История развития ЭВМ и Программные средства реализации информационных процессов

1.1. Информационное развитие человечества

Информационные процессы в истории развития человечества можно представить последовательностью в несколько этапов.

Появление письменности (около шести тысяч лет назад) определяет первую информационную революцию, давшую возможность сохранять, обобщать и переосмысливать данные.

Дальнейшее накопление информации привело к увеличению числа людей, нуждавшихся в информационных технологиях (чтение, запись), но ручной способ записи сдерживал потребности. Возникшее противоречие было разрешено созданием печатного станка. Книгопечатание, появившееся в Древнем Китае, и заново изобретенное Иоанном Гуттенбергом в XVI веке, характеризуется как вторая информационная революция, многократно увеличившая объем обмена информацией и вовлеченных в него людей.

Третья информационная революция связывается с открытием электричества и появлением новых средств коммуникации – телефона, телеграфа, радио (конец XIX- начало XX веков). Результатом ее стала резко возросшая скорость обмена информацией.

Рис..1. Информационные процессы в истории развития человечества

К середине XX века появились быстрые технологические процессы, управлять которыми человек не успевал, эти задачи могли решаться только с помощью универсальных автоматов, обрабатывающих полученные данные и выдающих решение в форме управляющих команд. Ныне эти автоматы называются компьютеры. Это время отмечается как четвертая информационная революция. Появились доступные миллионам пользователей недорогие компьютеры, обрабатывающие различные виды информации: звуковую, графическую, видео и др. Компьютеры для совместного участия в информационных процессах соединились в локальные и глобальные сети, появилась всемирная компьютерная сеть Интернет. Тем самым сформировалось мировое информационное пространство.

Рассматривая исторически информационные процессы можно сделать вывод о том, что одной из основных черт цивилизации является рост производства и потребления информации во всех отраслях человеческой деятельности.

1.2. Поколения вычислительной техники. Логические основы и классификация ЭВМ

Чтобы ориентироваться в многообразии средств вычислительной техники, применяются различные классификационные схемы. Сегодня распространены классификация по поколениям (по историческому процессу развития) и по применению.

Принято выделять пять поколений вычислительной техники:

– 

Машины, построенные на электронных лампах накаливания. Первая машина EDVAC (1945 г.) вес 30 т, высота 6 м, площадь 120 м

²

, состояла из 18 тыс. электронных ламп, быстродействие – 5тыс. оп/с., в ОП – одна команда (далее UNIAC вся программа в памяти ЭВМ) [СССР: 1950 МЭСМ], быстродействие 1 поколения до 30 тыс.оп/с.

– 

Машины, построенные на транзисторных элементах. (50-60 г.г). Это ATLAS (Англия), IBM-704 (США), Минск-32, БЭСМ-6 (СССР). Быстродействие 2 поколения до 1 млн. оп/с.

– 

Машины, построенные на интегральных схемах (микросхемах, чипах, 1 ИС = 5000 транзисторов) (70 г.г.). Это IBM/360 (США), ЕС ЭВМ (СССР). Коллективное использование, мейнфреймово/терминальная структура (на сегодняшний день почти заменена системой сервер/клиент). Быстродействие 3 поколения до 10 млн. оп/с.

– 

Машины, построенные на БИС (1 БИС = 500 000 транзисторов ). IBM/370 (аналог – «Эльбрус»). Быстродействие 4 поколения до 15 млн. оп/с.

– 

Машины, построенные на микропроцессорах (программируемые БИС с собственной памятью и т.д.). Быстродействие 5 поколения до 1 трлн. оп/с.

Существует довольно много классификаций компьютеров. Представим несколько из них.

По применению компьютеры делятся на:

Суперкомпьютеры – для решения глобальных задач (космических, научных).

Большие вычислительные комплексы – для решения региональных проблем, моделирования.

Мини-ЭВМ – серверные станции (для поддержки работы Интернета, управления региональными сетями).

Персональные ЭВМ.

Персональные компьютеры подразделяются на:

Домашний.

Офисный – для работы в сетях.

Мобильный (настольные, наколенные 4-8 кг, блокнотные 2-4 кг, карманные 0,5-1,2 кг).

Рабочая станция – с повышенными требованиями, серверы малых сетей.

Игровой (развлекательный) – с высококачественным видео и звуком.

Существующие персональные компьютеры также можно разделить по используемой платформе.

Платформа – совокупность аппаратно-программного комплекса на собственной идеологии. Надо заметить, что различные платформы компьютеров несовместимы между собой. На рынке представлены в основном следующие платформы:

– 

IBM-совместимые, 75% рынка, «платформа WIntel» – сочетание процессоров Intel и ОС Windows; главная идея – унификация комплектующих, открытая архитектура (фирмы IBM, Dell, Compaq, Acer, процессоры также AMD);

– 

Apple

Macintosh – 20 % рынка, приоритет в создании ПЭВМ, закрытая архитектура, надежность, удобство; включение в состав структуры – мышь, компьютерное видео, звуковая подсистема, графический интерфейс. Используют в работе со звуком, видео, графикой, полиграфических пакетов (фирма Apple );

– 

Amiga – для домашних пользователей, (Commodore) – игры, видео.

В нашей стране широко используются IBM-совместимые компьютеры. Эти компьютеры имеют открытую архитектуру и построены по модульному принципу.

Открытость – возможность замены и подключения более совершенными версиями устройств-компонентов.

Модульность – принципиальная ориентация на стандартные размеры и узлы сопряжения (интерфейсы).

Все современные компьютеры построены по принципам, сформулированным в 40-х годах американским математиком Джоном фон Нейманом.

Принципы Джона фон Неймана:

– 

Хранение информации в двоичном коде;

– 

Программное управление компьютером (управление с помощью набора команд, выполняемых автоматически);

– 

Однородность памяти для команд, чисел и символов;

– 

Адресуемость памяти – память представляет пронумерованные ячейки.

Структурная схема ПЭВМ. Джон фон Нейман не только сформулировал принципы работы компьютера, но и определил структурные составляющие схемы, которая с некоторыми дополнениями действительна для всех ПЭВМ. Структурная схема представлена на рис.4.2. Где УВВ – устройства ввода и вывода, АЛУ – арифметически-логическое устройство, УУ – устройство управления.

Рис..2. Структурная схема Дж. фон Неймана

Современная структурная схема (рис.4.3) имеет большую дробность, в нее включены шины (адреса и данных) – физические проводники для потоков двоичной информации, а также дополнительные элементы: внешние запоминающие устройства и внутренние устройства (адаптеры).

Рис..3. Структурная схема ПЭВМ

УВВ – устройства ввода и вывода, АЛУ – арифметически-логическое устройство, УУ – устройство управления, ВЗУ – внешние запоминающие устройства.