Относительно недавно в обиходе появился термин «вычислительная техника». Это обозначение изначально совершено не подразумевало всех тех аспектов, которые вкладываются в него сегодня. И, к сожалению, большинство людей почему-то считают, что компьютеры и вычислительная техника - слова-синонимы. Это явное заблуждение.

Вычислительная техника: значение слова

Трактовать значение этого термина можно совершенно по-разному, тем более что разные словари толковать его могут в различных интерпретациях.

Однако если подойти к вопросу как бы с неким обобщением, можно смело утверждать, что вычислительная техника - это технические устройства с набором неких математических средств, приемов и методов для автоматизации (или даже механизации) обработки какой-либо информации и процессов вычислений или описания того или иного явления (физического, механического и т. д.).

это что такое в широком понимании?

Вычислительная техника известна человечеству достаточно давно. Самыми примитивными устройствами, которые появились за сотни лет до нашей эры, можно назвать, например, те же китайские счеты или римский абак. Уже во второй половине нынешнего тысячелетия появились такие устройства, как шкала Неппера, арифмометр Шиккарда, счетная и т. д. Посудите сами, сегодняшние аналоги в виде калькуляторов тоже смело можно отнести к одной из разновидностей вычислительной техники.

Тем не менее трактовка этого термина приобрела более расширенное значение с появлением первых ЭВМ. Случилось это в 1946 году, когда в США была создана первая ЭВМ, обозначавшаяся аббревиатурой ЭНИАК (в СССР такое устройство было создано в 1950 году и носило название МЭСМ).

На сегодняшний день трактовка расширилась еще больше. Таким образом, на современном этапе развития технологий можно определить, что вычислительная техника - это:

компьютерные системы и средства управления сетями;
автоматизированные системы управления и обработки данных (информации);
автоматизированные средства проектирования, моделирования и прогнозирования;
системы разработки программного обеспечения и т.д.

Средства для вычислений

Теперь посмотрим, что собой представляют средства вычислительной техники. В основе любого процесса лежит информация или, как принято сейчас говорить, данные. Но понятие информации считается достаточно субъективным, поскольку для одного человека какой-то процесс может нести смысловую нагрузку, а для другого - нет. Таким образом, для унификации данных был разработан который воспринимается любой машиной и применяется для обработки данных наиболее широко.

Среди самих средств можно выделить технические устройства (процессоры, память, устройства ввода/вывода) и программное обеспечение, без которого все это «железо» оказывается совершенно бесполезным. Тут отдельно стоит отметить, что вычислительная система имеет ряд характерных признаков, например, целостность, организованность, связанность и интерактивность. Есть еще и так называемые вычислительные комплексы, которые относят к многопроцессорным системам, обеспечивающим надежность и повышенный уровень производительности, недоступный обычным однопроцессорным системам. И только в общей связке «железа» и софта можно говорить о том, что они и являются основными средствами вычислений. Естественно, можно сюда добавить и методики, по которым производится математическое описание того или иного процесса, но это может занять достаточно длительное время.

Устройство современных компьютеров

Исходя из всех этих определений, можно описать и работу современных компьютеров. Как уже было сказано выше, они сочетают в себе аппаратную и программную части, причем одна без другой функционировать не может.

Таким образом, современный компьютер (вычислительная техника) - это совокупность технических устройств, обеспечивающих функционирование программной среды для выполнения определенный задач, и наоборот (совокупность программ для работы «железа»). Наиболее правильным является первое утверждение, а не второе, ведь в конечном итоге этот набор нужен именно для обработки входящей информации и вывода результата.

(вычислительная техника) включает в себя несколько основных компонентов, без которых не обходится ни одна система. Сюда можно отнести материнские платы, процессоры, жесткие диски, оперативную память, мониторы, клавиатуры, мыши, периферию (принтеры, сканеры и т.д.), дисководы и др. В плане программного обеспечения первое место занимают операционные системы и драйверы. В операционных системах работают прикладные программы, а драйверы обеспечивают корректное функционирование всех «железных» устройств.

Несколько слов о классификации

Современные вычислительные системы можно классифицировать по нескольким критериям:

принцип действия (цифровые, аналоговые, гибридные);
поколения (этапы создания);
назначение (проблемно-ориентированные, базовые, бытовые, выделенные, специализированные, универсальные);
возможности и размеры (супербольшие, супермалые, одно- или многопользовательские);
условия применения (домашние, офисные, производственные);
другие признаки (количество процессоров, архитектура, производительность, потребительские свойства).

Как уже понятно, четких границ в определении классов провести нельзя. В принципе, любое разделение современных систем на группы все равно выглядит чисто условным.

Электронно-вычислительные машины (ЭВМ) проникли во многие сферы человеческой деятельности. Использование ЭВМ позволяет переложить обработку информации на автоматические устройства, способные достаточно долго работать без участия человека и со скоростью, в несколько миллионов раз превышающей скорость обработки информации человеком.
Универсальность ЭВМ, её способность к целенаправленной переработке различных видов информации и объясняют происходящий сейчас стремительный процесс внедрения компьютеров в самые разные сферы деятельности человека в современном обществе. Область применений компьютеров чрезвычайно широка. Они применяются везде, где можно создать математические модели для каких-нибудь явлений.
Компьютеры используются в медицине для установки диагноза. Использование компьютера позволяет получать изображение внутренних частей непрозрачных тел. Это называется томография. Томография позволяет обнаружить признаки заболевания, скрытые в тканях человеческого организма.

