5. História vývoja výpočtovej techniky a informačných technológií: hlavné generácie počítačov, ich charakteristické črty.

Hlavným nástrojom informatizácie je počítač (alebo počítač). Ľudstvo prešlo dlhú cestu, kým dosiahlo moderný stav výpočtovej techniky.

Hlavné fázy vývoja výpočtovej techniky sú:

I. Manuál - z 50. tisícročia pred Kr. e.;

II. Mechanické - od polovice XVII storočia;

III. Elektromechanické - od deväťdesiatych rokov XIX storočia;

IV. Elektronické - od štyridsiatych rokov XX storočia.

I. Manuálne obdobie automatizácie výpočtov začalo na úsvite ľudskej civilizácie. Bol založený na používaní prstov na rukách a nohách. Počítanie pomocou zoskupovania a preskupovania predmetov bolo predchodcom počítania na počítadle, najpokročilejšom počítacom nástroji staroveku. Analógom počítadla v Rusku je počítadlo, ktoré prežilo dodnes.

Začiatkom 17. storočia zaviedol škótsky matematik J. Napier logaritmy, ktoré mali revolučný vplyv na počítanie. Ním vynájdené posuvné pravítko bolo úspešne použité pred pätnástimi rokmi, pričom inžinierom slúžilo viac ako 360 rokov. Je to nepochybne vrcholný úspech výpočtových nástrojov manuálneho obdobia automatizácie.

II. Rozvoj mechaniky sa v 17. storočí stal predpokladom pre vznik výpočtových zariadení a prístrojov, ktoré využívajú mechanickú metódu výpočtovej techniky. Tu sú najvýznamnejšie výsledky:

1623 - Nemecký vedec W. Schickard opísal a implementoval v jedinej kópii mechanický počítací stroj určený na vykonávanie štyroch aritmetických operácií.

1642 - B. Pascal zostrojil osemmiestny operačný model počítacieho sčítacieho stroja.

z 50 takýchto strojov

1673 - Nemecký matematik Leibniz vytvoril prvý sčítací stroj, ktorý vám umožnil vykonávať všetky štyri aritmetické operácie.

1881 - organizácia sériovej výroby aritmometrov.

Anglický matematik Charles Babbage vytvoril kalkulačku schopnú vykonávať výpočty a tlačiť číselné tabuľky. Babbageov druhý projekt bol analytický stroj určený na výpočet akéhokoľvek algoritmu, ale projekt nebol implementovaný.

Súčasne s anglickým vedcom pracovala Lady Ada Lovelace

Stanovila mnoho myšlienok a predstavila množstvo pojmov a termínov, ktoré prežili dodnes.

III. Elektromechanické štádium vývoja VT

1887 - G. Hollerith vytvoril v USA prvý výpočtový a analytický komplex

Jednou z jeho najznámejších aplikácií je spracovanie výsledkov sčítania vo viacerých krajinách vrátane Ruska. Neskôr sa Hollerithova firma stala jednou zo štyroch firiem, ktoré položili základ známej spoločnosti IBM.

Začiatok - 30. roky XX storočia - vývoj výpočtových a analytických systémov. Na základe takých

komplexy vytvorené výpočtové strediská.

1930 – W. Bush vyvinul diferenciálny analyzátor, ktorý sa neskôr používal na vojenské účely.

1937 - J. Atanasov, K. Berry vytvorili elektronický stroj ABC.

1944 - G. Aiken vyvinul a vytvoril riadený počítač MARK-1. V budúcnosti bolo implementovaných niekoľko ďalších modelov.

1957 - v ZSSR vznikol posledný veľký projekt reléovej výpočtovej techniky - RVM-I, ktorý bol prevádzkovaný do roku 1965.

IV. Elektronická etapa, ktorej začiatok je spojený s vytvorením elektronického počítača ENIAC v USA koncom roku 1945.

V. Počítače piatej generácie musia spĺňať tieto kvalitatívne nové funkčné požiadavky:

zabezpečiť jednoduché používanie počítačov; interaktívne spracovanie informácií pomocou prirodzených jazykov, možnosti učenia. (počítačová intelektualizácia);

zlepšiť vývojárske nástroje;

zlepšiť základné vlastnosti a výkon počítačov, zabezpečiť ich rozmanitosť a vysokú prispôsobivosť aplikáciám.

Ľudský život v dvadsiatom prvom storočí priamo súvisí s umelou inteligenciou. Znalosť hlavných míľnikov pri tvorbe počítačov je ukazovateľom vzdelaného človeka. Vývoj počítačov je zvyčajne rozdelený do 5 etáp – zvykom je hovoriť o piatich generáciách.

1946-1954 - počítače prvej generácie

Stojí za to povedať, že prvá generácia počítačov (elektronických počítačov) bola trubica. Vedci z Pennsylvánskej univerzity (USA) vyvinuli ENIAC – názov prvého počítača na svete. Deň, kedy bola oficiálne uvedená do prevádzky je 15.02.1946. Pri montáži zariadenia bolo zapojených 18 tisíc elektrónok. Počítač mal podľa dnešných štandardov obrovskú plochu 135 metrov štvorcových a hmotnosť 30 ton. Vysoký bol aj dopyt po elektrine – 150 kW.

Je všeobecne známe, že tento elektronický stroj bol vytvorený priamo na to, aby pomáhal pri riešení najťažších úloh pri výrobe atómovej bomby. ZSSR rýchlo dobiehal a v decembri 1951 bol pod vedením a za priamej účasti akademika S. A. Lebedeva svetu predstavený najrýchlejší počítač sveta. Nosila skratku MESM (Small Electronic Computing Machine). Toto zariadenie môže vykonávať 8 až 10 tisíc operácií za sekundu.

1954 - 1964 - počítače druhej generácie

Ďalším krokom vo vývoji bol vývoj počítačov bežiacich na tranzistoroch. Tranzistory sú zariadenia vyrobené z polovodičových materiálov, ktoré umožňujú riadiť prúd tečúci v obvode. Prvý známy stabilný pracovný tranzistor bol vytvorený v Amerike v roku 1948 tímom fyzikov - výskumníkov Shockleyho a Bardeena.

Pokiaľ ide o rýchlosť, elektronické počítače sa výrazne líšili od svojich predchodcov - rýchlosť dosahovala stovky tisíc operácií za sekundu. Zmenšili sa aj rozmery a znížila sa aj spotreba elektrickej energie. Výrazne sa zvýšil aj rozsah použitia. Stalo sa tak v dôsledku rýchleho vývoja softvéru. Náš najlepší počítač, BESM-6, mal rekordnú rýchlosť 1 000 000 operácií za sekundu. Vyvinutý v roku 1965 pod vedením hlavného dizajnéra S. A. Lebedeva.

1964 - 1971 - počítače tretej generácie

Hlavným rozdielom tohto obdobia je začiatok používania mikroobvodov s nízkym stupňom integrácie. Pomocou sofistikovaných technológií boli vedci schopní umiestniť zložité elektronické obvody na malý polovodičový plátok s plochou menšou ako 1 centimeter štvorcový. Vynález mikroobvodov bol patentovaný v roku 1958. Vynálezca: Jack Kilby. Využitie tohto revolučného vynálezu umožnilo zlepšiť všetky parametre – rozmery sa zmenšili približne na veľkosť chladničky, zvýšila sa rýchlosť, ale aj spoľahlivosť.

Táto etapa vývoja počítačov je charakteristická používaním nového pamäťového zariadenia – magnetického disku. Minipočítač PDP-8 bol prvýkrát predstavený v roku 1965.

V ZSSR sa takéto verzie objavili oveľa neskôr - v roku 1972 a boli analógmi modelov prezentovaných na americkom trhu.

