Содержание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

 

    К середине XX в. перед человечеством возникла проблема обуздания «разбушевавшейся» информационной стихии, когда информация становится недоступной только потому, что её чрезвычайно много и отыскать нужные данные очень непросто. К этому же времени оказались созданными и технические условия для производства программно-управляемых вычислительных машин, которые были реализованы в электромеханических вычислительных машинах. Однако механические перемещения – существенно ограничивали их быстродействие. Такой уровень быстродействия не удовлетворял практическим потребностям даже того времени. Только полностью электронные, то есть исключающие механические перемещения в процессе вычислений и, следовательно, безынерционные, устройства могли решить проблему быстродействия вычислительных машин.

    Начало  важнейшего на сегодняшний день электронного этапа в развитии средств обработки информации относится к 40-м гг. XX в. В 1937 – 1942 гг. в США под руководством Дж. Атанасова и К. Берри была сконструирована первая полностью электронная машина ABC (Atanasoff – Berry Computer), содержавшая около 600 электронных ламп накаливания. Но эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания и, к сожалению, так и не стала действующей.

    Первой  в мире работающей электронной цифровой машиной стал специализированный компьютер COLOSSUS, который с 1943 г. использовался англичанами для дешифровки радиосообщений, пересылаемых на немецкие подводные лодки.

    А первая в полном смысле этого слова  ЭВМ – программно-управляемая универсальная электронная вычислительная машина (соответствующий термин англоязычного происхождения – компьютер) была разработана в 1943 – 1945 гг. в Пенсильванском университете США под руководством Д. Мочли и П. Эккерта. Эта машина называлась ENIAC – Electronic Numerical Integrator And Computer – электронно-цифровой интегратор и вычислитель. Она весила 30 т, её высота была 6 м, а площадь —120 м². Машина состояла из 18 тысяч электронных ламп накаливания и выполняла примерно 5 тыс. арифметических операций в секунду.

    Выдающийся  математик Джон фон Нейман, анализируя работу первых компьютеров, пришел к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в её электронных схемах, а не вне неё – на перфокартах, перфолентах или разъемах со штекерами. Первой машиной с хранимой программой является компьютер EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator – автоматический вычислитель с электронной памятью на линиях задержки), построенный М. Уилксом в Великобритании в 1949 г. С этой машины принято вести отсчет первого поколения компьютеров.

    В нашей стране первые ЭВМ создавались примерно в тот же самый период. В 1947 – 1951 гг. под руководством академика С.А. Лебедева была выпущена первая советская вычислительная машина – МЭСМ (Малая электронно-счетная машина). Кроме того, выпускались машины «Стрела», «Минск», «Днепр», «Урал», БЭСМ (Большая электронно-счетная машина), М-2, «Мир» и некоторые другие, разработанные под руководством крупных советских конструкторов и теоретиков И.С. Брука, М.А. Карцева, Б. И. Рамеева, В.М. Глушкова, Ю.А. Базилевского.

    Наиболее революционные изменения в сфере обработки информации произошли после широкого внедрения в 80-х гг. в общественную жизнь персональных компьютеров (ПК), или персональных ЭВМ (ПЭВМ). Появление персональных компьютеров связано с микроминиатюризацией всех основных узлов и элементов вычислительных машин. Персональный компьютер, многократно превосходящий по своим возможностям и по своей вычислительной мощности первые вычислительные машины, теперь умещается на письменном столе и может использоваться специалистом индивидуально.

    Кроме беспрецедентного уменьшения в размерах и стоимости, произошли и другие немаловажные изменения. Персональные компьютеры очень надёжны – они могут безотказно работать сутками, потребляя при этом очень мало энергии. Но, пожалуй, самым важным является то, что благодаря множеству заранее разработанных программ созданы все возможности для использования вычислительных машин при решении задач обработки информации почти во всех областях человеческой деятельности. При этом специалисту в своей области знаний практически не приходится самому составлять программы и изучать для этого способы их составления. Ему достаточно освоить несколько не очень сложных приемов работы с машиной. Таких специалистов называют пользователями.

    Пользователем принято называть человека, использующего  вычислительную технику для получения нужной информации, для решения конкретной задачи в той или иной предметной области или в каких-либо иных целях.