С помощью ЭВМ решается задача по прогнозу погоды. Она собирает и анализирует информацию, получаемую со спутников и метеостанций, выполняет огромный объём вычислений, необходимых для решения уравнений, возникающих при математическом моделировании процессов в атмосфере и океане, и, наконец, представляет полученные результаты.
ЭВМ часто используются для анализа данных. Они хранят наборы данных и сравнивают их с вводимой информацией.

Компьютеры обрабатывают счета и накладные для фирм и организаций, а их графические возможности используются архитекторами и проектировщиками. ЭВМ может выводить трёхмерное изображение объектов и вращать их с тем, чтобы конструктор мог рассмотреть эти объекты под разными углами.
ЭВМ применяются в транспортных системах. Компьютер используется в кассах аэрокомпаний и железнодорожного транспорта.
Домашний компьютер может оказать неоценимую пользу, стать источником новых знаний, а нередко и доходов. Умение работать на ПК (персональном компьютере) ценится работодателями, и прежде всего солидными и преуспевающими фирмами.
Биотехнология, атомная, энергетическая, технология новых материалов, безотходных производств и изготовления лекарственных препаратов невозможны без использования компьютеризированных информационных систем. Компьютеры объединяют системы связи (телефон, телевидение, телефакс, спутниковую связь), а также ведомственные, бытовые и научные базы данных и знаний.

Размер: px

Начинать показ со страницы:

Транскрипт

1 Введение. Роль и значение ВТ в современном обществе. Области применения персональных компьютеров. Существует множество определений научной дисциплины «информатика». Одно из них такое: Информатика наука о методах представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью компьютера. Это наука об информационной деятельности, информационных процессах. Существование науки «Информатики» невозможно без изучения компьютера, так как эта наука связана со временем его возникновения. Информатика научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её основные направления: разработка вычислительных систем и программного обеспечения; теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации; методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.); системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать; методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа; средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети; разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды деятельности. Термином информатика обозначают совокупность дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств. Теоретическую основу информатики образует группа фундаментальных наук: теория информации, теория алгоритмов, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, комбинаторный анализ и т. д. Информатика включает такие разделы: архитектура ЭВМ, операционные системы, теория баз данных, технология программирования и другие. Современная эпоха характеризуется как эпоха глобальных информационных технологий: Накопленная ранее информация постепенно переводится в цифровую форму и поступает на хранение во всемирные информационные сети. Новая информация производится в цифровом виде с помощью ЭВМ. Возникают информационные сети, охватывающие рабочие места и домашние компьютеры. В сферу изучения информатики включаются информационные системы, предназначены для оказания помощи специалистам, руководителям, для принятия решений и системы искусственного интеллекта. Для использования новых информационных технологий необходимо: 1. внедрении ЭВМ, оргтехники; 2. участии пользователей в информационном процессе; 3. доступном интерфейсе; 4. использовании пакетов прикладных программ; 5. доступ к базам данных с помощью сетей; 6. использование телекоммуникаций. В вычислительной технике существует периодизация развития электронных вычислительных машин. ЭВМ относят к тому или иному поколению в зависимости от типа основных используемых в ней элементов или от технологии их изготовления. Ясно, что границы поколений в смысле времени сильно размыты, так как в одно и то же время фактически выпускались ЭВМ различных типов; для отдельной же машины вопрос о ее принадлежности к тому или иному поколению решается достаточно просто.