1971 - súčasnosť - počítače štvrtej generácie

Inováciou v počítačoch štvrtej generácie je aplikácia a použitie mikroprocesorov. Mikroprocesory sú ALU (aritmetické logické jednotky) umiestnené na jednom čipe s vysokým stupňom integrácie. To znamená, že mikroobvody začnú zaberať ešte menej miesta. Inými slovami, mikroprocesor je malý mozog, ktorý vykonáva milióny operácií za sekundu podľa programu, ktorý je v ňom zabudovaný. Rozmery, hmotnosť a spotreba energie sa drasticky znížili a výkon dosiahol rekordné výšky. A vtedy sa do hry dostal Intel.

Prvý mikroprocesor sa nazýval Intel-4004, názov prvého mikroprocesora zostaveného v roku 1971. Mal hĺbku 4 bitov, no vtedy to bol obrovský technologický prelom. O dva roky neskôr Intel predstavil svetu Intel-8008, ktorý má osem bitov, v roku 1975 sa zrodil Altair-8800 – ide o prvý osobný počítač založený na Intel-8008.

To bol začiatok celej éry osobných počítačov. Stroj sa začal všade používať na úplne iné účely. O rok neskôr do hry vstúpil Apple. Projekt mal veľký úspech a Steve Jobs sa stal jedným z najznámejších a najbohatších ľudí na Zemi.

Nesporným štandardom počítača je IBM PC. Bol vydaný v roku 1981 s 1 MB RAM.

Je pozoruhodné, že v súčasnosti elektronické počítače kompatibilné s IBM zaberajú asi deväťdesiat percent vyrobených počítačov! Taktiež nemožno nespomenúť Pentium. Vývoj prvého procesora s integrovaným koprocesorom bol úspešne ukončený v roku 1989. Teraz je táto ochranná známka nespornou autoritou vo vývoji a aplikácii mikroprocesorov na trhu s počítačmi.

Ak hovoríme o perspektívach, tak ide samozrejme o vývoj a implementáciu najnovších technológií: veľmi veľké integrované obvody, magnetooptické prvky, dokonca aj prvky umelej inteligencie.

Samoučiace sa elektronické systémy sú v dohľadnej budúcnosti, nazývanej piatou generáciou vo vývoji počítačov.

Človek sa snaží odstrániť bariéru v komunikácii s počítačom. Japonsko na tom pracovalo veľmi dlho a, žiaľ, neúspešne, ale to je téma na úplne iný článok. Momentálne sú všetky projekty len vo vývoji, no pri súčasnom tempe vývoja k tomu nie je ďaleko. Súčasnosť je čas, kedy sa tvoria dejiny!

Štúdiom tejto témy sa naučíte:

Ako sa vyvíjali počítačové a rozhodujúce nástroje pred vytvorením počítačov;
- čo je základňa prvkov a ako jej zmena ovplyvnila vznik nových typov počítačov;
Ako sa počítačová technika vyvíjala z generácie na generáciu?

Výpočtové nástroje pred príchodom počítačov

História výpočtovej techniky je zakorenená v hĺbke storočí, rovnako ako história vývoja ľudstva. Akumulácia rezerv, rozdelenie výroby, výmena - všetky tieto akcie sú spojené s výpočtami. Na výpočty ľudia používali vlastné prsty, kamienky, palice, uzly atď.

Potreba hľadať riešenia na stále zložitejšie problémy a v dôsledku toho čoraz zložitejšie a časovo náročnejšie výpočty postavili človeka pred potrebu hľadať spôsoby, vymýšľať zariadenia, ktoré by mu s tým mohli pomôcť. Historicky mali rôzne krajiny svoje vlastné peňažné jednotky, miery hmotnosti, dĺžky, objemu, vzdialenosti atď. Na prechod z jedného systému mier do druhého boli potrebné výpočty, ktoré zvyčajne mohli vykonávať len špeciálne vyškolení ľudia, ktorí poznali celý dôkladne zoradiť akcie. Často boli pozvaní aj z iných krajín. A celkom prirodzene vznikla potreba vymyslieť zariadenia, ktoré účtu pomáhajú. Postupne sa tak začali objavovať mechanickí pomocníci. Dodnes existujú dôkazy o mnohých takýchto vynálezoch, ktoré sú navždy zaradené do histórie techniky.

Jedno z prvých zariadení (V-IV storočia pred naším letopočtom), ktoré uľahčovali výpočty, možno považovať za špeciálne zariadenie, neskôr nazývané abakus (obrázok 24.1). Spočiatku to bola doska posypaná tenkou vrstvou jemného piesku alebo prášku modrej hliny. Na to špicatou paličkou bolo možné písať písmená, čísla. Následne sa počítadlo zdokonalilo a na ňom sa už počítalo posúvaním kostí a kamienkov v pozdĺžnych priehlbinách a samotné dosky sa začali vyrábať z bronzu, kameňa, slonoviny atď.. Postupom času sa tieto dosky začali obkladať do niekoľko pásov a stĺpcov. V Grécku existovalo počítadlo už v 5. storočí pred Kristom. medzi Japoncami sa toto zariadenie nazývalo "serobyan", medzi Číňanmi - "suan-pan".

Ryža. 24.1. Abacus

IN Staroveké Rusko pri počítaní sa používal prístroj podobný počítadlu a volalo sa to „ruská strela“. V 17. storočí malo toto zariadenie už podobu známych ruských účtov, ktoré nájdeme dodnes.

Začiatkom 17. storočia, keď matematika začala hrať kľúčovú úlohu vo vede, sa čoraz viac pociťovala potreba vynálezu počítacieho stroja. Do tejto doby patrí vytvorenie prvého počítacieho stroja (obrázok 24.2, a), nazývaného Pascalina, ktorý vykonával sčítanie a odčítanie, mladému francúzskemu matematikovi a fyzikovi Blaiseovi Pascalovi.

Ryža. 24.2. Počítacie stroje 17. storočia: a) Pascaline, b) Leibnizov stroj

V rokoch 1670-1680 navrhol nemecký matematik Gottfried Leibniz počítací stroj (obrázok 24.2, b), ktorý vykonával všetky štyri aritmetické operácie.

V priebehu nasledujúcich dvesto rokov bolo vynájdených a zostrojených niekoľko ďalších podobných počítacích zariadení, ktoré sa pre množstvo nedostatkov veľmi nepoužívali.

Až v roku 1878 ruský vedec P. Čebyšev skonštruoval počítací stroj, ktorý vykonával sčítanie a odčítanie viacciferných čísel. Najpoužívanejší bol vtedy sčítací stroj, ktorý v roku 1874 skonštruoval petrohradský inžinier Odner. Konštrukcia zariadenia sa ukázala ako veľmi úspešná, pretože umožnila rýchlo vykonať všetky štyri aritmetické operácie.

V 30. rokoch 20. storočia bol v našej krajine vyvinutý pokročilejší sčítací stroj Felix (obrázok 24.3). Tieto počítacie zariadenia sa používali niekoľko desaťročí a boli hlavným technickým nástrojom, ktorý uľahčuje prácu ľuďom spojenú so spracovaním veľkého množstva číselných informácií.

Ryža. 24.3. aritmometer "Felix"

Dôležitou udalosťou 19. storočia bol vynález anglického matematika Charlesa Babbagea, ktorý sa do histórie zapísal ako vynálezca prvého počítacieho stroja – prototypu moderných počítačov. V roku 1812 začal pracovať na takzvanom „diferenčnom“ stroji. Predchádzajúce počítacie stroje Pascala a Leibniza vykonávali iba aritmetické operácie. Babbage sa na druhej strane snažil navrhnúť stroj, ktorý by vykonal určitý program, vypočítal by číselnú hodnotu danej funkcie. Ako hlavný prvok rozdielového motora použil Babbage ozubené koleso na uloženie jednej číslice desatinného čísla. Vďaka tomu bol schopný pracovať s 18-bitovými číslami. Do roku 1822 postavil malý pracovný model a vypočítal na ňom tabuľku štvorcov.

