1.3. Эволюция информатики. Истоки и этапы развития информационных технологий

На ранних этапах развития общества профессиональные навыки передавались в основном личным примером по принципу «делай, как я». В качестве форм передачи информации использовались ритуальные танцы, обрядовые песни, устные предания и т.д. Первый этап развития информационной технологии связан с открытием способов длительного хранения информации на материальном носителе. Это – пещерная живопись, гравировка по кости (лунный календарь, числовые нарезки для измерения). Период между появлением инструментов для обработки материальных объектов и регистрации информационных образов составляет около миллиона лет. Второй этап развития информационной технологии начал свой отсчет около 6 тыс. лет назад и связан с появлением письменности. Эра письменности характеризуется появлением технологии регистрации на материальном носителе символьной информации. Применение этих технологий позволяет хранить и накапливать знания. В качестве носителей информации выступали и до сих пор выступают: камень, кость, дерево, глина, папирус, шелк, бумага. (Сейчас можно добавить магнитные покрытия, жидкие кристаллы, оптические носители, полупроводники и т.д.). В этот период накопление знаний происходит достаточно медленно, что обусловлено трудностями, связанными с доступом к информации. Рукописные издания хранились в единичных экземплярах, доступ к которым был существенно затруднен. Этот барьер был разрушен на следующем этапе. Начало третьего этапа датируется 1445 годом, когда Иоганн Гуттенберг изобрел печатный станок. Появление книг открыло доступ к информации широкому кругу людей и резко ускорило темпы накопления систематизированных по отраслям знаний. С этого момента началось бурное развитие технологической цивилизации. Книгопечатание – это первая информационная революция. Четвертый этап развития информационной технологии начинается в 1946 году с появлением первой вычислительной машины для обработки информации. (Первая ЭВМ ENIAC запущена в эксплуатацию в Пенсильванском университете.) Пятый этап развития информационной технологии наступил в 1982 году после публикации эталонной модели взаимодействия открытых систем – ЭМ ВОС – ISO (Open Systems Interconnection).

Глава 2. Архитектура эвм

2.1. Эволюция эвм – пять поколений

Смена поколений ЭВМ характеризуется, с одной стороны; изменением элементной базы и структуры ЭВМ, а с другой – развитием системы программного обеспечения, что отображено в табл. 2.1. Термин «поколение» возник в 50-х годах, когда на смену первых ЭВМ на лампах пришли машины нового поколения на полупроводниках.

1-е поколение, 1945–1955 годы

Особенности ЭВМ: применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса). Для ввода-вывода данных использовались коммутационные панели, перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Была реализована концепция хранимой программы.

Быстродействие (количество операций в секунду): 10 – 20 тыс.

Программное обеспечение: машинные языки (машинные команды) .

Примеры: ENIAC (США) МЭСМ, Стрела, Урал, Минск-2 (СССР).

2-е поколение, 1955–1965 годы

Особенности ЭВМ : замена электронных ламп, как основных элементов компьютера, на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры – централизация. Появились устройства памяти на магнитных дисках.

Быстродействие (операций в секунду):100-500 тыс.

Программное обеспечение: Алгоритмические языки, диспетчерские системы, пакетный режим обработки заданий.

Примеры: IBM 701 (США) БЭСМ-6, БЭСМ-4, Минск-22, Минск-32 (СССР).

Табл.2.1. Эволюция ЭВМ

Примеры ЭВМ	Univac МЭСМ-1 БЭСМ-1 Стрела	«Традис» М-20 IBM-701 БЭСМ-4	ЕС-1030 IBM-360 БЭСМ-6	IBM-486 Конверт УКНЦ
Языки	Машинные языки	Автокоды (ассемблер)	Алгоритмические языки	Языки высокого уровня	Языки сверхвысокого уровня
In/Out	Перфораторы	Телетайпы	Дисплеи	Интерактивные устройства	Сенсорные устройства
Накопители	Магнитный барабан	Магнитные ленты	Магнитные диски	Винчестеры	Оптические диски
Быстродействие	10 – 20 тыс. оп/с	100 – 1000 тыс. оп/с	1 – 10 млн. оп/с	1 – 100 млн. оп/с	Более 100 млн. оп/с
Элементная база	Лампы	Транзисторы	Интегральные схемы	Большие интегральные схемы	Сверх большие интегральные схемы
Годы XX в.	40 – 50	50 – 60	60 – 70	70 – 80	90 – н.в.
Поколение ЭВМ	1	2	3	4	5

3-е поколение, 1966 – 1975 годы

Особенности ЭВМ: Компьютеры проектировались на основе полупроводниковых интегральных схем малой степени интеграции (МИС – 10 – 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС – 100 – 1000 компонентов на кристалл). Появилась и была реализована идея проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой. В конце 60-х годов появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор.

Быстродействие (количество операций в секунду): порядка 1 млн.

Программное обеспечение: операционные системы, режим разделения времени.

Примеры: IBM 360 (США), БЭСМ – 6, ЕС – 1030, ЕС – 1060 (СССР).

4-е поколение, с 1975 года

Особенности ЭВМ: использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС – 1000 – 100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС – 100 тыс. – 10 млн элементов на кристалл). Началом данного поколения считают 1975 год – фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью в несколько мегабайт. При включении машины запуск системы осуществляется с использованием хранимой в ПЗУ программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения. В середине 70-х появились первые персональные компьютеры (ПК).

Быстродействие (количество операций в секунду): десятки и сотни млн.

Программное обеспечение: базы и банки данных

Примеры: суперкомпьютеры (многопроцессорная архитектура и использование принципа параллелизма), широкое использование ПК.

Перспективы эволюции ЭВМ 5-го поколения:

Главный упор при создании компьютеров делается на их «интеллектуальность», внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний – использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.

Особенности ЭВМ: вычислительные системы с многими десятками параллельно работающих микропроцессоров, позволяющих строить эффективные системы обработки знаний; параллельно-векторная структура. Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом и нейронной структурой – с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем.