Содержание
Введение
Первые вычислительные машины
Начало XX века
Вторая половина XX века
Последний этап
Поколения ЭВМ
Краткая история компьютерной техники
Введение
История счётных устройств насчитывает много веков. Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Для облегчения счета люди стали использовать пальцы сначала одной руки, затем обеих, а в некоторых племенах и пальцы ног.
Раннему развитию письменного счета препятствовала сложность арифметических действий при существовавших в то время перемножениях чисел. Кроме того, писать умели немногие и отсутствовал учебный материал для письма - пергамент начал производиться примерно со II века до н.э., папирус был слишком дорог, а глиняные таблички неудобны в использовании. Эти обстоятельства объясняют появление специального счетного прибора - абака. Он представлял собой доску с желобками, в которых по позиционному принципу размещали какие-нибудь предметы - камешки, косточки. Позднее, около 500 г. н.э., абак был усовершенствован и на свет появились счёты - устройство, состоящее из набора костяшек, нанизанных на стержни. На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение "дощаный счет", который почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.
В конце XV века Леонардо да Винчи
(1452-1519) создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Но рукописи да Винчи обнаружили лишь в 1967г., поэтому биография механических устройств ведется от суммирующей машины Паскаля. По его чертежам в наши дни американская фирма по производству компьютеров в целях рекламы построила работоспособную машину.
Первые вычислительные машины
В 1623 г. Вильгельм Шиккард
- профессор Тюбинского университета описал устройство "часов длясчета". Это была первая механическая машина, которая могла только складывать и вычитать. В наше время по его описанию построена ее модель.
В 1642 г. французский математик Блез Паскаль (1623-1662) сконструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора. Это устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой ящик с многочисленными шестеренками. Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры.
Для передачи десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные шестерни - единиц и десятков - вращались в одном направлении. Счетная шестерня при помощи храпового механизма (передающего прямое движение и не передающего обратного) соединялись с рычагом. Отклонение рычага на тот или иной угол позволяло вводить в счетчик однозначные числа и суммировать их. В машине Паскаля храповой привод был присоединен ко всем счетным шестерням, что позволяло суммировать и многозначные числа.
В 1673 г. немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгельм
Лейбниц
(1646-1716) создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину, позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при этом использовалась двоичная система счисления. Это был более совершенный прибор, в котором использовалась движущаяся часть (прообраз каретки) и ручка, с помощью которой оператор вращал колесо. Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов ХХ век
В 1804 г. французский изобретатель Жозеф Мари Жаккар
(1752-1834) придумал способ автоматического контроля за нитью при работе на ткацком станке. Работа станка программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока. Переходя к новому рисунку, оператор просто заменял одну колоду перфокарт другой. Создание ткацкого станка, управляемого картами с пробитыми на них отверстиями и соединенными друг с другом в виде ленты, относится к одному из ключевых открытий, обусловивших дальнейшее развитие вычислительной техники.
Чарльз Ксавьер Томас
(1785-1870) в 1820г. создал первый механический калькулятор, который мог не только складывать и умножать, но и вычитать и делить. Бурное развитие механических калькуляторов привело к тому, что к 1890 году добавился ряд полезных функций: запоминание промежуточных результатов с использованием их в последующих операциях, печать результата и т.п. Создание недорогих, надежных машин позволило использовать их для коммерческих целей и научных расчетов.
В 1822г. английский математик Чарлз Бэббидж
(1792-1871) выдвинул идею создания программно-управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, ввода и печати. Первая спроектированная Бэббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе. Она высчитывала таблицы логарифмов методом постоянной дифференциации и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году, была шестицифровым калькулятором, способным производить вычисления и печатать цифровые таблицы.).
Аналитическую машину
Бэббиджа построили энтузиасты из Лондонского музея науки. Она состоит из четырех тысяч железных, бронзовых и стальных деталей и весит три тонны. Правда, пользоваться ею очень тяжело - при каждом вычислении приходится несколько сотен (а то и тысяч) раз крутить ручку автомата. Числа записываются (набираются) на дисках, расположенных по вертикали и установленных в положения от 0 до 9. Двигатель приводится в действие последовательностью перфокарт, содержащих инструкции (программу).
Одновременно с английским ученым работала леди Ада Лавлейс
(1815-1852). Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени. Леди Лавлейс была единственной дочерью Джорджа Гордона Байрона. Она предсказала появление современных компьютеров как многофункциональных машин не только для вычислений, но и для работы с графикой, звуком. В середине 70-х гг. нашего столетия министерство обороны США официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных сил. Язык носит название Ada. С недавнего времени у программистов всего мира появился свой профессиональный праздник. Он так и называется - "День программиста" - и празднуется 10 декабря. Как раз в день рождения Ады Лавлейс.
В 1855 г. братья Джорж и Эдвард Шутц из Стокгольма построили первый механический компьютер, используя работы Ч. Бэббиджа. В 1878 г. русский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев создает суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков, а в 1881 году - приставку к нему для умножения и деления.
В 1880г. Вильгодт Теофилович Однер, швед по национальности, живший в Санкт-Петербурге сконструировал арифмометр. Его арифмометры отличались надежностью, средними габаритами и удобством в работе. Над арифмометром Однер начал работать в 1874 году, а в 1890 году он налаживает массовый выпуск арифмометров. Их модификация "Феликс" выпускалась до 50-х годов XX века.
Начало XX века
1918 год. Русский ученый М.А. Бонч-Бруевич и английские ученые В. Икклз и Ф. Джордан (1919) независимо друг от друга создали электронное реле, названное англичанами триггером, которое сыграло большую роль в развитии компьютерной техники.
В 1930г. Виннивер Буш (1890-1974) конструирует дифференциальный анализатор. По сути, это первая успешная попытка создать компьютер, способный выполнять громоздкие научные вычисления. Роль Буша в истории компьютерных технологий очень велика, но наиболее часто его имя всплывает в связи с пророческой статьей "As We May Think" (1945), в которой он описывает концепцию гипертекста.
В 1937 году гарвардский математик Говард Эйкен предложил проект создания большой счетной машины. Спонсировал работу президент компании IBM Томас Уотсон, который вложил в нее 500 тыс. $. Проектирование Mark-1 началось в 1939 году, строило этот компьютер нью-йоркское предприятие IBM. Компьютер содержал около 750 тыс. деталей, 3304 реле и более 800 км проводов. В 1946 году Джон фон Нейман предложил ряд новых идей организации ЭВМ, в том числе концепцию хранимой программы, т.е. хранения программы в запоминающем устройстве. В результате реализации идей фон Неймана была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящего времени.
В 1947 году появилась счётная машина Mark-2, которая представляла собой первую многозадачную машину - наличие нескольких шин позволяло одновременно передавать из одной части компьютера в другую несколько чисел. 23 декабря 1947г. сотрудники Bell Telephone Laboratories Джон Бардин и Уолтер Бремен впервые продемонстрировали свое изобретение, получившее название транзистор. Это устройство спустя десять лет открыло совершенно новые возможности.
В 1948 году академиком С.А. Лебедевым (1890-1974) и Б.И. Рамеевым был предложен первый проект отечественной цифровой электронно-вычислительной машины: сначала МЭСМ - малая электронная счетная машина (1951 год, Киев), затем БЭСМ - быстродействующая электронная счетная машина (1952 год, Москва). Параллельно с ними создавались Стрела, Урал, Минск, Раздан, Наири.
В 1951 году в Англии появились первые серийные компьютеры Ferranti Mark-1 и LEO-1. А через 5 лет фирма Ferranti выпустила ЭВМ Pegasus, в которой впервые нашла воплощение концепция регистров общего назначения. Джей Форрестер запатентовал память на магнитных сердечниках. Впервые такая память применена на машине Whirlwind-1. Она представляла собой два куба с 32х32х17 сердечниками, которые обеспечивали хранение 2048 слов для 16-разрядных двоичных чисел с одним разрядом контроля четности. В этой машине была впервые использована универсальная неспециализированная шина (взаимосвязи между различными устройствами компьютера становятся гибкими) и в качестве систем ввода-вывода использовались два устройства: электронно-лучевая трубка Вильямса и пишущая машинка с перфолентой (флексорайтер).