2 В 1833 г. английский ученый Чарльз Бэббидж, занимавшийся составлением таблиц для навигации, разработал проект «аналитической машины». По его замыслу, эта машина должна была стать гигантским арифмометром с программным управлением. В машине Бэббиджа предусмотрены были также арифметические и запоминающие устройства. Его машина стала прообразом будущих компьютеров. Но в ней использовались далеко не совершенные узлы, например, для запоминания разрядов десятичного числа в ней применялись зубчатые колеса. Осуществить свой проект Бэббиджу не удалось из-за недостаточного развития техники, и «аналитическая машина» на время была забыта. Спустя 100 лет машина Бэббиджа привлекла внимание инженеров. В конце 30-х годов 20 века немецкий инженер разработал первую двоичную цифровую машину Z1. В ней широко использовались электромеханические реле, то есть механические переключатели, приводимые в действие электрическим током. В 1941 г. Цузе создал машину Z3, полностью управляемую с помощью программы. В 1944 г. американец Говард Айкен на одном из предприятий фирмы IBM построил мощную по тем временам машину «Марк-1». В этой машине для представления чисел использовались механические элементы - счетные колеса, а для управления применялись электромеханические реле. Поколения компьютеров Историю развития компьютеров удобно описывать, пользуясь представлением о поколениях вычислительных машин. Каждое поколение ЭВМ характеризуется конструктивными особенностями и возможностями. Деление ЭВМ на поколения является условным, поскольку в одно и то же время выпускались машины разного уровня. Первое поколение Резкий скачок в развитии вычислительной техники произошел в 40-х годах, после Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств - электронно-вакуумных ламп, которые работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханическом реле, а релейные машины быстро вытеснены более производительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ). Применение ЭВМ значительно расширило круг решаемых задач. Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились: расчеты инженерных сооружений, вычисления движения планет, баллистические расчеты и т.д. Первая ЭВМ создавалась в гг. в США и называлась она ЭНИАК. Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. У машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток - исполняемая программа хранилась не в памяти машины, а набралась сложным образом с помощью внешних перемычек. В 1945 г. известный математик и физик-теоретик фон Нейман сформулировал общие принципы работы универсальных вычислительных устройств. Согласно фон Нейману вычислительная машина должна была управляться программой с последовательным выполнением команд, а сама программа - храниться в памяти машины. Первая ЭВМ с хранимой в памяти программой была построена в Англии в 1949 г. В 1951 году в СССР была создана ЭВМ под руководством крупнейшего конструктора вычислительной техники С. А. Лебедева. ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50-х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч операций в секунду. Однако при этом электронная лампа оставалась самым надежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники. Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения. Действительно, ЭВМ первого поколения размещались в больших машинных залах, потребляли много электроэнергии и требовали охлаждения с помощью мощных вентиляторов. Программы для этих ЭВМ нужно было составлять в машинных кодах, и этим могли заниматься только специалисты, знающие в деталях устройство ЭВМ.

3 Второе поколение Разработчики ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда в середине 50-х годов на смену электронным лампам пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники. Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во - первых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во - вторых они обладали значительно большим сроком службы. В - третьих, потребление энергии ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупроводниковых приборах началось создание ЭВМ второго поколения. Благодаря применению более совершенной элементной базы начали создаваться относительно небольшие ЭВМ, произошло естественное разделение вычислительных машин на большие, средние и малые. В СССР были разработаны и широко использовались серии малых ЭВМ «Роздан», «Наири». Уникальной по своей архитектуре была машина «Мир», разработанная в 1965 г. в Институте кибернетики Академии Наук УССР. Она предназначалась для инженерных расчетов, которые выполнял на ЭВМ сам пользователь без помощи оператора. К средним ЭВМ относились отечественные машины серий «Урал», «М - 20» и «Минск». Но рекордной среди отечественных машин этого поколения и одной из лучших в мире была БЭСМ - 6 («большая электронно-счетная машина», 6 - я модель), которая была создана коллективом академика С. А. Лебедева. Производительность БЭСМ - 6 была на два - три порядка выше, чем у малых и средних ЭВМ, и составляла более 1 млн. операций в секунду. За рубежом наиболее распространенными машинами второго поколения были «Элиот» (Англия), «Сименс» (ФРГ). Третье поколение Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60-х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема (микросхема) - это небольшая пластинка кристалла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т. д. Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам - электронщикам. В третьем поколении появились крупные серии ЭВМ, различающиеся своей производительностью и назначением. Это семейство больших и средних машин IBM360/370, разработанных в США. В Советском Союзе и в странах СЭВ были созданы аналогические серии машин: ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ, машины большие и средние), СМ ЭВМ (Система Малых ЭВМ) и «Электроника» (система микро - ЭВМ). Четвертое поколение В процессе совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плотность размещенных в них элементов. Это привело к появлению больших интегральных схем (БИС), в которых на один квадратный сантиметр приходилось несколько десятков тысяч элементов. На основе БИС были разработаны ЭВМ следующего - четвертого поколения. Благодаря БИС на одном крошечном кристалле кремния стало возможным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ. Однокристальные процессоры впоследствии стали называться микропроцессорами. Первый микропроцессор был создана компанией Intel(США) в 1971 г. Это был 4 - разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнил 60 операций в секунду. Микропроцессоры положили начало мини - ЭВМ, а затем и персональным компьютерам, то есть ЭВМ, ориентированным на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК). Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы. Влияние персональных компьютеров на представление людей о вычислительной технике оказалось настолько большим, что постепенно из обихода исчез термин «ЭВМ», а его место прочно заняло слово «компьютер».

