ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ПРОГРАММИРОВАНИЯ

вычислительной техникой.

Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации создания,

хранения, обработки и транспортировки данных.

ЭВМ - комплекс аппаратных (технических) средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач, посредством выполнения задаваемой соответствующей программой последовательности операций.

Архитектура ЭВМ - это многоуровневая иерархия аппаратурно-программных средств, из которых строится ЭВМ.

Она содержала около 18000 радиоламп, имела быстродействие 5000 операций сложения

в сек., основную память на 20 чисел и работала под управлением программы, набранной штеккерами на коммутационной доске.
Дальнейшее развитие электронных вычислительных машин принято делить на поколения. Можно выделить пять поколений ЭВМ, отличающиеся элементной базой, конструктивно-технологическим исполнением, логической организацией, программным обеспечением, техническими характеристиками, организацией доступа к ЭВМ со стороны пользователей.

При рассмотрении этапов развития ЭВМ каждое поколение обычно в первую очередь характеризуется используемой элементной базой.

поколению относятся отечественные машины БЭСМ-2, Стрела, М-3, Минск-1, Урал-1, Урал-2,

М-20, и др. Они имели значительные размеры, потребляли большую мощность, имели сравнительно малое быстродействие, малую емкость ОП, невысокую надежность работы и недостаточное программное обеспечение.

В 1947 г. в ЭВМ "Edvac" Дж. фон-Нейман разместил программу в памяти ЭВМ и сформулировал принципы построения электронных вычислительных машин, которые сохранили свое значение до настоящего времени.

г.) пришли транзисторы.

Машины II поколения обладали большими вычислительными и

логическими возможностями. Особенностью машин II поколения являлась их дифференциация по применению. Появились машины для решения научно-технических задач, экономических задач, для управления производственными процессами и различными объектами (управляющие машины).

Появились алгоритмические языки, существенно упрощающие процесс подготовки задач к решению на ЭВМ.

К ЭВМ второго поколения относились машины отечественного производства Минск-2, Раздан-2, Раздан-3, М-220, БЭСМ-4, БЭСМ-6, Мир, Наири, Минск-22, Минск-32, Урал-14, Урал-16, и т.д.

заменивших большинство транзисторов и различных деталей.
Благодаря интегральным схемам удалось

существенно улучшить технические и эксплуатационные характеристики машины.

Дальнейшее развитие получило программное обеспечение, особенно - операционные системы, которые обеспечивали работу ЭВМ в различных режимах - в режиме пакетной обработки, в режиме разделения времени, в режиме запрос - ответ, и т.д.

Отчетливо появилась тенденция к унификации ЭВМ, к созданию машин, представляющих собой единую систему. Ярким выражением этой тенденции является создание ЕС ЭВМ.

характерно применение больших интегральных схем (БИС).

Размеры машины и их

стоимость настолько уменьшились, что появились их новые типы - от мини - ЭВМ до персональных, предназначенных для индивидуального использования (как стационарных, "настольных" ПЭВМ, так и мобильных, переносных: Lop-Top, Notebook, вплоть до микро - калькуляторов различных типов).

Стал расширяться рынок сбыта - за счет вовлечения в него "непрограммирующих пользователей", т.е. людей, не являющихся профессионалами в области компьютерной науки.

В программном обеспечении ЭВМ появился новый стандарт - "дружественность к пользователю среды общения".

новые типы ЭВМ: векторные, конвейерные, матричные.

Микроминиатюризация сделала возможным встраивание специализированных

микроЭВМ в различную аппаратуру - что позволяло получать от этой аппаратуры дополнительные функциональные возможности.

Доступность ПЭВМ привела к их массовому использованию, что выявило потребность к объединению ПЭВМ в сети для выполнения совместной работы, для совместного использования ресурсов.

которого стало стремление повысить интеллектуальность вычислительной системы за счет перехода

от обработки данных к обработке знаний.

В настоящее время работа над 5-ым поколением ЭВМ не завершена - трудности интеллектуализации ЭВМ оказались слишком большими, выяснилась недостаточная проработанность основных положений "искусственного интеллекта", ограниченность наших знаний о природе и закономерностях мышления.

сигналов все ЭВМ делятся на три группы:

аналоговые,

цифровые и

комбинированные (гибридные или аналого-цифровые).

на основе специальных разделов высшей математики (интегральное исчисление, операционное исчисление,

преобразования Фурье, и др.),
для управления объектами, поведение которых описывается на языке тех же разделов,
для математического моделирования поведения сложных объектов и процессов (замена натурных экспериментов математическим моделированием).
Основными недостатками аналоговых ВМ являются низкая точность вычислений (3-4 десятичных знака) и большая продолжительность подготовки такой ЭВМ к работе (программирование машины).