В 1952г. началась опытная эксплуатация отечественного компьютера БЭСМ-1. В СССР в 1952-1953 годах А.А. Ляпунов разработал операторный метод программирования (операторное программирование), а в 1953-1954 годах Л.В. Канторович - концепцию крупноблочного программирования. В 1955 году увидел свет первый алгоритмический язык FORTRAN (FORmule TRANslator - переводчик формул). Он использовался для решения научно-технических и инженерных задач и разработан сотрудниками фирмы IBM под руководством Джон Бэкуса. В 1958г. Джек Килби из Texas Instruments и Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга изобретают интегральную схему.
1959 г. Под руководством С.А. Лебедева создана машина БЭСМ-2 производительностью 10 тыс. опер. /с. С ее применением связаны расчеты запусков космических ракет и первых в мире искусственных спутников Земли, а затем машина М-20 - для своего времени одна из самых быстродействующих в мире (20 тыс. опер. /с.).
В 1960 году появился ALGOL (Algoritmic Language - алгоритмический язык), ориентированный на научное применение. В него введено множество новых понятий, например, блочная структура. Этот язык стал концептуальным основанием многих языков программирования. Тринадцать европейских и американских специалистов по программированию в Париже утвердили стандарт языка программирования ALGOL-60.
1963 г. - начало выпуска ЭВМ "Минск-32" с внешней памятью на сменных магнитных дисках. Появились машины второго поколения, построенные на неполупроводниковой элементной базе - на магнитных элементах. Так, в МГУ им. М.В. Ломоносова коллективом под руководством Н.П. Брусенцова была создана машина Сетунь (производившаяся серийно в 1962-1964 годах).
Машина "Сетунь" является малогабаритной машиной, выполненной на магнитных элементах. Это одноадресная машина с фиксированной запятой. В качестве системы счисления в ней используется троичная система с цифрами 0, 1, - 1. "Сетунь" является первой в мире машиной, использующей эту систему счисления.
В 1964г. сотрудник Стэнфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши-манипулятора. Фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения. Модели имели единую систему команд и отличались друг от друга объемом оперативной памяти и производительностью. В 1967г. под руководством С.А. Лебедева и В.М. Мельникова в ИТМ и ВТ создана быстродействующая вычислительная машина БЭСМ-6. За ним последовал "Эльбрус" - ЭВМ нового типа, производительностью 10 млн. опер. /с. 1968г. в США фирма "Барроуз" выпустила первую быстродействующую ЭВМ на БИСах (больших интегральных схемах) - В2500 и В3500.
В 1968-1970 годах профессор Никлаус Вирт создал в Цюрихском политехническом университете язык PASCAL, названный в честь Блеза Паскаля - первого конструктора устройства, которое теперь относится к классу цифровых вычислительных машин. PASCAL создавался как язык, который, с одной стороны, был бы хорошо приспособлен для обучения программированию, а с другой - давал бы возможность эффективно решать самые разнообразные задачи на современных ЭВМ.
Вторая половина XX века
29 октября 1969 года принято считать днем рождения Сети. В этот день была предпринята самая первая, правда, не вполне удавшаяся, попытка дистанционного подключения к компьютеру, находившемуся в исследовательском центре Стэнфордского университета (SRI), с другого компьютера, который стоял в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA). Удаленные друг от друга на расстояние 500 километров, SRI и UCLA стали первыми узлами будущей сети ARPANet.
В 1971г. фирмой Intel (США) создан первый микропроцессор (МП) - программируемое логическое устройство, изготовленное по технологии СБИС. Появился компьютер IBM/370 модель 145 - первый компьютер, в основной памяти которого использовались исключительно интегральные схемы. В свет выходит первый карманный калькулятор Poketronic.
Деннис Ритчи из Bell Lab's разработал язык программирования "С" (Си). Так его назвали потому, что предыдущая версия называлась "В".
В 1968 году в Минске началась работа над первой машиной семейства ЕС. 1971 г. - начало выпуска моделей серии ЕС, ЕС-1020 (20 тыс. оп/сек), так как с 70-х годов прекратился выпуск "Минсков" и пензенских "Уралов". Хотя надо понимать, что ориентация на системы IBM не означала бездумного копирования. Это было просто невозможно, поскольку, несмотря на некоторое потепление отношений с Западом, легальные пути получить машину и программное обеспечение полностью отсутствовали. Разработка моделей "Ряда" шла на основе имевшихся публикаций по принципам архитектуры и операционных систем IBM. Так что все машины ЕС можно в какой-то мере считать оригинальными разработками и все они были запатентованы.
1974 г. Фирма Intel разработала первый универсальный восьмиразрядный микропроцессор 8080 с 4500 транзисторами.
В 1975г. Джин Амдал разработал компьютер четвертого поколения на БИС - AMDAL-470 V/6. Гарри Килдалл из фирмы Digital Reseach разработал операционную систему CP/M.
Молодой программист Пол Аллен и студент Гарвардского университета Билл Гейтс реализовали для Альтаира язык Бейсик. Впоследствии они основали фирму Майкрософт (Microsoft), являющуюся сегодня крупнейшим производителем программного обеспечения.
В 1976 г. молодые американцы Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров "Apple" ("Яблоко"), предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей.
В 1980 году появился язык ADA, названный в память об Аде Лавлейс - первой программистки в истории вычислительной техники. Он был создан во Франции по заказу американского министерства обороны как универсальный язык программирования. В него включены такие возможности как системное программирование, параллельность и т.д.
1981 г. Фирма IBM выпустила первый персональный компьютер IBM PC на базе микропроцессора 8088.1982 г. Фирма Intel выпустила микропроцессор 80286.
В 1982 году было положено начало знаменитой серии х86. 16-разрядный микропроцессор Intel 80286 на базе 134 тыс. транзисторов по производительности втрое опережал модели конкурентов. Отличительной особенностью этой разработки было то, что здесь впервые реализован принцип программной совместимости с процессорами следующих поколений за счет встроенных средств управления памятью.
В 1982 году Питер Нортон случайно стер нужный файл с жесткого диска своего персонального компьютера. Восстановление файла оказалось сложным и кропотливым делом. Однако сложившаяся ситуация привела к тому, что Нортон создал программу, являющуюся прообразом сегодняшних утилит.
1984 г. Корпорация Apple Computer выпустила компьютер Macintosh - первую модель знаменитого впоследствии семейства Macintosh c удобной для пользователя операционной системой, развитыми графическими возможностями, намного превосходящими в то время те, которыми обладали стандартные IBM-совместимые ПК с MS-DOS. Эти компьютеры быстро приобрели миллионы поклонников и стали вычислительной платформой для целых отраслей, таких например, как издательское дело и образование.
Sony и Philips разрабатывают стандарт CD-ROM-стандарт записи компакт-дисков. Также разработаны стандарты MIDI и DNS. Фирма IBM выпустила персональный компьютер IBM PC/AT.
1985 г. фирма Intel выпустила 32-битный микропроцессор 80386, состоящий из 250 тыс. транзисторов. Фирма Microsoft выпустила первую версию графической операционной среды Windows. В тот же год произошло появление нового языка программирования "C++".
В 1986 году в СССР начинается выпуск одной из самых популярных машин линии СМ, микроЭВМ СМ 1810, которая тоже могла выступать в роли персонального компьютера. Стоит упомянуть те персональные компьютеры, которые в середине 80-х годов выпускала отечественная промышленность. По уровню возможностей их делили на бытовые и профессиональные. К классу бытовых относилась выпускавшаяся в Зеленограде "Электроника БК-0010" (БК - бытовой компьютер), которая в качестве дисплея использовала обычный телевизор и обеспечивала всего 64 Кбайт ОЗУ. А другая разработка Министерства электронной промышленности, "Электроника-85", была оснащена специальным дисплеем и 4 Мбайт оперативной памяти. К классу профессиональных относилась и машина под названием "Искра-226".