4 Пятое поколение Начиная с середины 90-х годов, в мощных компьютерах начинают применяться БИС супермасштаба, которые вмещали сотни тысяч элементов на квадратный сантиметр. Многие специалисты стали говорить о компьютерах пятого поколения. Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интеллекта и естественных языков общения. Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команде. Переход к компьютерам пятого поколения предполагал переход к новым архитектурам, ориентированным на создание искусственного интеллекта. Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу. Основные требования к компьютерам 5-го поколения: создание развитого человекомашинного интерфейса (распознавание речи, образов); развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; создание новых технологий в производстве вычислительной техники; создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов. Классификация ВТ Существует много разных типов компьютеров, в том числе: суперкомпьютеры, мейнфреймы, серверы, настольные компьютеры, рабочие станции, портативные компьютеры, сверхпортативные устройства. Суперкомпьютеры В настоящее время суперкомпьютерами принято называть компьютеры с огромной вычислительной мощностью. Супер-ЭВМ отличаются от серверов которые необходимы для оперативной обработки запросов. Они отличаются и от мэйнфреймов, которые так же обладают высокой производительностью, но служат для одновременной работы с множеством пользователей. Суперкомпьютеры могут применяться и для работы с одной программой. Которая требует мощных ресурсов. Это моделирование погоды, расчет техпроцесса на производстве, ядерные испытания. Наиболее «продвинутыми» процессорами в России на сегодняшний день являются модели «МЦСТ R1000» (четыре ядра, частота 1 Ггц) и гибридный шестиядерный «Эльбрус- 2С+». Обе микросхемы изготовлены по технологии 90-нм. К концу 2012 г. у компании ожидается к выходу четырехъядерный процессор «Эльбрус-4S», изготавливаемый по технологии 65-нм, а в 2015 г. МЦСТ по госконтракту с Минпромторгом планирует завершить разработку восьмиядерного процессора. Сейчас основным рынком сбыта процессоров является оборонный сектор. Одним из крупнейших проектов, где они используются, являются системы противовоздушной обороны. Серверы

5 Серверы представляют собой высокопроизводительные компьютеры, используемые на предприятиях и в других организациях. Серверы обслуживают многих конечных пользователей или клиентов. Настольные компьютеры Существуют разные варианты настольных компьютеров с разными возможностями. Настольные компьютеры поддерживают различные типы подключений, параметры видео и самые разнообразные периферийные устройства. Рабочие станции Рабочие станции представляют собой коммерческие компьютеры большой мощности. Они разработаны для специализированных профессиональных областей применения, например, для запуска таких конструкторских программ, как САПР (систем автоматизированного проектирования). Рабочие станции используются для создания трехмерной графики, анимации и моделирования виртуальной реальности. Кроме того, их можно использовать в качестве управляющих станций для телекоммуникационного или медицинского оборудования. Как и серверы, рабочие станции обычно снабжаются несколькими ЦП, большим количеством ОЗУ и несколькими быстродействующими дисками большой емкости. Обычно у рабочих станций бывают очень мощные графические возможности и большой монитор, или несколько мониторов. Портативные устройства Кроме стационарных компьютеров разных типов, существует еще множество портативных электронных устройств. Они различаются по размеру, мощности и графическим возможностям. К этой категории относятся: портативный ПК или ноутбук; планшетный ПК; карманный ПК; персональный цифровой секретарь. Персональные компьютеры Появление ПК было подготовлено всей предшествующей историей развития ЭВМ. В начале вычислительные машины занимали огромные залы, потребляли много энергии и создавали много шума. Затем ЭВМ стали поменьше и начали работать эффективнее, но попрежнему требовали для себя отдельных помещений. Наиболее мощные ЭВМ размещались в отдельных комплексах, которые назывались вычислительными центрами (ВЦ). В те не очень далекие времена (70 - е годы) мало кто представлял себе компактную ЭВМ, которая может уместиться на рабочем столе. О такой машине инженеры и ученые могли только мечтать, а обычным людям трудно было бы объяснить, зачем вообще такая вычислительная машина нужна. Первой ласточкой стал компьютер, сконструированный в 1971 г. Внешне он напоминал скорее автомобильный радиоприемник с индикаторными лампочками и переключателями, чем привычный персональный компьютер. С 1971 г. по 1974 г. различными фирмами создавались разные модели ПК. Но ввиду ограниченных возможностей этих компьютеров интерес к ним был невелик. По - настоящему пользователи и производители заинтересовались персональными компьютерами в 1974 г., когда американская фирма MITS на основе микропроцессора Intel 8080 разработала компьютер Altair. Этот персональный компьютер был значительно удобнее своих предшественников и обладал более широкими возможностями. Значительно более совершенная модель персонального компьютера была разработана в 1976 г. двумя молодыми американцами Стивом Возняком и Стивом Джобсом. Свой компьютер они назвали Apple и быстро развернули его производство и продажу. Благодаря невысокой цене (примерно 500 долларов) в первый же год ими было продано около 100 компьютеров. В следующем году они выпустили модель Apple II, которая имела материнскую плату, дисплей, клавиатуру и внешне напоминала собой телевизор. Количество заказчиков на ПК стало исчисляться сотнями и тысячами. Персональные компьютеры быстро совершенствовались, в 1978 г. для них был сконструирован гибкий магнитный диск диаметром 5,25 дюйма (1 дюйм=2,45 см), предназначенный для хранения информации. Усилиями фирмы MOTOROLA в 1979 г. был создан микропроцессор motorola 68000, который превосходил своих конкурентов по скорости, производительности и возможностям работы с графическими программами. В

