2018-02-13
418Онтология науки - раздел философии науки, предметом которого служит изучаемая наукой реальность, ее свойства и закономерности. Интегральным выражением содержания онтологии науки являются научные и общенаучные картины мира
Онтология науки - общие представления науки об объективной реальности.
· Общенаучная картина мира - обобщенное представление науки определенного периода об изучаемой ею реальности (картины мира античной, средневековой, классической, неклассической и постнеклассической наук). Смена общенаучной картины мира сопровождается глобальной научной революцией.
Частнонаучная картина мира - обобщенные представления отдельных областей наук или научных дисциплин об изучаемой ими реальности (естественнонаучная, социальная, физическая, астрономическая, биологическая, историческая картины мира и т.д.). Смена частнонаучных картин мира приводит к локальным научным революциям в развитии науки.
Гносеология науки - раздел философии науки, предмет которого - исследование принимаемых наукой в целом (и отдельными науками) предпосылок о сущности и природе научного познания, его методах, структуре и закономерностях его развития (рис. 2.2).
Основные проблемы гносеологии науки
Научное знание. Критерии его отличия от других видов знания.
Научное познание. Как оно возможно, каковы его цели и функции.
Структура научно-познавательной деятельности.
Субъект научного познания.
Научная истина, ее виды и критерии.
Методы научного познания.
Способы открытия и обоснования научного знания.
Методы выдвижения научных гипотез и критерии отбора наилучших.
Роль научных коммуникаций в принятии когнитивных решений.
Структура научного знания. Области науки, виды и уровни научного знания, способы их взаимосвязи.
Закономерности развития научного знания. Эволюционные и революционные периоды в развитии науки. Движущие силы развития научного знания.
Внутринаучные и социокультурные факторы детерминации развития научного знания, их вес и соотношение.
Свобода и творчество в развитии науки.
Исторический характер науки и ее изменений.
Все проблемы гносеологии науки внутренне взаимосвязаны между собой и с общей философской теорией познания.
Методоло́гия, в прикладном смысле, — это система (комплекс, взаимосвязанная совокупность) принципов и подходов исследовательской деятельности, на которые опирается исследователь (учёный) в ходе получения и разработки знаний в рамках конкретной дисциплины — физики, химии, биологии и других научных дисциплин. Не следует путать методологию с методикой.
3. Понятие информационной системы, структура информационной системы.
Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.
Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации компьютера. Кроме того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.
Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами.
Подсистема — это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.
Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими.Таким образом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем, среди которых обычно выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение.
Различают:
- Программно-техническое обеспечение (платформа).
- Информационное обеспечение.
- Математическое обеспечение (иногда – алгоритмическое).
- Организационно-методическое обеспечение
Иногда объединяют математическое и программное обеспечение, иногда выделяют лингвистическое обеспечение.
4. Механические устройства для сложения чисел, история их развития
Начало развития технологий принято считать с Блеза Паскаля, который в 1642г. изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. Его машина предназначалась для работы с 6-8 разрядными числами и могла только складывать и вычитать, а также имела лучший, чем все до этого, способ фиксации результата. Машина выполняла суммирование чисел (восьмиразрядных) с помощью колес, которые при добавлении единицы поворачивались на 36о и приводили в движение, следующее по старшинству, колесо всякий раз, когда цифра 9 должна была перейти в значение 10. Машина Паскаля имела размеры 36х13х8 сантиметров. Этот небольшой латунный ящичек было удобно носить с собой. Инженерные идеи Паскаля оказали огромное влияние на многие другие изобретения в области вычислительной техники.
5. Механические устройства для умножения чисел, история их развития
Следующего этапного результата добился выдающийся немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц, высказавший в 1672 году идею механического умножения без последовательного сложения. Уже через год он представил машину, которая позволяла механически выполнять четыре арифметических действия, в Парижскую академию. Машина Лейбница требовала для установки специальный стол, так как имела внушительные размеры: 100х30х20 сантиметров. Значительный вклад в развитие вычислительной техники внёс английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж. Идея построения «разностной машины» для вычисления навигационных, тригонометрических, логарифмических и других таблиц возникла у него в 1812 году. Название она получила из-за использования метода «конечных разностей». Свою первую разностную машину Бэббидж построил в 1822 году и рассчитал на ней таблицу квадратов, таблицу значений функции y=x2+x+41 и ряд других таблиц. Однако из-за нехватки средств эта машина не была закончена, и сдана в музей Королевского колледжа в Лондоне, где она хранится по сегодняшний день. Однако эта неудача не остановила Бэббиджа. Около 1833 года ему пришла в голову идея «аналитической машины», после чего он разностную машину практически похоронил, так как возможности новой машины значительно перекрывали возможности разностной, она выполняла вычисления без участия человека. Ч.Беббидж предложил так называемый принцип программного управления. Сущность его состоит в том, что вычислительная машина автоматически решает поставленную задачу, если в нее заранее вводится программа, определяющая последовательность выполняемых действий. В сконструированной им в 1834 г. «аналитической машине», эта программа задавалась в виде системы пробивок (перфораций) на соответствующих перфокартах. Такие перфокарты были впервые предложены в начале XIX в. англичанином Ж.Жаккардом для управления ткацким производством.
6. МашиныБэббиджа,назначениеиструктура.
В 1834 году Чарльз Бэббидж описал свою аналитическую машину (Analytical Engine). Это был проект компьютера общего назначения с применением перфокарт, а также парового двигателя в качестве источника энергии.
Перфокарты были необходимы для автоматизации работы аналитической машины, которая достигается за счет работы по заранее составленной человеком программе. Именно Чарльз Бэббидж является родоначальником идеи механической машины с программным управлением.
Действительно, без автоматического программного управления вычислительным процессом каждую последующую операцию машине должен «подсказывать» человек, нажимая на соответствующие кнопки. А осмысленно человек в самом лучшем случае может делать это 1-2 раза в секунду из-за инерционности своей нервной системы.
Следовательно, сколь бы быстро не работали блоки машины, она, выполняя каждую операцию по указанию человека, будет работать медленно – в темпе работы своего хозяина. И только заранее введя в машину программу решения задачи, «научив» ее решать самостоятельно ту или иную задачу, можно добиться, чтобы она считала «без оглядки на человека», со свойственной ей, машине, скоростью.
По проекту 1834 г., разработанному Бэббиджем на бумаге, аналитическая машина включала 4 блока:
1. регистры памяти (по терминологии Бэббиджа store — хранилище, склад) – это аналог современного запоминающегося устройства (ЗУ) для хранения исходных данных и результатов;
2. арифметический блок (по терминологии Бэббиджа mill — мельница) – это аналог современного устройства для вычислений;
3. барабан, управляющий операциями машины (control barrel) — прообраз современного устройства управления (УУ);
4. перфокарты – прототип ввода/вывода информации.