Na zlepšenie rozdielového motora začal Babbage v roku 1833 vyvíjať analytický motor (obrázok 24.4). Od rozdielového motora sa mal líšiť väčšou rýchlosťou a jednoduchšou konštrukciou. Podľa projektu mal byť nový stroj poháňaný parou.

Analytický motor bol koncipovaný ako čisto mechanické zariadenie s tromi hlavnými blokmi. Prvým blokom je zariadenie na ukladanie čísel na registroch z ozubených kolies a systém, ktorý tieto čísla prenáša z jedného uzla do druhého (v modernej terminológii ide o pamäť). Druhý blok je zariadenie, ktoré umožňuje vykonávať aritmetické operácie. Babbage to nazval „veterný mlyn“. Tretí blok bol určený na riadenie postupnosti akcií stroja. Súčasťou návrhu analytického motora bolo aj zariadenie na zadávanie počiatočných údajov a tlač výsledkov.

Predpokladalo sa, že stroj bude konať podľa programu, ktorý nastaví postupnosť vykonávania operácií a prenosu čísel z pamäte do mlyna a naopak. Programy bolo treba zakódovať a preniesť na dierne štítky. Takéto karty sa už vtedy používali na automatické ovládanie krosien. Potom matematička Lady Ada Lovelace - dcéra anglického básnika Lorda Byrona - vyvíja prvé programy pre Babbageov stroj. Stanovila mnoho myšlienok a predstavila množstvo pojmov a termínov, ktoré sa používajú dodnes.

Ryža. 24.4. Babbageov analytický motor

Žiaľ, pre nedostatočný rozvoj techniky sa Babbageov projekt nezrealizoval. Napriek tomu bola jeho práca dôležitá; mnohí ďalší vynálezcovia využili myšlienky, ktoré sú základom zariadení, ktoré vynašiel.

Potreba automatizovať výpočty pri sčítaní ľudu v USA podnietila Heinricha Holleritha k tomu, aby v roku 1888 vytvoril zariadenie nazývané tabelátor (obrázok 24.5), v ktorom sa pomocou elektrického prúdu dešifrovali informácie vytlačené na diernych štítkoch. Toto zariadenie umožnilo spracovať údaje zo sčítania len za 3 roky namiesto predchádzajúcich ôsmich rokov. Hollerith založil IBM v roku 1924 s cieľom hromadne vyrábať tabelátory.

Ryža. 24.5. tabulátor

Na rozvoj výpočtovej techniky mal veľký vplyv teoretický vývoj matematikov: Angličana A. Turinga a Američana E. Posta, ktorí pracovali nezávisle od neho. "Turingov stroj (Post)" - prototyp programovateľného počítača. Títo vedci ukázali základnú možnosť riešenia akéhokoľvek problému pomocou automatov za predpokladu, že je možné ho znázorniť vo forme algoritmu zameraného na operácie vykonávané strojom.

Od zrodu Babbageovej myšlienky vytvorenia analytického enginu až po jeho skutočnú realizáciu uplynulo viac ako storočie a pol. Prečo bola časová medzera medzi zrodom myšlienky a jej technickou realizáciou taká veľká? Je to spôsobené tým, že pri vytváraní akéhokoľvek zariadenia vrátane počítača je veľmi dôležitým faktorom výber základne prvkov, to znamená tých častí, z ktorých je celý systém zostavený.

Prvá generácia počítačov

Vzhľad elektrónovej vákuovej trubice umožnil vedcom uviesť do praxe myšlienku vytvorenia počítača. Objavil sa v roku 1946 v USA a volal sa ENIAC.(ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Calculator, „elektronický numerický integrátor a kalkulačka“ – obrázok 24.6). Táto udalosť znamenala začiatok cesty, ktorou sa uberal vývoj elektronických počítačov (počítačov).

Obrázok 24.6. Prvý počítač ENIAC

Ďalšie zdokonaľovanie počítača bolo determinované vývojom elektroniky, vznikom nových prvkov a princípov činnosti, teda zdokonaľovaním a rozširovaním základne prvkov. V súčasnosti už existuje niekoľko generácií počítačov. Generáciou počítačov sa rozumejú všetky typy a modely elektronických počítačov vyvinuté rôznymi dizajnérskymi tímami, ale postavené na rovnakých vedeckých a technických princípoch. Zmena generácií bola spôsobená objavením sa nových prvkov vyrobených pomocou zásadne odlišných technológií.

Prvá generácia (1946 - polovica 50. rokov). Základom boli vákuové trubice namontované na špeciálnom podvozku, ako aj odpory a kondenzátory. Prvky boli spojené drôtmi povrchovou montážou. Počítač ENIAC mal 20 tisíc elektrónok, z ktorých sa mesačne vymenilo 2 000. Za jednu sekundu vykonal stroj 300 operácií násobenia alebo 5 000 sčítaní viacciferných čísel.

Vynikajúci matematik John von Neumann a jeho kolegovia načrtli vo svojej správe základné princípy logickej štruktúry nového typu počítača, ktoré boli neskôr implementované do projektu EDVAK (1950). V správe sa uvádzalo, že počítač by mal byť vytvorený na elektronickej báze a pracovať v binárnom číselnom systéme. Mal by zahŕňať nasledujúce zariadenia: aritmetický, centrálny riadiaci, úložný, na zadávanie údajov a výstup výsledkov. Vedci sformulovali aj dva princípy práce: princíp riadenia programu so sekvenčným vykonávaním príkazov a princíp uloženého programu. Dizajn väčšiny počítačov nasledujúcich generácií, kde boli tieto princípy implementované, sa nazýval „von Neumannova architektúra“.

Prvý domáci počítač vznikol v roku 1951 pod vedením akademika S. A. Lebedeva a volal sa MESM (malý elektronický počítací stroj). Potom bol uvedený do prevádzky BESM-2 (veľký elektronický počítací stroj). Najvýkonnejší počítač 50. rokov v Európe bol sovietsky elektronické výpočty stroj M-20 s rýchlosťou 20 000 op/s a kapacitou RAM 4 000 strojových slov.

MESM (malý elektronický počítací strojček)

Odvtedy začal prudký rozkvet domácej výpočtovej techniky a koncom 60. rokov u nás úspešne fungoval najvýkonnejší (1 milión op/s) počítač tej doby BESM-6, v ktorom bolo implementovaných veľa princípov nasledujúcich generácií počítačov.

BESM-6 (veľký elektronický počítací stroj)

S príchodom nových modelov počítačov došlo k zmenám v názve tejto oblasti činnosti. Predtým sa každá technika používaná na výpočty všeobecne nazývala „výpočtové zariadenia a zariadenia“. Teraz sa všetko, čo súvisí s počítačmi, nazýva počítačová technika.

Uveďme charakteristické vlastnosti počítačov prvej generácie.

♦ Základňa prvkov: vákuové trubice, odpory, kondenzátory. Spojenie prvkov: závesná inštalácia pomocou drôtov.
♦ Rozmery: Počítač je vyrobený vo forme obrovských skríň a zaberá špeciálnu strojovňu.
♦ Rýchlosť: 10-20 tisíc op/s.
♦ Prevádzka je príliš komplikovaná kvôli častému zlyhaniu vákuových trubíc. Hrozí nebezpečenstvo prehriatia počítača.
♦ Programovanie: pracný proces v strojových kódoch. V tomto prípade je potrebné poznať všetky príkazy stroja, ich binárnu reprezentáciu a architektúru počítača. Tú zamestnávali najmä matematici-programátori, ktorí priamo pracovali na jej ovládacom paneli. Údržba počítačov si od personálu vyžadovala vysokú profesionalitu.

Druhá generácia počítačov

Druhá generácia spadá do obdobia od konca 50. do konca 60. rokov.

V tom čase bol vynájdený tranzistor, ktorý nahradil vákuové trubice. To umožnilo nahradiť základňu počítačových prvkov polovodičovými prvkami (tranzistory, diódy), ako aj odpormi a kondenzátormi pokročilejšej konštrukcie (obrázok 24.7). Jeden tranzistor nahradil 40 elektrónok, pracoval rýchlejšie, bol lacnejší a spoľahlivejší. Jeho priemerná životnosť bola 1000-krát dlhšia ako vákuové trubice.