6 1980 г. в персональных компьютерах появился жесткий магнитный диск, правда, он вмещал в себя всего лишь 5 Мбайт данных. Первые ПК были 8 - разрядными и больше походили на дорогую игрушку, чем на серьезную ЭВМ. Так продолжалось до тех пор, пока в отрасли индивидуальных компьютеров не появился компьютерный гигант - фирма IBM, которая специализировалась на изготовлении больших ЭВМ. В 1982 г. фирма IBM выпустила очень удачную модель разрядный компьютер. Он был построен на основе микропроцессора Intel 8088, работал с тактовой частотой 4,77 МГц и использовал операционную систему MS DOS. Называлась эта модель компьютера как IBM PC. Далее развитие ПК происходило очень высокими темпами: фирма IBM каждый год создавала по новой модели. В 1983 г. появилась модель PC XT, а в более совершенный и производительный компьютер PC AT. Они быстро завоевывали рынок ПК и стали своего рода стандартами, которые старались подражать фирмы - конкуренты. Фирма IBM создавала свой персональный компьютер не «с нуля», а используя узлы других производителей (в первую очередь, микропроцессор Intel). При этом она не делала секрета из того, как узлы компьютера должны соединяться и взаимодействовать друг с другом. В результате к созданию и совершенствованию компьютера могли подключаться другие фирмы - архитектура компьютеров IBM PC оказалась «открытой». У компьютеров IBM появились многочисленные «клоны», то есть различные семейства компьютеров, похожих на IBM PC. В дальнейшем ЭВМ поддерживающие стандарт IBM PC, стали называться просто «персональными компьютерами». С течением времени ПК оправдали свое название, поскольку для многих людей они стали необходимой частью досуга, инструментом для бизнеса и исследований. Кроме IBM - совместимых ПК, существует еще одно семейство персональных ЭВМ, называемых Macintosh. Эти компьютеры ведут свою родословную от уже упоминавшейся модели Apple, их производством занималась фирма Aplle Computer. Архитектура компьютеров Macintosh, в отличие от IBM PC, не была открытой. Поэтому, несмотря на свои более продвинутые по сравнению с IBM PC графические возможности, «Маки» не смогли завоевать такой обширный рынок. Численность «Маков» в десятки раз меньше численности IBM PC - совместимых компьютеров. Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения компьютеров и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам - вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик. Наиболее перспективные - вычислительные сети - ориентируются не столько на вычислительную обработку информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную почту, системы телеконференций и информационно-справочные системы. При разработке и создании собственно ЭВМ существенный и устойчивый приоритет в последние годы имеют сверхмощные компьютеры - суперэвм и миниатюрные, и сверхминиатюрные ПК. Ведутся, как уже указывалось, поисковые работы по созданию ЭВМ 6-го поколения, базирующихся на распределенной нейронной архитектуре, - нейрокомпьютеров. В частности, в нейрокомпьютерах могут использоваться уже имеющиеся специализированные сетевые МП - транспьютеры - микропроцессоры сети со встроенными средствами связи. Широкое внедрение средств мультимедиа, в первую очередь аудио- и видеосредств ввода и вывода информации, позволит общаться с компьютером на естественном языке. Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз

7 данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта. Контрольные вопросы 1. Раскройте основные понятия информатики. 2. На каких принципах базируются новые информационные технологии? 3. Какое устройство называют ЭВМ? 4. Перечислите признаки, по которым классифицируют компьютеры. 5. Какова классификация компьютеров по назначению?

8 Раздел 1. Общий состав и структура ПК и вычислительных систем. Принципы построения компьютера и ВС. Магистрально-модульный принцип, общая функциональная схема Современным компьютерам предшествовал полувековой период, который делят на поколения ЭВМ. Если сам перечень функциональных блоков более чем за полвека практически не изменился, то способы их соединения и взаимодействия претерпели некоторое эволюционное развитие. Архитектура компьютера - описание устройства и принципов работы компьютера, его техническое устройство. Основные принципы построения универсальной ЭВМ были изложены Джоном фон Нейманом в 1946 г., согласно которым была построена универсальная ЭВМ в 1949 г. На схеме изображено функциональное устройство ЭВМ 1-2 поколения. Функциональная схема по принципу фон Неймана Устройства компьютера: 1. АЛУ арифметико-логическое устройство для выполнения арифметических и логических операций. 2. УУ устройство управления для выполнения программ. 3. Оперативная память для хранения программ и команд. 4. ВУ внешние устройства ввода-вывода. Работа компьютера такова: с помощью ВУ в ОЗУ вводится программа; УУ считывает содержимое ячейки памяти и выполняет команду, затем считывается содержимое следующей. Порядок выполнения можно изменить принудительно с помощью команд перехода. Два блока АЛУ и УУ объединяют в общий процессор. Из приведенной схемы отчетливо видно, что центром такой конструкции является процессор. Во-первых, он управляет всеми устройствами, а во-вторых, через него проходят все информационные потоки. Описанной системе по определению присущ принципиальный недостаток процессор оказывается чрезмерно перегруженным. Полностью регулируя обмен между всеми устройствами, он часто вынужден пассивно ожидать окончания ввода с медленных (как правило, содержащих механические части) устройств, что существенно снижает эффективность работы всей системы в целом. Компьютеры с канальной организацией Возникшее противоречие между постоянно растущей производительностью процессора и относительно низкой скоростью обмена с внешними устройствами стало отчетливо заметно уже во время расцвета вычислительной техники второго поколения. Поэтому при проектировании следующего, третьего, поколения инженеры начали принимать специальные меры для "разгрузки" процессора и его освобождения от детального руководства вводом/выводом. ЭВМ 3-го поколения имели функциональную схему с канальной организацией. Помимо уже знакомого набора устройств (центральный процессор, память, устройства ввода-вывода), в состав ЭВМ с канальной организацией входят устройства, называемые каналами. Канал - это специализированный процессор, осуществляющий всю работу по управлению контроллерами внешних устройств и обмену данными между основной памятью и внешними устройствами. Устройства группируются по характерной скорости и подключаются к соответствующим каналам. "Быстрые" устройства (например, накопители на магнитных дисках) подсоединяются к селекторным каналам. Такое устройство получает