    К настоящему времени в мире разработаны  сотни и тысячи различных моделей  компьютеров. Эти модели отличаются друг от друга устройством, способами кодирования информации, наборами возможных действий по обработке данных, объёмом запоминаемой информации и скоростью её обработки. Для того чтобы ориентироваться в этом многообразии средств вычислительной техники, применяются различные классификационные схемы. Наиболее распространенные в настоящее время схемы – классификация по поколениям, соответствующая историческому процессу развития вычислительной техники, и классификация по применению.

    К настоящему времени принято выделять пять поколений вычислительной техники. К первому поколению относят машины, построенные на электронных лампах накаливания. В эту группу входят машины, созданные в период, начинающийся с электронной вычислительной машины EDSAC и заканчивающийся примерно в конце 50-х гг. Эти машины стоили очень дорого, занимали огромные площади, были не совсем надежны в работе, имели маленькую скорость обработки информации и могли хранить очень мало данных. Создавались они в единичных экземплярах и использовались в основном для военных и научных целей. В качестве типичных примеров машин первого поколения можно указать американские компьютеры UNIVAC, IBM-701, IBM-704, а также советские машины БЭСМ и М-20. Типичная скорость обработки данных для машин первого поколения составляла от 5до 30 тыс. арифметических операций в секунду.

    Ко  второму поколению относят машины, построенные на транзисторных элементах в период с конца 50-х и до 60-х гг. У этих машин значительно уменьшились стоимость и габариты, выросли надежность, скорость работы и объем хранимой информации. Типичные представители машин второго поколения - PDP-8, IBM-7094, CDC-6600 (США), ATLAS (Великобритания), БЭСМ-4, М-220, «Минск-32», БЭСМ-6 (СССР). Скорость обработки данных у машин второго поколения возросла до 1 миллиона операций в секунду.

    Машины  третьего поколения выполнены на так называемых интегральных схемах (ИС). Они появились середине 60-х гг. Интегральная схема представляет собой микроминиатюрную электрическую цепь определённого функционального назначения, которая с помощью специальной технологии размещается на очень маленькой кремниевой (или какой-либо другой подходящей по свойствам) пластинке – основе. Площадь такой схемы от 1 до 3 см², но по своим функциональным возможностям интегральная схема эквивалентна сотням и тысячам транзисторных элементов. Из-за очень маленьких размеров и толщины интегральную схему иногда называют микросхемой, или чипом (chip – тонкий кусочек). Благодаря переходу от транзисторов к интегральным схемам изменились стоимость, размер, надежность, скорость и емкость машин.

    Кроме того, машины начали выпускаться семействами. Машины, входящие в семейство, имеют одинаковую логическую структуру, одни и те же способы работы с информацией, но различные параметры стоимости, скорости и объёма хранимых данных. Это позволяет осуществлять широкий обмен программами и данными между разными пользователями без внесения в программы существенных изменений. Это были машины семейства IBM/360. Популярность этих машин оказалась настолько велика, что во всем мире их стали копировать или выпускать похожие по функциональным возможностям и совпадающие по способам кодирования и обработки информации. Причем программы, подготовленные для выполнения на машинах IBM, с успехом выполнялись на их аналогах, так же как и программы, написанные для выполнения на аналогах, могли быть выполнены на машинах IBM. Такие модели машин стали называть программно-совместимыми (IBM-совместимыми). В нашей стране такой была серия машин ЕС ЭВМ, в которую входило около двух десятков различных по мощности моделей.

    Начиная с третьего поколения, вычислительные машины становятся повсеместно доступными и широко используются для решения самых различных задач. Характерным для этого времени является коллективное использование машин, так как они все еще достаточно дороги, занимают большие площади и требуют сложного и дорогостоящего обслуживания. Правда, доступ к возможностям машины уже организуется и с индивидуально используемых устройств – терминалов (terminal — конечный пункт), которые находятся на некотором удалении от основного оборудования машины, иногда даже на рабочих местах пользователей. В состав терминала, как правило, входят клавиатура, используемая для набора данных и выполнения простейших операций по управлению работой компьютера, и дисплей (display – показывать, демонстрировать), служащий для отображения текущей ситуации и полученных результатов вычислений. Скорость обработки информации у машин третьего поколения достигала нескольких миллионов операций в секунду.