Zmenila sa aj technológia spájania prvkov. Objavili sa prvé dosky plošných spojov (pozri obr. 24.7) - dosky z izolačného materiálu, akým je napríklad getinax, na ktorý sa špeciálnou technológiou fotomontáže nanášal vodivý materiál. Na montáž základne prvku na dosku plošných spojov boli špeciálne zásuvky.

Ryža. 24.7. Tranzistory, diódy, rezistory, kondenzátory a dosky plošných spojov

Takáto formálna náhrada jedného typu prvkov iným výrazne ovplyvnila všetky vlastnosti počítačov: rozmery, spoľahlivosť, výkon, prevádzkové podmienky, štýl programovania a chod na stroji. Zmenil sa technologický postup výroby počítačov.

Ryža. 24.8. počítač druhej generácie

Uvádzame charakteristické vlastnosti počítačov druhej generácie (obrázok 24.8).
- Základňa prvku : polovodičové prvky. Zapojenie prvkov: dosky plošných spojov a povrchová montáž.
- Rozmery : Počítače sú vyrobené vo forme rovnakého typu stojanov, o niečo vyššie ako ľudský rast. Na ich umiestnenie je potrebná špeciálne vybavená strojovňa, v ktorej sú pod podlahou položené káble spájajúce početné autonómne zariadenia.
- Výkon : od stoviek tisíc do 1 milióna ops/s.
- Vykorisťovanie : zjednodušené. Objavili sa výpočtové strediská s veľkým personálom obsluhy, kde bolo zvyčajne nainštalovaných niekoľko počítačov. Tak vznikol koncept centralizovaného spracovania informácií na počítačoch. Keď zlyhalo niekoľko prvkov, vymenila sa celá doska a nie každý prvok samostatne, ako v počítačoch predchádzajúcej generácie.
- Programovanie : sa výrazne zmenil, odkedy sa začal vykonávať hlavne v algoritmických jazykoch. Programátori už nepracovali v sále, ale svoje programy dávali na diernych štítkoch alebo magnetických páskach špeciálne vyškoleným operátorom. Úlohy sa riešili v dávkovom (multiprogramovom) režime, to znamená, že všetky programy boli zadávané do počítača v rade za sebou a ich spracovanie prebiehalo pri uvoľnení príslušných zariadení. Výsledky riešenia boli vytlačené na špeciálnom papieri perforovanom po okrajoch.
- Došlo k zmenám tak v štruktúre počítača, ako aj v princípe jeho organizácie. . Tuhý princíp ovládania bol nahradený mikroprogramovým. Na realizáciu princípu programovateľnosti je potrebné mať v počítači permanentnú pamäť, v ktorej bunkách sú vždy kódy zodpovedajúce rôznym kombináciám riadiacich signálov. Každá takáto kombinácia vám umožňuje vykonať základnú operáciu, to znamená pripojiť určité elektrické obvody.
- Zaviedol princíp zdieľania času , ktorý zabezpečil súčasnú prevádzku rôznych zariadení, napríklad vstupno-výstupné zariadenie z magnetickej pásky pracuje súčasne s procesorom.

Tretia generácia počítačov

Toto obdobie trvá od konca 60. do konca 70. rokov. Tak ako vynález tranzistora viedol k vytvoreniu počítačov druhej generácie, nástup integrovaných obvodov znamenal novú etapu vo vývoji výpočtovej techniky – zrod strojov tretej generácie.

V roku 1958 John Kilby vytvoril prvý experimentálny integrovaný obvod. Takéto obvody môžu obsahovať desiatky, stovky alebo dokonca tisíce tranzistorov a iných prvkov, ktoré sú fyzicky neoddeliteľné. Integrovaný obvod (obrázok 24.9) plní rovnaké funkcie ako podobný obvod založený na prvkovej báze počítača druhej generácie, no zároveň má výrazne menšie rozmery a vyšší stupeň spoľahlivosti.

Ryža. 24.9. integrované obvody Prvý počítač postavený na integrovaných obvodoch bol IBM-360. Znamenala začiatok veľkej série modelov, ktorých názov začínal na IBM a potom nasledoval počet, ktorý sa zvyšoval so zdokonaľovaním modelov tejto série. To znamená, že čím väčšie číslo, tým väčšie možnosti sa používateľovi poskytujú.

Podobné počítače sa začali vyrábať v krajinách RVHP (Rada vzájomnej hospodárskej pomoci): ZSSR, Bulharsko, Maďarsko, Československo, NDR a Poľsko. Išlo o spoločný vývoj, pričom každá krajina sa špecializovala na určité zariadenia. Boli vyrobené dve rodiny počítačov:
- veľké - počítače ES (jeden systém), napríklad EC-1022, EC-1035, EC-1065;
- malé - SM počítače (systém malých), napríklad SM-2, SM-3, SM-4.

ES počítač (jeden systém) ES-1035

SM EVM (systém malých) SM-3

V tom čase bolo každé výpočtové stredisko vybavené jedným alebo dvoma modelmi počítačov ES (obrázok 24.10). Zástupcov rodiny SM počítačov, ktoré tvoria triedu minipočítačov, sme často našli v laboratóriách, vo výrobe, na výrobných linkách, na testovacích stoloch. Zvláštnosťou tejto triedy počítačov bolo, že všetky mohli pracovať v reálnom čase, teda so zameraním na konkrétnu úlohu.

Ryža. 24.10. počítač tretej generácie

Predstavujeme charakteristické vlastnosti počítačov tretej generácie.
- Základňa prvku : integrované obvody, ktoré sa vkladajú do špeciálnych pätíc na doske plošných spojov.
- Rozmery : Vonkajší dizajn počítača ES je podobný počítaču druhej generácie. Na ich umiestnenie potrebujú aj strojovňu. A malé počítače sú v podstate dva stojany približne jeden a pol ľudskej výšky a displej. Nepotrebovali, ako počítače ES, špeciálne vybavenú miestnosť.
- Výkon : od stoviek tisíc až po milióny operácií za sekundu.
- Vykorisťovanie : trochu sa zmenil. Oprava bežných porúch sa vykonáva rýchlejšie, ale vzhľadom na veľkú zložitosť organizácie systému je potrebný personál vysokokvalifikovaných odborníkov. Dôležitú úlohu zohráva systémový programátor.
- Technológia programovania a riešenia problémov : rovnaké ako v predchádzajúcej fáze, aj keď povaha interakcie s počítačom sa trochu zmenila. Zobrazovacie miestnosti sa objavili v mnohých výpočtových centrách, kde sa každý programátor v určitom čase mohol pripojiť k počítaču v režime zdieľania času. Tak ako predtým, hlavným zostal režim dávkového spracovania úloh.
- Došlo k zmenám v štruktúre počítača . Spolu s mikroprogramovou metódou riadenia sa využívajú princípy modulárnosti a kmeňa. Princíp modulárnosti sa prejavuje v konštrukcii počítača na báze sady modulov - konštrukčne a funkčne ucelených elektronických jednotiek v štandardnom vyhotovení. Trunking označuje spôsob komunikácie medzi počítačovými modulmi, to znamená, že všetky vstupné a výstupné zariadenia sú prepojené rovnakými vodičmi (zbernicami). Toto je prototyp modernej systémovej zbernice.
- Zvýšená pamäť . Magnetický bubon sa postupne nahrádza magnetickými diskami vyrobenými vo forme autonómnych obalov. Boli tam displeje, grafové plotre.

Štvrtá generácia počítačov

Toto obdobie sa ukázalo ako najdlhšie – od konca 70. rokov až po súčasnosť. Vyznačuje sa najrôznejšími inováciami vedúcimi k významným zmenám. K zásadným, revolučným zmenám, ktoré nám umožňujú hovoriť o zmene tejto generácie počítačov, však ešte nedošlo. Aj keď, ak porovnáme počítače napríklad zo začiatku 80. rokov a dnes, tak výrazný rozdiel je zrejmý.