9 селекторный канал в монопольное использование на все время выполнения операции обмена данными. "Медленные" устройства подключаются к мультиплексным каналам. Мультиплексный канал разделяется (мультиплексируется) между несколькими устройствам, при этом возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами. Доступ к оперативной памяти может получить и центральный процессор, и один из каналов. Для управления очередностью доступа имеется контроллер оперативной памяти. Он определяет приоритетную дисциплину доступа при одновременном обращении нескольких устройств к памяти. Наименьший приоритет имеет центральный процессор. Среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы. Таким образом, приоритет обратно пропорционален частоте обращения устройств к памяти. За счет существенного усложнения организации ЭВМ упрощается архитектура вводавывода. Операции обмена данными становятся более простыми. Канал, по сути, представляет собой специализированный "интеллектуальный" контроллер прямого доступа к памяти. О своем состоянии канал может информировать процессор с помощью прерываний. Все контроллеры внешних устройств подключаются к "своим" каналам с помощью стандартного интерфейса. Свобода подключения внешних устройств сохраняется благодаря стандартному протоколу интерфейса, при этом появляется возможность группировать устройства по характеристикам. В ЭВМ с канальной организацией процессор практически полностью освобождается от рутинной работы по организации ввода-вывода. Управление контроллерами внешних устройств и обмен данными берет на себя канал. Наличие нескольких трактов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственного тракта передачи данных (системной шины), что повышает скорость обмена. Все это дает возможность производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора. В результате общая производительность системы существенно возрастает. Удорожание схемы окупается. Одной из первых машин с каналами была ЭВМ второго поколения IBM-704. Ярким примером ЭВМ с каналами являются машины семейства IBM-360/370. Появление этих ЭВМ произвело переворот в вычислительной технике, и на долгие годы они стали образцом для подражания у создателей ЭВМ. Хотя в настоящее время эти машины ушли в прошлое, они оставили богатое наследие в виде интересных архитектурных решений, программных и алгоритмических разработок. В настоящее время схемы со специализированными процессорами ввода-вывода часто встречаются в ЭВМ различных типов. Компьютеры с шинной организацией Переход к четвертому поколению ЭВМ не только сопровождался многократным повышением плотности монтажа в микросхемах, но и изменением общей стратегии применения вычислительной техники. На смену громоздким ЭВМ коллективного пользования пришли персональные компьютеры, предназначенные, прежде всего для индивидуальной работы отдельных пользователей. Архитектура при этом продолжила свое развитие и совершенствование в направлении освобождении процессора от руководства

10 процессами ввода/вывода. В результате современный ПК приобрел структуру, приведенную на схеме. Главной особенностью такой схемы является наличие выделенной шины (магистрали) для передачи информации между функциональными узлами компьютера. Она состоит из трех частей: шина адреса, определяющая, куда именно направляется информация по шине; шина данных, по которой передается информация; шина управления, определяющая особенности обмена и синхронизирующая его. К шине подсоединяются все устройства компьютера, начиная от процессора и кончая устройствами ввода и вывода. Существенной особенностью архитектуры ПК является наличие специализированных процессоров ввода/вывода, которые называются контроллерами. Их роль заключается в поддержке процессов обмена информацией для данного устройства, а также в согласовании со стандартной шиной всевозможных внешних устройств различных производителей. Для общения с памятью надо передать с ЦП адреса нужных ячеек и считать с них соответствующие данные, а для обеспечения связи между узлами вводят управляющую шину. По ШД осуществляется обмен информацией между блоками, ША предназначена для передачи адресов ячеек памяти или портов ввода-вывода, к которым идет обращение, ШУ для передачи управляющих сигналов. Эти шины называют системной шиной или магистралью. Функциональная схема компьютера с шинной организацией Рассмотрим работу компьютера. При включении из постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) передаются исходные данные. ЦП устанавливается в рабочее состояние и подключает к шинам все узлы. Программы, постоянно хранящиеся в микросхемах ПЗУ, относят к аппаратной части. В оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) резервируется место для программ, команд и данных. В ходе работы процессор выполняет следующие операции: определяет адреса нужных ячеек; считывает с них данные или инструкции; выполняет инструкции (счет); пересылает данные в определенные ячейки памяти; указывает адрес порта дисплея; с помощью контроллера пересылает данные на дисплей. В этой схеме все устройства симметрично подсоединены к одному каналу общей шине. Это дает возможность подключения новых устройств. Благодаря шинной архитектуре в конфигурацию компьютера легко внести любые требуемые конкретному пользователю изменения. Описанная схема также имеет "узкое место" она требует высокой пропускной способности шины. Для преодоления указанной трудности в современных конструкциях используется несколько шин, каждая из которых связывает процессор с определенным устройством или группой устройств. Архитектура современных компьютеров Работу современных компьютеров определяет чипсет - набор управляющих микросхем, устанавливаемый на системной плате. Ранее применялись наборы микросхем, состоявшие из множества контроллеров, а первые чипсеты появились в середине 80-х годов прошлого века. Переход к чипсетам позволил уменьшить стоимость материнских плат и повысить взаимную совместимость компонентов, что облегчило задачу проектирования материнских плат. Распространенная архитектура современных чипсетов построена на