Конец 80-х - конец эпохи советского компьютеростроения. Время расцвета отечественных школ по разработке ЭВМ уже позади. Однако их 40-летняя история имела достойный, хотя и несколько грустный финал. В 1989 году завершается работа над двумя последними советскими суперЭВМ - введена в опытную эксплуатацию "Электроника СС БИС" и закончена разработка "Эльбруса 3-1". Обе машины - плод творческих усилий крупнейших советских инженеров, учеников Сергея Алексеевича Лебедева.
В 1989 г. Intel выпускает очередной чип - 80486. Это первый процессор с количеством транзисторов, превышающим 1 млн. Microsoft выпустила текстовый процессор WORD. Разработан формат графических файлов GIF.
В марте 1989 г. Тим Бернерс-Ли предложил концепцию новой распределенной информационной системы, которую назвал World Wide Web. Гипертекстовая технология должна была позволить легко "перепрыгивать": из одного документа в другой. В 1990 году эти предложения были приняты, и проект стартовал. Тим Бернерс-Ли разработал язык HTML (Hypertext Markup Language - язык разметки гипертекста; основной формат Web-документов) и прототип Всемирной паутины. В 1991г. фирма Microsoft выпустила ОС Windows 3.1. Разработан графический формат JPEG. В 1992г. появилась первая бесплатная операционная система с большими возможностями - Linux. Финский студент Линус Торвальдс (автор этой системы) решил поэкспериментировать с командами процессора Intel 386 и то, что получилось, выложил в Internet. Сотни программистов из разных стран мира стали дописывать и переделывать программу. Она превратилась в полнофункциональную работающую операционную систему. История умалчивает о том, кто решил назвать ее Linux, но как появилось это название - вполне понятно. "Linu" или "Lin" от имени создателя и "х" или "ux" - от UNIX, т.к. новая ОС была очень на нее похожа, только работала теперь и на компьютерах с архитектурой х86.
Последний этап
В 1993г. фирма Intel выпустила 64-разрядный микропроцессор Pentium, который состоял из 3,1 млн. транзисторов и мог выполнять 112 млн. операций в секунду. Появился формат сжатия видео MPEG. В 1996 г. фирма Microsoft выпустила Internet Explorer 3. 0 - достаточно серьезного конкурента Netscape Navigator. В 1998 г. браузер Internet Explorer становится частью операционной системы Windows 98. Представители Microsoft утверждают, что удалить браузер из ОС невозможно.
17 февраля 2000 г. выпущена окончательная версия Windows 2000 (также называемая Win2k, W2k или Windows NT 5. 0) - это операционная система семейства Windows NT компании Microsoft, предназначенная для работы на компьютерах с 32-битными процессорами (с архитектурой совместимой с Intel IA-32).
Июнь 2000г. - Компания IBM создала новый суперкомпьютер серии RS/6000 SP - ASCI White (Accelerated Strategic Computing Initiative White Partnership) - первый компьютер, производительность которого превышает 10 TFLOPS. Пиковая производительность суперкомпьютера - 12,3 TFLOPS; компьютер способен постоянно работать на скорости 3 TFLOPS.
25 октября 2001 года - Windows XP (кодовое название при разработке - Whistler; внутренняя версия - Windows NT 5. 1) - операционная система семейства Windows NT от компании Microsoft. Она является развитием Windows 2000 Professional. Название XP происходит от англ. experience (опыт).
24 апреля 2003 г. - Windows Server 2003 (кодовое название при разработке - Whistler Server, внутренняя версия - Windows NT 5. 2) - это операционная система семейства Windows NT от компании Microsoft, предназначенная для работы на серверах.
30 ноября 2006 - Windows Vista (имеющая кодовое название Longhorn) - операционная система семейства Microsoft Windows NT, линейки операционных систем, используемых на пользовательских персональных компьютерах, а также Office 2007.
В 2008 г. - Windows Server 2008 (кодовое имя "Longhorn Server") - новая версия серверной операционной системы от Microsoft. Эта версия должна стать заменой Windows Server 2003 как представитель операционных систем поколения Vista (NT 6. x).
Поколения ЭВМ
Развитие ЭВМ делится на несколько периодов. Поколения ЭВМ каждого периода отличаются друг от друга элементной базой и математическим обеспечением.
Первое поколение ЭВМ
Первое поколение (1945-1958) ЭВМ было построено на электронных лампах - диодах и триодах. Большинство машин первого поколения были экспериментальными устройствами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса), делало их работу весьма ненадёжной. Кроме этого, такие ЭВМ имели большой вес и занимали по площади значительные территории, иногда целые здания. Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства.
Была реализована концепция хранимой программы. Программное обеспечение компьютеров 1-го поколения состояло в основном из стандартных подпрограмм, быстродействие они имели от 10 до 20 тыс. оп. /сек.
Машины этого поколения: ENIAC (США), МЭСМ (СССР), БЭСМ-1, М-1, М-2, М-З, "Стрела", "Минск-1", "Урал-1", "Урал-2", "Урал-3", M-20, "Сетунь", БЭСМ-2, "Раздан", IBM - 701, использовали много электроэнергии и состояли из очень большого числа электронных ламп. Например, машина "Стрела" состояла из 6400 электронных ламп и 60 тыс. штук полупроводниковых диодов. Их быстродействие не превышало 2-3 тыс. операций в секунду, оперативная память не превышала 2 Кб. Только у машины "М-2" (1958) оперативная память была 4 Кб, а быстродействие 20 тыс. операций в секунду.
Второе поколение ЭВМ
ЭВМ 2-го поколения были разработаны в 1959-1967 гг. В качестве основного элемента были использованы уже не электронные лампы, а полупроводниковые диоды и транзисторы, а в качестве устройств памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны - далекие предки современных жестких дисков. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось, уменьшились габаритные размеры машин.
С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Кроме этого, появилась возможность программирования на алгоритмических языках. Были разработаны первые языки высокого уровня - Фортран, Алгол, Кобол. Быстродействие машин 2-го поколения уже достигала 100-5000 тыс. оп. /сек.
Примеры машин второго поколения: БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22 - предназначены для решения научно-технических и планово-экономических задач; Минск-32 (СССР), ЭВМ М-40, - 50 - для систем противоракетной обороны; Урал - 11, - 14, - 16 - ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач.
Третье поколение ЭВМ
В ЭВМ третьего поколения (1968-1973 гг.) использовались интегральные схемы. Разработка в 60-х годах интегральных схем - целых устройств и узлов из десятков и сотен транзисторов, выполненных на одном кристалле полупроводника (то, что сейчас называют микросхемами) привело к созданию ЭВМ 3-го поколения. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Применение интегральных схем намного увеличило возможности ЭВМ.
Теперь центральный процессор получил возможность параллельно работать и управлять многочисленными периферийными устройствами. ЭВМ могли одновременно обрабатывать несколько программ (принцип мультипрограммирования). В результате реализации принципа мультипрограммирования появилась возможность работы в режиме разделения времени в диалоговом режиме. Удаленные от ЭВМ пользователи получили возможность, независимо друг от друга, оперативно взаимодействовать с машиной.
Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10-100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10-1000 компонентов на кристалл). Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. Быстродействие компьютеров 3-го поколения достигло порядка 1 млн. оп. /сек.
В эти годы производство компьютеров приобретает промышленный размах. Начиная с ЭВМ 3-го поколения, традиционным стала разработка серийных ЭВМ. Хотя машины одной серии сильно отличались друг от друга по возможностям и производительности, они были информационно, программно и аппаратно совместимы. Наиболее распространенным в те годы было семейство System/360 фирмы IBM. Странами СЭВ были выпущены ЭВМ единой серии "ЕС ЭВМ": ЕС-1022, ЕС-1030, ЕС-1033, ЕС-1046, ЕС-1061, ЕС-1066 и др. К ЭВМ этого поколения также относится "IВМ-370", "Электроника-100/25", "Электроника-79", "СМ-3", "СМ-4" и др.
Для серий ЭВМ было сильно расширено программное обеспечение (операционные системы, языки программирования высокого уровня, прикладные программы и т.д.). В 1969 году одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С ("Си"), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.