Je potrebné poznamenať najmä jednu z najvýznamnejších myšlienok obsiahnutých v počítači v tejto fáze: použitie niekoľkých procesorov na výpočty súčasne (multiprocesorové spracovanie). Zmenou prešla aj štruktúra počítača.

Nové technológie na vytváranie integrovaných obvodov umožnili koncom 70. a začiatkom 80. rokov vyvinúť počítače štvrtej generácie založené na veľkých integrovaných obvodoch (LSI), ktorých stupeň integrácie predstavuje desiatky a stovky tisíc prvkov na jednom čipe. Najväčším posunom v elektronickej výpočtovej technike spojenej s používaním LSI bolo vytvorenie mikroprocesorov. Teraz je toto obdobie považované za revolúciu v elektronickom priemysle. Prvý mikroprocesor bol vytvorený spoločnosťou Intel v roku 1971. Na jednom čipe bolo možné sformovať hardvérovo minimálny procesor obsahujúci 2250 tranzistorov.

S nástupom mikroprocesora sa spája jedna z najvýznamnejších udalostí v histórii výpočtovej techniky - vznik a používanie osobných počítačov (obrázok 24.11), ktorá ovplyvnila aj terminológiu. Postupne bol pevne zakorenený pojem „počítač“ nahradený už známym slovom „počítač“ a výpočtová technika sa začala nazývať počítačová.

Ryža. 24.11. Osobný počítač

Začiatok širokého predaja osobných počítačov je spojený s menami S. Jobsa a W. Wozniaka, zakladateľov spoločnosti Apple Computer, ktorá od roku 1977 spustila výrobu osobných počítačov Apple. Pri počítačoch tohto typu sa vychádzalo z princípu vytvárania „priateľského“ prostredia pre ľudskú prácu na počítači, keď pri tvorbe softvéru bolo jednou z hlavných požiadaviek zabezpečenie pohodlného používateľského zážitku. Počítač sa otočil tvárou k mužovi. Jeho ďalšie vylepšenie bolo s ohľadom na pohodlie užívateľa. Ak sa skôr počas prevádzky počítačov implementoval princíp centralizovaného spracovania informácií, keď sa používatelia sústredili okolo jedného počítača, potom s príchodom osobných počítačov nastal opačný pohyb - decentralizácia, keď jeden používateľ môže používať počítače. pracovať s viacerými

Od roku 1982 IBM uviedla na trh model osobného počítača, ktorý sa stal na dlhú dobu štandardom. IBM vydala hardvérovú dokumentáciu a špecifikácie softvéru, čo umožňuje iným firmám vyvíjať hardvér a softvér softvér. Tak sa objavili rodiny (klony) „dvojičiek“ osobných počítačov IBM.

V roku 1984 IBM bol vyvinutý osobný počítač založený na mikroprocesore Intel 80286 s architektonickým autobusom priemyselný štandard - ISA(Industry Standard Architecture). Odvtedy začala tvrdá konkurencia medzi niekoľkými spoločnosťami vyrábajúcimi osobné počítače. Jeden typ procesora nahrádzal druhý, čo si často vyžadovalo dodatočnú výraznú modernizáciu a niekedy aj kompletnú výmenu počítačov. Preteky nájsť stále dokonalejšie technické údaje všetkých počítačových zariadení pokračuje dodnes. Každý rok je potrebné vykonať radikálnu modernizáciu existujúceho počítača.

Všeobecná vlastnosť rodiny IBM PC- kompatibilita softvéru zdola nahor a princíp otvorenej architektúry, ktorá poskytuje možnosť doplnenia existujúceho hardvéru bez odstránenia starého alebo jeho úpravy bez výmeny celého počítača.

Moderné počítače kompaktnosťou, obrovskými schopnosťami a dostupnosťou pre rôzne kategórie používateľov predčí počítače predchádzajúcich generácií.

Počítače štvrtej generácie sa vyvíjajú dvoma smermi, o ktorých sa bude diskutovať v ďalších témach tejto časti. Prvý smer- Tvorba viacprocesorových výpočtových systémov. Po druhé- výroba lacných osobných počítačov v stolných aj prenosných verziách a na ich základe - počítačových sietí.

Kontrolné otázky a úlohy

1. Povedzte nám o histórii vývoja výpočtových zariadení pred príchodom počítačov.

2. Čo je to počítačová generácia a čo spôsobuje generačnú výmenu?

3. Povedzte nám o prvej generácii počítačov.

4. Povedzte nám niečo o druhej generácii počítačov.

5. Povedzte nám o tretej generácii počítačov.

6. Povedzte nám o štvrtej generácii počítačov.

7. Kedy a prečo bol názov „počítač“ postupne nahradený pojmom „počítač“?

8. Prečo sa preslávil matematik John von Neumann?

Perspektívy rozvoja počítačových systémov

Štúdiom tejto témy sa naučíte:

Aké sú hlavné trendy vo vývoji počítačov;
Aké sú dôvody týchto trendov?

Keď poznáme funkčnosť počítačov, môžeme sa zamyslieť nad perspektívami ich rozvoja. Nie je to veľmi obohacujúce povolanie, najmä vo vzťahu k výpočtovej technike, keďže v žiadnej inej oblasti nedochádza k takým výrazným zmenám v tak krátkych časových úsekoch. Podstata vývoja výpočtovej techniky je však nasledovná: po prvé, pred ľuďmi sa otvára relatívne nová oblasť používania počítačov, ale na realizáciu týchto myšlienok sú potrebné niektoré nové, technologicky podporované schopnosti počítačov. Len čo sa vyvinú a implementujú potrebné technológie, okamžite sa objavia ďalšie perspektívne aplikácie počítačov atď.

Napríklad Fujitsu vyvinulo univerzálneho vrátnika. Vo vstupnej hale hotela víta hostí robot chrapľavým barytónovým hlasom. Po zadaní čísla izby robot vezme ťažké kufre do oboch „rúk“ alebo vyvalí vozík a začne sa pohybovať smerom k výťahu, potom stlačí tlačidlo privolania výťahu, zdvihne sa na poschodie a odprevadí hostí do miestnosti. Elektronická karta hotel, osem kamier a ultrazvukové senzory umožňujú robotovi prekonať akékoľvek prekážky. Pravé a ľavé kolesá sa otáčajú nezávisle, čo uľahčuje jazdu na naklonených a nerovných povrchoch. Pomocou 3D zobrazovacieho systému môže robot vyzdvihnúť predmety a podať ich hosťom. Robot je citlivý na hlasové pokyny a je pripojený na internet. Informácie o hoteli získate na jeho farebnom dotykovom displeji. V noci robot hliadkuje na chodbách hotela.

Napríklad na Massachusetts Institute of Technology (USA) boli predvedené modely oblečenia so vstavanými počítačmi a elektronickými zariadeniami. Dnes sa nový výstrelok nazýva „kybernetická móda“. Kybernetická brošňa, ktorá zdobí šaty na tejto ilustrácii, nie je len doplnkom – je to elektronické zariadenie, ktoré bliká v súlade s tlkotom srdca nositeľky.

Dá sa predpokladať, že v budúcnosti budú existovať stovky aktívnych výpočtových zariadení, ktoré sledujú náš stav a polohu, ľahko vnímajú naše informácie a ovládajú domáce spotrebiče. Nebudú v jednej spoločnej „škrupine“. Budú všade. Výhľad takýchto počítačových zariadení je taký, že sa stanú oveľa menšími a s nižšími nákladmi.