Это уже практически архитектура электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Остается лишь придумать схему совместного хранения программ и данных в памяти компьютера. Это было сделано 100 лет спустя коллективом ученых во главе с американским математиком Джоном фон Нейманом.
Бэббидж сделал более 200 чертежей ее различных узлов и около 30 вариантов общей компоновки машины. Очевидно, что изобретатель намного опередил свое время. Не случайно в конце жизни он скажет: «Я готов отдать последние годы своей жизни за то, чтобы прожить три дня через 150 лет, и чтобы мне подробно объяснили принцип работы будущих машин».
7. МашинаПаскаляимашинаЧебышева,схожестьиразличия.
Француз Блез Паскаль начал создавать суммирующую машину «Паскалину» в 1642 году в возрасте 19 лет, наблюдая за работой своего отца, который был сборщиком налогов и часто выполнял долгие и утомительные расчёты. Машина Паскаля представляла собой механическое устройство в виде ящичка с многочисленными связанными одна с другой шестерёнками.
Складываемые числа вводились в машину при помощи соответствующего поворота наборных колёсиков. На каждое из этих колёсиков, соответствовавших одному десятичному разряду числа, были нанесены деления от 0 до 9.При вводе числа, колесики прокручивались до соответствующей цифры. Совершив полный оборот, избыток над цифрой 9 колёсико переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на 1 позицию. Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колёс, позднее их число увеличилось до шести или даже восьми, что позволяло работать с большими числами, вплоть до 9999999. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.
Вращение колёс было возможно лишь в одном направлении, исключая возможность непосредственного оперирования отрицательными числами. Тем не менее, машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но и другие операции, но требовала при этом применения довольно неудобной процедуры повторных сложений. Вычитание выполнялось при помощи дополнений до девятки, которые для помощи вычислителю появлялись в окошке, размещённом над выставленным оригинальным значением.
Несмотря на преимущества автоматических вычислений, использование десятичной машины для финансовых расчётов в рамках действовавшей в то время во Франции денежной системы было затруднительным. Расчёты велись в ливрах, су и денье. В ливре насчитывалось 20 су, в су – 12 денье. Использование десятичной системы в не десятичных финансовых расчётах усложняло и без того нелёгкий процесс вычислений. Тем не менее, примерно за 10 лет Паскаль построил около 50 и даже сумел продать около дюжины вариантов своей машины. Несмотря на вызываемый ею всеобщий восторг, машина не принесла богатства своему создателю. Сложность и высокая стоимость машины в сочетании с небольшими вычислительными способностями служили препятствием её широкому распространению. Тем не менее, заложенный в основу «Паскалины» принцип связанных колёс почти на три столетия стал основой для большинства создаваемых вычислительных устройств. Машина Паскаля стала вторым реально работающим вычислительным устройством после «Считающих часов» Вильгельма Шиккарда, созданных в 1623 году.
Во Франции в Парижском «Музее искусств и ремёсел» с конца прошлого века хранится интереснейшая счётная машина. Это — первый в мире автомат для вычислений, изобретённый в 1881 году знаменитым русским математиком и механиком академиком П. Л. Чебышевым.
Изобретение академика Чебышева намного опередило все существовавшие тогда счётные машины и оказало большое влияние на весь ход дальнейшего совершенствования «машинной математики». Созданию этого замечательного автомата предшествовало изобретение Чебышевым в 1878 г. оригинальной суммирующей машины. Оригинальность её заключалась главным образом в способе передачи десятков. Никакого специального механизма для выполнения этой операции она
вообще не имела, хотя передача десятков, конечно, осуществлялась. В машине Чебышева, как и во всех счётных машинах, при полном обороте цифрового колеса единиц цифровое колесо десятков поворачивалось на 1/10 оборота.
Это 10-разрядная суммирующая машина с непрерывной передачей десятков. В машине с непрерывной (дискретной) передачей колесо высшего разряда продвигается сразу на одно деление, в то время как колесо низшего разряда переходит с 9 на 0. При непрерывной передаче десятков соседнее колесо (а вместе с ним и все остальные) постепенно поворачивается на одно деление, пока колесо младшего разряда совершает один оборот. Чебышев достигает этого применением планетарной передачи. Работа оператора при выполнении сложения на машине Чебышева была очень простой. С помощью десяти наборных колес поочередно вводились слагаемые, а результат считывался в окнах считки. На наборных колесах имеются специальные зубцы, с помощью которых поворачиваются колеса.
В корпусе машины - прорези, в которых видны эти зубцы, а рядом с прорезями написаны цифры (0...9). При вычитании набирается уменьшаемое, а вычитаемое нужно набирать, вращая наборные колеса в обратную сторону. В целом машина приспособлена для сложения, и вычитание на ней неудобно. Следующими этапами работы Чебышева явились постройка новой модели
суммирующей машины и передача ее в 1878 г. в Парижский музей искусств и ремесел, а затем создание множительно-делительной приставки к суммирующей машине. Эта приставка также была передана в музей в Париже (1881 г.). Таким образом, арифмометр, хранящийся в этом музее,
состоит из двух устройств: суммирующего и множительно-делительного. Суммирующее устройство отличается от хранящейся в Ленинграде суммирующей машины несколькими несущественными усовершенствованиями, а также большим удобством в работе.
Ряд новых идей был воплощен и во множительно-делительном устройстве. Главная и наиболее плодотворная из них состояла в автоматическом переводе каретки из разряда в разряд. Кареткой, т. е. подвижной частью арифмометра, служила сама приставка. Для выполнения умножения и деления она устанавливалась на суммирующей машине, образуя с ней единый прибор. При выполнении умножения нужно было только вращать рукоятку арифмометра.
После умножения множимого на цифру одного разряда множителя арифмометр автоматически прекращает умножение и переводит каретку в следующий разряд. Затем счетный механизм снова включается, и начинается умножение на цифру второго разряда множителя. Количество оборотов рукоятки автоматически контролируется специальным счетчиком, который действует от установленного числа множителя. Этот же счетчик переключает процесс вычислений на передвижение каретки и обратно.
Арифмометр Чебышева отличается от машины Паскаля тем, что на нем шла непрерывная передача десятков и автоматический переход каретки с разряда на разряд при умножении, а также высоконадёжный способ передачи десятков с помощью планетарного механизма.
8. МашинаПаскаляимашинаОднера,схожестьиразличие.
