Вычислительная техника создавалась для облегчения и ускорения сложных математических расчетов, т.е. именно для вычислений, что и нашло свое отражение в самом ее названии. Первые крупные ЭВМ (1940-х годов и последующих десятилетий XX в.) использовались в области атомной физики, аэродинамики, баллистики и ряде других областей, в которых расчеты протекающих процессов очень сложны и трудоемки. Уже в этот период успехи вычислительной техники были весьма впечатляющими. Появились сенсационные сообщения о том, что ЭВМ за несколько часов выполнила работу, которую несколько десятков инженеров и техников выполняли с помощью логарифмических линеек и арифмометров несколько месяцев. С легкой руки журналистов вычислительные машины стали называть не иначе как «думающие машины» или «электронный мозг», что, строго говоря, не соответствует истине, поскольку ЭВМ не «думает», а последовательно выполняет команды программы, составленной человеком.

Само же составление программы хотя и требовало больших затрат времени, но обходилось во много раз дешевле, поскольку стоимость первых ЭВМ была очень высока. Такие дорогостоящие высокопроизводительные ЭВМ могли приобрести только крупные государственные вычислительные центры и очень богатые фирмы. Поэтому те предприятия и организации, которым необходимо было производить расчеты на ЭВМ, готовили программы для своих расчетов, а затем сдавали их для выполнения в вычислительные центры, оплачивая каждый час работы ЭВМ. На языке того периода - «покупали машинное время». Таким образом, в ту пору пользователь и владелец ЭВМ были разными субъектами.

По мере развития вычислительной техники стоимость ее существенно снижалась. С 1980-х годов персональный компьютер стал доступен не только любому специалисту в какой угодно области человеческой деятельности, но и любому частному лицу. В те же годы область применения вычислительной техники значительно расширилась, поскольку оказалось возможным представлять в цифровом виде самую разнообразную информацию.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) появились чуть более полувека тому назад. За это время их размеры уменьшились в тысячи раз, а производительность увеличилась в миллионы раз. Если в первые 10 лет своего развития ЭВМ создавались из отдельных (дискретных) элементов, то затем научные и технологические достижения микроэлектроники позволили в одном элементе (т.е. в одном корпусе) размещать сразу несколько полупроводниковых компонентов.

От одного транзистора в корпусе -- до десятков миллионов в современном микропроцессоре. Никакая другая область техники, кроме космической, не может похвастаться такими бурными, поистине революционными изменениями за последние полвека.

Помимо быстрого развития средств вычислительной техники надо отметить и существенные изменения в сфере ее приложения. Создававшиеся именно как средства для облегчения вычислений ЭВМ уже давно используются в большей степени как средства обработки информации в самом широком смысле этого слова.

Все, что может узнать человек благодаря своим пяти органам чувств, да плюс то, что он может узнать благодаря самым разнообразным измерительным методам и приборам (а они чувствительны и к тем явлениям, которые человек не воспринимает), ЭВМ может обработать (т.е. преобразовать) и запомнить. Поэтому в настоящее время ЭВМ -- это, прежде всег,о средство обработки информации.

В качестве такового ЭВМ является основой современных информационных технологий, с помощью которых обеспечивается ускоренное развитие самых разных областей человеческой деятельности.

Широкое применение ЭВМ (прежде всего персональных компьютеров) -- это то новое, что меняет образ жизни всего челове-чества.

В нашей стране действует специальный стандарт на термины и определения в области систем обработки информации (ГОСТ 15971 -- 90). Согласно этому стандарту вычислительная машина (ВМ) - это совокупность технических средств, создающая возможность про-ведения обработки информации и получение результата в необходимой форме.

А электронная ВМ (ЭВМ) -- это вычислительная машина, основные функциональные устройства которой выполнены на электронных компонентах.

Совокупность технических средств и программного обеспечения, а также методов обработки информации и действий персонала, обеспечивающая выполнение автоматизированной обработки информации, составляет систему обработки информации. А обработка информации -- это систематическое выполнение операций над данными, представляющими предназначенную для обработки информацию.

Понятие «данные» является очень важным в вычислительной технике. Данные -- это информация, представленная в виде, пригодном для обработки автоматическими средствами при возможном участии человека.

Следует также различать понятия «автоматический» и «автоматизированный». Первое из них означает, что действие происходит без участия человека. Второе понятие используется для обозначения совместных действий автоматических устройств и человека.

На современном этапе развития ВТ широко используются вычислительные машины и их комплексы. Кроме настольного ПК получил большое распространение ноутбук -- компьютер в виде небольшой папки или портфеля. Питается он от аккумулятора, поэтому работать на нем можно где угодно. Появились карман-ные ПК.

За последние 10--15 лет сотни миллионов компьютеров объединились в сети, что еще более расширило область применения ВТ. Возросла роль ЭВМ как средства связи.

С помощью компьютеров стало возможным пересылать инфор-мацию на тысячи километров за доли секунды, с помощью электронной почты -тексты и картинки, с помощью Интернет-телефонии -- голосовые сообщения.

Таким образом, стали использоваться и коммуникационные возможности компьютеров, возникли новые информационно-ком-муникационные технологии (ИКТ).

Персональный компьютер быстро вошел в нашу жизнь. Еще несколько лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер – они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. Теперь же в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошел в жизнь человека.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Область применения ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

Даже 30 лет назад было только около 2000 различных сфер применения микропроцессорной техники. Это управление производством (16%), транспорт и связь (17%), информационно-вычислительная техника (12%), военная техника (9%), бытовая техника (3%), обучение (2%), авиация и космос (15%), медицина (4%), научное исследование, коммунальное и городское хозяйство, банковский учёт, метрология, и другие области.

Компьютеры в учреждениях. Компьютеры в буквальном смысле совершили революцию в деловом мире. Секретарь практически любого учреждения при подготовке докладов и писем производит обработку текстов. Учрежденческий аппарат использует персональный компьютер для вывода на экран дисплея широкоформатных таблиц и графического материала. Бухгалтеры применяют компьютеры для управления финансами учреждения и введение документации.

Компьютеры на производстве. Компьютеры находят применение при выполнении широкого круга производственных задач. Так, например, диспетчер на крупном заводе имеет в своём распоряжении автоматизированную систему контроля, обеспечивающую бесперебойную работу различных агрегатов. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении различных производственных процессов. Также управляются компьютером роботы на заводах, скажем, на линиях сборки автомобилей, включающие многократно повторяющиеся операции, например затягивание болтов или окраску деталей кузова.

Компьютер – помощник конструктора. Проекты конструирования самолета, моста или здания требуют затрат большого количества времени и усилий. Они представляют собой один из самых трудоёмких видов работ. Сегодня, в век компьютера, конструкторы имеют возможность посвятить своё время целиком процессу конструирования, поскольку расчёты и подготовку чертежей машина «берёт на себя». Пример: конструктор автомобилей исследует с помощью компьютера, как форма кузова влияет на рабочие характеристики автомобиля. С помощь таких устройств, как электронное перо и планшет, конструктор может быстро и легко вносить любые изменения в проект и тут же наблюдать результат на экране дисплея.

Компьютер в магазине самообслуживания. Представьте себе, что идёт 1979 год и вы работаете неполный рабочий день в качестве кассира в большом универмаге. Когда покупатели выкладывают отобранные ими покупки на прилавок, вы должны прочесть цену каждой покупки и ввести её в кассовый аппарат. А теперь вернёмся в наши дни. Вы по-прежнему работаете кассиров и в том же самом универмаге. Но как много здесь изменилось. Когда теперь покупатели выкладывают свои покупки на прилавок, вы пропускаете каждую из них через оптическое сканирующее устройство, которое считывает универсальный код, нанесённый на покупку, по которому компьютер определяет, цену этого изделия, хранящуюся в памяти компьютера, и высвечивает ее на маленьком экране, чтобы покупатель мог видеть стоимость своей покупки. Как только все отобранные товары прошли через оптическое сканирующее устройство, компьютер немедленно выдаёт общую стоимость купленных товаров.

Компьютер в банковских операциях. Выполнение финансовых расчётов с помощью домашнего персонального компьютера – это всего лишь одно из его возможных применений в банковском деле. Мощные вычислительные системы позволяют выполнять большое количество операций, включая обработку чеков, регистрацию изменения каждого вклада, приём и выдачу вкладов, оформление ссуды и перевод вкладов с одного счёта на другой или из банка в банк. Кроме того, крупнейшие банки имеют автоматические устройства, расположенные за пределами банка. Банковские автоматы позволяют клиентам не выстаивать длинных очередей в банке, взять деньги со счета, когда банк закрыт. Всё, что требуется, - вставить пластмассовую банковскую карточку в автоматическое устройство. Как только это сделано, необходимые операции будут выполнены.

Компьютер в медицине. Как часто вы болеете? Вероятно, у вас была простуда, ветрянка, болел живот? Если в этих случаях вы обращались к доктору, скорее всего он проводил осмотр быстро и достаточно эффективно. Однако медицина – это очень сложная наука. Существует множество болезней, каждая из которых имеет только ей присущие симптомы. Кроме того, существуют десятки болезней с одинаковыми и даже совсем одинаковыми симптомами. В подобных случаях врачу бывает трудно поставить точный диагноз. И здесь ему на помощь приходит компьютер. В настоящее время многие врачи используют компьютер в качестве помощника при постановке диагноза, т.е. для уточнения того, что именно болит у пациента. Для этого больной тщательно обследуется, результаты обследования сообщаются компьютеру. Через несколько минут компьютер сообщает, какой из сделанных анализов дал аномальный результат. При этом он может назвать возможный диагноз.

Компьютер в сфере образования. Сегодня многие учебные заведения не могут обходиться без компьютеров. Достаточно сказать, что с помощью компьютеров: трёхлетние дети учатся различать предметы по их форме; шести- и семилетние дети учатся читать и писать; выпускники школ готовятся к вступительным экзаменам в высшие учебные заведения; студенты исследуют, что произойдёт, если температура атомного реактора превысит допустимый предел. «Машинное обучение» – термин, обозначающий процесс обучения при помощи компьютера. Последний в этом случае выступает в роли «учителя». В этом качестве может использоваться микрокомпьютер или терминал, являющийся частью электронной сети передачи данных. Процесс усвоения учебного материала поэтапно контролируется учителем, но если учебный материал даётся в виде пакета соответствующих программ ЭВМ, то его усвоение может контролироваться самим учащимся.

Компьютеры на страже закона. Вот новость, которая не обрадует преступника: «длинные руки закона» теперь обеспечены вычислительной техникой. «Интеллектуальная» мощь и высокое быстродействие компьютера, его способность обрабатывать огромное количество информации, теперь поставлены на службу правоохранительных органов для повышения эффективности работы. Способность компьютеров хранить большое количество информации используется правоохранительными органами для создания картотеки преступной деятельности. Электронные банки данных с соответствующей информацией легко доступны государственным и региональным следственным учреждениям всей страны. Так, федеральное бюро расследования (ФБР) располагает общегосударственным банком данных, который известен как национальный центр криминалистической информации. Компьютеры используются правоохранительными органами не только в информационных сетях ЭВМ, но и в процессе розыскной работы. Например, в лабораториях криминалистов компьютеры помогаю проводить анализ веществ, обнаруженных на месте преступления. Заключения компьютера-эксперта часто оказываются решающими в доказательствах по рассматриваемому делу.