Zvážte perspektívy a trendy vo vývoji výpočtovej techniky, ktorá poskytuje informačné služby a manažment. Každý počítač vie nielen presne a rýchlo počítať, ale predstavuje aj veľké úložisko informácií. V súčasnosti sa čoraz viac využíva najšpecifickejšia funkcia počítačov, informačná, a to je jeden z dôvodov nadchádzajúcej „univerzálnej informatizácie“. Zvyčajne sa informácie pripravujú na počítači, potom sa vytlačia a distribuujú v tejto forme.

Už začiatkom 21. storočia sa však očakáva zmena hlavného informačného prostredia - ľudia budú väčšinu informácií dostávať nie cez klasické komunikačné kanály - rozhlas, televíziu, tlač, ale cez počítačové siete.

Už dnes možno pozorovať zmenu účelu používania počítačov. Predtým počítače slúžili výlučne na vykonávanie rôznych vedeckých, technických a ekonomických výpočtov a pracovali na nich používatelia so všeobecným počítačovým vzdelaním a programátori.

Vďaka nástupu telekomunikácií sa oblasť použitia počítačov používateľmi radikálne mení. Potreba počítačových telekomunikácií neustále rastie. Čoraz viac ľudí sa obracia na internet, aby zistilo cestovné poriadky vlakov resp najnovšie správy z Dumy, zoznámiť sa s vedeckým článkom kolegu, vybrať si, kde stráviť voľný večer atď. Informácie tohto druhu potrebuje každý kedykoľvek a kdekoľvek.

V súčasnosti sa vyvíja nový koncept rozvoja internetu - ide o vytvorenie sémantického webu (angl. Semantic web). Ide o doplnok k existujúcej sieti World Wide Web a je navrhnutý tak, aby boli informácie zverejnené v sieti pre počítače zrozumiteľnejšie. Od roku 1999 je projekt sémantického webu vyvíjaný pod záštitou World Wide Web Consortium.

V súčasnosti sa počítače podieľajú na tvorbe a spracovaní informácií na internete pomerne obmedzene. Funkcie počítačov sa redukujú najmä na ukladanie, zobrazovanie a získavanie informácií. Je to spôsobené tým, že väčšina informácií na internete je v textovej forme a počítače nedokážu vnímať a pochopiť sémantické informácie. Tvorbu informácií, ich vyhodnocovanie, triedenie a aktualizáciu – to všetko stále robí človek.

Vynára sa otázka – ako prinútiť počítače pochopiť význam informácií zverejnených v sieti a naučiť ich používať? Ak sa počítač ešte nedá naučiť rozumieť ľudskej reči, potom je potrebné vytvoriť jazyk, ktorý by bol počítaču zrozumiteľný. V ideálnom prípade by všetky informácie na internete mali byť v dvoch jazykoch: v jazyku, ktorému rozumie človek, a v jazyku, ktorému rozumie počítač. Na vytvorenie počítačovo prijateľného popisu sieťového zdroja v sémantickom webe bol vytvorený formát RDF (Resource Description Framework). Je určený na ukladanie metadát (metadáta sú údaje o údajoch) a nie je určený na čítanie alebo používanie ľuďmi. Popisy vo formáte RDF by mali byť pripojené ku každému sieťovému zdroju a počítač by ich mal spracovať automaticky.

Sémantický web poskytuje prístup k jasne štruktúrovaným informáciám pre akúkoľvek aplikáciu bez ohľadu na platformu a programovacie jazyky. Programy budú schopné samy nájsť potrebné zdroje, spracovať informácie, zovšeobecniť údaje, identifikovať logické vzťahy, vyvodiť závery a dokonca sa na základe týchto záverov rozhodovať. Ak bude sémantický web dobre prijatý a dobre implementovaný, má potenciál spôsobiť revolúciu v internete.

Sémantický web je koncept siete, v ktorej musí byť každý informačný zdroj v ľudskom jazyku vybavený popisom, ktorému počítač rozumie.

Počítač musí byť plne mobilný a vybavený rádiovým modemom pre vstup do počítačovej siete. V budúcnosti by sa prenosné počítače mali stať miniatúrnejšími rýchlosťou porovnateľnou s výkonom moderných superpočítačov. Mali by mať plochý displej s dobrým rozlíšením. Ich externé úložné zariadenia – magnetické disky – s malými rozmermi budú mať kapacitu viac ako 100 GB. Aby bolo možné s počítačom komunikovať v prirodzenom jazyku, bude široko vybavený multimediálnymi nástrojmi, predovšetkým audio a video nástrojmi.

Na zabezpečenie kvalitnej a všadeprítomnej výmeny informácií medzi počítačmi sa budú využívať zásadne nové spôsoby komunikácie:

♦ infračervené kanály v zornom poli;
♦ televízne kanály;
♦ bezdrôtová technológia vysokorýchlostná digitálna komunikácia.

To umožní vybudovať systémy ultrarýchlych informačných diaľnic spájajúcich všetky existujúce systémy.

Oblasti použitia počítačov sa rozširujú a každá z nich určuje nový trend rozvoj výpočtovej techniky. V budúcnosti sa všetky výpočtové komplexy a systémy od superpočítačov až po osobné počítače stanú komponentmi jednej počítačovej siete. A s takouto komplexnou distribuovanou štruktúrou by mala byť poskytnutá prakticky neobmedzená šírka pásma a rýchlosť prenosu informácií.

Moderné polovodičové počítače čoskoro vyčerpajú svoj potenciál a aj pri prechode na trojrozmernú architektúru mikroobvodov bude ich rýchlosť obmedzená na 1015 operácií za sekundu. Hľadanie nových spôsobov, ako zlepšiť počítače, sa uskutočňuje v mnohých smeroch. Existuje niekoľko možných alternatív, ako nahradiť moderné počítače – kvantové počítače, neuropočítače a optické počítače. Pri vývoji "počítačov budúcnosti" sa využíva široká škála vedných disciplín: molekulárna elektronika, molekulárna biológia, robotika, kvantová mechanika, organická chémia atď. Pozrime sa na hlavné vlastnosti týchto počítačov.

optický počítač. V optických počítačoch je nosičom informácie svetelný tok. Použitie optického žiarenia ako nosiča informácií má oproti elektrickým signálom množstvo výhod:

♦ rýchlosť šírenia svetelného signálu je vyššia ako rýchlosť elektrického;
♦ svetelné toky, na rozdiel od elektrických, sa môžu navzájom pretínať;
♦ svetelné prúdy sa môžu prenášať cez voľný priestor;
♦ možnosť vytvárania paralelných architektúr.

Vytvorenie väčšieho počtu paralelných architektúr, v porovnaní s tradičnými elektronickými počítačmi, je hlavnou výhodou optických počítačov, umožňuje prekonať obmedzenia v rýchlosti a paralelnom spracovaní informácií. Optické technológie sú dôležité nielen pre optické počítače, ale aj pre optickú komunikáciu a internet.

Neuropočítač. Na vyriešenie niektorých problémov je potrebné vytvoriť efektívny systém umelej inteligencie, ktorý dokáže spracovať informácie bez vynaloženia veľkého množstva výpočtových zdrojov. A vynikajúcim analógom na riešenie takéhoto problému môže byť mozog a nervový systém živých organizmov, ktoré vám umožňujú efektívne spracovávať zmyslové informácie. Ľudský mozog pozostáva z 10 miliárd nervových buniek – neurónov. Podobne by sa mal postaviť neuropočítač, ktorý modeluje funkcie neurónov.

Vzhľad neuropočítačov, často nazývaných biopočítače, je do značnej miery spojený s vývojom nanotechnológií, ktorým sa aktívne venujú vedci z mnohých krajín. Neuropočítače majú byť postavené na báze neuročipov (umelé neuróny) a neurónom podobných spojení, ktoré sú funkčne orientované na špecifický algoritmus, na riešenie konkrétneho problému. Preto je na riešenie problémov rôznych typov potrebná neurónová sieť rôznych topológií (rôzne druhy spájania neuročipov). Jeden umelý neurón môže byť použitý pri prevádzke niekoľkých algoritmov spracovania informácií v sieti a každý algoritmus je implementovaný pomocou určitého počtu umelých neurónov. Neurónovú sieť (perceptrón) možno natrénovať na rozpoznávanie vzorcov.

