (малая электронная счетная машина) и в 1952 году в Москве – БЭСМ (большая электронная счетная машина). Лебедев руководил и созданием БЭСМ-6 – лучшей в мире ЭВМ второго поколения (ЭВМ, работавшие на полупроводниковых схемах), уровень которой, по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. По своей архитектуре она была ближе к ЭВМ третьего поколения и серийно выпускалась вплоть до 1981 года. В машинах второго поколения появилось замечательное изобретение - алфавитно-цифровое печатающее устройство.

К ЭВМ второго поколения можно отнести отечественные разработки (ЭВМ «Сетунь», «Минск-2», ЭВМ семейства «Урал», «БЭСМ-6», «Раздан»). Характерными их чертами были:

1.                Элементарная база: транзисторы;

2.                Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж;

3.                Быстродействие: транзисторы заменили на лампы;

4.                Габариты: выполнены в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста.

ЭВМ третьего поколения (ЭВМ, работавшие на малых интегральных схемах) появились в конце 60-х годов. В этих машинах в качестве средства общения с ЭВМ стали использовать видео терминальные устройства – дисплеи (IBM-360 , IBM-370 , EC ЭВМ (машины единой системы) – ЕС-1022 и т.п.).

Новые технологии создания интегральных схем (большие интегральные схемы) позволили разработать в конце 70-х начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения, к которым относятся различного рода микро и мини ЭВМ. И, конечно, венцом развития вычислительной техники стало создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Именно с этого момента в нашем языке вместо ЭВМ утвердился термин персональный компьютер (ПК). И вычислительная техника устремилась «в массы».

Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC),

•                    ко второму — транзисторные машины (IBM 7094),

•                    к третьему — первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360),

•                    к четвертому — персональные компьютеры (линейки ЦП Intel).

•                    Что же касается пятого поколения, то оно больше ассоциируется не с конкретной архитектурой, а со сменой парадигмы.

•                    Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми. Они прочно войдут в повседневную жизнь — будут открывать двери, включать лампы, распределять деньги и выполнять тысячи других обязанностей.

5.      Компьютеры будущего. Перспектива их развития

Рассмотрим более подробно понятие компьютеров будущего, которые представлены квантовыми, ДНК, молекулярными компьютерами, биокомпьютерами и оптическими компьютерами.

5.1. Квантовые компьютеры

На сегодняшний день рассматривается много типов квантовых компьютеров, основанных на различных основах и принципах. Квантовые компьютеры – это физические устройства, выполняющие логические операции над квантовым состоянием путем унитарных преобразований, не нарушающих квантовые суперпозиции в процессе вычислений. Очень схематично работа квантового компьютера может быть представлена как последовательность трех операций:

1.                Запись (приготовление) начального состояния;

2.                Вычисление (унитарные преобразования начальных состояний);

3.                Вывод результата (измерение, прецирование конечного состояния).

Проиллюстрируем каждую из этих операций в отдельности:

1.                                                                В отличие от обычного компьютера квантовый оперирует не битами, а состояниями.

2.                                                                Применяя к приготовленным состояниям унитарные преобразования, можно реализовывать собственно квантовый процессор. Здесь, как и в классических компьютерах, роль соединений (проводов) играют q-биты, а роль логических блоков (гейтов), на которые разбивается весь процесс вычислений – унитарные преобразования.

3.                                        Операция вывода результата вычисления для классического компьютера ничем не отличается от любой другой операции во время вычислений. Вычисления могут быть остановлены в любом месте, промежуточные результаты прочитаны и вычисления продолжены. В квантовом компьютере используются специальные ошибко-корректирующие коды, которые, впрочем, не ускоряют процесс вычислений математических задач, а наоборот, замедляют.

5.2. Молекулярные компьютеры

Молекулярные компьютеры – вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно органических). В них используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

По оценкам ученых калифорнийского университета, подобные компьютеры будут в сотни миллиардов экономичнее современных микропроцессоров.

5.3.           ДНК-компьютеры

В 2003 году сотрудники лаборатории биомолекулярных компьютеров Вейцмановского научного института (Израиль) объявили о создании новой модели биомолекулярной машины, которая не требует наружного источника энергии и работает в 50 раз быстрее, чем ее предшественники. В последней модели молекула ДНК обеспечивает обработку данных и достаточное количество энергии для выполнения операций. Новый ДНК-компьютер способен производить 330 трлн. Вычислительных операций в секунду.

5.4.         Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры 

Это компьютеры, которые состоят из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы образуют нейронную сеть и выполняют единообразные действия. Микросхемы таких компьютеров близки по строению нейронным сетям человеческого мозга. Главной же особенностью нейрокомпьютеров является, безусловно, способность к обучению. Поэтому уже сегодня такие компьютеры применяются на финансовых биржах, где помогают предсказывать колебания курса валют и акций. Они также корректируют полет ракет по заданному маршруту.

5.5.Оптические компьютеры

Многие ЭВМ использую оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM, DVD-ROM.