Компьютер как средство общения людей. Если на одном компьютере работают хотя бы два человека, у них уже возникает желание использовать этот компьютер для обмена информацией друг с другом. На больших машинах, которыми пользуются одновременно десятки, а то и сотни человек, для этого предусмотрены специальные программы, позволяющие пользователям передавать сообщения друг другу. Стоит ли говорить о том, что как только появилась возможность объединять несколько машин в сеть, пользователи ухватились за эту возможность не только для того, чтобы использовать ресурсы удаленных машин, но и чтобы расширить круг своего общения. Создаются программы, предназначенные для обмена сообщениями пользователей, находящихся на разных машинах. Наиболее универсальное средство компьютерного общения – это электронная почта. Она позволяет пересылать сообщения практически с любой машины на любую, так как большинство известных машин, работающих в разных системах, ее поддерживают. Электронная почта - самая распространенная услуга сети Internet. В настоящее время свой адрес по электронной почте имеют приблизительно 20 миллионов человек. Посылка письма по электронной почте обходится значительно дешевле посылки обычного письма. Кроме того сообщение, посланное по электронной почте дойдет до адресата за несколько часов, в то время как обычное письмо может добираться до адресата несколько дней, а то и недель.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Обычно, использование инфраструктуры Internet для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ИНФОРМАТИКИ И ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Выполнил

студент группы Фоб -107

Еремин А.А

Груздева Л.М

ВЛАДИМИР

Введение стр. 2

Ручной период докомпьютерной эпохи стр. 3

Механический этап стр. 4

Электромеханический этап стр. 7

Этап современных ЭВМ (электронный) стр. 10

Роль вычислительной техники в жизни человека стр. 13

Заключение стр. 18

Список литературы стр. 20

ВВЕДЕНИЕ

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. В наше время трудно представить себе, что без компьютеров можно обойтись. А ведь не так давно, до начала 70-х годов вычислительные машины были доступны весьма ограниченному кругу специалистов, а их применение, как правило, оставалось окутанным завесой секретности и мало известным широкой публике. Однако в 1971 году произошло событие, которое в корне изменило ситуацию и с фантастической скоростью превратило компьютер в повседневный рабочий инструмент десятков миллионов людей. В том, вне всякого сомнения знаменательном году еще почти никому не известная фирма Intel из небольшого американского городка с красивым названием Санта-Клара (шт. Калифорния), выпустила первый микропроцессор. Именно ему мы обязаны появлением нового класса вычислительных систем – персональных компьютеров, которыми теперь пользуются, по существу, все, от учащихся начальных классов и бухгалтеров до ученых и инженеров.

В данном реферате мы рассмотрим историю развития вычислительной техники от древности до наших дней, а также краткий обзор о возможностях применения современных вычислительных систем и дальнейшие тенденции развития персональных компьютеров.

Знание истории развития вычислительной техники как основы компьютерной информатики – необходимый составной элемент компьютерной культуры

РУЧНОЙ ПЕРИОД КОМПЬЮТЕРНОЙ ЭПОХИ

Ручной период начался на заре человеческой цивилизации. Фиксация результатов счета у разных народов на разных континентах производилась разными способами: пальцевый счет, нанесение засечек, счетные палочки, узелки и т.д. Наконец, появление приборов, использующих вычисление по разрядам, как бы предполагали наличие некоторой позиционной системы счисления, десятичной, пятеричной, троичной и т.д. К таким приборам относятся абак, русские, японские, китайские счеты.

Историю цифровых устройств начать следует со счетов . Подобный инструмент был известен у всех народов. Древнегреческий абак (доска или «саламинская доска» по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходили бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камушек в следующем разряде. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, пеcка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками. Китайские счеты суан – пан состояли из деревянной рамки, разделенной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки – с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка.

Суан - пан разделены на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части – по 2. Таким образом, для того, чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, а затем добавляли одну косточку в разряд единиц.

У японцев это же устройство для счета носило название серобян .

На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с 15 века получил распространение «дощатый счет », завезенный, видимо, западными купцами с ворванью и текстилем. «Дощатый счет» почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.

В 9 веке индийские ученые сделали одно из величайших открытий в математике. Они изобрели позиционную систему счисления, которой теперь пользуется весь мир.

При записи числа, в котором отсутствует какой - либо разряд (например, 110 или 16004), индийцы вместо названия цифры говорили слово «пусто». При записи на месте «пустого» разряда ставили точку, а позднее рисовали кружок. Такой кружок называется «сунья».

Арабские математики перевели это слово по смыслу на свой язык – они говорили «сифр». Современное слово «нуль» происходит от латинского.

МЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП

Принято считать, что первые, как тогда их называли вычислители, появились в XVII веке и на протяжение четырех веков множество талантливых людей приложили свои усилия для создания современного компьютера, ставшего неотъемлемой частью каждой квартиры или офиса.

Но самых первых изобретателей компьютеров безусловно надо знать. В 1623 году Вильгельм Шиккард изобрел и построил первую работающую модель 6-ти разрядного механического вычислительного устройства, которое могло выполнять простейшие арифметические действия: сложение и вычитание с семизначными числами. Описание машины Шиккарда, к сожалению, оказалось утраченным во время Тридцатилетней войны.

В 1642 году Блез Паскаль сконструировал 8-разрядную суммирующую машину. Эта машина представляла собой комбинацию взаимосвязанных колесиков с нанесенными на них цифрами от 0 до 9 и приводов. Когда первое колесико делало полный оборот от 0 до 9, в действие автоматически приводилось второе колесико. Когда и оно достигало цифры 9, начинало вращаться третье и так далее. Машина Паскаля могла складывать и вычитать, умножать (делить) лишь путем многократного сложения (вычитания).

В 1668 году появился новый вычислитель, предназначенный исключительно для финансовых операций. Его изобретателем стал стал сэр Самюэль Морланд.

В 1674 году великий философ и ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал машину «четырех действий», которая выполняла сложение, вычитание, умножение, деление и извлечение квадратного корня. В отличие от Паскаля Лейбниц использовал в своей машине не колесики и приводы, а цилиндры с нанесенными на них цифрами. Специально для нее Лейбниц впервые применил двоичную систему счисления, использующую вместо обычных для человека десяти цифр две: 0 и 1.

Следующая волна конструкторов-изобретателей компьютеров была замечена только в XIX веке, два века спустя после первых счетных машин и вычислителей.

В 1820 году учёный и изобретатель Шарль де Кольмар придумал самый настоящий калькулятор и назвал его арифмометр. Как и многие его предшественники, арифмометр был механическим устройством. Впервые счетное устройство выпускалось серийно и поступило в широкую продажу. С некоторыми усовершенствованиями в конструкции арифмометры прослужили человеку в общей сложности 90 лет!

В 1822 году английский математик Чарлз Бэббидж описал машину, способную рассчитывать и печатать большие математические таблицы, и сконструировал машину для табулирования, состоявшую из валиков и шестеренок, вращаемых с помощью рычага. Машина могла производить некоторые математические вычисления с точностью до восьмого знака после запятой. Это был прообраз его разностной машины, к постройке которой он приступил в 1823 году, получив правительственную субсидию для продолжения работ. Разностная машина должна была производить вычисления с точностью до 20 знака после запятой. Постройка машины отняла у Бэббиджа 10 лет, ее конструкция становилась все более сложной, громоздкой и дорогой. Она так и не была закончена, финансирование проекта было прекращено.

Тем временем Бэббиджем овладела идея создания нового прибора - аналитической машины. Главное ее отличие от разностной машины заключалось в том, что она была программируемой и могла выполнять любые заданные ей вычисления. По существу аналитическая машина стала прообразом современных компьютеров, так как включала их основные элементы: память, ячейки которой содержали бы числа, и арифметическое устройство, состоящее из рычагов и шестеренок. Бэббидж предусмотрел возможность вводить в машину инструкции при помощи перфокарт. Однако и эта машина не была закончена, поскольку низкий уровень технологий того времени стал главным препятствием на пути ее создания.

В 1886 году Дорр Фелт создаёт устройство с необычным названием <<Комптометр>>. Это было первое устройство с возможностью ввода данных с клавиатуры.

Тысячи людей восхищались необыкновенными устройствами. Они без устали крутили ручки рифмометров, производя различные математические расчеты.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ЭТАП

Электромеханический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и охватывает около 60 лет – от первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ ENIAK (1945)

В 1888 Герман Холлерит (американский инженер, изобретатель первой электромеханической счетной машины - табулятора, основатель фирмы - предшественницы IBM) сконструировал электромеханическую машину, которая могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. Эта машина, названная табулятором, состояла из реле, счетчиков, сортировочного ящика. Данные на каждого человека наносились на перфокарты, почти не отличающиеся от современных, в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину данные, отмеченные дырочками, снимались путем прощупывания системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой. Возникавший таким образом контакт замыкал электрическую цепь, благодаря чему к результатам расчетов автоматически добавлялась единица, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

В 1890 изобретение Холлерита было впервые использовано для 11-й американской переписи населения. Успех вычислительных машин с перфокартами был феноменален. То, чем десятилетием ранее 500 сотрудников занимались в течение семи лет, Холлерит сумел выполнить с 43 помощниками на 43 вычислительных машинах за 4 недели.

Это изобретение имело успех не только в США, но и в Европе, где стало широко применяться для статистических исследований. Несколько таких машин закупила Россия. Холлерит был удостоен нескольких премий и получил звание профессора Колумбийского университета. В 1896 он организовал в Нью-Йорке компанию по производству машин для табуляции (Tabulating Machine Company), которая впоследствии выросла в International Business Machines Corporation - IBM.

В 1938 Цузе в домашних условиях собрал электромеханическую машину Z1. Машина имела клавиатуру для ввода задач и панель с лампочками, на которой высвечивался результат. Затем Цузе заменил неудобное печатающее устройство на перфоленту, которую изготовил из старой 35-миллиметровой пленки, и назвал новую модель Z2. Когда началась война, Цузе получил поддержку германского правительства на разработку компьютера для военных целей - конструирования самолетов и ракет. В 1941, на два года опередив Эйкена, Цузе создал третью модель - Z3, основанную на электромеханических реле и работавшую в двоичной системе счисления. Z3 состояла из 600 реле счетного устройства и 2000 реле устройства памяти. Числа можно было «записать» в память и «считывать» оттуда посредством электрических сигналов, которые проходили через реле. Реле либо пропускали сигнал, либо не пропускали. Машина считывала программу механически шаг за шагом (линейно) и проводила от 15 до 20 вычислительных операций в секунду. В это же время Цузе приступил к постройке Z4, в которой все механические части должны были быть заменены на электронные лампы. Во время бомбежек Берлина все машины Цузе, кроме Z4, погибли.

В 1947 году сотрудники лабаратории Bell Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Берттейн создают первый в мире транзистор. Открытие транзистора – важнейшая веха в истории создания компьютеров, ведь именно транзисторы стали основой всех микропроцессоров. Скрытые внутри процессорного <<камня>> транзисторы наделяют современный компьютер думать. В 1954 году компания Texas Instruments начала серийное производство кремниевых транзисторов на промышленной основе. В 1956 году в Технологическом институте города Массачусетс создан первый компьютер на основе транзисторов. В 1958 -1959 годах Джек Килби и Роберт Нойс создают интегральную микросхему – первый прототип современных микропроцессоров.