Четвертое поколение ЭВМ
В компьютерах четвертого поколения (1974-1982 гг.), использование больших
интегральных схем (БИС - 1000-100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000-10000000 компонентов на кристалл), увеличило их быстродействие до десятков и сотен млн. оп. /сек.
Началом данного поколения считают 1975 год - фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные, содержащиеся в МОП ЗУПВ, сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОП ЗУПВ.
Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2 направлениям: 1-ое направление - создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, "Эльбрус-1", "Эльбрус-2" и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК)"Эльбрус-2" активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего, в оборонной отрасли.
2-ое направление - дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются компьютеры фирмы Apple, IBM - PC (XT, AT, PS /2), отечественные "Искра", "Электроника", "Мазовия", "Агат", "ЕС-1840", "ЕС-1841" и др. Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами. Программное обеспечение дополняется базами и банками.
Пятое поколение ЭВМ
ЭВМ пятого поколения - это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров планировалось вплотную подойти к решению одной из основных задач этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. Коротко говоря, для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на "почти естественном" языке, что от них требуется.
Предполагается, что их элементной базой будут служить не СБИС, а созданные на их базе устройства с элементами искусственного интеллекта. Для увеличения памяти и быстродействия будут использоваться достижения оптоэлектроники и биопроцессоры.
Для ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработки всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.
К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую судьбу ранних исследований в области искусственного интеллекта. Более 50-ти миллиардов йен инвестиций были потрачены впустую, проект прекращен, а разработанные устройства по производительности оказались не выше массовых систем того времени. Однако, проведенные в ходе проекта исследования и накопленный опыт по методам представления знаний и параллельного логического вывода сильно помогли прогрессу в области систем искусственного интеллекта в целом.
Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.
Многие успехи, которых достиг искусственный интеллект, используют в промышленности и деловом мире. Экспертные системы и нейронные сети эффективно используются для задач классификации (фильтрация СПАМа, категоризация текста и т.д.). Добросовестно служат человеку генетические алгоритмы (используются, например, для оптимизации портфелей в инвестиционной деятельности), робототехника (промышленность, также многоагентные системы. Не дремлют и другие направления искусственного интеллекта, например распределенное представление знаний и решение задач в интернете: благодаря им в ближайшие несколько лет можно ждать революции в целом ряде областей человеческой деятельности.
На современном этапе
компьютер устройство дистанционный история
Потребность в более быстрых, дешевых и универсальных процессорах вынуждает производителей постоянно наращивать число транзисторов в них. Однако этот процесс не бесконечен. Поддерживать экспоненциальный рост этого числа, предсказанный Гордоном Муром в 1973 году, становится все труднее. Специалисты утверждают, что этот закон перестанет действовать, как только затворы транзисторов, регулирующие потоки информации в чипе, станут соизмеримыми с длиной волны электрона (в кремнии, на котором сейчас строится производство, это порядка 10 нанометров). И произойдет это где-то между 2010 и 2020 годами. По мере приближения к физическому пределу архитектура компьютеров становится все более изощренной, возрастает стоимость проектирования, изготовления и тестирования чипов. Таким образом, этап эволюционного развития рано или позно сменится революционными изменениями.
В результате гонки наращивания производительности возникает множество проблем. Наиболее острая из них - перегрев в сверхплотной упаковке, вызванный существенно меньшей площадью теплоотдачи. Концентрация энергии в современных микропроцессорах чрезвычайно высока. Нынешние стратегии рассеяния образующегося тепла, такие как снижение питающего напряжения или избирательная активация только нужных частей в микроцепях малоэффективны, если не применять активного охлаждения.
С уменьшением размеров транзисторов стали тоньше и изолирующие слои, а значит, снизилась и их надежность, поскольку электроны могут проникать через тонкие изоляторы (туннельный эффект). Данную проблему можно решить снижением управляющего напряжения, но лишь до определенных пределов.
На сегодняшний день основное условие повышения производительности процессоров - методы параллелизма. Как известно, микропроцессор обрабатывает последовательность инструкций (команд), составляющих ту или иную программу. Если организовать параллельное (то есть одновременное) выполнение инструкций, общая производительность существенно вырастет. Решается проблема параллелизма методами конвейеризации вычислений, применением суперскалярной архитектуры и предсказанием ветвлений. Многоядерная архитектура. Эта архитектура подразумевает интегрирование нескольких простых микропроцессорных ядер на одном чипе. Каждое ядро выполняет свой поток инструкций. Каждое микропроцессорное ядро значительно проще, чем ядро многопотокового процессора, что упрощает проектирование и тестирование чипа. Но между тем усугубляется проблема доступа к памяти, необходима замена компиляторов.
Многопотоковый процессор. Данные процессоры по архитектуре напоминают трассирующие: весь чип делится на процессорные элементы, напоминающие суперскалярный микропроцессор. В отличие от трассирующего процессора, здесь каждый элемент обрабатывает инструкции различных потоков в течение одного такта, чем достигается параллелизм на уровне потоков. Разумеется, каждый поток имеет свой программный счетчик и набор регистров.
"Плиточная" архитектура. Сторонники считают, что ПО должно компилироваться прямо в "железе", так как это даст максимальный параллелизм. Такой подход требует достаточно сложных компиляторов, которые пока еще не созданы. Процессор в данном случае состоит из множества "плиток" (tiles), каждая из которых имеет собственное ОЗУ и связана с другими "плитками" в своеобразную решетку, узлы которой можно включать и отключать. Очередность выполнения инструкций задается ПО.
Многоетажная архитектура. Здесь речь идет не о логической, а о физической структуре. Идея состоит в том, что чипы должны содержать вертикальные "штабеля" микроцепей, изготовленных по технологии тонкопленочных транзисторов, заимствованной из производства TFT-дисплеев. При этом относительно длинные горизонтальные м
Краткая история компьютерной техники
1623г. Первая "считающая машина", созданная Уильямом Шикардом. Это довольно громоздкий аппарат мог применять простые арифметические действия (сложение, вычитание) с 7-значными числами.
1644г. "Вычислитель" Блеза Паскаля - первая по настоящему популярная считающая машина, производившая арифметические действия над 5-значными числами.
1668г. Вычислитель сера Сэмюэля Морланда, предназначавшийся для финансовых операций.
1674г. Вильгельм Годфрид фон Лейбниц сконструировал механическую счётную
машину, которая умела производить не только операции сложения и вычитания, но и умножения!
1820г. Первый калькулятор - "Арифмометр" Шарля де Кольмара. Продержалось на рынке (с некоторыми усовершенствованиями) целых 90 лет!
1834г. Знаменитая "Аналитическая машина" Чарльза Бэббиджа - первый программируемый компьютер, использовавший примитивные программы на перфокартах.
1871г. Бэббидж создал прототип аналитического устройства компьютера и печатающее устройство - принтер.
1886г. Дорр Фелт создал Comptometer - первое устройство с клавишным вводом данных.
1890г. В США произведена перепись населения - впервые в этом участвовала "считающая машина", созданная Германом Холлритом.
1935г. Корпорация IBM (International Business Machines) начала выпуск массовых вычислителей IBM-601.
1937г. Математик Алан Тюринг создал "математическую модель" компьютера, получившую название "Машина Тюринга".
1938г. Кондрад Цузе, друг и коллега знаменитого Вернера фон Брауна, создал в Берлине один из первых компьютеров - V1.
1943г. Говард Эйкен создает "ASCC Mark I" - машину, считающуюся дедушкой современных компьютеров. Её вес составлял более 7 тонн и состоял из 750 000 частей. Машина применялась в военных целях - для расчёта артиллерийских таблиц.
1945г. Джон фон Нейман разработал теоретическую модель устройства компьютера - первое в мире описание компьютера, использовавшего загружаемые извне программы. В этом же году Мочли и Эккерт создали ENIAC - самый грандиозный и мощный ламповый компьютер той эпохи. Компьютер весит более 70 тон и содержит в себе почти 18 тысяч электронных ламп. Рабочая частота компьютера не превышает 100КГц (несколько сот операций в секунду).
1956г. В Массачусетском технологическом институте создан первый компьютер на транзисторной основе. В этом же году IBM создала первый накопитель информации - прототип винчестера - жёсткий диск КАМАС 305.