11 использовании двух микросхем, составляющих основу, так называемых северного моста и южного моста. Микросхема северного моста обеспечивает работу с наиболее быстродействующими подсистемами ПК. Содержит контроллер системной шины, контроллер памяти, контроллер графической шины, контроллер шины связи с южным мостом, который обеспечивает работу с более медленными компонентами системы и периферийными устройствами. В состав микросхемы южного моста обычно входят: двухканальный IDE (SATA)-контроллер, USB-контроллер, встроенная аудиосистема (аудиокодек). Южный мост отвечает за работу с менее быстрыми устройствами и обеспечивает передачу данных от жесткого диска, оптического привода, принтера, сканера, а также к ним. Названные устройства передают информацию через провода в южный мост, который пересылает ее северному мосту. Северный мост отправляет информацию в оперативную память, после чего она может поступить в процессор или видеокарту на обработку. Чипсет - своеобразный посредник в общении процессора с остальными устройствами компьютерной системы. В задачи чипсета входит управление работой компонентов компьютера и обеспечение передачи данных между ними. При этом, каждый чипсет обслуживает только архитектуру того процессора, под который был разработан. С 2005 чипсеты разных производителей ориентируются на использование многоядерных микропроцессоров. Названия мосты получили по аналогии с географической картой, на которой вверху располагается северный полюс, а внизу - южный. Контрольные вопросы 1. Раскройте понятие архитектуры компьютера. 2. Особенности функциональной схемы по фон Нейману. 3. Особенности функциональной схемы с канальной организацией. 4. Особенности функциональной схемы с канальной организацией. 5. Особенности схемы современных компьютеров.

12 Раздел 1. Общий состав и структура ПК и вычислительных систем. Внутренняя архитектура компьютера: процессор, память. Периферийные устройства. Назначение устройств компьютера. Большинству компьютеров для нормальной работы нужны три совместно работающих элемента. 1. Аппаратное оборудование - внутренние и внешние физические компоненты, из которых состоит компьютер. 2. Операционная система - набор компьютерных программ, управляющих оборудованием компьютера. 3. Прикладное программное обеспечение (приложения) - программы, загружаемые для выполнения конкретных задач с использованием возможностей компьютера. Современный персональный компьютер состоит из следующих узлов 1. Материнская плата представляет собой большую печатную плату, к которой подключается вся электроника и схемы, составляющие компьютерную систему. На этой плате есть разъемы, к которым подключаются основные компоненты системы, например, ЦП и ОЗУ. Материнская плата обеспечивает обмен данными между различными разъемами и компонентами системы. Кроме того, на материнской плате есть гнезда для сетевой платы, видеоплаты и звуковой платы. Во многие материнские платы эти компоненты встраиваются. Разница состоит в методе обновления. При использовании материнской платы с разъемами компоненты системы легко снимаются и заменяются более современными.

13 Выбранная материнская плата должна: поддерживать тип и скорость выбранного ЦП; поддерживать необходимый для запуска приложений тип и количество ОЗУ; обладать достаточным количеством разъемов для всех необходимых плат интерфейса; обладать достаточным количеством интерфейсов необходимого типа. Эта плата, с помощью которой объединяются и совместно функционируют остальные комплектующие (части) компьютера. 1. Слот PCI - используется для подключения различных плат, таких как модем, звуковая карта. 2. Вход для видеокарты. 3. Слот для процессора. 4. Вход для питания процессора от блока питания 5. Разъём для подключения жесткого диска либо привода (CD-DVD) с интерфейсом IDE ATA 6. Разъёмы для подключения жестких дисков либо приводов (CD-DVD) с интерфейсом SATA 7. Слоты для оперативной памяти 8. Вход для подключения (дисковода устройство для чтения дискет). 9. Разъем для подключения питания на материнскую плату от блока питания, на данном изображении 24 pin(количество штырьков) или 20 pin.