цифровом виде.
По функциональным возможностям они делятся на универсальные и

специализированные.
Универсальные ЭЦВМ предназначены для решения любых задач, поддающихся алгоритмизации, имеют для этого универсальную систему команд, и возможность конфигурировать систему под конкретные условия применения.
Специализированные ЦВМ предназначены для решения конкретного класса задач.
Основные достоинства ЦВМ - их универсальность, возможность обработки на них различных видов информации, малое время подготовки (перенастройки) ЭВМ для решения новой задачи, практически неограниченная точность вычислений.

машин: цифровая часть таких машин позволяет упростить подготовку машины к

вычислениям (программирование) и повысить точность вычислений за счет цифрового отображения результатов.

Универсальные электронные ЦВМ принято делить по их вычислительной мощности (суперЭВМ, большие, средние, малые и т.д.).

Состав выпускаемых ЭВМ очень динамичен, и структура парка ЭВМ сильно изменяется каждые три-пять лет. Появляются новые типы ЭВМ (например, переносные: Lаp-top, Notebook), иногда меняется их основная сфера использования, а в связи с этим - и название.

значит и высокой производительности ЭВМ, является построение их на новейшей

элементной базе.

Элементная база служит показателем технического уровня развития страны, общества, цивилизации. Успехи в создании новой элементной базы определяются передовыми научными и техническими достижениями целого ряда наук (физики, химии, оптики, механики, др.). Качество элементной базы является показателем технического прогресса.

счет архитектурных решений, либо за счет новых принципов построения и

работы микросхем.

Большие исследования проводятся также в области использования явления сверхпроводимости и туннельного эффекта - эффекта Джозефсона.

Очень интересны результаты по использованию “теплой сверхпроводимости”. Оказывается, что для некоторых материалов, в частности для солей бария, явление сверхпроводимости наступает уже при температурах около -150°С. Высказывались соображения, что могут быть получены материалы, имеющие сверхпроводимость при температурах, близких комнатной.

следует считать:

создание молекулярных и биокомпьютеров (нейрокомпьютеров);

разработка квантовых

компьютеров;

разработка оптических компьютеров.

Укажем основные принципы их построения.

на основе их стереохимического генетического кода, способных менять ориентацию и

реагировать на воздействия током, светом и т.п.
По оценкам ученых подобный компьютер в 100 млрд. раз будет экономичнее современных микропроцессоров.

Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры. Идея создания подобных компьютеров базируется на основе теории перцептрона – искусственной нейронной сети, способной обучаться. Структуры, имеющие свойства мозга и нервной системы, позволяют получить целый ряд преимуществ:
параллельность обработки информационных потоков;
способность к обучению и настройке;
способность к автоматической классификации;
более высокую надежность;
ассоциативность.

электрона в атоме иметь различные уровни энергии.

Оптические компьютеры. Идея

построения оптического компьютера давно волнует исследователей.

Многие устройства ЭВМ используют оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM и DVD-ROM. Появились и успешно работают оптоволоконные линии связи.
Остается создать устройство обработки информации с использованием световых потоков.
Пока отсутствуют проекты создания чисто оптических процессоров, но уже имеются эксперименты по проектированию оптоэлектронных и оптонейронных отдельных устройств.

техники, рассматривают архитектуру, начиная со следующих групп характеристик ЭВМ, определяющих

ее структуру:
технические и эксплутационные характеристики ЭВМ (быстродействие и производительность, показатели надежности, достоверности, точности, емкость оперативной и внешней памяти, габаритные размеры, стоимость технических и программных средств, особенности эксплуатации и др.);
характеристики и состав функциональных модулей базовой конфигурации ЭВМ; возможность расширения состава технических и программных средств; возможность изменения структуры;
состав программного обеспечения ЭВМ и сервисных услуг (операционная система или среда, пакеты прикладных программ, средства автоматизации программирования).

разделение по быстродействию:
супер ЭВМ для решения крупномасштабных вычислительных задач,

для обслуживания крупнейших информационных банков данных;
большие ЭВМ для комплектования ведомственных, территориальных и региональных вычислительных центров;
средние ЭВМ широкого назначения для управления сложными технологическими производственными процессами. ЭВМ этого типа могут использоваться и для управления распределенной обработкой информации в качестве сетевых серверов;
персональные и профессиональные ЭВМ, позволяющие удовлетворять индивидуальные потребности пользователей;
встраиваемые микропроцессоры, осуществляющие автоматизацию управления отдельными устройствами и механизмами.

признак, отражающий место и роль ЭВМ в сети. Согласно ему

классификация принимает вид:

мощные машины и вычислительные системы для управления гигантскими сетевыми хранилищами информации;

кластерные структуры;

серверы;

рабочие станции;

сетевые компьютеры.

средствами предприятия, фирмы, корпорации;

повышение производительности работы пользователей при

одновременном снижении расходов на обслуживание;

упрощение процессов администрирования, настройки, защиты, модернизации и т.п.