1958-1959г.Д. Килби и Р. Нойс создали уникальную цепь логических элементов на
поверхности кремниевого кристалла, соединённого алюминиевыми контактами -
первый прототип микропроцессора, интегральную микросхему.
1960г. АТ разработали первый модем.
1963г. Дуглас Энгельбарт получил патент на изобретённый им манипулятор - "мышь".
1968г. Основание фирмы Intel Робертом Нойсем и Гордоном Мурем.
1969г. Intel представляет первую микросхему оперативной памяти объёмом 1 Кб. В этом же году фирма Xerox создаёт технологию лазерного копирования изображений, которая через много лет ляжет в основу технологии печати лазерных принтеров. Первые "ксероксы".
1971г. ПО заказу японского производителя микрокалькуляторов Busicom команда разработчиков Intel под руководством Теда Хоффа создаёт первый 4-разрядный микропроцессор Intel-4004. Скорость процессора - 60 тысяч операций в секунду. В этом же году команда и исследователей лаборатории IBM в Сан-Хосе создает первый 8-дюймовый "флоппи-диск".
1972г. Новый микропроцессор от Intel - 8-разрядный Intel-8008. Xerox создаёт первый микрокомпьютер Dynabook, размером чуть больше записной книжки.
1973г. В научно-исследовательском центре Xerox создан прототип первого персонального компьютера. Первый герой, появившийся на экране, - Коржик, персонаж детского телесериала "Улица Сезам". В этом же году Scelbi Computer Consulting Company выпускает на рынок первый готовый персональный компьютер, укомплектованный процессором Intel-8008 и с 1 Кб оперативной памяти. В этом же году IBM представляет жёсткий диск IBM 3340. Ёмкость диска составляла 16 Кб, он содержал 30 магнитных цилиндров по 30 дорожек в каждом. Из-за этого и был назван "винчестером" (30/30" - марка знаменитой винтовки). И в этом же году Боб Мэткэлф изобретает систему связи компьютеров, получившую название Ethernet.
1974г. Новый процессор от Intel - 8-разрядный Intel-8080. Скорость 640 тысяч операций в секунду. В скором времени на рынке появляется недорогой компьютер Altair на основе этого процессора, работающий под управлением операционной системы CP/M. В этом же году первый процессор выпускает главный конкурент Intel в 70-х годах - фирма Zilog.
1975г. IBM выпускает первый лэптоп. Первой музыкальной композицией, воспроизведённой с помощью компьютера, стала мелодия песни The Beatles "Fool On The Hill".
1976г. Фирма Advanced Micro Devices (AMD) получает право на копирование инструкций и микрокода процессоров Intel. Начало "войны процессоров". В этом же году Стив Возняк и Стив Джобс собирают в собственной гаражной мастерской компьютер серии Apple. А 1 апреля того же года на свет появляется компания Apple Computer. Компьютер Apple I поступает в широкую продажу с весьма сакраментальной цифрой на ценнике - 666. 66$.
1977г. В продажу поступают массовые компьютеры Commodore и Apple II. Который
1977г. В продажу поступают массовые компьютеры Commodore и Apple II. Который снабжён оперативной памятью в 4 Кб, постоянной памятью 16 Кб, клавиатурой и дисплеем. Цена за всё удовольствие - 1300$. Apple II обзаводится модной добавкой - дисководом флоппи-дисков.
1978г. Intel представляет новый микропроцессор - 16 разрядный Intel-8086, работающий с частотой 4,77 МГц (330 тысяч операций в секунду). Основана компания Hayes - будущий лидер в производстве модемов.commodore выпустила на рынок первые модели матричных принтеров.
1979г. Появление процессора Intel-8088, а также первых видеоигр и компьютерных приставок для них. Японская фирма NEC выпускает первый микропроцессор в этой стране. Hayes выпускает первый модем со скоростью 300 бод, предназначенный для нового компьютера Apple.
1980г. Компьютер Atari становится самым популярным компьютером года. Seagate Technologies представляет первый винчестер для персональных компьютеров - жёсткий диск диаметров 5. 25 дюймов.
1981г. Появляется компьютер Apple III. Intel представляет первый сопроцессор. Основана фирма Creative Technology (Сингапур) - создатель первой звуковой карты. Появляется в продаже первый массовый жёсткий диск ёмкостью 5 Мб и стоимостью 1700$.
1982г. На рынке появляется новая модель от IBM - знаменитая IBM PC AT - и первые клоны IBM PC. IBM представляет процессор 16-разрядный 80286. Рабочая частота 6 МГц. (1,5 млн. операций в секунду). Hercules представляет первую чёрно-белую видеокарту - Hercules Graphics Adapter (HGA).
1983г.commodore выпускает первый портативный компьютер с цветным дисплеем (5 цветов). Вес компьютера 10кг, цена 1600$. IBM представляет компьютер IBM PC XT, укомплектованный 10 Мб жёстким диском, дисководом на 360 Кб и 128 (позднее 768) Кб оперативной памяти. Цена компьютера составляла 5000$. Выпущен миллионный компьютер Apple II. Появляются первые модули памяти SIMM. Philips и Sony представляют миру технологию CD-ROM.
1984г. Apple выпускает модем на 1200 бод. Hewlett-Packard выпускает первый лазерный принтер серии LaserJet с разрешением до 300 dpi. Philips выпускает первый дисковод CD-ROM. IBM представляет первые мониторы и видеоадаптеры EGA (16 цветов, разрешение - 630х350 точек на дюйм), а также профессиональные 14-дюймовые мониторы, поддерживающие 256 цветов и разрешение в 640х480 точек.
1985г. Новый процессор от Intel - 32 разрядный 80386DX (со встроенным сопроцессором). Рабочая частота 16 МГц, скорость около 5 млн. операций в секунду. Первый модем от U. S. Robotics - Courier 2400 бод.
1986г. На компьютере Amiga демонстрируется первый анимационный ролик со звуковыми эффектами. Рождение технологии мультимедиа. Рождение стандарта SCSI (Small Computer System Interface).
1987г. Intel представляет новый вариант процессора 80386DX с рабочей частотой 20 МГц. Шведским национальным институтом контроля и измерений утверждается первый стандарт допустимых значений излучения мониторов. U. S. Robotics представляет модем Courier HST 9600
1988г.compaq выпускает первый компьютер с оперативной памятью 640 Кб - стандартная память для всех последующих поколений DOS. Hewlett-Packard выпускает первый струйный принтер серии DeskJet. Стив Джобс и основанная им компания NexT выпускает первую рабочую станцию, оснащённую новым процессором Motorola, фантастическим для того времени объёмом памяти (8 Мб), 17-дюймовым монитором и жёстким диском на 256 Мб. Цена компьютера - 6500$.
1989г. Creative Labs представляет Sound Blaster 1. 0, 8-битную монофоническую звуковую карту. Рождение стандарта SuperVGA (разрешение 800х600 точек с поддержкой 16 тысяч цветов).
1990г. Рождение сети Интернет. Intel представляет новый процессор - 32-разрядный 80486SX. Скорость 27 миллионов операций в секунду. IBM представляет новый стандарт видеоплат - XGA - в качестве замены традиционному VGA (разрешение 1024х768 точек с поддержкой 65 тысяч цветов).
1991г. Apple представляет первый монохромный ручной сканер. AMD представляет усовершенствованные "клоны" процессоров Intel - 386DX с тактовой частотой 40 МГц и 486SX с частотой 20 МГц. Первая стерео музыкальная карта - 8-битный Sound Blaster Pro.
1992г. NEC выпускает первый привод CD-ROM с удвоенной скорость (2х).
1993г. Intel представляет новый стандарт шины и слота для подключения дополнительных плат - PCI. Первый процессор нового поколения процессоров Intel - 32-разрядный Pentium. Рабочая частота от 60 МГ, быстродействие - от 100 млн. операций в секунду. Microsoft и Intel совместно с крупнейшими производителями ПК вырабатывают технологию Plug&Play (включи и работай), допускающую автоматическое распознавание компьютером новых устройств, а также их конфигурацию.
