Введение в специальность
.pdf
152
16.ФирмаIBM вышланарынокперсональныхкомпьютеровв1981 году с компьютером IBM PC на 16-битовым процессоре Intel. Особенностью его конструкции, как в свое время в системе 360, была открытая архитектура. Этим было положено начало второму поколению персональных компьютеров, представленному в основном многочисленными клонами PCсовместимых моделей. Коммерческий успех этого компьютера и последующих его модификаций был огромным, к 1983 году фирма захватила около 85% мирового рынка ПК, однако в дальнейшемIBM растерялаподавляющеепреимущество, таккак насценувышлотретьепоколениеперсональныхкомпьютеров.
17.Третье поколение ПК характеризуется не только переходом к 32-разряднойархитектуре микропроцессоров, нопреждевсего повышенным вниманием к человеко-машинному интерфейсу. ПервыйсерьезныйшагвэтомнаправлениисделалафирмаApple, зажатая в угол конкуренцией со стороны IBM. В 1984 году она выпустила персональный компьютер Macintosh, имеющий принципиально новый графический интерфейс. Принципы этого интерфейса были заимствованы у фирмы Xerox, в исследовательском центре которой в течение многих лет развивалисьидеивзаимодействиячеловекаскомпьютером, была изобретена «мышь», придуманы концепция рабочего стола и раскрывающихсяокон.
18.ФирмаIBM собираласьответитьнавызовApple иактивность собственныхклонмэйкеровпринципиальноновымсемейством компьютеровPS/2 соперационнойсистемойOS/2, которуюона разрабатываласовместносMicrosoft. Однакоэтотсуперпроект затянулсяивцеломоказалсякоммерческинеудачным. Всявторая половина 80-х и первая половина 90-х годов отмечено ожесточеннойборьбоймеждудвумяконкурирующимифирмами, делодошлодажедосудебногоиска. Хотявидейномотношении компьютеры на базе Intel часто оказывались в позиции догоняющей стороны, масштабы их производства и прогресс операционной системы Windows позволили в целом этой
153
платформе удержать лидерство в мировом масштабе, оставив Макинтошам нишу образования и издательской деятельности.
19.Внастоящеевремявычислительнаятехникапродолжаетбурно совершенствоваться во всех направлениях. Интенсивно развиваетсятехнологическаябазамикроэлектроники. Скорость этого развития может быть оценена эмпирическим законом Мура, сформулированнмещев1968 году. Согласноэтомузакону, плотностьэлементовнакристаллахудваиваетсякаждые1,5 года, так что число транзисторов в современных микросхемах измеряетсядесяткамимиллионов. Соответсвенноувеличивается тактоваячастота, усложняетсяархитектурамикропроцессоров. Как следствие, уменьшается число фирм, способных разрабатывать и производить эти сверхсложные конструкции. Образуются альянсы компаний, развивающие общую аппаратнуюплатформу. Так, Intel иHewlett Packard объединили свои усилия в разработке перспективного 64-разрядного CISCмикропроцессора Itanium (раньше назывался Merced), а IBM, Motorola иApple развиваютRISC-микропроцессорPowerPC.
20.Современный рынок компьютеров далеко не исчерпывается персональными компьютерами, он чрезвычайно велик и разнообразен. Внемвыделяютсятрисектораверхнегоуровня: суперкомпьютеры, компьютеры общегоназначения испециальныекомпьютеры.
•Суперкомпьютерыопределяютпереднийкрайтехнического прогресса в области информатики. Они представляют собой гигантские конфигурации, насчитывающие тысячи микропроцессоров ценою во многие миллионы долларов. Пиковая производительность таких систем достигает нескольких триллионов операций в секунду.
•Компьютерыобщегоназначенияподразделяютсяна серверы различного масштаба, рабочие станции и персональные компьютеры. На рынке серверов высокого класса в начале XXI века продолжают лидерствовать «большие» компьютеры IBM — мэйнфреймы IBM S/390 и серверы
154
AS/400, атакже RISC — серверы фирмы Sum Microsystems.