По машине Паскаля см. вопрос 7.
Вильгодт Теофилович Однер (1845–1905) закончил Стокгольмский технологический институт и в 1870-м году переехал работать в Санкт-Петербург. На счету шведского «Кулибина» множество изобретений. Среди них машина для нумерации кредитных билетов, папиросная машина, турникеты (применявшиеся почти во всех пароходных компаниях России до середины двадцатого столетия) и, наконец, арифмометры.
Первая партия арифмометров Однера была выпущена в 1877-м году на чугунолитейном заводе Л. Э. Нобеля. С 1890-го года «Арифмометр системы В. Т. Однер» стал выпускаться в Петербурге на небольшом заводе, который лично построил Однер и его партнер-англичанин Ф.Н. Гиль. Единственный сохранившийся экземпляр тех лет находится в собрании Политехнического музея в Москве.
Этому предшествовала кропотливая работа учёного-механика. Для того чтобы создать надёжную и удобную для пользователя конструкцию арифмометра, необходимо было изучить весь мировой опыт по изготовлению и проектированию счётной техники. Когда Однер приступил к созданию своего счётного аппарата, предприятие француза Шарля Ксавье Томá (1785-1870) уже успело выпустить около полутора тысяч арифмометров (с 1821 по 1878 гг.). Арифмометры Шарля Томá могли делить и умножать, но при этом были неудобны, непрактичны и дорого стоили. Особенность однеровской конструкции арифмометра заключается в применении зубчатых колес с переменным числом зубцов - «колес Однера». В каждом колесе располагается по девять зубцов, и угол между двумя зубцами принимается за единицу разряда чисел. Каждому разряду положено отдельное колесо, поэтому, когда набирается нужное число, из корпуса колеса рычажком выдвигается соответствующее цифре количество зубцов. Когда рукоятка арифмометра делает один полный оборот, зубцы цепляют промежуточные шестерни и поворачивают колесо счетного механизма на угол, который соответствует этому числу. Тогда число передается в счетчик. Помимо механизма для установки и переноса чисел в счётчик и самого счётчика оборотов, арифмометр Однера был снабжён счётчиком результата, устройством для гашения результата, а также приводом (сначала ручным или, впоследствии, электрическим).
Арифмометр был очень эффективен при выполнении операций умножения и деления. Своей простотой, надёжностью и доступной стоимостью модель арифмометра по системе Однера быстро распространилась по странам Европы и Америке и стала выпускаться многими компаниями. В России арифмометры этого типа были популярны больше полувека и производились до конца 1970-х годов.
9. ЖаккардовамашинаимашинаКорсакова,схожестьиразличиевзаписи информации.
Жаккрад:
Жаккардовый ткацкий станок был назван в честь своего изобретателя Джозефа Мари Жаккара. Первая рабочая модель была создана в 1801 году. Жаккардовый ткацкий станок стал прорывом в текстильной промышленности, так как позволил ткачам создавать практически бесконечное количество вариантов узоров и расцветок.
Жаккардовый ткацкий станок использует перфокарты. На каждой карте имеется строка с отверстиями и соответствующий шаблон. В отверстие указывался тип пряжи. Картонные карты нанизывались одна на другую, для создания полноценных картин.
Жаккардовый ткацкий станок был первой машиной, которая использовала перфокарты для управления последовательностью операций. Хотя на перфокартах были основаны многие вычислительные машины, жаккардовый станок считают важной частью истории вычислительного оборудования. Жаккардовые станки по прежнему общеупотребимы, сегодня их используют для создания почти любой ткани, от лучших сортов шелка до натуральной шерсти.
Корсаков:
«машина для сравнения идей». На современном языке ее можно было бы охарактеризовать как «систему для информационного поиска» или даже «средство для создания баз данных». Основным «носителем информации» в этих устройствах стали перфокарты, хранившиеся в специальных картотеках и автоматически (механически) сортировавшиеся и сравнивавшиеся по определенным признакам.
Не вызывает сомнений то, что идея «механизации» – это логическое развитие работы с каталогами (картотеками). Она заключалась в записи основных «понятий» (иначе говоря, «названий тематических групп») на отдельные перфокарты в качестве «заголовков» или «базовых понятий». К ним добавлялись уточняющие детали («частные признаки»), и все помещалось в специальное устройство без какого-либо определенного порядка. По заданным признакам (заголовкам) это устройство могло автоматически выбирать всю информацию, относящуюся к требуемым темам, сразу из большого объема данных. В зависимости от сложности устройства оно либо просто находило всю нужную информацию по заданной теме – формировало «тематический пакет информации», либо еще и анализировало ее. Корсаков разделил свои машины на пять групп:
1. Линейный гомеоскоп с неподвижными деталями (рис. 2 а). Эта машина напрямую находила и выбирала из большого числа таблиц сложную идею (базовое понятие) и другую (сравниваемую), содержащую в себе все детали первой.
2. Линейный гомеоскоп с подвижными частями (рис. 2 б). Эта машина предназначалась для выполнения тех же действий, что и предыдущая, но дополнительно показывала, какие именно детали сравниваемых идей (понятий) совпадают или различаются.
3. Плоский гомеоскоп (рис. 3). Выполнял те же функции, что и упомянутые выше, однако количество анализируемых уточняющих деталей («частных признаков») в нем было увеличено до 10 тысяч.
4. Идеоскоп (рис. 4). Эта машина была способна мгновенно сравнивать сложные основные понятия на уровне соответствующих уточняющих деталей, определяя их наличие или отсутствие. Число идей (перфокарт) сравниваемых за одну операцию могло достигать нескольких сотен, а число уточняющих деталей для каждого понятия – превысить сотню.
5. Простой компаратор (рис. 5). Эта машина выполняла те же функции что и идеоскоп, но лишь для двух идей за один раз. Однако она не нуждалась в таблицах или перфокартах.
Небольшой вывод по перфокартам и где что использовалось:
В наше время перфокарты хорошо известны как средство хранения и передачи информации, хотя вспоминают о них чаще всего в связи с вычислительными машинами 1950-1970 гг. Изобретение это, однако, совсем не новое, оно уходит корнями в XVIII век, когда известный французский механик Вокансон опубликовал статью, где указал на возможность использования перфокарт для автоматизации управления производственными механизмами. Идея эта родилась из мысли о том, чтобы нарезать на части широкие металлические перфорированные ленты, столетиями использовавшиеся в башенных часах с музыкальными автоматами, в таких, например, как те, что установлены на ратушной башне фламандского (бельгийского) города Брюгге. Вокансон был прославленным создателем многочисленных механических автоматов, особенно популярна его утка, покрытая настоящими перьями. Она ходила, крякала, клевала и глотала зерна и даже «переваривала» их с помощью встроенной миниатюрной мельницы. Сам он уже достиг почтенного возраста и реальным изготовлением перфокарт не интересовался.