Perspektíva vytvorenia neuropočítačov spočíva v tom, že umelé štruktúry, ktoré majú vlastnosti mozgu a nervový systém, majú množstvo dôležitých vlastností: paralelné spracovanie informácií, schopnosť učiť sa, schopnosť automatickej klasifikácie, vysoká spoľahlivosť, asociativita.

kvantový počítač. Činnosť kvantového počítača je založená na zákonoch kvantovej mechaniky. Kvantová mechanika umožňuje stanoviť spôsob popisu a zákonitosti pohybu mikročastíc (atómov, molekúl, atómových jadier) a ich systémov. Zákony kvantovej mechaniky tvoria základ pre štúdium štruktúry hmoty. Umožnili objasniť štruktúru atómov, zistiť povahu chemickej väzby, vysvetliť periodickú sústavu prvkov, pochopiť štruktúru atómových jadier a študovať vlastnosti elementárnych častíc.

Fyzikálny princíp kvantového počítača je založený na zmene energie atómu. Má diskrétny rad hodnôt EQ, EI, ... En, nazývaný energetické spektrum atómu. Vyžarovanie a absorpcia elektromagnetickej energie atómom prebieha v oddelených častiach - kvantách alebo fotónoch. Keď je fotón absorbovaný, energia atómu sa zvyšuje a dochádza k prechodu z nižšej na hornú úroveň; keď je vyžarovaný fotón, dochádza k opačnému prechodu smerom nadol.

Preto sa pojem „qubit“ (qubit, Quantum Bit) zavádza ako základná jednotka kvantového počítača, analogicky s tradičným počítačom, kde sa používa pojem „bit“. Je známe, že bit má len dva stavy – 0 a 1, pričom stavov qubitu je oveľa viac. Preto sa na opísanie stavu kvantového systému zaviedol koncept vlnovej funkcie vo forme vektora s Vysoké číslo hodnoty.

Pre kvantové počítače, ako aj pre klasické, sa zavádzajú elementárne kvantové logické operácie: disjunkcia, konjunkcia a negácia, pomocou ktorých sa bude organizovať celá logika kvantového počítača. Pri vytváraní kvantového počítača sa hlavná pozornosť venuje riadeniu qubitov pomocou stimulovanej emisie a zamedzeniu spontánnej emisie, ktorá naruší chod celého kvantového systému.

Dá sa predpokladať, že spojenie kvantových, optických a neurónových počítačov dá svetu výkonný hybridný výpočtový systém. Takýto systém sa bude od bežného odlišovať obrovským výkonom (približne 1051), vďaka paralelnosti vykonávania operácií, ako aj možnosťou efektívneho spracovania a riadenia senzorických informácií. Výroba „počítačov budúcnosti“ si vyžiada značné ekonomické náklady, niekoľko desiatokkrát vyššie ako náklady na výrobu moderných polovodičových počítačov.

Tabuľka 28.1 uvádza všeobecné trendy v charakteristikách výpočtovej techniky, pričom zohľadňuje hlavné oblasti využitia moderných aj perspektívnych počítačov.

Tabuľka 28.1. Trendy vo výkone počítača

Kontrolné otázky a úlohy

1. Aký je vzťah medzi účelom používania počítačov a rozvojom výpočtovej techniky?

2. Uveďte príklady perspektívneho využitia počítačov.

3. Na čo sú perspektívne počítačové systémy zamerané?

4. Ako si predstavuješ budúcnosť výpočtovej techniky?

5. Aké hodnoty technických parametrov počítačov možno v blízkej budúcnosti riadiť?

6. Aký je účel sémantického webu?

7. Prečo sa počítače vyvíjajú na rôznych princípoch činnosti?

8. Aká je hlavná myšlienka vytvorenia optického počítača?

9. Aká je hlavná myšlienka vytvorenia neuropočítača?

10. Aká je hlavná myšlienka vytvorenia kvantového počítača?

5. História vývoja výpočtovej techniky a informačných technológií: hlavné generácie počítačov, ich charakteristické črty.

Hlavným nástrojom informatizácie je počítač (alebo počítač). Ľudstvo prešlo dlhú cestu, kým dosiahlo moderný stav výpočtovej techniky.

Hlavné fázy vývoja výpočtovej techniky sú:

I. Manuál - z 50. tisícročia pred Kr. e.;

II. Mechanické - od polovice XVII storočia;

III. Elektromechanické - od deväťdesiatych rokov XIX storočia;

IV. Elektronické - od štyridsiatych rokov XX storočia.

I. Manuálne obdobie automatizácie výpočtov začalo na úsvite ľudskej civilizácie. Bol založený na používaní prstov na rukách a nohách. Počítanie pomocou zoskupovania a preskupovania predmetov bolo predchodcom počítania na počítadle, najpokročilejšom počítacom nástroji staroveku. Analógom počítadla v Rusku je počítadlo, ktoré prežilo dodnes.

Začiatkom 17. storočia zaviedol škótsky matematik J. Napier logaritmy, ktoré mali revolučný vplyv na počítanie. Ním vynájdené posuvné pravítko bolo úspešne použité pred pätnástimi rokmi, pričom inžinierom slúžilo viac ako 360 rokov. Je to nepochybne vrcholný úspech výpočtových nástrojov manuálneho obdobia automatizácie.

II. Rozvoj mechaniky sa v 17. storočí stal predpokladom pre vznik výpočtových zariadení a prístrojov, ktoré využívajú mechanickú metódu výpočtovej techniky. Tu sú najvýznamnejšie výsledky:

1623 - Nemecký vedec W. Schickard opísal a implementoval v jedinej kópii mechanický počítací stroj určený na vykonávanie štyroch aritmetických operácií.

1642 - B. Pascal zostrojil osemmiestny operačný model počítacieho sčítacieho stroja.

z 50 takýchto strojov

1673 - Nemecký matematik Leibniz vytvoril prvý sčítací stroj, ktorý vám umožnil vykonávať všetky štyri aritmetické operácie.

1881 - organizácia sériovej výroby aritmometrov.

Anglický matematik Charles Babbage vytvoril kalkulačku schopnú vykonávať výpočty a tlačiť číselné tabuľky. Babbageov druhý projekt bol analytický stroj určený na výpočet akéhokoľvek algoritmu, ale projekt nebol implementovaný.

Súčasne s anglickým vedcom pracovala Lady Ada Lovelace

Stanovila mnoho myšlienok a predstavila množstvo pojmov a termínov, ktoré prežili dodnes.

III. Elektromechanické štádium vývoja VT

1887 - G. Hollerith vytvoril v USA prvý výpočtový a analytický komplex

Jednou z jeho najznámejších aplikácií je spracovanie výsledkov sčítania vo viacerých krajinách vrátane Ruska. Neskôr sa Hollerithova firma stala jednou zo štyroch firiem, ktoré položili základ známej spoločnosti IBM.

Začiatok - 30. roky XX storočia - vývoj výpočtových a analytických systémov. Na základe takých

komplexy vytvorené výpočtové strediská.

1930 – W. Bush vyvinul diferenciálny analyzátor, ktorý sa neskôr používal na vojenské účely.

1937 - J. Atanasov, K. Berry vytvorili elektronický stroj ABC.

1944 - G. Aiken vyvinul a vytvoril riadený počítač MARK-1. V budúcnosti bolo implementovaných niekoľko ďalších modelov.

1957 - v ZSSR vznikol posledný veľký projekt reléovej výpočtovej techniky - RVM-I, ktorý bol prevádzkovaný do roku 1965.