Мне бы хотелось рассказать о Роберте Нойсе подробней.

НОЙС (Noyce) Роберт (12 декабря 1927, Берлингтон, шт. Айова - 3 июня 1990, Остин, шт. Техас), американский инженер, изобретатель (1959) интегральной схемы, системы взаимосвязанных транзисторов на единой кремниевой пластинке, основатель (1968, совместно с Г. Муром) корпорации Intel.

В 1949 Нойс окончил Гриннелл-колледж в Айове со степенью бакалавра, а в 1953 получил докторскую степень в Массачусетском технологическом институте. В 1956-57 работал в полупроводниковой лаборатории изобретателя транзисторов У. Шокли, а затем вместе с семью коллегами уволился и основал одну из первых электронных фирм по производству кремниевых полупроводников - Fairchild Semiconductor (Фэрчайлд Семикондактор), которая дала название Силиконовой долине в Северной Калифорнии. Одновременно, но независимо друг от друга Нойс и Килби изобрели интегральную микросхему.

В 1968 Нойс и его давний коллега Мур основали корпорацию Intel. Спустя два года они создали 1103-ю запоминающую микросхему из кремния и поликремния, которая заменила собой прежние малоэффективные керамические сердечники в запоминающих устройствах компьютеров. В 1971 Intel представила микропроцессор, объединяющий в одной микросхеме функции запоминающего устройства и процессора. Вскоре корпорация Intel стала лидером по производству микропроцессоров. В 1988 Нойс стал президентом корпорации Sematech, исследовательского консорциума, финансируемого совместно промышленным капиталом и правительством США с целью развития передовых технологий в американской полупроводниковой промышленности.

ЭТАП СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

Современный этап развития ЭВМ охватывает период с 1970 года до наших дней. Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см 2 .). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош ”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) - ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC.

В 1971 году в результате исследований команда специалисто <> под руководством Тэда Хоффа создает первый 4-разрядный микропроцессор INTEL -4004. Далее новые модели процессоров от <> стали появляться регулярно. <> и по сей день занимает одно из лидирующих мест в производстве процессоров для персональных компьютеров. Но конкуренты не дремали практически с самого начала основания <>. Более того, через некоторое время разразилась настоящая компьютерных вооружений, которую принято называть <<война процессоров>>. Фирмы <<<>>> и <<<>>> - вот два источника беспокойства для <>. Несмотря на то, что процессоры, выпускаемые этими двумя фирмами, едва ли составляют 15% от всего рынка, их продукция постепенно все большей альтернативой микропроцессорам <>.

Основными конкурентами <> являлись <<АMD>> и <>

<<АMD>> (Эй-Эм-Ди, <>; от Advanced Micro Devices, Эдванст майкро дивайсиз), американская корпорация, разработчик и производитель интегральных схем, электронных устройств, компонентов для компьютеров и средств связи. Корпорация основана в 1969 году, ее главный офис находится в городе Саннивейл (Калифорния). <> производит микропроцессоры, устройства флэш-памяти, телекоммуникационные и сетевые продукты. В компьютерном мире <> известна как конкурент Intel в производстве микропроцессоров для персональных компьютеров. Производственные мощности корпорации находятся в США, Японии, Малайзии, Сингапуре, Таиланде.

<> (Сайрикс Корпорейшн) (<> Corporation), структурное подразделение американского концерна National Semiconductor (с 1997), один из ведущих мировых производителей микропроцессоров для персональных компьютеров. Штаб-квартира находится в Ричардсоне (шт. Техас).

В начале 1990-х годов <> выпустил математический сопроцессор, позволявший ускорять математические вычисления. Его коммерческий успех дал возможность <> в 1992 развернуть производство клонов процессоров x86. Компания разработала целое семейство 386, 486, 5х86 микропроцессоров. В 1995 началось производство шестого поколения микропроцессоров <> 6x86. В 1997 <> на основе процессора 6х86 выпустил новый процессор с поддержкой MMX-инструкций. Кроме того, <> наладил выпуск высокоинтегрированных процессоров MegiaGX. В том же 1997 <> вошел в состав американского полупроводникового концерна National Semiconductor. В 1999 был выпущен новый микропроцессор <> MXi, основанный на новом процессорном ядре. 5 августа 1999 компания была продана корпорации VIA Technologies.

Война процессоров продолжается и по сей день. Фирме <> приходится сдерживать натиск конкурентов, разрабатывая все более качественные и мощные процессоры.

В 1974 году фирма <>, один из первых конкурентов <>, выпускает свой первый процессор.

В 1976 году фирма <> создает конкурентный <> процессор TMS 9900.

1976 год – официальное начало войны процессоров. Фирма <> получает права и возможность копировать инструкции и микрокоды процессоров <>.

В 1983 году на рынке появляется процессор от фирмы <>. Его название IBM 80286.

В 1997году появляется INTEL Pentium II.

В 1997 году в ответ на Pentium II <> выпускает свой новый процессор AMD K5.

В 1999 году выпущен в продажу INTEL Pentium III.

2004-2005 года разработка и внедрение двуядерных процессоров от <> и <>.

2006 год появление четырёхядерных процессоров от <>.

РОЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Персональный компьютер быстро вошел в нашу жизнь. Еще несколько лет назад было редкостью увидеть какой-нибудь персональный компьютер – они были, но были очень дорогие, и даже не каждая фирма могла иметь у себя в офисе компьютер. Теперь же в каждом третьем доме есть компьютер, который уже глубоко вошел в жизнь человека.

Современные вычислительные машины представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, влияние, которого на развитие научно-технического прогресса трудно переоценить. Область применения ЭВМ огромна и непрерывно расширяется.

Даже 30 лет назад было только около 2000 различных сфер применения микропроцессорной техники. Это управление производством (16%), транспорт и связь (17%), информационно-вычислительная техника (12%), военная техника (9%), бытовая техника (3%), обучение (2%), авиация и космос (15%), медицина (4%), научное исследование, коммунальное и городское хозяйство, банковский учёт, метрология, и другие области.

Компьютеры в учреждениях. Компьютеры в буквальном смысле совершили революцию в деловом мире. Секретарь практически любого учреждения при подготовке докладов и писем производит обработку текстов. Учрежденческий аппарат использует персональный компьютер для вывода на экран дисплея широкоформатных таблиц и графического материала. Бухгалтеры применяют компьютеры для управления финансами учреждения и введение документации.

Компьютеры на производстве. Компьютеры находят применение при выполнении широкого круга производственных задач. Так, например, диспетчер на крупном заводе имеет в своём распоряжении автоматизированную систему контроля, обеспечивающую бесперебойную работу различных агрегатов. Компьютеры используются также для контроля за температурой и давлением при осуществлении различных производственных процессов. Также управляются компьютером роботы на заводах, скажем, на линиях сборки автомобилей, включающие многократно повторяющиеся операции, например затягивание болтов или окраску деталей кузова.

Компьютер – помощник конструктора. Проекты конструирования самолета, моста или здания требуют затрат большого количества времени и усилий. Они представляют собой один из самых трудоёмких видов работ. Сегодня, в век компьютера, конструкторы имеют возможность посвятить своё время целиком процессу конструирования, поскольку расчёты и подготовку чертежей машина «берёт на себя». Пример: конструктор автомобилей исследует с помощью компьютера, как форма кузова влияет на рабочие характеристики автомобиля. С помощь таких устройств, как электронное перо и планшет, конструктор может быстро и легко вносить любые изменения в проект и тут же наблюдать результат на экране дисплея.

Компьютер в магазине самообслуживания. Представьте себе, что идёт 1979 год и вы работаете неполный рабочий день в качестве кассира в большом универмаге. Когда покупатели выкладывают отобранные ими покупки на прилавок, вы должны прочесть цену каждой покупки и ввести её в кассовый аппарат. А теперь вернёмся в наши дни. Вы по-прежнему работаете кассиров и в том же самом универмаге. Но как много здесь изменилось. Когда теперь покупатели выкладывают свои покупки на прилавок, вы пропускаете каждую из них через оптическое сканирующее устройство, которое считывает универсальный код, нанесённый на покупку, по которому компьютер определяет, цену этого изделия, хранящуюся в памяти компьютера, и высвечивает ее на маленьком экране, чтобы покупатель мог видеть стоимость своей покупки. Как только все отобранные товары прошли через оптическое сканирующее устройство, компьютер немедленно выдаёт общую стоимость купленных товаров.

Компьютер в банковских операциях. Выполнение финансовых расчётов с помощью домашнего персонального компьютера – это всего лишь одно из его возможных применений в банковском деле. Мощные вычислительные системы позволяют выполнять большое количество операций, включая обработку чеков, регистрацию изменения каждого вклада, приём и выдачу вкладов, оформление ссуды и перевод вкладов с одного счёта на другой или из банка в банк. Кроме того, крупнейшие банки имеют автоматические устройства, расположенные за пределами банка. Банковские автоматы позволяют клиентам не выстаивать длинных очередей в банке, взять деньги со счета, когда банк закрыт. Всё, что требуется, - вставить пластмассовую банковскую карточку в автоматическое устройство. Как только это сделано, необходимые операции будут выполнены.

Компьютер в медицине. Как часто вы болеете? Вероятно, у вас была простуда, ветрянка, болел живот? Если в этих случаях вы обращались к доктору, скорее всего он проводил осмотр быстро и достаточно эффективно. Однако медицина – это очень сложная наука. Существует множество болезней, каждая из которых имеет только ей присущие симптомы. Кроме того, существуют десятки болезней с одинаковыми и даже совсем одинаковыми симптомами. В подобных случаях врачу бывает трудно поставить точный диагноз. И здесь ему на помощь приходит компьютер. В настоящее время многие врачи используют компьютер в качестве помощника при постановке диагноза, т.е. для уточнения того, что именно болит у пациента. Для этого больной тщательно обследуется, результаты обследования сообщаются компьютеру. Через несколько минут компьютер сообщает, какой из сделанных анализов дал аномальный результат. При этом он может назвать возможный диагноз.

Компьютер в сфере образования. Сегодня многие учебные заведения не могут обходиться без компьютеров. Достаточно сказать, что с помощью компьютеров: трёхлетние дети учатся различать предметы по их форме; шести- и семилетние дети учатся читать и писать; выпускники школ готовятся к вступительным экзаменам в высшие учебные заведения; студенты исследуют, что произойдёт, если температура атомного реактора превысит допустимый предел. «Машинное обучение» – термин, обозначающий процесс обучения при помощи компьютера. Последний в этом случае выступает в роли «учителя». В этом качестве может использоваться микрокомпьютер или терминал, являющийся частью электронной сети передачи данных. Процесс усвоения учебного материала поэтапно контролируется учителем, но если учебный материал даётся в виде пакета соответствующих программ ЭВМ, то его усвоение может контролироваться самим учащимся.

