Этапы развития информатики и ВТ

     1. Этапы развития  информатики и  ВТ

     Информатика  - наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась в результате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

     В развитии вычислительной техники обычно выделяют несколько поколений ЭВМ: на электронных лампах (40-е-начало 50-х  годов), дискретных полупроводниковых  приборах (середина 50-х-60-е годы), интегральных микросхемах (в середине 60-х годов).

       История компьютера тесным образом связана с попытками человека, облегчить, автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счётное устройство - счеты. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчёты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмиразрядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял своё место на бухгалтерских столах.

       Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены ещё в 1833 английским математиком Чарльзом Бэббиджом. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчётов, где предугадал устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путём.

       Идеи Бэббиджа стали реально  выполняться в жизнь в конце  19 века. В 1888 американский инженер  Герман Холлерит сконструировал  первую электромеханическую счётную  машину. Эта машина, названная табулятором,  могла считывать и сортировать  статистические записи, закодированные  на перфокартах. В 1890 изобретение  Холлерита было использовано  в 11-ой американской переписи  населения. Работа, которую 500 сотрудников  выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

       В 1896 Герман Холлерит основал  фирму COMPUTING TOBULATING RECORDING COMPANY,которая стала основой для будущей Интернешинал Бизнес Мэшинс (IBM)-компании внёсшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

       Дальнейшее развитие науки и  техники позволили в 1940-х годах  построить первые вычислительные  машины. В феврале 1944 на одном  из предприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве  с учёными Гарвардского университета, по заказу ВМС США была создана  машина «Марк-1». Это был монстр  весом в  35 тонн.

     «Марк-1»  был основан на использовании  электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными  на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

       Но электромеханические реле  работали недостаточно быстро. Поэтому  уже в 1943 американцы начали  разработку альтернативного варианта  вычислительной машины на основе  электронных ламп. В 1946 была построена  первая электронная вычислительная  машина ENIAC. Её вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду.  

     Машины  на электронных лампах работали существенно  быстрее, но сами электронные лампы  часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

     Совершенствование первых образцов вычислительных машин  привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

     С активным внедрением транзисторов в 1950-х  годах связано рождение второго  поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных  ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах  стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные  хранить большой объём информации.

     Первой  отечественной ЭВМ была МЭСМ (малая  электронная счетная машина), выпущенная в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева. Её номинальное быстродействие—50 операций в секунду.

     В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы), в которых все электронные  компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет  сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно  уменьшаются габариты машин. Появление  чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

     К началу 1960-х годов компьютеры нашли  широкое применение для обработки  большого количества статистических данных, производства научных расчётов, решения  оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность  и дороговизна обслуживания больших  вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме DIGITAL EQUIPMENT выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

     В 1970 сотрудник компании INTEL Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессором появляются микрокомпьютеры-компьютеры четвёртого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя.

     В середине 1970-х годов начинают предприниматься  попытки создания персонального  компьютера - вычислительной машины, предназначенной  для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы APPLE. В 1971 г. был сделан ещё один важный шаг на пути к персональному компьютеру—фирма Intel выпустила интегральную схему, аналогичную по своим функциям процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel-4004. Уже через год был выпущен процессор Intel-8008, который работал в два раза быстрее своего предшественника.

     Вначале эти микропроцессоры использовались только электронщиками-любителями и  в различных специализированных устройствах. Первый коммерчески распространяемый персональный компьютер Altair был сделан на базе процессора Intel-8080, выпущенного в 1974 г.

     

        Разработчик Altair—крохотная компания MIPS из Альбукерка (шт. Нью-Мексико)—продавала машину в виде комплекта деталей за 397 долл., а полностью собранной—за 498 долл. У компьютера была память объёмом 256 байт, клавиатура и дисплей отсутствовали.

     Рис. Altair

     Можно было только щёлкать переключателями  и смотреть, как мигают лампочки. Вскоре у Altair появились и дисплей, и клавиатура, и добавочная оперативная память, и устройство долговременного хранения информации (сначала на бумажной ленте, а затем на гибких дисках).

            А в 1976 г. был выпущен первый компьютер  фирмы Apple, который представлял собой деревянный ящик с электронными компонентами. 