IV. Elektronická etapa, ktorej začiatok je spojený s vytvorením elektronického počítača ENIAC v USA koncom roku 1945.

V. Počítače piatej generácie musia spĺňať tieto kvalitatívne nové funkčné požiadavky:

zabezpečiť jednoduché používanie počítačov; interaktívne spracovanie informácií pomocou prirodzených jazykov, možnosti učenia. (počítačová intelektualizácia);

zlepšiť vývojárske nástroje;

zlepšiť základné vlastnosti a výkon počítačov, zabezpečiť ich rozmanitosť a vysokú prispôsobivosť aplikáciám.

Prvým zariadením určeným na uľahčenie počítania bolo počítadlo. Pomocou kostí účtov bolo možné vykonávať operácie sčítania a odčítania a jednoduché násobenia.

1642 – Francúzsky matematik Blaise Pascal skonštruoval prvý mechanický počítací stroj „Pascaline“, ktorý dokázal vykonávať mechanické sčítanie čísel.

1673 - Gottfried Wilhelm Leibniz navrhol sčítací stroj, ktorý vám umožnil mechanicky vykonávať štyri aritmetické operácie.

Prvá polovica 19. storočia - Anglický matematik Charles Babbage sa pokúsil zostrojiť univerzálne výpočtové zariadenie, teda počítač. Babbage to nazval analytický motor. Stanovil, že počítač by mal obsahovať pamäť a byť riadený programom. Počítač je podľa Babbagea mechanické zariadenie, ktorého programy sa nastavujú pomocou diernych štítkov - kariet vyrobených z hrubého papiera s informáciami nanášanými pomocou otvorov (už vtedy boli hojne využívané na krosnách).

1941 - Nemecký inžinier Konrad Zuse zostrojil malý počítač založený na niekoľkých elektromechanických relé.

1943 - v USA, v jednom z podnikov IBM, Howard Aiken vytvoril počítač s názvom "Mark-1". Umožňoval vykonávať výpočty stokrát rýchlejšie ako manuálne (pomocou sčítacieho stroja) a používal sa na vojenské výpočty. Používala kombináciu elektrických signálov a mechanických ovládačov. "Mark-1" mal rozmery: 15 * 2-5 m a obsahoval 750 000 dielov. Automat dokázal znásobiť dve 32-bitové čísla za 4 sekundy.

1943 - v USA začala skupina špecialistov vedená Johnom Mauchlym a Prosperom Eckertom navrhovať počítač ENIAC založený na vákuových trubiciach.

1945 - do prác na ENIAC sa podieľal matematik John von Neumann, ktorý pripravil správu o tomto počítači. Vo svojej správe von Neumann sformuloval všeobecné princípy fungovania počítačov, teda univerzálnych výpočtových zariadení. Až doteraz bola veľká väčšina počítačov vyrobená v súlade s princípmi, ktoré načrtol John von Neumann.

1947 – Eckert a Mauchly začali s vývojom prvého elektronického sériového stroja UNIVAC (Universal Automatic Computer). Prvý model stroja (UNIVAC-1) bol vyrobený pre americký Census Bureau a uvedený do prevádzky na jar 1951. Synchrónny, sekvenčný počítač UNIVAC-1 bol vytvorený na báze počítačov ENIAC a EDVAC. Pracovala s hodinovou frekvenciou 2,25 MHz a obsahovala asi 5000 elektrónok. Na 100 ortuťových oneskorovacích linkách bolo vyrobené interné pamäťové zariadenie s kapacitou 1000 12-bitových desatinných čísel.

1949 – Anglický výskumník Mournes Wilks zostrojil prvý počítač, ktorý stelesňoval von Neumannove princípy.

1951 – J. Forrester publikoval článok o využití magnetických jadier na ukladanie digitálnych informácií.V stroji Whirlwind-1 bola prvýkrát použitá pamäť magnetického jadra. Pozostával z 2 kociek s 32-32-17 jadrami, ktoré poskytovali uloženie 2048 slov pre 16-bitové binárne čísla s jedným paritným bitom.

1952 – IBM uviedla svoj prvý priemyselný elektronický počítač IBM 701, čo bol synchrónny paralelný počítač obsahujúci 4 000 elektrónok a 12 000 diód. Vylepšená verzia stroja IBM 704 bola rýchla, používala indexové registre a dáta boli reprezentované vo forme s pohyblivou rádovou čiarkou.

Po počítači IBM 704 vyšiel stroj IBM 709, ktorý sa architektonicky priblížil strojom druhej a tretej generácie. V tomto stroji sa prvýkrát použilo nepriame adresovanie a prvýkrát sa objavili vstupno-výstupné kanály.

1952 – Remington Rand uviedol na trh počítač UNIVAC-t 103, ktorý ako prvý používal softvérové ​​prerušenia. Zamestnanci spoločnosti Remington Rand používali algebraickú formu algoritmov na písanie s názvom „Short Code“ (prvý tlmočník, vytvorený v roku 1949 Johnom Mauchlym).

1956 – IBM vyvinula plávajúce magnetické hlavy na vzduchovom vankúši. Ich vynález umožnil vytvorenie nového typu pamätí – diskových pamäťových zariadení (pamäť), ktorých význam sa naplno prejavil v nasledujúcich desaťročiach rozvoja výpočtovej techniky. Prvé diskové pamäte sa objavili v strojoch IBM 305 a RAMAC. Ten mal balík pozostávajúci z 50 magneticky potiahnutých kovových diskov, ktoré sa otáčali rýchlosťou 12 000 otáčok za minútu. /min Na povrchu disku bolo 100 stôp na zaznamenávanie údajov, každá po 10 000 znakoch.

1956 – Ferranti uvádza na trh počítač Pegasus, v ktorom bol prvýkrát začlenený koncept registrov všeobecný účel(RON). S príchodom RON sa zrušilo rozlišovanie medzi indexovými registrami a akumulátormi a programátor mal k dispozícii nie jeden, ale hneď niekoľko akumulátorových registrov.

1957 - skupina vedená D. Backusom dokončila prácu na prvom vysokoúrovňovom programovacom jazyku s názvom FORTRAN. Jazyk, implementovaný po prvýkrát na počítači IBM 704, prispel k rozšíreniu záberu počítačov.

60. roky 20. storočia - 2. generácia počítačov, logické prvky Počítače sú implementované na báze polovodičových zariadení-tranzistorov, vyvíjajú sa algoritmické programovacie jazyky ako Algol, Pascal a ďalšie.

70. roky 20. storočia - 3. generácia počítačov, integrované obvody obsahujúce tisíce tranzistorov na jednej polovodičovej doske. OS sa začali vytvárať štrukturálne programovacie jazyky.

1974 - niekoľko spoločností oznámilo vytvorenie osobného počítača založeného na mikroprocesore Intel-8008 - zariadení, ktoré vykonáva rovnaké funkcie ako veľký počítač, ale je určené pre jedného používateľa.

1975 - objavil sa prvý komerčne distribuovaný osobný počítač Altair-8800 založený na mikroprocesore Intel-8080. Tento počítač mal RAM chýbalo len 256 bajtov, klávesnica a obrazovka.

Koniec roku 1975 – Paul Allen a Bill Gates (budúci zakladatelia Microsoftu) vytvorili pre počítač Altair jazykový tlmočník Basic, ktorý používateľom umožňoval jednoducho komunikovať s počítačom a jednoducho preň písať programy.

August 1981 – IBM predstavilo IBM PC. Ako hlavný mikroprocesor počítača bol použitý 16-bitový mikroprocesor Intel-8088, ktorý umožňoval prácu s 1 megabajtom pamäte.

80. roky 20. storočia - 4. generácia počítačov, postavená na veľkých integrovaných obvodoch. Mikroprocesory sú implementované vo forme jedného mikroobvodu, hromadná výroba osobných počítačov.

90. roky 20. storočia — 5. generácia počítačov, ultraveľké integrované obvody. Procesory obsahujú milióny tranzistorov. Vznik globálnych počítačových sietí masového využitia.

roky 2000 — 6. generácia počítačov. Počítačová integrácia a domáce prístroje, vstavané počítače, vývoj sieťovej výpočtovej techniky.