Компьютеры на страже закона. Вот новость, которая не обрадует преступника: «длинные руки закона» теперь обеспечены вычислительной техникой. «Интеллектуальная» мощь и высокое быстродействие компьютера, его способность обрабатывать огромное количество информации, теперь поставлены на службу правоохранительных органов для повышения эффективности работы. Способность компьютеров хранить большое количество информации используется правоохранительными органами для создания картотеки преступной деятельности. Электронные банки данных с соответствующей информацией легко доступны государственным и региональным следственным учреждениям всей страны. Так, федеральное бюро расследования (ФБР) располагает общегосударственным банком данных, который известен как национальный центр криминалистической информации. Компьютеры используются правоохранительными органами не только в информационных сетях ЭВМ, но и в процессе розыскной работы. Например, в лабораториях криминалистов компьютеры помогаю проводить анализ веществ, обнаруженных на месте преступления. Заключения компьютера-эксперта часто оказываются решающими в доказательствах по рассматриваемому делу.

Компьютер как средство общения людей. Если на одном компьютере работают хотя бы два человека, у них уже возникает желание использовать этот компьютер для обмена информацией друг с другом. На больших машинах, которыми пользуются одновременно десятки, а то и сотни человек, для этого предусмотрены специальные программы, позволяющие пользователям передавать сообщения друг другу. Стоит ли говорить о том, что как только появилась возможность объединять несколько машин в сеть, пользователи ухватились за эту возможность не только для того, чтобы использовать ресурсы удаленных машин, но и чтобы расширить круг своего общения. Создаются программы, предназначенные для обмена сообщениями пользователей, находящихся на разных машинах. Наиболее универсальное средство компьютерного общения – это электронная почта. Она позволяет пересылать сообщения практически с любой машины на любую, так как большинство известных машин, работающих в разных системах, ее поддерживают. Электронная почта - самая распространенная услуга сети Internet. В настоящее время свой адрес по электронной почте имеют приблизительно 20 миллионов человек. Посылка письма по электронной почте обходится значительно дешевле посылки обычного письма. Кроме того сообщение, посланное по электронной почте дойдет до адресата за несколько часов, в то время как обычное письмо может добираться до адресата несколько дней, а то и недель.

Internet - глобальная компьютерная сеть, охватывающая весь мир. Сегодня Internet имеет около 15 миллионов абонентов в более чем 150 странах мира. Ежемесячно размер сети увеличивается на 7-10%. Internet образует как бы ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей, принадлежащих различным учреждениям во всем мире, одна с другой.

Internet предоставляет уникальные возможности дешевой, надежной и конфиденциальной глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм имеющих свои филиалы по всему миру, транснациональных корпораций и структур управления. Обычно, использование инфраструктуры Internet для международной связи обходится значительно дешевле прямой компьютерной связи через спутниковый канал или через телефон.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выше мы рассмотрели историю и современное состояние компьютерной техники. Уже сейчас вычислительная техника достигла просто потрясающих высот. Так в 2002 году для Института наук о земле в городе Йокогама (Япония) корпорацией NEC был создан наимощнейший на сегодняшний день суперкомпьютер Eerth Simulator. Производительность новой машины, определенная при помощи стандартных тестов Linpack, составляет 35,6 TELOPS(триллионов операций с плавающей запятой в секунду). Если сопоставить полученные результаты с показателями, приведенными в перечне Top 500 (рейтинг 500 наиболее мощных компьютеров мира), становится ясно, что Earth Simulator работает быстрее, чем 18 лучших по предыдущему рейтингу, машин вместе взятых.

Каковы же перспективы совершенствования персональных компьютеров, и что нас ожидает в дальнейшем в этой сфере?

Сотрудникам Белловских лабораторий удалось создать транзистор размером в 60 атомов! Они считают, что транзисторы ко дню своего шестидесятилетия (2007 год) по ряду параметров достигнут физических пределов. Так, размер транзистора должен стать чуть меньше 0,01 мкм (уже достигнут размер 0,05 мкм). Это означает, что на чипе площадью 10 кв. см можно будет разместить 20 000 000 транзисторов.

Описывая бурно развивающуюся в настоящее время технологию производства пластиковых транзисторов, ученые приходят к достаточно логичному выводу, что сумма всех усовершенствований приведет к созданию «финального компьютера», более мощного, чем современные рабочие станции. Компьютер этот будет иметь размер почтовой марки и, соответственно, цену, не превышающую цены почтовой марки.

Представим себе, наконец, гибкий экран телевизора или компьютерного монитора, который не разобьется, если швырнуть его на землю. А что можно сказать о пластинке величиной с обычную кредитную карточку, заполненной массой нужнейшей информации, включая ту, которая обычно и хранится в кредитной карточке, но выполненной из такого материала, что она никогда не потребует замены?

В последнее время высказывались и мысли о том, что давно пора расстаться с электронами как основными действующими лицами на сценах микроэлектроники и обратиться к фотонам. Использование фотонов якобы позволит изготовить процессор компьютера размером с атом. О том, что наступление эпохи таких компьютеров уже не за горами говорит тот факт, что американским ученым удалось на доли секунды остановить фотонный пучок (луч света)...

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1) Шафрин Ю. Информационные технологии, М., 1998.

2) ИНФОРМАТИКА, М., 1994. (энциклопедический словарь для начинающих)

3) Алтухов Е.В., Рыбалко Л.А., Савченко В.С. Основы информатики и вычислительной техники, М., «Высшая школа», 1992.

4) Бордовский Г.А., Исаев Ю.В., Морозов В.В. Информатика в понятиях и терминах, М., 1991.

5) Электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия

6) Майоров А.А. Компьютер и Интернет, Росмэн-Пресс, 2001.

За исключением лишь небольшого числа одаренных людей, человечество с незапамятных времен смотрит на арифметические вычисления как на тяжелую нудную работу, от которой необходимо избавиться любой ценой и любыми доступными средствами. Долгую историю имеют конторские счеты (по существу это примитивное цифровое вычислительное устройство с выполнением операций вручную), которые, по-видимому, были изобретены независимо в различных частях мира и кое-где применяются до сих пор. После того как в конце XVI в. были изобретены логарифмы, незаменимым механическим инструментом стала логарифмическая линейка. Первая логарифмическая линейка появилась в 20-х годах XVII столетия. Она дала возможность выполнять более сложные вычисления, хотя аналоговый характер прибора (числа изображаются расстояниями) значительно ограничивает точность при многих расчетах. Тем не менее логарифмической линейкой по-прежнему широко пользуются математики, ученые и инженеры во всем мире. Существует также и ряд специализированных счетных устройств: таблицы готовых расчетов в бухгалтерии, автоматические весы в бакалейно-гастрономических магазинах или счетчики на автозаправочных станциях. Во всех этих устройствах используются заранее подготовленные таблицы или шкалы, позволяющие очень быстро производить операции умножения при различных денежных расчетах.

Такие технические приспособления распространены в настоящее время очень широко и служат простейшим способом избавления от большого объема простых, но утомительных арифметических вычислений. На несколько более высоком уровне сложности находятся конторские арифмометры и кассовые аппараты, которые легко выполняют большое число последовательных операций сложения и вычитания и печатают результаты выполняемых операций, а также различные промежуточные и общие суммы. На основе этих относительно простых аппаратов разработаны разнообразные более совершенные счетные машины.

Человек, пользующийся таким прибором, может и не иметь полного представления о том, как он устроен, но обычно ему нетрудно понять, что это просто удобное механическое приспособление для более эффективного выполнения той работы, которую он и сам мог бы сделать вручную с помощью карандаша и бумаги, если бы у него было достаточно времени и он мог работать без устали и никогда не ошибаться.

Аналогичные соображения применимы также и к более сложным настольным счетным машинам. Это механические цифровые устройства, предназначенные для выполнения основных арифметических действий (сложения, вычитания, умножения и деления) и имеющие ряд вспомогательных устройств для накопления результатов и выполнения операций сокращения. Более дешевые счетные машины обычно управляются вручную и их применяют, когда объем вычислений относительно невелик, а также для целей обучения. Для очень продолжительных вычислений, когда требуется большая скорость и гибкость, необходимы более крупные и более дорогие счетные машины. Обычно они приводятся в действие электромотором, хотя по принципу действия по-прежнему являются механическими. Настольные счетные машины такого общего типа используются уже очень много лет, и до самого последнего времени с их помощью выполняли практически все сколько-нибудь сложные научные расчеты. Огромные преимущества настольных счетных машин по сравнению с методами вычислений вручную общеизвестны. Числа вводятся в машину быстро и точно путем поворота ручек или нажима кнопок; все арифметические действия выполняются внутри самой машины; при тщательном планировании последовательности вычислений можно избежать записи большого числа промежуточных результатов. Разумеется, при вычислениях могут возникать ошибки, хотя и не так часто, как при работе вручную, поэтому обычно в последовательность вычислений включается ряд операций по проверке результата.

Появление настольных счетных машин, естественно, расширило область возможных вычислений, однако вскоре наступило время, когда был достигнут естественный предел быстродействия этих машин. Легко убедиться в том, что при выполнении большой последовательности вычислений, например при суммировании большого числа произведений, ограничивающим фактором оказывается не столько скорость работы самой машины, сколько время, необходимое для введения в нее чисел, чтения и переписывания результатов, а также принятия решений о последующих действиях. Поэтому в итоге время, требуемое для решения сложной задачи, уменьшается очень незначительно, даже если машина выполняет основные арифметические действия практически мгновенно.

Чем сложнее работа, тем больше будет сказываться усталость оператора и тем вероятнее возникновение ошибок. Кроме того, если вычисления определенного типа должны повторяться многократно, то правильная последовательность действий при одном вычислении не дает гарантии, что в следующий раз не будет допущена ошибка. Другая трудность состоит в том, что обычно для сокращения времени и повышения точности при продолжительных вычислениях целесообразно поручать основную работу опытному оператору, хотя это и означает, что составитель задачи должен затратить много труда на подготовку работы и необходимые объяснения оператору. И если этот же математический метод будет использоваться снова для других данных, то может случиться, что все эти объяснения придется давать вновь уже другому оператору.

Хотя настольные счетные машины представляют собой большой шаг вперед по сравнению с другими методами вычислений, их недостатки довольно очевидны, и поэтому появились серьезные основания для разработки машины совершенно другого типа. Соответствующая электронная схема, в которой используются лампы или транзисторы и электрические цепи, безусловно, позволяет гораздо быстрее выполнять основные арифметические действия, чем чисто механические устройства. Однако преимуществами этих средств нельзя воспользоваться, если вмешательство человека не будет сведено к минимуму. Это означает, что необходимо не только избавиться от медленной записи, чтения и передачи чисел человеком, но нужно каким-то образом перестроить весь план работы, с тем чтобы оператор не должен был принимать никаких решений в процессе вычислений. Именно в решении этих проблем, а не только в увеличении скорости внутренних операций состоит настоящая революция, вызванная современными автоматическими электронными вычислительными машинами.

Вычислительные машины начали разрабатывать в конце второй мировой войны. Первыми машинами, имевшими основные конструктивные особенности современных вычислительных устройств, были вычислительная машина EDSAC, начавшая работать в 1949 г. в Кембриджском университете, и вычислительная машина SEAC, изготовленная Национальным бюро стандартов США в 1950 г. В этих первых машинах использовались электронные лампы, которые в настоящее время заменены транзисторами, позволившими уменьшить габариты вычислительных машин и обладающими значительно более высокой надежностью. К настоящему времени достигнуты большие успехи в области микроминиатюризации аппаратуры. Все это позволит создать настольные электронные вычислительные машины и снизить продолжительность основных операций до наносекунд, что означает тысячи миллионов операций в секунду. В настоящее время выпущен ряд превосходных руководств, в которых читатель может найти детальное описание существующих машин и конкретные рекомендации по работе с ними.