1994г. Iomega представляет диски и дисководы ZIP и JAZ - альтернативу
существующим дискетам 1. 44 Мб. US Robotics выпускает первый модем со скоростью 28800 бод.
1995г. Анонсирован стандарт новых носителей на лазерных дисках - DVD. AMD выпускает последний процессор поколения 486 - AMD 486DX-120. Intel представляет процессор Pentium Pro, предназначенный для мощных рабочих станций. Компания 3dfx выпускает набор микросхем Voodoo, который лёг в основу первых ускорителей трёхмерной графики для домашних ПК. Первые очки и шлемы "виртуальной реальности" для домашних ПК.
1996г. Рождение шины USB. Intel выпускает процессор Pentium MMX с поддержкой новых инструкций для работы с мультимедиа. Начало производства массовых жидкокристаллических мониторов для домашних ПК.
1997г. Появление процессоров Pentium II, и альтернативных процессоров AMD K6. Первые приводы DVD. Выпуск первых звуковых плат формата PCI. Новый графический порт AGP.
1998г. Apple выпускает новый компьютер iMac, отличающийся не только своей мощью, но и потрясающим дизайном. Выпуск процессоров Celeron с урезанной кэш-памятью второго уровня. "Трёхмерная революция": на рынке появляется десяток новых моделей трёхмерных ускорителей, интегрированных в обычные видеокарты. В течение года прекращён выпуск видеокарт без 3D-ускорителей.
1999г. Выпуск новых процессоров Pentium III.
2000-2003 гг. Жёсткая конкурентная борьба между Intel и AMD, приведшая к созданию процессоров с ужасающей скоростью 3200 МГц. Это привело и к росту оперативной памяти, объёму жёстких дисков, видеокарт и т.д.
Боьшинство людей, по-видимому, считают, что термины “вычислительная машина” и “вычислительная техника" синонимами и связывают их с физическим оборудованием, как, например, микропроцессором, дисплеем, дисками, принтерами и другими истройствами, привлекающими внимание людей, когда человек видит компьютер. Хотя эти устройства и важны, всё-таки они составляют только “верхушку айсберга”. На начальном этапе использованаия современного компьютера мы имеем дело не с самим компьютером, а с совокупностью правил, называемых языками программироваания, на которых указываются действия, которые должен выполнять компьютер. Важное значение языка программирования подчёркивается тем фактом, что сама вычислительная машина может рассматриваться как аппаратный интерпретатор какого-нибудь конкретного языка, который называется машинным языком. Для обеспечения эффективной работы машины разработаны машинные языки, использование которых представляет известные трудностидля человека. Большинство пользователей не чувствуют этих неудобств благодаря наличию одного или нескольких языков, созданных для улучшения связи человека с машиной. Гибкость вычислительной машины проявляется в том, что она может исполнять программы-трансляторы (в общем случае онм называются компиляторами или интерпретаторами) для преобразования программ с языков, ориентированных на пользователей, в программы на машинном языке. (В свою очередь даже сами программы, игры, системные оболочки являются ни чем иным, как довольно простая программа-транслятор, которая по мере работы, или игры обращается при помощи своих команд к “компьютерным внутренностям и наружностям”, транслиуя свои команды в машинные языки. И всё это происходит в реальном времени.)
КОМПЬЮТЕР
Компью́тер (англ.computer - "вычислитель"), электро́нная вычисли́тельная маши́на (ЭВМ) - вычислительная машина, предназначенная для передачи, хранения и обработки информации.
Термин "компьютер" и аббревиатура "ЭВМ", принятая в русскоязычной научной литературе, не являются синонимами. Поскольку существовали механические вычислительные машины, сконструированные без применения электроники, то ЭВМ являются подмножеством компьютеров вообще. В настоящее время словосочетание "электронная вычислительная машина" почти вытеснено из бытового употребления. Аббревиатуру "ЭВМ" в основном используют как правовой термин в юридических документах, инженеры цифровой электроники, а также в историческом смысле - для обозначения компьютерной техники 1940-1980-х годов. Также "ЦВМ" - "цифровая вычислительная машина" в противовес "АВМ" - "аналоговая вычислительная машина".
При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по определённому алгоритму. Любая задача для компьютера является последовательностью вычислений.
Физически компьютер может функционировать за счёт перемещения каких-либо механических частей, движения электронов, фотонов, квантовых частиц или за счёт использования эффектов любых других физических явлений.
Архитектура компьютеров может непосредственно моделировать решаемую проблему, максимально близко (в смысле математического описания) отражая исследуемые физические явления. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах, однако сегодня стали достаточно редким явлением.
В большинстве современных компьютеров проблема сначала описывается в понятном им виде (при этом вся необходимая информация как правило представляется в двоичной форме - в виде единиц и нулей, хотя существовали и компьютеры на троичной системе счисления), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач, а также и
большинства задач по обработке информации, которые могут быть сведены к математическим. Было обнаружено, что компьютеры могут решить не любую математическую
задачу. Впервые задачи, которые не могут быть решены при помощи компьютеров, были описаны английским математиком Аланом Тьюрингом.
Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т.
УСТРОЙСТВО КОМПЬЮТЕРА.
1. Монитор
2. Системный блок
3. Клавиатура
4. Мышь
5. Аудиоколонки
1. Монитор
(устройство), дисплей - устройство для показа изображений, порождаемых другими устройствами (например, компьютерами). Три закона современной мониторотехнике:
Одна из важнейших частей компьютера, и относиться к его выбору нужно серьезно. Кроме размера и качества изображения мониторы отличаются и по частотным характеристикам (максимальным поддерживаемым разрешениям и кадровым частотам). Впрочем, большинство популярных моделей имеют достаточно хорошие параметры, хотя разница в качестве изображения, конечно, есть. К хорошим недорогим маркам можно отнести Samsung, CTX, Samtron, LG, ViewSonic, Hyundai,. Более дорогие мониторы - Sony, Panasonic, NEC, Hitachi, MAG - действительно отличаются высоким уровнем качества, однако далеко не всегда превосходят более доступные модели. Для недорогих ПК рекомендуются мониторы с диагональю 15 дюймов, а для мощных ПК лучше подходят 17-дюймовые модели. От выбора монитора зависит не только качество изображения, но и здоровье работающего с ним человека. Наиболее четкое и контрастное изображение имеют мониторы с кинескопами типа Sony, Trinitron, или похожие на них LG Flatron, ViewSonic, SonicTron, Mitsubishi Diamondtron, NEC CromaClear. Однако цена у мониторов с такими кинескопами довольно высокая, а разрешающая способность по горизонтали не самая лучшая. Кинескопы другого типа - с теневой маской - стоят дешевле, но тоже имеют весьма качественное изображение. Для недорогого компьютера обычно приобретаются мониторы с диагональю 15". Для игрового ПК или работы с графикой лучше 17" модель. Мониторы большого размера - 19", 20" или 21" - используются в основном в сферах компьютерного дизайна и автоматизированного проектирования. Если хотите быть уверены в безопасности монитора, покупай те модели, соответствующие самому жесткому стандарту - TCO-99. Именно от монитора стоит планировать бюджет покупки. Системный блок дешевеет достаточно быстро (50% в год и более), а монитор обычно покупается надолго, и от него в большей степени зависит комфортность работы за компьютером и утомляемость. Качество изображения и технология - вот на что надо обратить особое внимание. Размер диагонали экрана должен быть не менее 17 дюймов в случае монитора на базе ЭЛТ (электроннолучевой трубки) и 15 дюймов в случае ЖК (LCD/ТFТ) - дисплея. ЖК-мониторы сейчас вполне доступны по цене. Они чуть меньше, чем традиционные ЭЛТ-мониторы, подходят для игр с динамичной трехмерной графикой (или требуют в этом случае мощных параметров компьютера, хотя современные модели уже стирают эту разницу), но значительно более комфортны для зрения. Под задачи, связанные с работой с мелкими деталями и изображениями (дизайн, 3D-моделирование, видеомонтаж), желательно брать монитор более 17 дюймов. Если же вы решите брать ЭЛТ-монитор, то рассматривайте только серьезных производителей, таких, например, как View Sonic, NEC, liyama, Mitsubishi, Nokia, Sony, CTX. В данном случае, вы платите не только за марку, но и за профессионализм производителя. Обязательно посмотрите на монитор, прежде чем его покупать. Он должен понравиться именно вашим глазам! Не покупайте монитор, основываясь исключительно на цифрах технических характеристик или рекомендациях.