Статья же попала к конструктору текстильных машин Жаккару (Josef-Marie Jacquard, отсюда и «жаккардовое» полотно), который вскоре построил ткацкий станок с программным управлением с помощью больших картонных перфокарт, произведший полный фурор в европейском обществе. Все стремились посмотреть на диковинку. Молодой британский ученый Чарльз Беббидж (1791-1871 гг.), будущий создатель первого «компьютера» – машины с памятью и хранимой в ней программой вычислений, специально ездил в Париж, чтобы изучить принципы управления посредством перфокарт, которые он потом и использовал в своей всемирно известной счетной «аналитической машине» (проект 1833-1836 гг.). Правда, построить ее до конца не удалось ввиду непомерной сложности. До настоящего времени Беббидж считается пионером в этой области. Его молодая помощница леди Ада Августа Лавлейс (Ада Байрон, 1815-1852), дочь поэта лорда Байрона, которую он опекал и обучал математике после кончины собственной дочери, проявила необыкновенные математические способности, удивительным образом сочетавшиеся с тягой к поэзии и метафорам. Энергичная и амбициозная, своим энтузиазмом она не только «подогревала» интерес Беббиджа к работе над машиной, но и стала идеологом и создательницей (вычислительного) программирования.
Подобно Беббиджу, Корcаков намного опередил современников своими идеями – отсутствие понимания со стороны таких блестящих ученых, как Остроградский, может быть косвенным тому доказательством. Корсаков использовал перфокарты для классификации, Беббидж – для счета, а позже Герман Холлерит – для того и другого. Перфокарточные машины Холлерита – табуляторы –
были разработаны в 1887 г. для анализа результатов переписи населения в США. Подобно машинам Корсакова они группировали данные опросов по категориям (у Холлерита – возраст, пол, семейное положение и т. д.), но уже имели электрические элементы; контакты и сигнальные лампы. В 1911 г. усовершенствованные табуляторы положили начало всемирно известной компьютерной компании IBM. В России они приобрели большую популярность с начала ХХ века под названием «счетно-аналитические машины». На первых порах их покупали за границей, а после революции производили в Москве на специально построенном заводе счетно-аналитических машин – САМ. После Великой Отечественной войны он был преобразован в предприятие, выпускавшее первые советские электронно-вычислительные машины.
Устройства, подобные машинам Корсакова, впервые появились только в начале ХХ века. В них использовались карты с перфорацией по краям.
10. Комплекс Холлерита, состав и принцип работы, назначение.
США 1887 год Герман Холлерит
Электромеханический счётно-аналитический комплекс.
Предназначен для обработки информации на перфокарточных носителях. Обрабатывал результаты переписи населения в нескольких странах (включая Россию).
Состоял из ручного перфоратора, сортировочной машины и табулятора.
Данные о людях (национальность, язык, возраст, пол, вероисповедание) записывались на спец. перфокарты вручную с помощью перфоратора. Табулятор подсчитывает количество отверстий на перфокартах.
Управление механическими счётчиками и сортировкой осуществлялось с электрическими импульсами, при замыкании цепи, при наличии отверстия на перфокарте.
11. Электромеханические вычислительные машины, структура и принцип работы.
В 1889 году немец, живший в США, Герман Холлерит сконструировал перфокарточное устройство для решения статистических задач и основал фирму по производству вычислительных машин, которая с 1915 года стала называться IBM - International Business Machines (Международные Деловые Машины), так как располагалась не только в США, но и Германии.
В отличие от идеи Бэббиджа, хранить на перфокартах инструкции, Холлерит использовал перфокарты для хранения данных. Кроме того, для работы перфокарточного устройства использовалось электричество. Цифры на перфокарте изображались одинарными отверстиями, а буквы алфавита - двойными. Специальный электрический прибор опознавал отверстия на перфокартах и посылал сигналы в обрабатывающее устройство. Вычислительная машина Холлерита оказалась по тем временам очень быстрым устройством обработки данных, а перфокарты - удобным способом хранения данных. Машина Холлерита была использована для обработки результатов переписи населения США. Обработка результатов предыдущей переписи 1880 года заняла около 10 лет. За это время успело вырасти новое поколение американцев. С помощью машины Холлерита те же данные были обработаны всего за шесть недель. В 1896 году Холлерит основал компанию по производству перфорирующих устройств - Tabulating Machine Company, которая в XX веке превратилась в знаменитую корпорацию по производству компьютеров - IBM
В 1943 году, американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе техники XX века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM легендарный гарвардский «Марк-1» (а позднее еще и «Марк-2»). «Марк-1» имел в длину 15 метров и в высоту 2,5 метра, содержал 800 тысяч деталей, располагал 60 регистрами для констант, 72 запоминающими регистрами для сложения, центральным блоком умножения и деления, мог вычислять элементарные трансцендентные функции. Машина работала с 23-значными десятичными числами и выполняла операции сложения за 0,3 секунды, а умножения – за 3 секунды. Однако Эйкен сделал две ошибки: первая состояла в том, что обе эти машины были скорее электромеханическими, чем электронными; вторая – то, что Эйкен не придерживался той концепции, что программы должны храниться в памяти компьютера как и полученные данные.
12. Релейные вычислительные устройства, назначение, принцип работы.