Мы обсудим здесь лишь основные принципы в той мере, в какой они связаны с темой данной книги.

Рассмотрим важнейшие свойства современной электронной вычислительной машины. Прежде всего важно уяснить, что она по-прежнему выполняет те же основные арифметические действия, что и настольная счетная машина, и поэтому по существу делает то же, что в принципе может сделать человек, работающий только с бумагой и карандашом. Различие состоит, с одной стороны, в огромном увеличении технической эффективности, а с другой - в осуществлении логического контроля за последовательностью операций. Поэтому понять то, что в конечном счете делает вычислительная машина, ничуть не сложнее, чем понять обычный способ решения арифметических задач. Считать ли, что электронная вычислительная машина обнаруживает признаки интеллекта или что она способна выполнять работу, близкую к функциям мозга, в значительной мере зависит от того, как мы определяем эти понятия. Самое главное состоит в том, что вычислительная машина, как бы она ни была сложна и совершенна, по существу представляет собой лишь одно из очень сложных устройств, предназначенных для определенных целей, и как таковую ее следует рассматривать во многих отношениях в таком же плане, что и любую другую сложную научную аппаратуру, например электронный микроскоп или линейный ускоритель частиц.

В обычную настольную счетную машину вводится пара чисел для выполнения некоторого арифметического действия, например сложения, и эти числа могут храниться в ней после выполнения операции. В машине могут также храниться еще одно-два числа, например число, полученное в результате сложения или умножения нескольких чисел, или накопленная сумма произведений. Однако общая емкость запоминающего устройства редко превышает пять-шесть чисел, причем даже и в этом случае число разрядов чисел крайне ограниченно. В электронной вычислительной машине имеется соответствующее электромагнитное устройство, в котором может храниться несколько тысяч чисел (с весьма большим числом разрядов) в виде, позволяющем производить быструю выборку; на магнитном диске или магнитной ленте может храниться несколько миллионов чисел в форме, позволяющей производить относительно медленную выборку (медленную по электронным стандартам). Это дает возможность исключить вмешательство человека при обработке промежуточных результатов, а также осуществлять автоматическую обработку огромного множества численных данных. Поскольку данные записаны на перфокартах, бумажной ленте, магнитных дисках или магнитной ленте, они могут использоваться многократно без приложения умственных или зрительных усилий со стороны человека; они просто поступают на соответствующее внешнее считывающее устройство вычислительной машины.

Но самое главное состоит в том, что удалось разработать способы планирования всей последовательности вычислений. Для этого в вычислительную машину вводится программа команд, которая хранится там вместе с соответствующими данными. Эти команды записаны в соответствующем численном коде и связаны прежде всего с выполнением основных арифметических действий над парами чисел, хранящихся в определенных частях запоминающего устройства. Если программа и необходимые данные введены в машину, то все остальные операции выполняются самой машиной со скоростью, зависящей от электромагнитной схемы. Окончательные результаты либо записываются на перфокартах или бумажной ленте, либо подаются непосредственно на телетайп или другое воспроизводящее устройство. Программа для любой данной последовательности вычислений должна быть продумана очень тщательно. Зато когда программа составлена и как следует проверена, ее можно многократно использовать без дальнейшей проверки. Ясно, что это дает значительную экономию времени и труда. Надлежащим образом проверенную программу могут использовать тысячи раз многие люди, работающие на различных вычислительных машинах. Не менее важно и то, что определенная программа может содержать команду повторить выполнение какого-либо конкретного задания (например, решение определенной системы уравнений) несколько сотен тысяч раз, причем каждый раз с использованием различных данных. Тогда часть программы должна быть посвящена решению одной системы таких уравнений. Если эта часть программы составлена правильно, то в пределах данной программы к ней можно обращаться сколь угодно часто с полной уверенностью, что каждый раз решение уравнений будет производиться правильно. Этим устраняется один из важнейших недостатков настольных счетных машин, о котором уже говорилось выше, а именно то, что правильная работа настольной счетной машины в одном случае не гарантирует отсутствие ошибки при повторных вычислениях.

Работая на настольной счетной машине, оператор на всех этапах наблюдает за производимыми вычислениями. Если происходит что-либо необычное или непредвиденное, он сразу же может принять необходимые меры и таким путем избежать серьезных ошибок. Против применения электронных вычислительных машин часто возражают на том основании, что здесь существует возможность очень большого числа незамеченных ошибок на промежуточных этапах вычислений и ввиду этого окончательные результаты следует считать в высшей степени сомнительными.

К счастью, эту трудность можно в значительной мере исключить путем хорошего программирования. Как мы видели, в обычной настольной счетной машине также имеются очень большие возможности появления ошибок при повторных вычислениях. При этом только крупные ошибки выявляются сразу, а для того, чтобы предупредить накопление небольших ошибок, требуется проводить тщательные проверки на всех этапах. Эти проверки составляют важную часть всей последовательности вычислений. Но ведь такие же проверки составляют неотъемлемую часть программы электронной вычислительной машины. Вследствие своего большого быстродействия электронная вычислительная машина позволяет осуществить значительно больше арифметических проверок, чем настольная счетная машина. Следовательно, при хорошо составленной программе электронная вычислительная машина обеспечивает вовсе не меньшую, а значительно большую надежность результатов.

Выше шла речь об ошибках, появляющихся из-за недостаточного контроля за операциями, выполняемыми вычислительной машиной; но возможны также ошибки, обусловленные повреждениями электронной схемы. Для выявления таких ошибок можно, например, предусмотреть автоматическую остановку вычислительной машины при появлении ошибок, обнаруживаемых так называемой проверкой на четность. В большинстве машин числа хранятся в двоичной записи как последовательность нулей и единиц. Можно приписать дополнительную цифру, равную нулю или единице, в зависимости от того, четной или нечетной является сумма единиц в каждом хранящемся числе. В определенные моменты времени, например при считывании числа из запоминающего устройства, приписанную цифру можно сверить с самим числом. Такую схему проверки нельзя, конечно, считать абсолютно надежной, так как могут возникать компенсационные ошибки; но она все же очень полезна тем, что привлекает внимание к ошибкам, вызываемым неполадками в электронной схеме.

Таковы некоторые основные идеи, связанные с применением электронных вычислительных машин. Широкое распространение вычислительной техники радикально повлияло на наши вычислительные возможности, на масштабы обработки данных и в итоге - на общее направление научно-исследовательских работ и выбор методов их осуществления. К этому аспекту мы еще вернемся в разд. 5.5 и 5.6, а пока более внимательно рассмотрим некоторые основные задачи, для решения которых целесообразно применение вычислительных машин, и методы, позволяющие исследователям использовать преимущества этой новой техники.

Прекрасным пособием для знакомства с вычислительными методами может служить недавно вышедшая книга Холлингдейла и Тутилла .

→ О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

А. Лепихов

Интервью о роли компьютерной техники в современном обществе в конце 1980-х годов академик Г.И. Марчук дал журналисту А. Лепихову. В манере, свойственной Гурию Ивановичу, доступно и чётко показана роль ЭВМ в современном мире: науке, производстве, экономике, социальной сфере и т. д. Это интервью не утратило актуальности и в наши дни, а в некоторых случаях усилило драматизм, связанный с применением ЭВМ, местом и ролью в обществе специалистов по информационным технологиям. Он говорит о новой реальности, в которой надо по-другому учить школьников, перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководящий состав предприятий эффективно использовать электронную технику.

- Мы живём в такое время, когда электронная вычислительная техника начинает буквально пронизывать все сферы человеческой деятельности - от большой науки до автоматических детских игр. И, как это всегда бывает при активном вторжении в нашу жизнь чего-то принципиально нового, процесс «экспансии ЭВМ», конечно же, требует осмысления. В первую очередь возникает вопрос: что явилось побудительной причиной развития вычислительной техники?

- Г.М.: Необходимость решения всё более и более сложных задач науки, техники, экономики, стремление к выражению качественных представлений количественными. Это относится ко всем наукам: к географии и геологии, медицине и социологии... Не говоря уж о потребностях инженеров и конструкторов, которые раньше многих стали ощущать недостаток в вычислительных средствах.

Как хорошо известно специалистам, принципы электронной вычислительной техники были сформулированы свыше ста лет назад, а ещё раньше появилась теоретическая основа построения ЭВМ - Булева алгебра, названная по имени английского математика Джорджа Буля, одного из основоположников математической логики. Однако эти достижения были забыты на долгие десятилетия, ибо люди вполне обходились простейшими методами счёта и элементарными для этой цели техническими устройствами. Словом, далеко не единичный случай, когда открытие опередило свою эпоху и сразу не получило надлежащего признания.

То, что мы именуем электронной вычислительной техникой, родилось в 40-е годы XX столетия. Первая ЭВМ ЭНИАК (электронный цифровой интегратор и вычислитель) была «привлечена» к составлению баллистических таблиц. Мощный импульс прогрессу ЭВМ, дали работы в области ядерной физики, а космические исследования подтвердили их выдающееся значение. Солидные ассигнования резко расширили сферу применения электронных вычислительных машин, причём применения с явной выгодой.

Передовые в промышленном отношении страны стимулировали своеобразный «автокатализ» ЭВМ: общество вкладывало в совершенствование вычислительной техники все большие суммы, её использование приносило дополнительную прибыль, часть которой шла на дальнейшее развитие той же вычислительной техники.

Давайте перелистаем отдельные страницы истории отечественных ЭВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение программированной автоматической ЭВМ было выдано в 1948 году. Вслед за тем, 25 декабря 1951 года, в Институте электротехники АН Украинской ССР вступила в строй (малая электронно-счётная машина) - первая в нашей стране, разработанная под руководством академика . Агрегат занимал площадь 50 квадратных метров, содержал свыше 6 тысяч ламп, которые потребляли 25 киловатт электроэнергии. МЭСМ могла выполнять арифметические операции над пяти-шестизначными цифрами со скоростью... 50 операций в секунду. Но тогда и это казалось фантастическим потому, что примерно в 1,5 тысячи раз превышало «счётные способности» человека. (первой советской ЭВМ всё же правильнее считать ЭВМ И.С. Брука. – прим. Э. Пройдаков).

Очередное детище советских учёных, появившееся в 1953 году, - -1 (быстродействующая электронно-счётная машина). Она уже могла считать почти в 200 раз быстрее и в то время была одной из самых «скоростных» в мире. БЭСМ позволила решить целый ряд задач, за которые специалисты не брались из-за огромного объёма вычислений.

Среди советских учёных, способствовавших прогрессу электронной вычислительной техники, надо назвать академика , президента Академии наук с 1961 по 1975 год, и основателя Сибирского отделения АН СССР академика .

Развитие различных отраслей техники укрепляло базу и возможности электроники, что, естественно, сказалось и на ЭВМ. Переходя с ламп на полупроводники, а потом и на интегральные схемы, вычислительные машины выигрывали в быстродействии, находили все новые и новые сферы применения.

ЭВМ на простых интегральных схемах успевают за секунду справиться с сотнями тысяч операций. ЭВМ на больших интегральных схемах по быстродействию обгоняют своих предшественников ещё в десять раз. А сейчас заявляют о себе ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах. Их скорость - десятки и сотни миллионов операций в секунду.