Секторы рабочих станций и персональных компьютеров (их в 2000 году было выпущено более 120 миллионов) заполнены разнообразнымивариациямикомпьютеровнабазеплатформы Intel самыхразличныхпроизводителей(более100 миллионов, из них 9 миллионов выпущено самой фирмой IBM), новыми моделямиMacintosh, рабочимистанциямиSun. атакже немногочисленнымипредставителямидругихплатформ.
• Специальныекомпьютерывыпускаютсяэлектронной промышленностьювогромных, неподдающихсяучету количествах. Большинство их встроено в научные и бытовые приборы и оборудование и работает по жестко фиксированнымуправляющимпрограммам, однаконекотораячасть предназначена для универсального использования. К ним можно отнести карманные компьютеры (персональные цифровые помощники — PDA) и сетевые терминалы, которые в последнее время интегрируются с сотовыми телефонами и служатдляорганизациимобильногодоступа вовсемирную компьютернуюсеть.
2.12. Контрольные вопросы
1.Кому принадлежит юридический приоритет изобретения электроннойвычислительноймашины?
2.Когда и где была создана первая работающая ЭВМ?
3.Как называлась первая ЭВМ?
4.ГдехраниласьпрограммвЭВМENIAC?
5.КакойобъемимелаоперативнаяпамятьENIAC?
6.Каков вклад фон Неймана в архитектуру ЭВМ?
7.Когда и где была создана первая ЭВМ с хранимой программой? Каконаназывалась?
155
8.Когда и кем была выпущена первая американская серийнаяЭВМдлякоммерческогоиспользования? Какона называлась?
9.На какой элементной базе было построено первое поколениеЭВМ?
10.На какой элементной базе было построено второе поколениеЭВМ?
11.Когда появилось третье поколение ЭВМ?
12.Какая машина положила начало третьему поколению ЭВМ?
13.Каковы характерные черты архитектуры ЭВМ третьего поколения?
14.КакаямашинположиланачаловозникновениюрынкаминиЭВМ?
15.Каковабыластоимостнаяграницаразделамеждумэйнфреймами и мини-ЭВМ в 1960-е годы?
16.Когдаигде быласозданаперваясоветскаяЭВМ? Какона называлась?
17.Каков вклад С.А.Лебедева в развитие отечественной вычислительнойтехники?
18.Каков вклад И.С.Брука в развитие отечественной вычислительнойтехники?
19.Каков вклад Б.И.Рамеева в развитие отечественной вычислительнойтехники?
20.Каков вклад В.М.Глушкова в развитие отечественной вычислительнойтехники?
21.Какая из отечественных серийных ЭВМ обладала наибольшейпроизводительностью?
156
22.Когда и кем был создан первый микропроцессор?
23.Когда и кем был выпущен первый коммерческий микрокомпьютер? Как он назывался?
24.Каковы характерные черты персональных компьютеров первого поколения?
25.ВчемпричинакоммерческогоуспехакомпьютераApple-II?
26.Какой компьютер знаменует начало второго поколения персональных кромпьютеров? Кем и когда он был выпущен?
27.Каковы характерные черты персональных компьютеров второго поколения?
28.ВчемосновнаяпричинакоммерческогоуспехаIBM PC?
29.Каковы характерные черты персональных компьютеров третьего поколения?
30.Когдаикембызизобретенианипулятор«мышь»?
31.КаковвкладPARC-центрафирмыXEROX винформатику?
32.Когдаикембылвыпущенпервыймассовыйперсональный компьютер тертьего поколения? Как он назывался?
33.Каковы основные направления совершенствования вычислительнойтехники?
34.ЧтоутверждаетзаконМура?
35Каковыхарактеристикииосновныесекторысовременного рынкавычислительнойтехники?