2. Системный блок или Корпус
- В корпусе современного компьютера сконцентрировано большое количество элементов, выделяющих тепло. По большому счету, тепло выделяет практически всё, так как любая работающая электронная схема рассеивает некоторую мощность. Однако есть элементы, которые являются весьма интенсивными источниками тепла. Это процессор, микросхемы на материнской плате и на видеокарте, элементы на плате жесткого диска, элементы блока питания и т.д. Давно прошли те времена, когда процессор мог работать без принудительного охлаждения. Уже стал привычным кулер на видеокарте, иногда он устанавливается также на северный мост чипсета и на жесткий диск. Современный корпус обычно имеет места для установки дополнительных вентиляторов, которые призваны продувать весь внутренний объем корпуса компьютера. Особенно остро проблема охлаждения стоит для компьютеров, насыщенных платами расширения, а также для компьютеров с "разогнанными" процессорами. Сами по себе корпуса не продаются отдельно, они поставляются в комплекте с блоком питания. Основная его функция - преобразовывать переменный ток высокого напряжения (110-230 V) в постоянный ток низкого напряжения (+/-12 V и +/-5 V). Выпускаются блоки питания мощностью 200 VA, 235 VA, 250 VA, 300 VA, 350 VA и т.д.
3. Клавиатура
- Компьютер - интерактивное устройство, это значит, что для общения с ним необходимо периодически вводить в него данные, в ответ на которые он будет совершать какие-то действия. Без таких устройств, как мышь и клавиатура ПК бесполезен.
Клавиатуры существуют:
мультимедийные предоставляющие дополнительные возможности управления параметрами звука (громкость, баланс частот и пр.) и CD-ROM.
со встроенными функциями управления броузером Интернет, позволяющие получить доступ к основным пунктам меню (Избранное, Поиск, запуск броузера)
для любителей игр выпускаются клавиатуры с двухсторонним дублирование клавиш управления курсором (справа и слева. Иногда дублируется вся часть цифровой клавиатуры, которая традиционно располагается справа)
беспроводные клавиатуры, позволяющие работать в удалении от ПК на расстояние до 3-4 метров.
Основными производителями клавиатур на рынке являются фирмы MicroSoft, Chickone, Genius, BTC и Cherry, обладающие, пожалуй, самым большим модельным рядом. Цена клавиатуры в зависимости от фирмы производителя, исполнения и функциональной нагрузкой лежит в пределах 5,5 - 65 у. е.
4. Мыши
- это вредные грызуны, но есть и другие мыши - манипуляторы, которые передвигают курсор на экране монитора, выполняют выделение объектов и еще много различных действий. На сегодняшний день существует огромное количество различных компьютерных мышей. Они отличаются друг от друга размером, дизайном, количеством кнопок, формой, способом подключения и т.д. Старые модели мышей подключались к компьютеру через СОМ-порт, современные же мыши подключаются к компьютеру через разъемы PS/2 или USB разъемы.
Прежде всего мыши бывают:
механические;
оптические и;
радио-мыши. Внутри механической мышки резиновый шарик касается поверхности стола и вращает горизонтальный и вертикальный валики, тем самым дает информацию о перемещении курсора. Для таких мышек необходим коврик. В оптической мыши используется световой излучатель. Для них коврик не нужен, они работают на любой ровной поверхности. Радио-мышки
соединяются с компьютером посредством радио-датчика, который подключен к порту компьютера. С помощью таких мышек можно работать с компьютером на некотором отдалении от него, скажем лежа на диване. Но существенным недостатком радио-мышей является постоянная смена батареек. Мышка снабжена минимум двумя кнопками. Современные мышки имеют три и даже пять кнопок, вдобавок на таких моделях есть один или два колесика - скрол, с помощью которых удобно просматривать документы. Чтобы сделать выделение фрагмента достаточно выполнить один щелчок левой кнгопкой мыши. Для запуска программ на выполнение или открытие папок необходимо сделать двойной щелчок, т.е. дважды быстро щелкнуть левой кнопкой мыши. Еще можно выполнить двукратный щелчок, т.е. щелкнуть один раз левой кнопкой мыши на значек и через пару секунд второй раз или нажать клавишу F2, это позволяет переименовать имя файла или папки. Можно выделить несколько значков одновременно, для этого надо щелкнуть левой клавишей мыши в стороне от значка и, удерживая левую кнопку протянуть указатель мыши так, чтобы захватить выделяемые значки. Все, что вы поймалы в рамку выделится и с ними можно выполнить различные действия - скопировать, запустить, переместить или удалить. Чтобы убрать выделение достатчно щелкнуть на свободное место. Любой значек можно с помощью мышки перетащить в другое место для этого надо щелкнуть на объект один раз и, удерживая левую кнопку мыши перенести его в другое место и отпустить клавишу, значек там и останется. Такой способ называется drag-and-drop (перетащить и бросить). Если перемещать значки и удерживать при этом клавишу Ctrl, то получим копии значков. Щелчок правой клавишей мыши открывает контекстное меню объекта - окно, в котором предоставлен список для выбора определенной команды. У разных объектов разные контекстные меню, но у всех есть строка Свойства (Properties), из которого можно многое узнать об объекте.
5. Акустика
- компьютерные колонки - отвечают за вывод звуковых сигналов.
Вот и все комплектующие компьютера.
Компьютер изнутри.
Компоненты системного блока используются для обработки и хранения информации. На рисунке изображен типичный компьютер изнутри. Давайте разбираться, что же находится в "черном ящике" (ну, или сером, или белом - смотря у кого какой цвет корпуса).
Самое главное - материнская плата
, она изображена под номером 1. Номер 2 - это вентилятор процессора. Под вентилятором виден радиатор, а уже под радиатором - сам процессор. Без снятия вентилятора и радиатора процессор вы не увидите.
Видеокарта изображена под номером 3. Номер 4 - жесткие диски, на рисунке их два. Номер 5 - это привод для чтения (записи) оптических дисков (CD, DVD). По внешнему виду определить, какой именно привод, нельзя, нужно читать, что написано на наклейке сверху или же на передней панели привода. Жесткие диски и привод CD/DVD подключаются к материнской плате с помощью шлейфов, изображенных под номером 6. Слоты расширения, в которые устанавливаются дополнительные платы расширения, изображены под номером 7. Номер 8 - это блок питания.
Винчестер
или проще говоря "винт" (HDD читается как "хард диск драйв") - это накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД) в нем хранится вся информация с которой вы работаете, установленные программы, документы, в том числе и операционная система, которая загружает собственно ваш компьютер. Только, пожалуйста, не путайте компьютерные винчестеры вот с этими винчестерами. Именно с винта информация поступает в оперативную память, но в отличие от памяти, на винчестере стере данные сохраняются даже при выключении компьютера.
Жесткий диск (hdd, hard disk drive) - используется для хранения постоянных данных (ведь содержимое оперативной памяти стирается при выключении питания).
Материнская плата (mother board) - самая главная часть компьютера, к которой подключаются все остальные его компоненты. Продолжим о материнских платах:
материнские платы производят различные производители, (китайцы иногда делают компьютеры не хуже чем европейцы) из которых можно выделить: - GigaByte, Microstar, ASUS, Intel и т.д. Иногда, покупая бренд, мы переплачиваем за имя, но получаем качество, хотя не всегда. Я лично ничего не имею против всех перечисленных производителей - для большинства людей абсолютно параллельно как карта влияет на разгон процессора, но у меня были материнские платы GigaByte, Apox на одном компьютер глючила, а на другом работала нормально, так же неплохо работает ASUS. Если вы будете покупать, определитесь с брендом, а потом смотрите подходящую по характеристикам карту, в магазине, кстати, может не оказаться материнских плат нужного вам производителя.
Сокет (Socket) - это разъем под процессор. В материнскую плату может быть вставлен процессор с определенными характеристиками, т.е. скорее всего, вы не сможете взять процессор со старого компьютер знакомого и вставить его в свою материнскую плату, даже если марка процессора походит - проблема может крыться в том, что не подходит разъем. Дело в том, что под процессоры выпускают материнские платы, соответствующие по частотам и т.п. Например, материнская плата Socket 775 предназначена для работы с процессорами s775 Intel, а не с процессорами s1366 Intel, или процессорами AMD.
Интегрированные устройства. В самом начале все плевались и не хотели покупать материнские платы с интегрированным звуком, видео, и т.п., а сейчас вполне нормально, производители материнских плат добились своего, отношение поменялось, даже для офиса и работы с текстом самый бюджетный вариант. Если вы покупаете себе компьютер для игр, если у вас есть дети или вы сами смотрите как играют другие, то вам нужно покупать материнскую плату и видеокарту отдельно. Переплачивать, покупая интегрированную в материнскую плату видеокарту, и видекорату отдельно, я бы не советовал. Звук вполне нормально работает и интегрированный и если вы не обладаете тончайшим слухом, то разницы вы не заметите.
Характеристики. Каждая материнская плата обладает своими характеристиками - тип поддерживаемой памяти - например: DDR2 DIMM, 667 - 1066 МГц, Max объем оперативной памяти, гнездо процессора, поддержка типов процессоров, поддержка UDMA/100, Serial ATA, частота шины - например: 800/1066/1333 МГц, формат платы.
Слоты, порты и их характеристики. Для некоторых внутренних устройств предусмотрены специальные слоты, ведь проще вставить устройство в слот, чем устройство выпаивать. Например в материнской плате есть слот для видеокарты PCI Express (обратите внимание на добавление - x16, на этот показатель будете смотреть когда станете покупать видеокарту). Слоты PCI предназначены для добавления встраиваемого модема, адаптеров, звуковой карты, сетевой карты и т.п. Порты - например: 4xUSB 2. 0, 1xCOM, LPT, Ethernet, PS/2 (клавиатура), PS/2 (мышь).
Процессор (processor, CPU, central processing unit) - производит обработку данных.
Оперативная память (ram, random access memory) - используется для хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых процессором. Самым главным элементом в системном блоке, можно сказать его "мозгом", является микропроцессор - это маленькая электронная схема на материнской плате, которая выполняет все вычисления и обработку информации. Микропроцессор может выполнить сотни операций и делает это со скоростью в несколько десятков или даже сотен миллионов операций в секунду. Процессор умеет считать, он переводит всю обрабатываемую информацию, будь-то текст, графика, музыка, видео - в цифровую, т.к. технически ему удобнее работать с цифрами. На сегодняшний день есть две самые популярные фирмы-изготовители процессоров: Intel с процессором Pentium (упрощенный вариант Celeron) и AMD с процессором Athlon (упрощенный вариант Sempron). Параметром быстродействия процессора является тактовая частота, чем она выше, тем быстрее работает компьютер.
Кроме обычных процессоров выпускаются также двухядерные, т.е. в одной микросхеме находятся сразу два процессора, которые работают параллельно и тем самым повышают скорость работы компьютера, есть более мощные - четырехядерные процессоры
Корпус (case) - "рама" компьютера, в которую устанавливаются все комплектующие.
Блок питания (power unit) - обычно поставляется вместе с корпусом, но является отдельной частью компьютера. Подает питание на материнскую плату и другие компоненты компьютера.
Дисковод для гибких дисков
(FDD, floppy disk drive) - на современных компьютерах часто не устанавливают FDD, но, возможно, вы все-таки захотите его иметь в комплектации своей машины. Дискета (FDD - Floppy Disk Drive) сейчас 3,5 дюйма - гибкий магнитный диск (ГМД), которая вставляется в дисковод - накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) для считывания с нее информации. Эти дискеты намного прочнее своих предшественников 5,25", рабочая область для считывания информации закрывается пластиной. Дискета представляет собой гибкую пластиковую пластину, защищенную пластмассовым корпусом. Для защиты от случайной перезаписи служит окошечко снизу: в открытом положении информация защищена, разрешено только чтение, а в закрытом положении все разрешено, т.е. перезапись, редактирование и т.д.
Различают такие технологии как CD и DVD: среди CD технологии есть два основных формата CD-R и CD-RW. На компакт-диск CD-R информация записывается только один раз и после это диск используется для чтения, но не для записи. Формат же CD-RW дает возможность стирать данные и снова записывать до 1000 раз. Емкость таких дисков до 800 МБ. Аналогично DVD-R и DVD-RW, емкость этих дисков уже 4,7 ГБ, на них можно записать несколько полнометражных фильмов. Есть двухслойные DVD диски, емкость которых достигает 17 ГБ.
Для чтения таких компакт-дисков предназначен дисковод CD-ROM и DVD
-ROM.
Привод cd/DVD - целесообразно приобрести пишущий DVD-привод, хотя можно и сэкономить, поставив на ПК комбинированный (combo) привод, умеющий читать и записывать CD-диски и только читать DVD-диски.
Видеокарта (video card) - отвечает за вывод информации на монитор (дисплей). В некоторых случаях может быть встроенной в материнскую плату.
Звуковая карта (sound card) - используется для воспроизведения звука, обычно встроена в материнскую плату.
Сетевая карта (network card) - используется для подключения к локальной сети, обычно встроена в материнскую плату. На современных компьютерах имеются сетевые платы, позволяющие подключаться к сети стандарта Fast Ethernet/Gigabit Ethernet (скорость 100/1000 Мб/с).
Виды памяти. Память компьютера используется на трёх уровнях:
постоянная;
основная (или оперативная);
внешняя.
Постоянная память ПЗУ
- постоянное запоминающее устройство хранит информацию базовой системы ввода-вывода, ее использует только процессор для своих нужд. Оперативная память ОЗУ
- оперативное запоминающее устройство предназначена для кратковременного хранения информации. Из нее процессор берет программы и исходные данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты и хранит их там. Память называется опреративной, потому что работает очень быстро, но при выключении компьютера стирается. Она представляет собой плоские прямоугольные пластины. Объем памяти на сегодняшний день от 256 МБ до 1 ГБ и выше. Чем больше памяти, тем устойчивее работает ваш компьютер и позволяет запускать одновременно несколько больших программ. Но если памяти мало, то машина работает медленно, иногда "зависает" - тормозит, программы мешают друг другу и могут вообще не работать.
Внешняя память
физически отделена от процессора и предназначена для долговременного хранения какого угодно количества информации, входит в состав компьютера в виде отдельных периферийных устройств.
Монитор (monitor, display) - используется для отображения информации, подключается к видеокарте. Компьютер может прекрасно работать и без монитора, если он не предназначен для работы с пользователем. Но такие компьютеры мы рассматривать не будем.
Клавиатура (keyboard) - устройство для ввода данных.
Мышь (mouse) - без манипулятора мышь работать с современным компьютером очень неудобно, поэтому мышь (или другое указательное устройство, например TouchPad на ноутбуках) является обязательным компонентом компьютера. Задняя панель компьютера.
Блок питания
В верхнем левом углу системного блока находится блок питания
. Поскольку все компоненты в системном блоке питаются постоянными токами с напряжениями 5, 12 или 3,3 В, блок питания представляет собой, по сути, выпрямитель и набор трансформаторов.
"Техническое обслуживание средств вычислительной техники и компьютерных сетей"
Выпускники данной специальности получают знания и навыки в области технического обслуживания средств вычислительной техники (СВТ) и компьютерных сетей; обеспечения работоспособности, обнаружения и устранения неисправности в СВТ и компьютерных сетях; составлении программы профилактического обслуживания СВТ; производства установки, адаптации, сопровождения и эксплуатации типового программного обеспечения; создания инсталляционных пакетов для установки разрабатываемого программного обеспечения. Т.е. специалист данного направления сможет составить, настроить и отремонтировать компьютерную технику и компьютерные сети, а также использовать в своей деятельности типовое программное обеспечение.