Виды компьютеров. История информатики и вычислительной техники

Ответы на вопросы по информатике

Понятие количества информации. Минимальное количество информации - бит. Примеры.

Количеством информации называют числовую характеристику информации, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения информации.

Рассмотрим пример: дома осенним утром, старушка предполо­жила, что могут быть осадки, а могут и не быть, а если будут, то и форме снега или в форме дождя, т.е. «бабушка надвое сказала – то ли будет, то ли нет, то ли дождик, то ли снег». Затем, выглянув в окно, увидела пасмурное небо и с большой вероятностью предполо­жила – осадки будут, т.е., получив информацию, снизила количество вариантов выбора. Далее, взглянув на наружный термометр, она уви­дела, что температура отрицательная, значит, осадки следует ожидать в виде снега. Таким образом, получив последние данные о темпера­туре, бабушка получила полную информацию о предстоящей погоде и исключила все, кроме одного, варианты выбора.

Приведенный пример показывает, что понятия «информация», «неопределенность», «возможность выбора» тесно связаны. Получа­емая информация уменьшает число возможных вариантов выбора (т.е. неопределенность), а полная информация не оставляет вариан­тов вообще.

За единицу информации принимается один бит (англ.bit—binarydigit— двоичная цифра). Это количество информации, при котором неопределенность, т.е. количество вариантов выбора, уменьшается вдвое или, другими словами, это ответ на вопрос, требующий односложного разрешения —да или нет.

Бит — слишком мелкая единица измерения информации. На практике чаше применяются более крупные единицы, например, байт, являющийся последовательностью из восьми бит. Именно во­семь битов, или один байт, используется для того, чтобы закодиро­вать символы алфавита, клавиши клавиатуры компьютера. Один байт также является минимальной единицей адресуемой памяти компью­тера, т.е. обратиться в память можно к байту, а не биту.

Широко используются еще более крупные производные едини­цы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2^т байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2^м байт,

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2^т байт.

За единицу информации можно было бы выбрать количество информации, необходимое для различения, например, десяти равно­вероятных сообщений. Это будет не двоичная (бит), а десятичная (дит) единица информации. Но данная единица используется редко в компьютерной технике, что связано с аппаратными особенностя­ми компьютеров.

 

Виды компьютеров. История информатики и вычислительной техники.

Компьютер – «вычислитель».

Одним из простейших приспособлений человека для счёта можно назвать абак, который появился в Азии в четвёртом тысячелетии до н.э. Далее их заменили счёты и другие приспособления, например, «механические часы» для операций сложения. Автор «часов» - Вильгельм Шиккард, Германия, 1623 год.

Суммирующее устройство, первый в мире серийный механический калькулятор. Автор – Блез Паскаль. 1642 год.

Механический калькулятор Лейбница. Германия 1673. Выполнял все четыре операции.

Все эти устройства использовали жёсткую логику работы. Лишь благодаря работам английского математика Чальза Бебеджа в первой половине 19 века, стала возможной идея гибкой автоматизации автоматических устройств. Эта идея используется и в современных компьютерах. Суть этой идеи, реализованной им в «аналитической машине» состоит в разделении команд и данных. Несмотря на революционность идей, эти устройства были механическими. Лишь появление электричества и более совершенных технологий (использование электронных реле, электронных ламп, полупроводники, микросхем) позволили перейти от механических устройств к электрическим и электронным. В 1888 году американец немецкого происхождения Гермах Холлери сконструировал первую счётную машину, использующую электрическое реле – табулятор. В 1945 году Мочли и Эйкер для упрощения процесса задания программ стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. К этой работе был привлечён математик Джон фон Нейман, который, помимо прочего, подготовил доклад об этой машине. Этот доклад был разостлан многим учёным и получил широкую известность, поскольку в нём фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств (компьютеров). Подавляющее большинство компьютеров в дальнейшем было сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своём докладе в 1945 году Нейман.

Говоря об истории развития вычислительной техники, обычно выделяют поколения машин, беря за точку отсчёта момент появления соответствующей электронной базы.

Вычислительной техникой первого поколения принято называть ЭВМ, использовавшие электронные лампы. Примерами являются ENIAC(США, 1946. Со спортивный зал, Быстродействие – тысячи операций (примерно)), БЭСМ (СССР, 1951. Быстродействие – 8,000 операций в секунду). Расход электроэнергии, надёжность низкая, Стоимость – 500,000 долларов.

В 1948 году, благодаря изобретению транзисторов, стало возможно появление более мощных и дешёвых ЭВМ второго поколения.