Первым создателем автоматической вычислительной машины считается немецкий учёный К. Цузе. Работы им начаты в 1933 году, а в 1936 году он построил модель механической вычислительной машины, в которой использовалась двоичная система счисления, форма представления чисел с «плавающей» запятой, трёхадресная система программирования и перфокарты. В качестве элементной базы Цузе выбрал реле, которые к тому времени давно применялись в различных областях техники. В 1938 году Цузе изготовил модель машины Z1 на 16 слов; в следующем году модель Z2, а еще через два года он построил первую в мире действующую вычислительную машину с программным управлением (модель Z3), которая демонстрировалась в Германском научно-исследовательском центре авиации. Это был релейный двоичный компьютер, имеющий память на 64 22-разрядных числа с плавающей запятой: 7 разрядов для порядка и 15 разрядов для мантиссы. К несчастью, все эти образцы машин были уничтожены во время бомбардировок в ходе Второй мировой войны. После войны Цузе изготовил модели Z4 и Z5. К. Цузе в 1945 году создал язык Plankalkul (от немецкого «исчисление планов»), который относится к ранним формам алгоритмических языков. Этот язык был большей степени машинно-ориентированным, но по некоторым возможностям превосходил АЛГОЛ. Независимо от Цузе построением релейных автоматических вычислительных машин занимались в США Д. Штибитц и Г. Айкен. Д. Штибитц, тогда работавший в фирме Bell, собрал на телефонных реле первые суммирующие схемы. В 1940 году вместе с С. Уильямсом Штибитц построил «вычислитель комплексных чисел», или релейный интерпретатор, который последствии стал известен как специализированный релейный компьютер «Bell-модель 1». В этом же году машина демонстрировалась на заседании Американского математического общества, где были проведены её первый промышленные испытания. В последующие годы были созданы ещё четыре модели этой машины. Последняя из них разработана Штибитцем в 1946 году (модель V) — это был компьютер общего назначения, содержащий 9000 реле и занимающий площадь почти 90 м2, вес устройства составлял составлял 10 т. Другую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Г. Айкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Айкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. Работа по проектированию и постройки машины, названной «Марк-1», началась в 1939 году и продолжалась 5 лет. Машина состояла из стандартных деталей, выпускаемых IBM в то время. Электронные
лампы при создании вычислительной машины были впервые применены американским профессором физики и математики Д. Атанасовым.
13. Компьютер Атанасова-Берри, назначение и принцип работы.
Компьютер Атанасова — Берри (Atanasoff-Berry Computer, ABC) — первое цифровое вычислительное устройство, а также первая вычислительная машина без движущихся частей. Задуманная в 1939 году, машина не была программируемой, и разрабатывалась только в целях решения систем линейных уравнений. В 1942 году она была успешно собрана и протестирована. Устройство для хранения промежуточных результатов на основе бумажных конденсаторов, расположенных на вращающемся барабане, было довольно ненадёжным, но работало. Разработка была приостановлена из-за того что Атанасов покинул Университет штата Айова, будучи призванным на военную службу в связи со вступлением США во Вторую мировую войну.
В ABC впервые появились некоторые элементы, близкие современным компьютерам, такие как двоичная арифметика и триггеры, но существенным различием была особая специализация машины и неспособность к изменяемости вычислений из-за отсутствия хранимой в памяти компьютерной программы. Работа Джона Винсента Атанасова и Клиффорда Берри над вычислительной машиной долгое время не была широко известна, пока в 1960-х годах она не всплыла в ходе конфликта по поводу первого появления электронного компьютера. Первоначально было определено, что первым компьютером в современном смысле этого слова является ENIAC, однако в 1973 году Федеральный районный суд США постановил отозвать патент ENIAC и заключил, что ABC является первым «компьютером».
Память машины была энергоёмкая — использовалось 1632 бумажных конденсатора. Всего использовалось 300 электронных ламп
14. Машины Цузе, назначение и принцип работы.
Конрад Цузе
В 1938 в домашних условиях собрал электромеханическую машину Z1. Это был двоичный механический калькулятор с электрическим приводом и ограниченной возможностью программирования при помощи клавиатуры. Результат вычислений отображался на ламповой панели. Z1 работал ненадежно из-за недостаточной точности выполнения составных частей. Ни для каких практических целей Z1 не использовался.
В 1940 получил поддержку Исследовательского института аэродинамики (Aerodynamische Versuchsanstalt), который использовал его наработки при создании управляемых ракет. Цузе построил доработанную версию своего калькулятора — Z2 на основе телефонных реле. Эта машина считывала инструкции с перфорированной 35-миллиметровой кинопленки. В том же году Цузе организовал компанию Zuse Apparatebau для производства своих программируемых машин. В 1941 Цузе создал 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 и проводила от 15 до 20 вычислительных операций в секунду. Z3 использовался для проектирования несущих плоскостей немецких самолетов. В конце войны 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 недостроенной Z4, погибли. В 1945 с падением третьего рейха прекратила существование созданная Цузе компания. Изобретателю удалось спасти незаконченную машину Z4. В 1946 организовал новую компанию Zuse-Ingenieurburo Hopferau. Венчурный капитал на завершение работ по Z4
был получен от Швейцарского федерального института технологий (ETH Zurich) и компании IBM. В 1949 обосновался в городке Хюнфелде, где зарегистрировал компанию Zuse KG. В сентябре 1950 Z4 был закончен и отправлен в ETH Zurich. Это был единственным работающий компьютером в континентальной Европе и первый компьютер в мире, который был продан. Компанией Цузе компанией были построены и другие компьютеры: Z11 — продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, Z22 — первый компьютер с памятью на магнитных носителях. Кроме вычислительных машин общего назначения Цузе построил несколько специализированных компьютеров. S1 и S2 использовались для определения точных размеров деталей в авиационной технике. Машина S2 включала в себя и измерительные устройства, для выполнения обмеров самолетов. Экспериментальный компьютер L1 предназначался Zuse для решения логических проблем. К 1967 фирма Zuse KG выпустила 251 законченный компьютер, а затем из-за финансовых проблем была продана компании Siemens. Цузе продолжал свои исследования в качестве специалиста-консультата Siemens. В 1987–1989 Цузе воссоздал свой первый компьютер Z1. Позднее была воссоздана и машина Z3.
15. ЭНИАК, назначение и принцип работы.
ENIAC — первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать. 14 февраля — в этот день ENIAC был впервые показан публике. В конце 1945 г., когда компьютер был наконец собран и готов к проведению первого испытания, война, нуждам которой он был призван служить, окончилась. Поэтому в качестве испытания первой была поставлена задача по моделированию термоядерного взрыва супер-бомбы.
В качестве испытания ЭНИАКу первой была поставлена задача по математическому моделированию термоядерного взрыва супербомбы по гипотезе Улама-Теллера. Фон Нейман, который одновременно работал консультантом и в Лос-Аламосской лаборатории, и в Институте Мура, предложил группе Теллера использовать ЭНИАК для расчётов ещё в начале 1945 года. Решение проблемы термоядерного оружия требовало такого огромного объёма вычислений, что справиться с ним не могли никакие электромеханические калькуляторы, имевшиеся в распоряжении Лаборатории. Перед ЭНИАКом была поставлена задача решить сложнейшее дифференциальное уравнение, для ввода исходных данных к которому понадобилось около миллиона перфокарт В апреле 1946 года группа Теллера обсудила результаты расчётов и сделала вывод, что они достаточно обнадёживающе (хотя и очень приблизительно) доказывают возможность создания водородной бомбы. В 1947 году на ЭНИАКе было выполнено 9 расчётов по термоядерному взрыву методом Монте-Карло с различными исходными параметрами. После этого метод Монте-Карло стал использоваться во всех вычислениях, связанных с разработкой термоядерного оружия. Британский физик Дуглас Хартри в апреле и июле 1946 года решал на ЭНИАКе проблему обтекания воздухом крыла самолета, движущегося быстрее скорости звука. ЭНИАК выдал ему результаты расчётов с точностью до седьмого знака. В 1949 году фон Нейман использовал ЭНИАК для расчёта чисел π и e с точностью до 2000 знаков после запятой. Вычисления для числа e были выполнены в июле 1949 года, а для числа π — за один день в начале сентября. На ЭНИАКе весной 1950 года был произведён первый успешный численный прогноз погоды
Поражают характеристики компьютера он весил 27 тонн, потреблял 174 кВт энергии, а на его создание ушло более чем 200 000 человеко-часов и 500 000 долларов США. Всего комплекс включал в себя 17 468 ламп 16 различных типов, 7200 кремниевых диодов, 1500 реле, 70 000 резисторов и 10 000 конденсаторов.
Настроить ENIAC на какую-нибудь задачу, означало вручную изменить подключение 6 000 проводов. Все эти провода приходилось вновь переключать, когда вставала другая задача. управление им осуществлялось с помощью коммутационной панели, у него отсутствовала память, и для того чтобы задать программу приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Худшим из всех недостатков была ужасающая ненадежность компьютера, так как за день работы успевало выйти из строя около десятка вакуумных ламп.
16. Энигма и Бомба Тьюринга, принцип работы, история соперничества.
«Эни́гма» — переносная шифровальная машина, использовавшаяся для шифрования и дешифрования секретных сообщений. Более точно, «Энигма» — целое семейство электромеханических роторных машин, применявшихся с 20-х годов XX века. «Энигма» использовалась в коммерческих целях, а также военными службами во многих странах мира, но наибольшее распространение получила в нацистской Германии во время Второй мировой войны. Именно эти модели активно использовал Вермахт для передачи радиограмм в операциях, проводимых морским флотом и авиацией. Шифры «Энигмы» к началу Второй мировой войны являлись самыми сильными на планете.
«Энигма» работала путём постоянного изменения электрической цепи за счёт вращения внутренних роторов, через которые шёл ток. При каждом нажатии буквы на клавиатуре машина выдавала букву шифра, а роторы становились в новую позицию. Таким образом работал полиалфавитный шифр подстановки. Простой версией полиалфавитного шифра является шифр Виженера. Это довольно криптографически стойкий шифр для своего времени — не зная ключевого слова, его было очень трудно сломать.
Как и другие роторные машины, Энигма состояла из комбинации механических и электрических подсистем. Механическая часть включала в себя клавиатуру, набор вращающихся дисков — роторов, — которые были расположены вдоль вала и прилегали к нему, и ступенчатого механизма, двигающего один или несколько роторов при каждом нажатии на клавишу.
Используя должным образом данную машину, можно получить очень высокую степень безопасности. Шифратор «Энигмы» состоит из 3-5 роторов с 26 электрическими контактами. При нажатии кнопки на клавиатуре, электрический ток протекал через записывающий барабан на правом конце скремблера, затем через набор роторов в отражающий барабан, который возвращал сигнал обратно через роторы и записывающий барабан.
Британия объявила старт операции «Ультра», целью которой являлось прослушивание разговоров немецких летчиков и их расшифровка. Данным вопросом занимался расположенный в Лондоне отдел правительственной Школы кодов и шифров (Главного шифровального подразделения британской разведки), который по причине угрозы фашистского нападения был срочно вывезен в Блетчли-Парк, расположенный в центре Англии. Напряженная работа шифровальщиков под руководством Тьюринга увенчалась успехом: было создано устройство, способное расшифровать сигналы «Энигмы». Кроме всяческих математических ухищрений, в качестве подсказок использовались одни и те же стереотипные фразы, с помощью которых общались немцы, а также любые повторяющиеся тексты. Расшифровать сообщения немецкой машины «Энигма» возможно лишь в том случае, если известен ключ, то есть положение роторов.
«Бомба» повторяет действия нескольких соединённых вместе машин «Энигма». Стандартная «Энигма» имеет три ротора, каждый из которых может быть установлен в любую из 26 позиций. Машина «Бомба» есть эквивалент 26 машинам «Энигма», каждая из которых состоит из трёх барабанов. «Бомба» может одновременно работать над тремя ключами секретных сообщений. В отличие от роторов «Энигмы», машина «Бомба» имеет барабаны с входными и выходными контактами. Таким образом, они могут быть соединены последовательно. Каждый барабан имел 104 проволочные щётки, которые касались пластин, на которые они были загружены. Щётки и соответствующий набор контактов на пластине были организованы в четырёх концентрических кругах из 26. Внешняя пара кругов была эквивалентна току, проходящему через «Энигму» в одном направлении, в то время как внутренняя пара была эквивалентом тока, проходящего в противоположном направлении.
Во время работы машины «Бомба» барабаны, находящиеся на верхнем ряду, вращаются со скоростью 120 оборотов в минуту. После того, как они совершат полный оборот, средний ряд барабанов поворачивается на следующую позицию. Таким образом, методом перебора все три ряда барабанов последовательно изменяют своё состояние. Это продолжается до тех пор, пока машина не выдаст сигнал Стоп или барабаны вернутся в своё начальное положение. Сигнал Стоп вырабатывается в том случае, когда положение роторов принимает такое же положение, как при шифровании. Во время запуска машины «Энигма» напряжение подаётся на произвольный провод. Например, провод А ставится в соответствие кабелю E, то есть предполагаем, что букве A сопоставляется буква E, и наоборот. Через каждый провод, подключенный к проводу А в кабеле E и проводу Е в кабеле A, пойдет ток.
17. Машина Фон-Неймана, структура, принципы и реализация.
Свойства вычислительных машин, по сути, описывают архитектуру некоторого абстрактного универсального вычислителя, который сейчас принято называть машиной Фон Неймана. Эта машина является абстрактной моделью ЭВМ. В некотором смысле машина Фон Неймана подобна абстрактным структурам данных. У абстрактных структур данных, например, двоичных деревьев, для их использования необходимо предварительно выполнить конкретную реализацию: произвести отображение на структуры данных в некотором языке программирования, а также реализовать соответствующие операции над этими данными. Как видно из приведенного рисунка, машина Фон Неймана состоит из памяти, устройств ввода/вывода и центрального процессора (ЦП).
1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.
2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.
3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен.
Машина фон Неймана не поддаётся реализации, так как многие детали в архитектуре этой машины не конкретизированы. Это было сделано специально, чтобы не сковывать творческого подхода к делу у инженеров-разработчиков новых ЭВМ.