    В первой половине 70-х гг. происходит переход от обычных интегральных схем к схемам с большей плотностью монтажа – большим интегральным схемам (БИС). Если обычные интегральные схемы эквивалентны тысячам транзисторных элементов, то большие интегральные схемы заменяют уже десятки и сотни тысяч таких элементов. На фоне этого перехода произошло разделение потока развития средств вычислительной техники на две ветви. Одна ветвь продолжала старую тенденцию развития машин по линии наращивания мощности и надежности, а также по линии коллективного использования вычислительных мощностей. Считается, что машины этого направления образуют четвёртое поколение компьютеров. Среди них – семейство машин IBM/370, а также модель IBM 196, скорость которой достигла 15 миллионов операций в секунду. Отечественными представителями машин четвёртого поколения являются машины семейства «Эльбрус». Отличительная черта четвёртого поколения – наличие в одной машине нескольких (обычно 2 - 6, иногда до нескольких сотен и даже тысяч) центральных, главных устройств обработки информации – процессоров, которые могут дублировать друг друга или независимым образом выполнять вычисления. Такая структура позволяет резко повысить надежность машин и скорость вычислений. Другая важная особенность – появление мощных средств, обеспечивающих работу компьютерных сетей. Это позволило впоследствии создавать и развивать на их основе глобальные, всемирные компьютерные сети.

    Вторая  ветвь развития средств вычислительной техники оказалась направленной на миниатюризацию и персонализацию средств обработки данных. Своим рождением это направление обязано появлению в 1971 г. первого микропроцессора Intel 4004 (от названия фирмы-производителя). Микропроцессором считается процессор, реализованный на одной или нескольких интегральных схемах без потери функциональных свойств обычных процессоров, то есть устройств, обеспечивающих все необходимые операции по обработке данных. Для микропроцессоров введена отдельная классификация, по которой Intel 4004 относится к первому поколению микропроцессоров.

    Последним на сегодняшний день считается пятое поколение компьютеров. О проекте создания машин этого поколения, рассчитанном на десять лет, объявили в начале 80-х гг. японские разработчики. За ними в эту стратегическую гонку втянулись ученые США, СССР и ряда стран Западной Европы. Было заявлено, что к началу 90-х гг. будет создано принципиально иное по стилю обработки информации и взаимодействия с пользователем поколение машин. Если ранее человек тщательно и подробно формулировал машине последовательность действий по обработке информации, то теперь машина по поставленной перед ней цели должна самостоятельно составить план действий и выполнить их. Такой способ решения задач принято называть логическим программированием. Кроме того, планировалось ввести общение с машиной на уровне естественного языка. Однако решить полностью весь комплекс задач проекта до сих пор не удалось.

    Классификация по применению включает следующие группы: микропроцессоры, микрокомпьютеры (микроЭВМ), мини-компьютеры (мини-ЭВМ), универсальные компьютеры (универсальные ЭВМ) и суперкомпьютеры (суперЭВМ).

    Микропроцессоры представляют собой программируемые интегральные схемы, встраиваемые в какое-либо отдельное устройство, механизм (автомобиль, металлорежущий станок, крылатую ракету) с целью автоматизации управления или оптимизации работы механизма.

    Если  к микропроцессору подключить другие необходимые для компьютера устройства (память, устройства ввода-вывода) получится персональный компьютер.

    Персональный  компьютер – это компьютер индивидуального использования.

    Из  определения следует, что персональный компьютер эксплуатируется, как  правило, одним человеком или относительно небольшим коллективом специалистов для решения своих профессиональных задач. Иногда персональный компьютер используется как ведущий элемент системы управления группой механизмов. При работе в компьютерных сетях персональный компьютер часто играет роль так называемого интеллектуального терминала – более мощного, чем обычный терминал, устройства, которое не только обеспечивает обмен данными или управление работой компьютера в сети, но и может взять на себя значительную часть функций по хранению и обработке информации. С помощью простого терминала или персонального компьютера пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети. А предоставляются эти ресурсы другими персональными компьютерами, универсальными вычислительными машинами или суперкомпьютерами. Машины, которые предоставляют свои ресурсы другим компьютерам, принято называть серверами (serve — обслуживать, быть полезным).