     Рис. Apple

     Если  сравнить его с выпускаемым сейчас iMac, то становится ясным, что со временем изменялась не только производительность, но и улучшался дизайн ПК.

     Вскоре  к производству ПК присоединилась и  фирма IBM. В 1981 г. она выпустила первый компьютер IBM PC. Благодаря принципу открытой архитектуры этот компьютер  можно было самостоятельно модернизировать  и добавлять в него дополнительные устройства, разработанные независимыми производителями. За каких-то полгода IBM продала 50 тыс. машин, а через два  года обогнала Apple по объёму продаж.  

     Производительность  современных ПК больше, чем у суперкомпьютеров, сделанных десять лет назад. Поэтому через несколько лет обыкновенные персоналки будут работать со скоростью, которой обладают современные суперЭВМ. Кстати, в январе 1999 г. самым быстрым был компьютер SGI ASCI Blue Mountain. По результатам тестов Linpack parallel его быстродействие равнялось 1,6 TFLOPS (триллионов операций с плавающей точкой в секунду).

     За  последние десятилетия 20 века микрокомпьютеры  проделали значительный эволюционный путь, многократно увеличили своё быстродействие и объёмы перерабатываемой информации, но окончательно вытеснить  микрокомпьютеры и большие вычислительные системы – мейнфреймы они не смогли. Более того, развитие больших вычислительных систем привело к созданию суперкомпьютера – супер производительной и супердорогой машины, способной просчитывать модель ядерного взрыва или крупного землетрясения. В конце 20 века человечество вступило в стадию формирования глобальной информационной сети, которая способна объединить возможности компьютерных систем. 

     2. Внешние запоминающие  устройства персонального  компьютера: магнитные  носители, их типы и основные характеристики

     Технология  записи информации на магнитные носители появилась сравнительно недавно — примерно в середине 20-го века (40-ые - 50-ые годы). Но уже несколько десятилетий спустя — 60-ые - 70-ые годы — это технология стала очень распространённой во всём мире.

           Очень давно появилась на свет первая грампластинка. Которая использовалась в качестве носителя различных звуковых данных — на неё записывали различные музыкальные мелодии, речь человека, песни.

     

     

           Сама технология записи на пластинки была довольно простой. При помощи специального аппарата в специальном мягком материале, виниле, делались засечки, ямки, полоски. И из этого получалась плас-тинка, которую можно было прослушать при помощи специального аппарата — патифона или проигрывателя. Патифон состоял из: механизма, вращающего пластинку вокруг своей оси, иглы и трубки.

           Приводился в действие механизм, вращающий пластинку, и ставилась игла на пластинку. Игла плавно плыла по канавкам, прорубленным в пластинке, издавая при этом различные звуки — в зависимости от глубины канавки, её ширины, наклона  и.т.д., используя явление резонанса. А после труба, находившаяся около самой иголки, усиливала звук, «высекаемый» иголкой. (рис. 1)

           Почти такая же система  и используется в современных (да и использовалась раньше тоже)  устройствах  считывания магнитной записи. Функции составных частей остались прежними, только поменялись сами составные части — вместо виниловых пластинок теперь используются ленты с напылённым на них сверху слоем магнитных частиц; а вместо иголки — специальное считывающее устройство. А трубка, усиливающая звук, исчезла совсем, и на её место пришли динамики, использующие уже более новую технологию воспроизведения и усиления звуковых колебаний. А в некоторых отраслях, в которых применяются магнитные носители (например, в ком-пьютерах) пропала необходимость использования таких трубок.

     

     

           Магнитная лента  состоит из полоски плотного вещества, на которую напыляется слой ферромагнетиков. Именно на этот слой “запоминается” информация.

           Процесс записи также похож на процессс записи на виниловые пластинки — при помощи магнитной индукционной вместо специального аппарата.

           На головку подаётся ток, который приводит в действие магнит. Запись звука на плёнку происходит благодаря действию электромагнита на плёнку. Магнитное поле магнита меняется в такт со звуковыми колебаниями, и благодаря этому маленькие магнитные частички (домены) начинают менять своё местоположение на поверхности плёнки в определённом порядке, в зависимости от воздействия на них магнитного поля, создаваемого электромагнитом.