Глава 3. Программное обеспечениекомпьютеров
3.1.Классификация и эволюция программного обеспечения
Еще в 30-е годы «великий вождь всех народов» товарищ Сталин произнес крылатую фразу, которая долгое время не сходила с лозунгов и транспарантов: «Техника без людей мертва. Техника во главе с людьми, овладевшими техникой, может и должна давать чудеса». Адаптируя это изречение к проблема информатики, можно сказать, что вычислительная техника (hardware) без программ, олицетворяющихдействиялюдейпоуправлениюею, мертваибездушна как всякое железо. И только программное обеспечение (software) вдыхает жизнь в эти кристаллы, разъемы и провода, заставляеткомпьютерыделатьвсетечудеса, которыммынеперестаем удивляться. Желаяподчеркнутьприоритетпрограммногообеспечения перед аппаратным, академик Глушков как-то сказал, что в настоящее время они соотносятся друг с другом по стоимости и вложенному интеллекту «как товар с упаковкой».
За пятьдесят лет развития многие поколения программистов создали гигантский объем программного обеспечения (ПО). Хотя он создавался стихийно, под влиянием преходящих обстоятельств,
158
Программное
обеспечение
Общее |
|
Специальное |
Системное |
Прикладное |
Бухгалтерские |
|
(ППП) |
|
|
|
системы |
Операционные |
|
Банковские |
|
СУБД |
системы |
||
системы |
|||
|
|
|
Текстовые |
Системы |
|
Системы |
управления |
||
процессоры |
|||
программирования |
производством |
||
|
|||
Служебные |
Электронные |
|
|
программы |
таблицы |
|
|
(утилиты) |
Графические |
|
|
|
|
||
|
системы |
|
Классификацияпрограммногообеспечения
в процессе его формирования существуют определенные закономерности. Чтобы их выяснить, нам понадобится некоторая классификацияпрограммногообеспечения(см. схему).
Прежде всего, все программное обеспечение можно разделить на общее и специальное. Общее ПО рассчитано на самый широкий круг пользователей и используется почти на каждом компьютере. СпециальноеПОразрабатываетсядлярешенияконкретнойзадачи, оно как правило уникально. В качестве примера укажем на разнообразные бухгалтерские и банковские системы, которые часто разрабатываются под заказ, хотя есть и исключения.
Общее ПО, в свою очередь, подразделяется на системное, служащеедляразработкипрограммиподдержкивычислительногопроцессанакомпьютере(операционныесистемы, системыпрограммирования, различные вспомогательные программы) и прикладное, иначе называемое пакетами прикладных программ (ППП). Типичными ППП являются текстовые процессоры, системы управления
|
|
|
|
|
|
159 |
|
100% |
|
|
|
|
|
100% |
|
|
|
|
|
Компьютерные сети |
обеспечение |
||
|
Специальное |
|
|
Мультимедиа |
|
||
|
|
|
|
|
|||
|
программное |
|
Настольные ППП |
|
|||
|
обеспечение |
|
|
||||
|
|
CASE-технологии |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СУБД |
|
|
программное |
|
|
|
|
Диалоговые ОС |
|
||
|
|
|
|
Пакетные ОС |
|
|
|
|
|
Языки и системы программирования |
|
||||
|
|
Автокоды и ассемблеры |
|
|
Общее |
||
|
|
Библиотеки прикладных программ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
1950 |
1960 |
1970 |
1980 |
1990 |
2000 |
|
|
Эволюция общегопрограммногообеспечения
базами данных (СУБД), электронные таблицы, некоторые другие широкораспространенныепрограммы.
Граница раздела между упомянутыми классами весьма условна и в процессе эволюции постоянно передвигается в пользу общего ПО. На заре компьютерной эры (первая коммерческая ЭВМ UNIVAC появилась, какмызнаем, в1951 году), когдамашиныбыли программно несовместимы и каждая задача была уникальна, 100% программногообеспечениябылоспециальным. Этотфактнаглядно представлен на схеме, где по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат показана относительная доля каждого класса ПО. В дальнейшем, по мере освоения типовых классов задач и унификации вычислительных систем, все большее число программ стало переходитьвразрядобщего(системногоилиприкладного) ПО. Кконцу
160
XXвека90 - 95% всегоПО можносчитатьобщим, а, следовательно,
иобщедоступным.