выполнения отдельных простейших программ и приложений:

Windows-терминалы – настольные и

мобильные ПК с операционной системой Windows. Рассчитаны на запуск приложений на сервере и получение от него данных;
простейшие универсальные СК (“тонкие клиенты”) – настольные ПК с доступом к различным сетевым ресурсам. Практически все требуемые пользователям программы должны выполняться на сервере;
cетевые компьютеры Java, способные выполнять простейшие Java-программы;
достаточно мощные СК – настольные ПК с резидентной операционной системой, способные работать с большинством приложений.

узлов для управления некоторым устройством или обработки измерений.

компьютеров. Микрокомпьютер часто называют персональным компьютером или персональной ЭВМ (ПЭВМ),

т.е. компьютером (ЭВМ) общего назначения, предназначенным для индивидуального пользования.

Tabletop) - малогабаритная ЭВМ настольного типа, обычно состоящая из системного

блока, содержащего целый ряд устройств, обеспечивающих работу компьютера, клавиатуры, позволяющей вводить информацию в компьютер, и монитора (дисплея), предназначенного для изображения графической и текстовой информации. Настольные ПК отличаются друг от друга формой и расположением (горизонтального/вертикального) корпуса системного блока - это могут быть так называемые:
настольные ПК башенного типа (tower);
большие настольные ПК (Big);
средние настольные ПК (Mid);
малые настольные ПК (Mini);
настольные ПК малютки (Baby);
настольные ПК слимы (Slim);
настольные ПК “размером книги” (Book Size).

меньшие по размеру по сравнению с настольными ПК, имеющие встроенное

автономное питание, и у которых системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус, конструктивно, как крышка и клавиатура. Эти ПК могут быть следующих видов:
“блокнотные” ПК (Notebook) - ПЭВМ типа записной книжки или другими словами “компьютер - блокнот”;
“наколенный” ПК (Lap top) - ПЭВМ, размеры и масса которого позволяют работать с ним “на коленях”;
“подблокнотные” ПК (Subnotbook) - ПЭВМ меньшего размера, чем “блокнотные” и “наколенные” ПК;
ручные ПК (Hand-held или Palm-top) - ПЭВМ миниатюрных размеров (с почтовую открытку), который можно держать в одной руке, другой работать на нем;
карманные ПК (Pocket) - миниатюрные компьютеры, которые очень близки по своим возможностям к ручным ПК, но еще меньше по размеру.

миниатюрных ПК можно выделить:
электронные органайзеры и персональные цифровые

секретари (PDA) - миниатюрные специализированные ПК, предназначенные для организации и планирования индивидуальной деятельности, с возможностью ведения личных баз данных, формирования сообщений и их отправки адресату;
программные калькуляторы - миниатюрный компьютер, предназначенный для специализированной обработки научной и/или бизнес - информации, имеющий собственный язык программирования;
калькуляторы - наименьшие, массовые ПК, специализированные на выполнение определенных видов вычислений (основные математические операции, несложные инженерные, технические и экономические расчеты и т.д.);
электронные игры - миниатюрный специализированный компьютер, реализующий функции одной или нескольких игр.

управляемые при помощи специального “пера” (перьевого манипулятора). Среди “перьевых”, планшетных

ПК имеются ПЭВМ, размером ручных, карманных и калькуляторов. Наиболее широко возможность управления при помощи пера используется в персональных цифровых ассистентах PDA.

ПК составляют самый широко используемый класс ЭВМ. При этом область их применения постоянно расширяется, увеличивается их мощность, или придаются все новые и новые функции. При объединении в сети ПК обеспечивают возможность многочисленным пользователям обмениваются данными, информацией, знаниями, осуществлять доступ к национальным и мировым информационным ресурсам.

ЭВМ так называемого среднего класса или средние ЭВМ. Часто их

называют серверами (server), так как они используются в качестве ЭВМ, выполняющих определенные функции по обслуживанию многочисленных пользователей.

Мини-компьютеры и ЭВМ среднего класса дороже по цене, детальнее и больше любой ПЭВМ по размерам.

Они обычно используются для автоматизации управления, решения экономических задач и в качестве сетевых серверов в средних и больших субъектах экономики информационного общества и в соответствующих многопользовательских информационных системах, связывающих большие объемы информации и значительное число информационных работников.

и производительности, чем все остальные компьютеры.
Большие ЭВМ представляют собой универсальные

компьютеры общего назначения, либо высокоскоростные ЭВМ для научных исследований, средняя стоимость которых достигает 1 млн. долларов.
Суперкомпьютеры представляют собой универсальные ЭВМ, в основном предназначенные для решения задач, требующих очень длительных и очень сложных вычислений. Суперкомпьютеры могут выполнять миллиарды операций в секунду и используются для моделирования различных сложнейших явлений и процессов, происходящих в природе и информационном обществе, прогнозирования погоды и моделирования сложных химических и биологических систем, для исследования вселенной и изучения нейросетей человеческого мозга.