Однако у таких компьютеров есть как свои недостатки, так и преимущества. Недостатком является неинтегрируемость его компонентов. Преимуществами же являются:

-                   Возможность передачи целых изображений за один световой пучок,

-                   Возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и обработки информации,

-                   Система не позволяет перехватывать информацию, поскольку ничего не излучает в окружающую среду и т.д.

6.Тенденция развития компьютерной техники

Одним из основных направлений применения персональных компьютеров является создание программно-аппаратных комплексов, которые обеспечивают оперативное удовлетворение информационных потребностей специалистов разных областей, при этом, не требуя от пользователей специализированных знаний в сфере системного программирования. Такие аппаратно-программные комплексы называют АРМами (автоматизированными рабочими местами), которые нацелены на работу прикладных специалистов.

АРМы обеспечивают тенденцию:

-                   Удобного введения проблемно-ориентированной информации;

-                   Быстрый доступ к ранее введенных данных;

-                   Формирования и обработки документов сложной структуры;

-                   Создания личных картотек, деловых нотаток и т.д.

АРМы начали создавать в меру накопления опыта разработки разных прикладных программных продуктов типа интегрированного пакета Microsoft Office, в состав которого входит мощный текстовый редактор Microsoft Word, процессор электронных таблиц Microsoft Excel, система управления базами данных Microsoft Access, процессор презентаций Power Point и т.д.

Работники разных сфер деятельности с помощью вышеуказанных программ могут выполнять такие базовые операции, как:

1.                Смена текстовых либо числовых данных в отдельных ячейках справочной таблицы или в текстовых документах, выведенных на экран;

2.                Перемещение по таблице или тексту, открывая при этом другие документы либо таблицы;

3.                Раскрывать отдельные ячейки или позиции текстов, вызывая на экраны вспомогательные таблицы, текстовые документы.

Также предусматривается возможность использования графического изображения данных. Средства деловой графики дают возможность пользователю просто виделять те данные, которые он хочет графически представить.

В настоящее время идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники. Интенсивные разработки ведуться по многим направлениям.

Системы распознавания речи часто провозглашаются наиболее естественным интерфейсом для ПК, и их разработка остается одним из самых активных направлений в компьютерной отрасли. Луис Воо, президент и генеральный директор компании Lernout & Hauspie – ведущей фирмы в области речевых технологий, считает, что аппаратное и программное обеспечение достигли уровня, на котором речевой ввод может быть независимым от диктора -- иначе говоря, становится ненужным этап тренировки. Благодаря успехам техники аппаратного и программного шумоподавления, рассказывает Воо, появляются ненаправленные компьютерные микрофоны, способные выделять подаваемые голосом команды из фонового шума, который стоит в комнате. По его мнению, системы с голосовым интерфейсом станут частью повседневной работы с компьютером в течение ближайших трех-пяти лет.

Компьютеры стремительно научаются также мастерски узнавать лица, прослеживать взгляд и даже чувствовать настроение. Именно вокруг таких биометрических технологий построена исследовательская программа IBM под названием Blue Eyes («Голубые глаза»).

Ближайшие перспективы дисплеев можно кратко описать с помощью двух букв - ЖК (жидкокристаллический). У плоских ЖК-мониторов есть несколько преимуществ перед ЭЛТ-дисплеями (ЭЛТ - электронно-лучевая трубка): они легче, меньше и способны обеспечить более высокое разрешение.

Боб О'Доннелл, менеджер отдела дисплеев для ПК в фирме International Data Corporation (IDC), специализирующейся на исследованиях рынка, предполагает, что цена 15-дюймовых ЖК-мониторов не опустится ниже 500 долл. по крайней мере до 2003 г., и даже когда это произойдет, они останутся дороже ЭЛТ. Разработанная EInk технология Immedia основана на вплавлении в тонкие листы пластика микроскопических капсул, содержащих жидкие чернила и крохотные частицы белого цвета, которые реагируют на электрические импульсы. Находящаяся на том же листе микросхема принимает радиосигнал от компьютера и преобразует его в текст или изображение.

Средства беспроводного подключения для блокнотных ПК, несомненно, развиваются очень быстро. iBook - новый продукт Apple -- поддерживает систему беспроводной локальной сети под названием AirPort, позволяющую пользователям соединяться с Internet на расстоянии до 45 м от точки подключения к линии. Dell тоже выпускает беспроводную сетевую плату, которой будут по желанию покупателя комплектоваться блокноты серии Latitude; в дальнейшем компания планирует предоставлять подобную возможность для всех своих портативных и настольных машин. Можно побиться об заклад, что другие компании вскоре последуют примеру этих двух. Наряду с ключевым словом «беспроводной» к будущему мобильных компьютеров часто применяют еще одно - «конвергенция». Хорошим примером здесь может служить устройство PdQ Smartphone компании Qualcomm -- цифровой беспроводной телефон со встроенным в трубку органайзером. PdQ может автоматически дозваниваться по номерам, записанным в органайзере, выводить на экран текстовые сообщения (как в пейджере) и выполнять все стандартные программы Palm. Много похожих беспроводных устройств сейчас находятся в стадии разработки (подробнее см. врезку «Завтрашний день Microsoft»).