Непосвящённого цифры ошеломляют. Между тем это далеко не предел. Комплексная программа научно-технического прогресса стран - членов СЭВ в качестве первоочередной задачи предусматривает создание ЭВМ, которые будут выполнять 10 миллиардов операций в секунду.

Разумеется, все нынешние и прогнозируемые достижения электроники невозможны без освоения производства сверхчистых металлов, специальных сплавов и искусственных кристаллов, без успехов в лазерной технике, во множестве областей прикладных наук. Ясно и другое: без помощи компьютеров наблюдаемый сегодня качественный скачок в разных сферах человеческой деятельности был бы просто немыслим.

И ещё. В какой-то момент ЭВМ - через новые проекты, воплощающие глубокие физические идеи, - заставили разрабатывать новые, эффективные электронные элементы и схемы. Взаимодействие зашло так далеко, что сама ЭВМ на основе систем автоматического проектирования уже создаёт варианты составных частей очередных электронных вычислительных машин. Особенно хорошо это видно на примере микроэлектроники, когда микропроцессор ЭВМ умещается на кристалле площадью менее одного квадратного сантиметра. Здесь проектирование и изготовление микроЭВМ, по существу, объединяются в один цикл.

И всё это произошло за 35-40 лет, на глазах одного поколения исследователей.

- То, о чём вы говорите, воспринимается как-то отстранённо.

- Г.М.: Тогда прибегнем к сравнениям. Толщина человеческого волоса равна примерно 100 микронам. И вот представьте, что вы умещаете сетку из 400 транзисторов, каждый из которых состоит из линий толщиной в 1 микрон, на кристалле кремния величиной в сечение вашего волоса. А теперь сожмите эти линии до полмикрона. На той же площади уже можно разместить почти 1,5 тысячи транзисторов-полупроводников. Повторим операцию сжатия. При толщине в четверть микрона каждый транзистор-полупроводник по размеру будет равен крупному вирусу, а площади сечения человеческого волоса хватит для 4500 таких транзисторов.

Это вовсе не упражнение в отвлечённых действиях, а реальность, с какой сталкиваются проектировщики современных ЭВМ. Первые интегральные схемы, или, как говорят специалисты, «чипы», с линиями толщиной в один микрон выходят на мировой рынок. Они содержат свыше миллиона транзисторов. Чипы же с элементами в полмикрона - здесь можно разместить 4 миллиона транзисторов - испытываются сейчас в лабораториях и «встанут на поток» в течение ближайших лет. Чипы с элементами в четверть микрона (десятки миллионов транзисторов), вероятно, войдут в практику где-то ближе к концу нашего столетия. А в самом конце века, по имеющимся оценкам, в наших руках могут оказаться так называемые «гигабитовые интегральные схемы», то есть с миллиардом компонентов каждая.

Не так давно микрон считался пределом для полупроводников на кремниевых чипах. Однако барьер, как видим, преодолён инженерами, которые уже прекрасно освоились в мире ультрамикроминиатюризации. Создаются сложные структуры, иногда приближающиеся по размерам к молекуле, - столь крошечные, что их не разглядеть и в мощные оптические микроскопы.

В то же время чипы с элементами меньше микрона вызывают революцию в самом их изготовлении. Прежде всего требуется полностью автоматизировать производство, ибо присутствие человека может привести к тому, что технологический процесс станет недостаточно чистым. Если кому-нибудь доводилось бывать на заводах полупроводников, то он согласится, что мало где есть места более чистые, чем такие заводы. Поскольку малейшая пылинка грозит испортить чип, рабочие носят белые комбинезоны и стерильные маски, как хирурги. Воздух в производственных помещениях постоянно фильтруется, и в кубическом его сантиметре пылинок в тысячу раз меньше, чем в операционной больницы.

И тем не менее для субмикронных чипов традиционные полупроводниковые заводы безнадёжно «грязны».

Число пылинок в кубическом сантиметре нужно сократить ещё в сто раз. Это реально, если из производственных помещений вообще удалить людей. Но стерильность не единственный фактор. Задачи проектирования, испытания и печатания интегральных схем быстро выходят за рамки человеческих возможностей. Человек просто не в состоянии «уложить» четыре миллиона устройств на крохотной кремниевой пластинке. Такое по плечу только автоматам, управляемым ЭВМ.

Я думаю, что не очень ошибусь, если скажу: где-то в середине 1990-х годов всего одна интегральная схема сможет конкурировать с сегодняшними компьютерами. И стоить она будет наверняка необычайно дёшево. Все, что сейчас делается, самые изощрённые из существующих способов применения чипов - лишь небольшой шаг на пути к тому, что нас ждёт через 10-20 лет.

- От специалистов по ЭВМ нередко приходится слышать: мол, всякий раз, когда стоимость вычислительной техники уменьшалась скачком, менялся облик мира.

- Г.М.: Это высказывание, конечно, чересчур категорично и амбициозно. Но нельзя не признать, что быстрое совершенствование элементной базы ЭВМ уже наталкивает конструкторов на серьёзные размышления о том, что ещё несколько лет назад относилось к сфере фантастики.

Прежде всего огромные возможности перед современными ЭВМ открываются в заводских цехах, где внедряются системы, умеющие квалифицированно «руководить» любыми по сложности технологическими процессами и обеспечивающие такой контроль за качеством выпускаемой продукции, который человеку просто не под силу.

Или возьмём, к примеру, автомобили. Сколько их насчитывается в мире? Десятки и десятки миллионов. Микропроцессоры здесь помогут правильно эксплуатировать двигатель, уменьшить выделение выхлопных газов, снизить расход горючего, избежать случайного столкновения на дорогах.

Суперчипы, или сверхбольшие интегральные схемы, без сомнения, произведут революцию и в телевидении. Передача сигналов в цифровом виде - метод, дешёвый именно при наличии суперчипов,- позволяет получать изображение, по своему качеству значительно превосходящ ее нынешнее. Быть может, в моделях таких телевизоров будет всего по два-три суперчипа. Бесспорно, появятся и телевизоры с запоминающими устройствами. Любимые фильмы, спектакли, выступления популярных артистов можно будет воспроизвести в любое время, послав соответствующую команду домашней ЭВМ. Стоимость подобных видеоустройств пока очень велика, но они станут доступными для всех, когда «войдут в обиход» четырёхмегабитовые чипы.

Вспомните первые электронные наручные часы. Уже сама идея, что традиционный, отработанный на протяжении веков механизм можно чем-то заменить, поражала умы. А теперь электронные часы настолько обычны, что успешно соперничают в цене с механическими.

- Ваш последний пример - как раз повод, чтобы вернуться из будущего в настоящее. Отсюда следующий вопрос: каковы сегодняшние электронные вычислительные машины и какова в общих чертах сфера их применения?

- Г.М.: Действительно, нынешний «спектр» ЭВМ весьма широк - от суперЭВМ до микропроцессоров. Условно выделяют три основные линии ЭВМ: большие машины с быстродействием в миллионы операций в секунду, мини-ЭВМ с быстродействием в сотни тысяч операций в секунду и микроЭВМ с быстродействием в десятки, а иногда и в сотни тысяч операций в секунду.

Любая из ЭВМ снабжена арифметическим и логическим процессорами, оперативной и долговременной памятью, устройствами управления и ввода-вывода информации. Долговременная память обычно записывается на магнитных дисках, лентах или специальных носителях. Именно долговременная память - средоточение программ, необходимых для расчётов, и всего того материала, что составляет базы данных.

В нашу жизнь входят суперЭВМ с производительностью в сотни миллионов операций в секунду. Как правило, они нужны для исследовательских целей или управления очень сложными научно-техническими комплексами. На основе этих машин, в частности, даются и системы коллективного пользования. Речь идёт о системах прикладных программ, организованных в пакеты по областям применения. Это может быть пакет задач линейной алгебры, статистической обработки результатов эксперимента, пакет отражения информации в виде графиков и т. д. Существенно, что большинство пакетов универсальны, то есть не зависят от характера конкретной задачи. Другими словами, если в ходе решения какой-то задачи появляется необходимость обработать статистические данные или, скажем, вывести информацию на график, то для этого уже не требуются новые программы - довольно универсальных пакетов.

Много служебных пакетов заложено в памяти машины- намного же облегчается труд и увеличивается продуктивность деятельности пользователя ЭВМ, а значит, за этот счёт можно добиться дополнительного народнохозяйственного эффекта. И хотя оценить его не просто, он, разумеется, пропорционален повышению производительности труда тех, кто работает с помощью ЭВМ.

Создание ЭВМ, которые обслуживают абонентов в различных режимах доступа к ним (удалённая пакетная обработка, режим разделения времени, диалог «человек - машина» и т. д.), совершенствование периферийного оборудования и терминалов - оконечных устройств в составе вычислительной системы, предназначенных для ввода и вывода информации при взаимодействии человека с ЭВМ (в этом качестве используют, например, дисплеи, телетайпы), улучшение линий передачи информации заметно расширили их возможности. Это позволило перейти от локальных вычислительных центров, оборудование которых находится в одном месте, к многомашинным комплексам, компоненты которых расположены друг от друга на значительных расстояниях. Последние получили названия «сети вычислительных машин», «сети ЭВМ», «сети ВЦ».

Сети ЭВМ как раз могут наилучшим образом обеспечить работу пользователей в том случае, когда в каких-то пунктах имеется дефицит машинного времени, а в других - избыток. К тому же сеть ЭВМ открывает доступ к огромным базам данных не только универсального, но и специализированного характера, помогает пользователю найти в этих базах «куски» уже хорошо отлаженных программ и прочую ценную информацию, резко ускорить решение своей задачи.

- А мини-ЭВМ?

- Г.М.: Они применяются преимущественно для обеспечения автоматизированного управления - как производством (АСУ), так и технологическими процессами (АСУТП), в научных исследованиях, системах образования и многих других областях.

В первом случае на плечи ЭВМ ложится анализ выполнения планов, расчёт зарплаты и материально-технических ресурсов, разработка сетевых графиков подготовки производства, оценка рабочих мест и множество других функций. Наличие АСУ - гарантия того, что руководитель в любой момент имеет исчерпывающую информацию о деятельности своего предприятия и может обоснованно принимать необходимые организационно-экономические меры. В самом деле, современное производство - сложный организм с большим числом прямых и обратных связей. Долг и директора, и, конечно, всех звеньев руководства - находить устойчивые по отношению к малым отклонениям состояния этого организма и тот оптимальный вариант, который приводит к наивысшему экономическому эффекту. Естественно, что такой эффект увязывается с теми или иными ограничениями, характерными для реальной производственной обстановки.

Говоря об АСУТП, надо отметить, что их роль очень велика в самом производстве, ибо каждая система предназначается для комплексной автоматизации конкретного технологического процесса. Именно здесь мини-ЭВМ незаменима, и с известным основанием можно считать, что высокий экономический эффект от внедрения АСУТП достигается именно в результате использования электронной вычислительной техники.

Системы управления производственными процессами существуют, пожалуй, с тех пор, как создали конвейер. Но традиционные возможности управления конвейером или жёстко построенным производством были ограничены. И только новые средства вычислительной техники, в том числе и микропроцессорной, позволили контролировать, скажем, ход технологической операции на основе постоянно поступающей и обрабатываемой информации. Это происходит примерно так же, как если бы десятки контроллеров бдительно несли свою службу и при обнаружении каких-либо отклонений от нормы технологии немедленно бы их ликвидировали. Фактически же это делает автоматизированная система управления. Сведения непрерывно поступают от набора датчиков, анализируются на быстродействующих ЭВМ. В их памяти заложены многочисленные варианты нарушения производственного процесса и перечень того, что надо предпринять, чтобы исправить положение. ЭВМ в соответствии с программой «находит» нужную команду и посылает её на исполнительные устройства для внесения необходимых коррективов.