18. Компьютеры, отвечающие структуре и принципам Фон-Неймана.
По плану, первым компьютером, построенным по архитектуре фон Неймана, должен был стать EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) — одна из первых электронных вычислительных машин. В отличие от своего предшественника ЭНИАКа, это был компьютер на двоичной, а не десятичной основе. Как и ЭНИАК, EDVAC был разработан в Институте Мура Пенсильванского Университета для Лаборатории баллистических исследований (англ.) Армии США командой инженеров и учёных во главе с Джоном Преспером Экертом (англ.) и Джоном Уильямом Мокли при активной помощи математика], однако до 1951 года EDVAC не был запущен из-за технических трудностей в создании надёжной компьютерной памяти и разногласий в группе разработчиков. Другие научно-исследовательские институты, ознакомившись с ЭНИАКом и проектом EDVAC, сумели решить эти проблемы гораздо раньше. Первыми компьютерами, в которых были реализованы основные особенности архитектуры фон Неймана, были: прототип — Манчестерская малая экспериментальная машина — Манчестерский университет, Великобритания, 21 июня 1948 года; EDSAC — Кембриджский университет, Великобритания, 6 мая 1949 года; Манчестерский Марк I — Манчестерский университет, Великобритания, 1949 год; BINAC — США, апрель или август 1949 года; CSIR Mk 1 — Австралия, ноябрь 1949 года; EDVAC — США, август 1949 года — фактически запущен в 1952 году; CSIRAC — Австралия, ноябрь 1949 года; SEAC — США, 9 мая 1950 года; ORDVAC — США, ноябрь 1951 года; IAS-машина — США, 10 июня 1952 года; MANIAC I — США, март 1952 года; AVIDAC — США, 28 января 1953 года; ORACLE — США, конец 1953 года; WEIZAC — Израиль, 1955 год; SILLIAC — Австралия, 4 июля 1956 года. В СССР первой полностью электронной вычислительной машиной, близкой к принципам фон Неймана, стала МЭСМ, построенная Лебедевым (на базе киевского Института электротехники АН УССР), прошедшая государственные приемочные испытания в декабре 1951 года.
19. Основные работы С.А. Лебедева
В 1933 г. совместно с А. С. Ждановым С. А. Лебедев опубликовал монографию «Устойчивость параллельной работы электрических систем».
В 1939 г., не будучи кандидатом наук, защитил докторскую диссертацию, связанную с разработанной им теорией искусственной устойчивости энергосистем.
В 1948—1950 годах в Институте электротехники под его руководством была разработана первая в СССР и континентальной Европе Малая электронно-счётная машина (МЭСМ).
В 1950 году приглашён в Институт точной механики и вычислительной техники (ИТМиВТ) АН СССР в Москве, где руководил созданием БЭСМ.
20. МЭСМ и БЭСМ, история создания, принципы работы.
МЭСМ задумывалась как модель БЭСМ. После первых успехов было принято решение доделать макет до полноценной машины.
1949 – архитектура, принципиальные схемы отдельных блоков. 1950 – пробный пуск машины, в ходе которого решалась задача решения СДУ. 1951-1957 –эксплуатация, 1959 –демонтаж.
БЭСМ-1 разработана и эксплуатировалась с 1952. Была создана только одна машина этого типа. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев. В 1953 году на БЭСМ была опробована оперативная память на ртутных трубках (1024 слова), в начале 1955 года — на потенциалоскопах (1024 слова), в 1957 году — на ферритовых сердечниках (2047 слов).
БЭСМ-2 (1958-1962) – БЭСМ-1, подготовленная для производства. Затем, на основе архитектуры – М-20, на ее основе – БЭСМ-3М, и уже на ее основе – БЭСМ-4.
БЭСМ-4 (30 экз. с 1965 года) – до 40 тыс. оп./с., оперативное ЗУ на ферритных сердечниках (8192 слова), 4 магнитных барабана по 16к слов, устройства ввода-вывода перфокарт
БЭСМ-6 (1966, производство 1968-1987, 355 экз.) – первая супер-ЭВМ 2 поколения, на полупроводниковых транзисторах. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев.
Характеристики:
АЛУ на триггерах, двоичная логика, 3х адресные команды, общее поле памяти для команд и данных (Архитектура фон Неймана).
МЭСМ – 3000 операций в минуту, 6000 электровакуумных ламп, занимала 60 м², внешняя память – перфокарты, магнитный барабан до 5000 кодов чисел или команд.
БЭСМ 1 – 8-10 тыс. оп./с., 5000 ламп, внешняя память – на магнитных барабанах (2 барабана по 5120 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов).
21. Основные работы В.М. Глушкова
Автор трудов по алгебре, кибернетике и вычислительной технике. Под его руководством в 1966 году была разработана первая в СССР персональная ЭВМ «МИР-1» (машина для инженерных расчётов). С 1957 года на базе бывшей лаборатории С.А. Лебедева в Киеве был создан Вычислительный центр АН УССР, директором которого стал Глушков. В декабре 1962 года на базе ВЦ АН УССР был создан Институт кибернетики АН УССР, директором которого также стал Глушков.
Основные труды: теория цифровых автоматов, автоматизация проектирования ЭВМ, применение кибернетических методов в народном хозяйстве. Идея безбумажной технологии, позволяющей уменьшить поток бумажных документов – «Основы безбумажной информатики».
22. ВМ Сетунь
Малая ЭВМ на основе троичной логики (троичные ферритодиодные ячейки), разработанная в вычислительном центре МГУ в 1959 году. Произведено 46 экз.
Руководитель проекта — Н. П. Брусенцов, по инициативе и осуществлялась при активном участии советского математика С. Л. Соболева.
Трайт — минимальная непосредственно адресуемая единица главной памяти «Сетуни-70» Брусенцова. Трайт равен 6 тритам (почти 9,51 бита). В «Сетуни-70» интерпретируется как знаковое целое число в диапазоне от −364 до 364.
Состояние каждого разряда на пульте управления отображалось двумя лампочками, четвёртая комбинация (1,1) не использовалась. (0,0) — «0», (0,1) — «-1», (1,0) — «+1».
23. Элементная база Компьютеров первого поколения, ОП, системы ввода-вывода, ВЗУ
Компьютеры на основе электронных ламп. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом в 1904. В 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил на лампах счетчик электрических импульсов, открыв тем самым их новую область применения.
Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний –основа двоичной логики.
Проблемы: большой размер, частый выход ламп из строя, большое количество тепла.