В 1959 году некто Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрёл метод, позволяющий создать на одной пластинке и транзисторы, и все соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. В 1970 году фирмаIntelначала продавать интегральные схемы памяти. Использование интегральных микросхем привело не только к резкому увеличению надёжности ЭВМ, но и к снижению размеров, энергопотребления и стоимости (до 50000 долларов), что ознаменовало эру ЭВМ третьего поколения.

1970 год – начало эры ЭВМ четвёртого поколения. Фирма Intelсоздала БИС (Большая Интегральная Схема), содержащую в себе практически всю основную электронику компьютера. В 1971 году появился первый микропроцессорIntel4004. Цена – несколько десятков долларов. Это привело к снижению цен на ЭВМ до уровня, доступного широкому кругу пользователей. Примеры: первый персональный компьютерApple– 1966 год.IBMPC– 1981 год. В настоящее время во всём мире наибольшее распространение получилиIBM-совместимые персональные компьютеры. В период машин четвёртого поколения стали так же серийно производиться «супер-ЭВМ» - несколько процессоров. Примером отечественной супер-ЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус» с быстродействием до 1,8*108

С конца 1980-х годов наступила пора пятого поколения ЭВМ. Прежде всего, их структура и архитектура отличается от классической фон Немановской. Высокая скорость выполнения вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода. В связи с появление новой базовой структуры, в машинах пятого поколения широко используются модели и средства, разработанные в области ИИ. Современное поколения использует технологии интегральной схемотехники и сверхбольшие интегральные схемы. Разработчики вплотную приблизились к решению проблемы ИИ. В 1989 году уже был представлен первый рабочий образец нейропроцессора. Три миллиарда соединений в секунду, алгоритм обучения отсутствует, процессор эмулирует работу шестидесяти четырёх биологических нейронов. 1993 год: следующий процессор. 10 миллиардов соединений в секунду и возможность обучения. К настоящему времени разработано большое число всевозможных лат-ускорителей и специализированных нейро-вычислителей. Нейронные компьютеры уже находят применение в различных сферах деятельности человека. В США действует система по обнаружению пластиковой взрывчатки в багаже пассажиров, идентификация людей по отпечаткам – используются нейронные сети.

Ещё один перспективный путь создания производительных компьютеров – это использование вместо электрических сигналов, световых сигналов, движущихся с гораздо большей скоростью. Производительность современных ПС больше, чем у супер-компьютеров, сделанных десять лет назад.

По назначению выделяют следующие виды компьютеров:

а) универсальные–предназначены для решения различных задач, типы которые не оговариваются. Эти ЭВМ характеризуются разнообразием форм, обрабатываемых данных (числовых, символьных и т.д.) при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления, большой емкостью внутренней памяти, развитой системой организации ввода-вывода информации, обеспечивающей подключение разнообразных устройств ввода-вывода.

б) проблемно-ориентированные - служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных, выполнением расчетов по несложным правилам. Они обладают ограниченным набором аппаратных и программных средств.

в) специализированные - применяются для решения очень узкого круга задач. Это позволяет специализировать их структуру, снизить стоимость и сложность при сохранении высокой производительности и надежности. К этому классу ЭВМ относятся компьютеры, управляющие работой устройств ввода-вывода и внешней памятью в современных компьютерах. Такие устройства называются адаптерами, или контроллерами.

· По размерам и функциональным возможностям различают четыре вида компьютеров: СуперЭВМ являются мощными многопроцессорными компьютерами с огромным быстродействием. Многопроцессорность позволяет распараллеливать решение задач и увеличивает объемы памяти, что значительно убыстряет процесс решения. Они часто используются для решения экспериментальных задач, например, для проведения шахматных турниров с человеком.

· Большие ЭВМ (их называют мэйнфреймами от англ. mainframe) характеризуются многопользовательским режимом (до 1000 пользователей одновременно могут решать свои задачи). Основное направление – решение научно-технических задач, работа с большими объемами данных, управление компьютерными сетями и их ресурсами.

· Малые ЭВМ используются как управляющие компьютеры для контроля над технологическими процессами. Применяются также для вычислений в многопользовательских системах, в системах автоматизации проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

· По назначению микроЭВМ могут быть универсальными и специализированными. По числу пользователей, одновременно работающих за компьютером – много- и однопользовательские. Специализированные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, используемыми в компьютерных сетях для обработки запросов всех компьютеров сети. Специализированные однопользовательские (рабочие станции – workstation, англ.) эксплуатируются в компьютерных сетях для выполнения прикладных задач. Универсальные многопользовательские микроЭВМ являются мощными компьютерами, оборудованными несколькими терминалами. Универсальные однопользовательские микроЭВМ общедоступны. К их числу относятся персональные компьютеры – ПК. Наиболее популярным представителем ПК в нашей стране является компьютер класса IBM PC (International Business Machines – Personal Computer).