Приведу лишь несколько примеров.

Прокатный стан должен катать лист заданной толщины. Раньше мирились с некоторыми допусками. Они были неизбежны из-за неоднородности исходного материала, неравномерности динамического и статического воздействия. В результате проценты, а то и десяток процентов ценного металла расходовались понапрасну.

Современные же прокатные станы оборудованы датчиками, связанными с ЭВМ. Обнаруживается какое-то расхождение с установленным стандартом - ЭВМ даёт команду для повторного проката, и лист доводится до нужной толщины.

Если стан непрерывный, работает в одном направлении, то ЭВМ «приказывает» следующему валку увеличить давление в клети и снова контролирует толщину стального листа, с тем чтобы принять очередное оперативное решение. При такой прокатке допуски практически исключаются и металл целиком идёт в дело.

Экономия материальных ресурсов - важная задача. Но не менее важно выпускать продукцию, соответствующую высшим техническим требованиям. К примеру, мы плавим чугун. Только очень опытный специалист, что называется, чувствует качество и готовность плавки. Конечно, берутся пробы, проводится экспресс-анализ, но его результаты иногда приходят из лаборатории слишком поздно, поправить уже ничего нельзя. И в итоге - некондиционный чугун. Если же перейти к АСУТП, когда непрерывно ведётся спектральный анализ, регистрируются концентрации всех компонентов плавки, и эти данные обрабатываются на ЭВМ, то доменное производство станет таким же управляемым, как прокатный стан. Будет огромная экономия за счёт получения дополнительных объёмов высококачественного чугуна. Хотя такие системы пока проходят опытно-промышленную проверку, уже ясно, что срок их окупаемости заведомо меньше года.

Создание все новых и новых АСУТП - магистральный путь для развития интенсивной экономики.

Кстати, ещё о значимости мини-ЭВМ. Сегодня уже сформировалась более общая концепция сочетания автоматизации управления производством и автоматизации управления технологическими процессами. Здесь мы приходим к единой системе на базе так называемых интегрированных АСУ. Возможность оптимизации организационных и чисто технических мероприятий, которую даёт такая система, сулит блестящие перспективы.

- А теперь, пожалуйста, подробнее - о микропроцессорах.

- Г.М.: Эта вычислительная техника встраивается в узлы машин, приборов и элементов. Каждый микропроцессор распоряжается своим узлом. Но он может быть связан с другими узлами машины через другие микропроцессоры. Согласовывает их действия, как правило, единая мини-ЭВМ. Данная структура исходит из логики управления большими системами, например самими предприятиями. Они ведь построены по иерархическому принципу: сначала участки, затем цеха, далее целые производства и, наконец, дирекция.

Микропроцессоры уже заняли прочное место в станкостроении - в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Это новая и активная сфера применения микропроцессорной техники на производстве. Одновременно - и самый радикальный шаг к комплексной автоматизации: от управления одним станком с ограниченным набором операций к безлюдным роботизированным производственным комплексам.

Хотелось бы подчеркнуть главное: большие возможности, какие открывает внедрение компьютеров для достижения народнохозяйственного эффекта. Он складывается за счёт оптимальной организации производства и его составных частей, внесения своевременных коррективов в технологический процесс при случайных отклонениях, надёжной работы без присутствия высококвалифицированного рабочего.

Если вернуться к бытовой технике, то и сейчас уже мы чувствуем влияние на наш быт электроники вообще и микропроцессоров в частности. В продажу поступают стиральные машины с программируемым набором операций, самые разнообразные микрокалькуляторы, видеомагнитофоны и многое другое. Темп интеллектуализации бытовой техники, бесспорно, нарастает. Значит, домашнее хозяйство будет отнимать меньше труда, от чего опять-таки выиграет общественное производство.

- Сегодня много говорят о том, что проведение научных исследований без электронной вычислительной техники практически невозможно, быть может, кроме самых абстрактных областей, связанных с чисто теоретическими разработками. Как же именно помогают ЭВМ ученным, где их применение нужно в первую очередь?

- Г.М.: Прежде всего, конечно, в математическом моделировании. В самом деле, научное исследование обычно начинается с гипотез. На их фундаменте строятся все более и более детализированные модели изучаемых явлений, которые обычно и реализуются на ЭВМ. Обладая большим быстродействием и памятью, ЭВМ на основе той или иной модели многократно решает задачу при заданных ей самых различных наборах входных параметров. А это позволяет количественно описать возможные решения данной задачи, выбрать из них те, которые интересуют исследователя. И сделать это в достаточно короткий срок. Оснащение лабораторий электронной вычислительной техникой - надёжный путь повышения темпов научного поиска.

Далее. Выдающиеся достижения последних лет, такие, как создание искусственных генов, получение кормового белка из метана, появление больших и сверхбольших интегральных схем, не могли стать реальностью без вычислительной техники, которая помогали вести соответствующие эксперименты. ЭВМ управляли всеми этапами опыта и при отклонении его от заданной программы немедленно посылали корректировочную команду.

Электронная вычислительная техника незаменима и при обработке результатов экспериментов. Если в докомпьютерную эпоху сложные эксперименты длились днями, а то и неделями, то обработка их результате затягивалась на месяцы, а то и годы. ЭВМ сегодня даёт ответ почти немедленно после окончания эксперимента. Экономия времени поистине огромна. Можно с уверенностью сказать, что ЭВМ увеличили производительность труда исследователей более чем в 10 раз.

Логика современного научного поиска такова, что она требует приближения ЭВМ к учёному - будь то теоретик или экспериментатор. Что касается экспериментаторов, то здесь уже проявилась определённая тенденция: их вполне удовлетворяют стандартные мини-ЭВМ, поскольку характер использования этих машин мало чем отличается от их использования в АСУТП.

С теоретиками дело обстоит сложнее. Им для работы нужна целиком вся ЭВМ, пусть и не такая быстродействующая, но со всеми её возможностями. Режим разделения времени на больших ЭВМ решает эту задачу, но решает лишь частично. Ведь учёный думает, постоянно обращаясь к новой информации; порой у него возникает потребность вмешаться в ход расчётов или изменить их. Однако привлекать большую ЭВМ для таких целей нельзя - очень дороги её время и ресурсы.

Налицо противоречие между потребностями исследователя и возможностями ЭВМ. Оно было преодолено, когда в вычислительной технике родилось новое оригинальное направление - индивидуальные, или, как принято сейчас говорить, персональные, ЭВМ. Это вполне современные машины со свойственной им архитектурой, набором соответствующего оборудования и программ. Работа на персональной ЭВМ ведётся с применением 16- и 32-разрядных слов. Не исключена и 64-разрядная арифметика, конечно, с некоторой потерей скорости вычислений. Персональная ЭВМ имеет устройства ввода-вывода и при необходимости - линии связи с другими вычислительными машинами. То есть если для решения вставшей задачи «способностей» персональной ЭВМ не хватает, то по системе коммуникаций готовую программу можно передать на другую машину, обладающую большими ресурсами, чтобы потом получить «ответ».

- Вы рассказали об участии ЭВМ в деятельности учёных. Но научная идея воплощается, если можно так выразиться, в «реальный продукт» обычно только через проектно-конструкторские разработки. Ведь как часто случается: научная идея давно завоевала всеобщее признание, а до её оптимального или просто эффективного внедрения в народное хозяйство проходят годы кропотливого труда инженеров-конструкторов. Сокращается ли эта дистанция?

- Г.М.: Реальная возможность сокращения времени «от идеи до машины» возникла после появления САПРов - систем автоматического проектирования. Не буду говорить об историческом пути, который они прошли, хотя сам по себе он интересен и поучителен, а скажу лишь об их основных принципах.

Что же такое современная система проектно-конструкторских работ? Она состоит из трёх взаимосвязанных этапов. Первый - формирование технического задания на проект: человеко-машинный диалог для составления принципиальной схемы. Естественно, проект должен опираться на самые современные научные идеи, учитывать возможности реализации, ограничения по требуемым ресурсам. Это, так сказать, «дискуссии» человека с ЭВМ, в память которой заложены все необходимые сведения - от теоретических моделей до всяческих ограничений. Конечный результат первого этапа - «контур» проекта.

Потом наступает время его детальной конструкторской проработки. На втором этапе широко используются пакеты прикладных программ, ориентированные на проблематику данного проекта. Эта операция, если нужно, сочетается с системой поиска наилучших решений исходя из опыта исследователя. В итоге появляется полный набор проектно-конструкторской документации и её графическое отображение.

И наконец, создаётся проект технологической подготовки производства к выпуску серийной продукции.

Но бывает так, что и идея машины хороша, и конструкторская разработка вполне солидна, а выпускать серийную продукцию нельзя по тем или иным причинам. Тогда начинается так называемый итерационный процесс конструирования - с учётом ограничений, диктуемых производством. Иногда это затрагивает принципиальные стороны проекта, и все как бы повторяется вновь - с уровня доделки, а то и вторичной проработки технического задания. И так до желаемого итога.

Ясно, что наличие ЭВМ резко сокращает сроки прохождения трёх указанных этапов. А чем раньше научная идея воплотится в новую машину или технологию, тем больший экономический эффект получит народное хозяйство. Но выгоды применения ЭВМ этим далеко не исчерпываются.

Система автоматического проектирования станков, обрабатывающих центров или цветных телевизоров - плод напряжённых усилий учёных, конструкторов, технологов и программистов. Ведь сначала нужны пакеты прикладных программ, которые призваны ускорить проектно-конструкторские работы. Затем те же пакеты могут сослужить хорошую службу во всех КБ и на предприятиях, где рождается новая техника. По сравнению с традиционным способом, когда каждый коллектив действовал по-своему, выигрыш колоссальный. Раньше на проект тратились годы, теперь - недели и даже дни.

Верно, что пакеты прикладных программ для САПРов, доведённые до соответствующих стандартов, достаточно трудоёмки и оказываются пока очень дорогими. Но, раз возникнув, они способны удовлетворить любых проектантов и технологов, предоставив в их распоряжение огромные массивы запрограммированного знания. Пакеты прикладных программ становятся нашим национальным богатством. И не удивительно, что с 1983 года они и другое программное обеспечение ЭВМ считаются в нашей стране товарной продукцией. Это важный шаг для стимулирования развития математического обеспечения ЭВМ экономическими средствами.

- Сегодня объём самой разнообразной информации - научной, экономической, технологической, социальной - нарастает буквально как снежный ком, и уже трудно ориентироваться в информационном океане без помощи ЭВМ. Как практически это делается?

- Г.М.: Электронные вычислительные машины широко задействованы в области информации - от создания баз данных до организации эффективных поисковых систем.

Начали с упорядочения сложнейших информационных потоков, с объединения обширной массы сведений в специальные разделы, подразделы и пункты. Все они имеют согласованную индексацию, и ЭВМ может переходить от крупных массивов однородной информации ко все более и более мелким. В итоге, непрерывно сужая круг поиска, машина достигает цели - находит то, что интересует пользователя.