Машина управлялась с пульта и перфокарт с использованием машинных кодов, привычных устройств ввода-вывода не было, как и ВЗУ.
К этому поколению ЭВМ можно отнести: МЭСМ, БЭСМ-1, М-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан», ENIAC, UNIVAC, EDSAC.
24. Элементная база Компьютеров второго поколения, оперативная память, системы ввода-вывода, внешние запоминающие устройства
Второе поколение ЭВМ (1959–1967) появилось в 60-е гг. ХХ века. Элементы ЭВМ выполнялись на основе полупроводниковых транзисторов (рис. 2.2, 2.3). Эти машины обрабатывали информацию под управлением программ на языке Ассемблер. Ввод данных и программ осуществлялся с перфокарт и перфолент.
Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития ПО.
/* Полно */
Ко второму поколению относятся - машины, сконструированные примерно в 1955-1960 гг. Характеризуются использованием в них электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов. Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках. В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами (НМЛ), магнитные барабаны (НМБ) и первые магнитные диски.
Эти машины характеризуются быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, емкостью памяти – до нескольких десятков тысяч слов.
Появляются языки высокого уровня, средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.
Программа, написанная на алгоритмическом языке, непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд. Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами, переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык.
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных задач, а также мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ, из которых в дальнейшем выросли современные операционные системы.
Операционная система – важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределение ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х гг. наметился переход к создания компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе. В машинах второго поколения шло зарождение программного обеспечения.
25. Элементная база Компьютеров третьего поколения, оперативная память, системы ввода-вывода, внешние запоминающие устройства
Третье поколение ЭВМ (1968–1973). Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.
существенные признаки компьютеров третьего поколения. Осуществился переход к новой элементной базе - переход от дискретных полупроводниковых элементов к интегральным схемам. Снова уменьшились габариты и потребляемая мощность компьютеров, возросла надежность. В центральный процессор вводится система прерываний. Все управление компьютером автоматизировано. Управление осуществляет комплекс программ, объединенный в операционную систему(ОС). Пользователь общается с компьютером через ОС, которая синхронизирует работу аппаратной части, используя систему прерывания и таймер - электронные часы. Широко используется многопрограммный режим работы. Развивается иерархия памяти. Оперативная память делится на блоки с независимыми системами управления. Эти блоки могут работать одновременно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты. Создаются семейства, ряды компьютеров, программно совместимых снизу вверх. Вводятся специальные периферийные процессоры (каналы) для управления внешними запоминающими устройствами и периферийными устройствами. В компьютерах третьего поколения появился расширенный набор внешних устройств. Были разработаны устройства внешней памяти с увеличенной емкостью и скоростью передачи данных. Первые устройства внешней памяти на магнитных дисках появились в начале 60-х годов, после того как в 1956г. фирма IBM разработала плавающие магнитные головки на магнитной подушке. Емкость магнитных дисков стала на порядок больше, чем емкость магнитных барабанов, применявшихся ранее. Появились устройства ввода графической информации с чертежа, оптические читающие устройства, графопостроители. Машины третьего поколения оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией, единица адресации памяти байт, а не слово (длина слова стала 4 байта, используются полуслова и двойные слова). У машин третьего поколения появилась возможность параллельной работы устройств и, как следствие, возможность работы нескольких пользователей в режиме разделения времени. Широко разрабатывается класс больших универсальных компьютеров (мэйнфреймов), повышается эффективность использования компьютеров, используется мультипрограммный режим работы. Мейнфреймы долгое время оставались наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они строились на одном или нескольких процессорах, каждый из которых мог оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями операций для получения сверхвысокой производительности).Компьютер IBM360, выпущенный в 1964 году, можно считать типичным универсальным компьютером третьего поколения, определившим общие черты компьютеров этого класса.
26. Элементная база Компьютеров четвертого и пятого поколения, оперативная память,системы ввода-вывода внешние запоминающие устройства.
К сожалению, начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.
Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб. Появились микропроцессоры (1971 г. фирма Intel), микро-ЭВМ и персональные ЭВМ. Стало возможным коммунальное использование мощности разных машин (соединение машин в единый вычислительный узел и работа с разделением времени).
Однако, есть и другое мнение - многие полагают, что достижения периода 1975-1985 г.г. не настолько велики, чтобы считать его равноправным поколением. Сторонники такой точки зрения называют это десятилетие принадлежащим "третьему-с половиной" поколению компьютеров. И только с 1985г., когда появились супербольшие интегральные схемы (СБИС. В кристалле такой схемы может размещаться до 10 млн. элементов.), следует отсчитывать годы жизни собственно четвертого поколения, здравствующего и по сей день.
Развитие ЭВМ 4-го поколения пошло по 2 направлениям:
-1-ое направление — создание суперЭВМ - комплексов многопроцессорных машин. Быстродействие таких машин достигает нескольких миллиардов операций в секунду. Они способны обрабатывать огромные массивы информации. Сюда входят комплексы ILLIAS-4, CRAY, CYBER, «Эльбрус-1», «Эльбрус-2» и др. Многопроцессорные вычислительные комплексы (МВК) "Эльбрус-2" активно использовались в Советском Союзе в областях, требующих большого объема вычислений, прежде всего, в оборонной отрасли. Они также эксплуатировались в Центре управления космическими полетами, в ядерных исследовательских центрах. Наконец, именно комплексы "Эльбрус-2" с 1991 года использовались в системе противоракетной обороны и на других военных объектах.
- 2-ое направление — дальнейшее развитие на базе БИС и СБИС микро-ЭВМ и персональных ЭВМ (ПЭВМ). Первыми представителями этих машин являются Apple, IBM - PC (XT, AT, PS /2), «Искра», «Электроника», «Мазовия», «Агат», «ЕС-1840», «ЕС-1841» и др.
Начиная с этого поколения ЭВМ стали называть компьютерами.
Благодаря появлению и развитию персональных компьютеров (ПК), вычислительная техника становится по-настоящему массовой и общедоступной. Складывается парадоксальная ситуация: несмотря на то, что персональные и миникомпьютеры по-прежнему во всех отношениях отстают от больших машин, львиная доля новшеств - графический пользовательский интерфейс, новые периферийные устройства, глобальные сети - обязаны своим появлением и развитием именно этой "несерьезной" технике. Большие компьютеры и суперкомпьютеры, конечно же, не вымерли и продолжают развиваться. Но теперь они уже не доминируют на компьютерной арене, как было раньше.
ЭВМ пятого поколения — это ЭВМ будущего. Программа разработки, так называемого, пятого поколения ЭВМ была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально новые компьютеры, ориентированные на решение задач искус<