Общее программное обеспечение — это ценнейший интеллектуальный ресурс, накопленный человечеством за последние полвека. Вегоразработкувложенымиллионычеловеко-леттруданесколь- ких поколений программистов, потрачены многие миллиарды долларов. Образование массива общего ПО из специального подобно отложениюосадочныхпороднаднеокеана, когда вкаждуюисторическую эпоху из плавающей, клубящейся мути отстаивается и выкристаллизовывается новый геологический пласт. Много тысячелетий спустягеологи, пробуривая скважины, обнаруживают эти пласты и по ним восстанавливают геологическую историю Земли.
Представим себя на месте геологов и произведем «разведочное бурение» общего ПО. В нашем случае вся «геологическая» история длилась всего 50 лет. Мы условно разделим ее на 5 эпох по 10 лет каждая. Каждая эпоха оставила свой слой в общем ПО, который наглядно показан на рисунке и который мы кратко прокомментируем.
Первые вычислительные машины вообще не имели никакого общего программного обеспечения. Программыдлярешенияконкретных задач писались с нуля, в машинных двоичных ко дах (для сокращения записи использовалась восьмеричнаяилишестнадцатеричнаясистема, но
это не меняло сути) в абсолютных адресах, они загружались в чистуюоперативнуюпамять. Процессбылмучительнымитрудоемким. Приходилось помнить двоичные коды всех операций, а любую подпрограмму выписывать из справочника в условных адресах, затем вручную привязывать к главной программе, распределять память и т. д. На каждом этапе возникали ошибки, поэтому отладить программу даже в тысячу команд было ужеоченьтрудно.
Первоочередной задачей программистов на данном этапе было создание библиотек, которые обеспечивали бы вызов стандартных программ из внешней памяти и автоматически подключали их к главной программе. Идея использования подпрограмм была реализована Грейс Хоппер еще до появления ЭВМ, на электромеханичес-
161
кой MARK-1, а в дальнейшем она стала общепринятой. Из-за программной несовместимости у каждой ЭВМ были свои уникальные библиотеки. Например, для отечественной машины М-20 Михаил Романович Шура-Бура с коллегами разработали прекрасную по темвременаминтерпретирующуюсистемуИС-2 сбогатейшейколлекциейстандартныхпрограмм, охватывающейвсеобластивычислительной математики. Создание библиотек резко повысило производительность труда программистов, так как появмлась возможность опереться на труд предшественников и не программировать каждую новуюзадачу с нуля.
Втораяпроблемабыласвязанасмнемоническимкодированием
иавтоматическим распределением памяти. Впервые она была решена в Кембридже в Великобритании на ЭВМ EDSAC (1949 г.). Вместо того, чтобы записывать коды операций двоичными цифрами программистписалтекстпрограммынасимволическом языке, пользуясьмнемоническимиобозначениямиоперацийиусловными адресами, аспециальная программа(руководительпроектаМорис Уилкс назвал ее собирающей системой — по английски assembly system) автоматическипреобразовываламнемоническиекодывпонятные машине двоичные, и распределяла память для выполнения программы. Идеяоказаласьстольпродуктивной, чтовсепоследующие поколения программистов на всех ЭВМ отказались от абсолютногокодирования. Языкипрограммированиянизкогоуровня, в которых коды операций заменены мнемоническими обозначениями, стали называться языками ассемблера или автокодами (мнемокодами), апреобразующиепрограммы— ассемблерами.
В50-е годы ЭВМ были еще экзотической редкостью, они использовалисьвосновномвэлитныхакадемическихучрежденияхи военныхсистемах. Программистытакжеисчислялисьединицамии работать им приходилось в очень стесненных условиях. Приходилось постоянно изворачиваться, экономить каждую ячейку памяти
икаждый машинный такт, потому что возможности тех компьютеровбылиболеечемскромными. УмашиныУрал-1, например, ОЗУ имело всего 1024 слова при быстродействии 100 оп./с. Зато каждая отлаженная, тем более стандартная, программа была своего рода шедевром.