Разных по характеру баз данных - многие сотни и даже тысячи. Собрать их все вместе, в некую единую вычислительную систему, просто нереально. В самом деле, возьмём хотя бы три базы данных - о синтезированных органических соединениях, об иммунном статусе больного и о составе и характеристиках звёзд в Галактике. Конечно, у этих данных кое в чём есть общность, но сама предметная информация таких баз, сферы и методы их использования совершенно различны. С одной стороны, их нельзя «отрывать» от коллективов НИИ, клиник, обсерваторий, библиотек - без них они скоро утратят свою свежесть, а значит, и ценность. С другой стороны, и это естественно, надо сделать так, чтобы любая база данных была доступна всем пользователям. Иными словами, их обязательно нужно объединять. Где же выход из сложившегося противоречия? Он был найден в организации распределённой системы знаний.

Действительно, зачем пытаться совместить несовместимое? Гораздо лучше дать каждому коллективу исследователей пусть небольшую, но с достаточно ёмкой памятью ЭВМ для создания своей стандартно-структурированной базы. «Хозяева» этой базы данных будут её постоянно развивать и обновлять - ведь речь идёт о жизненно важной для них информации. Пользователь из любого другого учреждения, «входя» по каналам связи в эту базу данных, приобретает самые свежие и самые квалифицированные сведения. То есть один коллектив в состоянии обеспечивать соответствующей информацией всю страну. Все такие специализированные источники информации как раз и составляют распределённую систему знаний. Если теперь их объединить друг с другом, то мы придём к единой системе банков данных страны. Таков магистральный путь развития современной информационной технологии.

Сейчас, например, Институт органической химии Сибирского отделения АН СССР по телетайпному запросу любого пользователя может дать ответ о том, получалось ли ранее химическое соединение с указанными параметрами или нет. А ведь число химических соединений, если я не ошибаюсь, увеличивается ежегодно примерно на два-три десятка тысяч. Надо ли лишний раз объяснять, насколько подобная «электронная справка» экономит время химика-органика, избавляет его от переоткрытия уже синтезированных веществ.

Или проектно-конструкторская работа, о которой мы только что говорили. Всякая новая машина или техническое устройство должны по крайней мере соответствовать мировому уровню. Но этот мировой уровень нужно непрерывно «отслеживать», оперативно вводить в банки данных свежую информацию, поступающую из разных стран. Речь идёт здесь о десятках и сотнях тысяч типов изделий.

Общество будет становиться все более и более информатизированным. Сперва фундаментальные константы, затем системы технических данных и, наконец, смысловые тексты как наиболее сложный вид информации - вот этапы формирования единой информационной сети нашей страны. Однако это лишь начало пути. Впереди огромная и интереснейшая работа по использованию знаний, накопленных человеком и систематизированных с помощью электронной вычислительной техники.

- Хорошо известно, что ЭВМ способна решать сложнейшие задачи науки и техники. По заданию исследователя она в процессе ответа перебирает многочисленные варианты и останавливается на лучшем из них. Но ведь ЭВМ обычно действует по четко сформулированной программе. Тот же поиск оптимального решения и система перебора предложены ей человеком. А вот обладают ли современные электронные машины собственным интеллектом?

- Г.М.: Уже на первом этапе развития ЭВМ человек стал приучать их «думать» и делать хотя бы элементарные, но вполне логические выводы. Правда, границы между полностью запрограммированной системой работы ЭВМ и её «инициативой» весьма условны, но, если можно так выразиться, «запрограммированная инициатива» все же есть.

Создавая все более совершенные языки программирования, человек стремится к тому, чтобы записывать условия задачи в форме, близкой к естественному языку. Например, он поручает машине рассчитать крыло самолёта такой-то формы, качества поверхности и размера с учётом определённых скоростей воздушного потока. ЭВМ по принятой информации должна точно, вплоть до мельчайших подробностей, составить математическую задачу. Совсем недавно этим занимался инженер-программист. Существующие сегодня системы отображения исходных условий задачи таковы, что ЭВМ справляется с ними ничуть не хуже. И самое главное - за считанные минуты или часы, в отличие от недель и месяцев, которые требуются специалисту, вооружённому знаниями и интеллектом. Просто современные машины «научились» выбирать рациональные или даже оптимальные промежуточные операции. А это значит, что они способны к принятию решений, когда возможны различные варианты программной реализации вычислений. Вот здесь, на уровне соответствующих машинных языков и трансляторов - способов перевода языка в машинные команды, мы впервые встретились с искусственным интеллектом ЭВМ.

Однако как только ЭВМ стали применяться в проектно-конструкторских работах, для построения автоматизированных систем управления базами данных или технологическими процессами, у исследователей возникла мысль ввести в состав программного обеспечения творческие элементы. Скажем, конструктор начинает проектировать на дисплее деталь машины. Ему нужно знать размеры детали, а также входные и выходные характеристики - деталь ведь должна подходить к будущей машине. Контроль за соблюдением этих непременных условий возлагается на ЭВМ. Если в конструкторском поиске они нарушаются, то ЭВМ немедленно даёт об этом знать человеку. Она выступает в роли опытного помощника или эксперта. Это опять-таки элемент искусственного интеллекта.

Для детали из базы данных нужно выбрать материал необходимой прочности, с определёнными температурными параметрами и т. д. По «заявке» ЭВМ отыскивает требуемые наборы материалов и предлагает человеку. Конструктор же, руководствуясь своим опытом, даёт ЭВМ задание при известных характеристиках выбранного материала рассчитать прочностные, температурные и другие поля детали. Если результаты расчёта его удовлетворяют, работа закончена и деталь готова. Если нет, то он выбирает другой подходящий материал, и все повторяется снова. Как видим, конструктор и ЭВМ вступают в контакт в диалоговом режиме, и все, что должны были делать помощники, используя справочники и соответствующие схемы расчёта, делает ЭВМ. Она заменяет теперь человека не только в выполнении механической работы, но и в логических выводах.

Именно там, где начинается логика и логические выводы, начинается проявление искусственного интеллекта. Человек постепенно передаёт все больше и больше своих функций конструктора-исследователя машине, оставляя за собой лишь самые принципиальные, где не обойтись без творчества и незапрограммированного знания.

Особое место моделирование интеллекта занимает в развитии современной науки. Я не говорю, например, о выводе новых математических теорем, хотя здесь с помощью алгебры логики уже достигнуто многое, в частности ленинградской школой профессора Н.А. Шанина, добившейся выдающихся результатов в доказательстве теорем в теории множеств. Возьмём более простые вещи. Всех нас учат в школе решать геометрические и тригонометрические задачи. Но этому же можно «выучить» и ЭВМ. Так что если учёному в ходе исследования потом встретится какая-нибудь задача из Эвклидовой геометрии, она будет немедленно решена машиной.

Далее. В математике, и особенно в вычислительной математике, сегодня отработано много универсальных и специализированных алгоритмов решения задач, связанных с линейной алгеброй, дифференциальными и интегральными уравнениями. Из них также реально построить базы данных и поисковые системы для выбора алгоритмов, с помощью которых задача будет решена ЭВМ наилучшим образом. И это - элемент искусственного интеллекта.

Точное интегрирование, дифференцирование, разложение функций в ряды тоже становится сферой, которую человек уже передаёт электронной вычислительной технике.

Средства интеллектуализации решения задач на ЭВМ и основные модели будут в обозримом будущем развиваться на основе диалога человека и машины. Именно в кооперации высшего интеллекта человека, не поддающегося полному описанию, и все более совершенствуемых элементов искусственного интеллекта ЭВМ с её уникально быстрым перебором массивов данных, необходимой информации и поиском различных оптимизаций - перспектива использования электронных вычислительных машин.

Пока же на повестке дня стоит гораздо более скромная цель: научить ЭВМ понимать нас на уровне пусть простого, но естественного языка; давать советы человеку, не посвящённому в тонкости алгоритмов решения сложных задач; отыскивать оптимальные варианты решений; отражать объёмную информацию в виде графиков и голограмм; отвечать нам синтезированной речью.

Таков далеко не полный, но основной перечень проблем искусственного интеллекта, которым человек наделяет ЭВМ. Наделяет для повышения темпов научного поиска, скорости и качества проектно-конструкторских работ, для информационного обеспечения и управления производственными процессами. Если к этому добавить активное использование ЭВМ в медицине, банковском деле, в торговле, на транспорте и ещё во множестве других сфер, то перед нами раскроется поистине бескрайний горизонт применения ЭВМ. Предел их применимости сегодня может поставить лишь наше воображение.

- Как же будет выглядеть промышленно развитое общество при массовом внедрении достижений электронной вычислительной техники? Где изменения, вызванные ЭВМ, будут наиболее заметными?

- Г.М.: Прежде всего в общественном производстве. Изменится содержание самого труда и в десятки раз увеличится его производительность.

Современное серийное производство основано на разделении труда, на выполнении специализированных операций, не требующих особенного умения, а ЭВМ в громадной степени увеличивают возможности его полной автоматизации, упраздняя повторяющиеся, монотонные, утомительные для человека операции. Так что такого рода рабочие места исчезнут на промышленных предприятиях в первую очередь. Но не только они. Сегодня на многих заводах уже действуют станки с числовым программным управлением или даже специальные обрабатывающие центры. Однако не надо забывать, что с их появлением изменился характер обязанностей квалифицированного рабочего-станочника. Он теперь лишь наблюдает за автоматизированным оборудованием. Фигура токаря-виртуоза уходит в прошлое. И наоборот, возрастает нужда в специальностях высшей квалификации - в инженерах по эксплуатации микроэлектронной техники, знатоков программного обеспечения.

В следующем веке - а до его наступления рукой подать - большинство рабочих мест в промышленности будут выглядеть совершенно по-иному. Их займут роботы, которые могут «видеть», «слышать», «осязать», реагировать на ультрафиолетовое, инфракрасное или радиоактивное излучение, самопрограммироваться и перепрограммироваться. Уже создаются первые полностью автоматизированные предприятия, где практически отсутствует живой человеческий труд. Автоматы, не знающие отдыха 24 часа в сутки, с производительностью, неизмеримо более высокой, чем у человека, да к тому же «воспроизводящие» сами себя, - близкая реальность.

И к этой реальности нужно быть готовым. Надо по-другому учить школьников (реформа средней общеобразовательной школы уже осуществляется), перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководителей предприятий эффективно использовать электронную технику.

Наука, техника, производство, научно-технический прогресс в целом требуют, чтобы центр внимания при подготовке специалистов всех категорий перемещался от простого усвоения больших объёмов информации к её творческому усвоению, восприятию непрерывно меняющихся представлений, новых тенденций современного развития.

Само появление ЭВМ даёт мощный импульс к созданию таких методик обучения в школах, техникумах и вузах, какие усиливали бы творческие способности человека, вооружённого вычислительной техникой.

Одним словом, всем надо менять привычные приёмы труда и снова идти учиться. Учиться жить и работать в новом, стремительно меняющемся мире, который немыслим без самого широкого использования современной вычислительной техники.

К размещению в Виртуальном музее статью подготовили Понарин О.С., Фёдорова А.П., г. Брест.
Из книги «Горизонты научного поиска», Марчук Г.И. Издательство «Советская Россия», Москва, 1987 г.
17 Февраля 2017