14 Задняя панель 1. PS/2 - Вход для мышки (Всегда зелёный). 2. PS/2 - Вход для клавиатуры(всегда Фиолетовый). 3. Цифровой вход. 4. Цифровой выход. 5. USB универсальные порты для подключения различных устройств. 6. Вход для сетевого кабеля (локальная сеть, выделенный интернет). 7. Выходы для подключения аудио системы (колонок.) 2. Процессор. Процессор производит все вычисления, операции и дает команды другим комплектующим. Частота процессора измеряется в мегагерцах, чем больше частота, тем больше операций в секунду он может выполнить. У процессора так же есть своя небольшая память кэш, в которой он хранит самые часто выполняемые операции, что увеличивает скорость его работы. Кэш процессора измеряется в мегабайтах, и его емкость обычно составляет на данный момент примерно от 8 мегабайт до 32, чем больше кэш, тем дороже процессор. Современные процессоры обладают несколькими ядрами, получается как бы несколько процессоров в одном. Что делает его намного производительнее и увеличивает скорость его вычислений. Большая часть современных процессоров реализована в виде одного полупроводникового кристалла, содержащего миллионы, а с недавнего времени даже миллиарды транзисторов. В состав микропроцессора входят: устройство управления (УУ) - формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки компьютера, опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов; арифметико-логическое устройство (АЛУ) - предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор); микропроцессорная память (МПП) - служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры - быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт и более низкое быстродействие); интерфейсная система микропроцессора - реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной.

15 3. Оперативная память в компьютере играет роль временного буфера хранения информации, то есть при запуске, какого либо приложения оно частично загружается в оперативную память, следовательно, чем больше у вас такой памяти, тем больше вы сможете одновременно открывать и работать в нескольких программах, например, играть в компьютерную игру и одновременно слушать музыку. Большое количество оперативной памяти требуется в современных играх. Оперативная память обладает двумя главными характеристиками это её объем и частота, на которой она работает. 4. Видеокарта предназначена для вывода изображения на монитор, она отвечает за обработку графики. Если установлена слабая видеокарта, то она не справляется с обработкой графики. Современные видеокарты обладают своим встроенным процессором (ядром), мощность которого тоже исчисляется, как и у центрального процессора в мегагерцах. Его задача снять нагрузку по обработки графики с центрального процессора и взять эту задачу на себя, то есть чем больше частоты, мегагерц у ядра видеокарты тем быстрее она обрабатывает графику, следовательно, шустрее работают игры. Видеокарта также обладает памятью, видеопамятью, с помощью которой она хранит в себе текстуры, обработанные части графики, видеопамять опять же исчисляется в мегабайтах, гигабайтах. 5. Адаптерные платы расширяют возможности компьютерной системы. Они вставляются в разъемы материнской платы и становятся частью системы. Многие материнские платы обладают встроенными функциями адаптерных плат, что устраняет потребность в дополнительных компонентах. Встроенные платы поддерживают базовые функции, но специализированные адаптерные платы часто повышают производительность системы. Наиболее распространены следующие платы: видеоплаты; звуковые платы; сетевые интерфейсные платы; модемы; интерфейсные платы; платы контроллера. 6. Блок питания питает электричеством все комплектующие компьютера, и позволяет ему работать. В него идет кабель из электросети, а потом он распределят напряжение по всему

16 компьютеру. Мощность блока питания исчисляется в ватах, чем мощнее ваш компьютер, тем более мощный блок питания он требует, очень требовательны к блокам питания современные видеокарты, которым бывает, нужен блок питания до киловатта. От блока питания идут кабеля питания к материнской плате, жестким дискам, кулерам, к приводам. Качественные блоки питания более устойчивы к перепадам напряжения в сети, что предохраняет выход из строя самого блока так и всех комплектующих компьютера. 7. Жесткий диск. Жесткий диск хранит программы, игры, документы. Как и любое хранилище, он обладает максимальной вместимостью, объемом, который измеряется в гигабайтах. Чем больше объём жёсткого диска, тем больше информации вы сможете на нем хранить. Жесткий диск - механическое устройство. В нем крутится несколько слоев дисков, на которые с помощью магнитной головки записывается и считывается информация. У жесткого диска так же есть свой временный скоростной буфер, кэш, он устроен в виде маленького чипа, с помощью него жесткий диск уменьшает количество физических обращений непосредственно к дискам, тем самым увеличивается скорость работы и срок его службы. 8. Периферийные устройства. Периферийным называется устройство, которое подключается к компьютеру и расширяет его возможности. Эти устройства по природе своей являются дополнительными и не требуются для выполнения базовых функций. Они только обеспечивают некоторые дополнительные функции. Периферийные устройства подключаются с внешней стороны компьютера, с помощью специальных кабелей или беспроводной связи. Они относятся к одной из четырех категорий: устройства ввода, вывода, хранения или сетевые устройства. Примерами периферийных устройств являются: устройства ввода трекбол, джойстик, сканер, цифровой фотоаппарат, кодировщик, устройство считывания штрих-кода, микрофон; устройства вывода принтер, плоттер, динамики, наушники; устройства хранения дополнительный жесткий диск, внешние приводы CD/DVD, флэш-диски; сетевые устройства - внешние модемы, внешние сетевые адаптеры. 9. Постоянная память. ПЗУ (англ. ROM, память только для чтения) служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации. В первых персональных компьютерах код BIOS записывался в микросхему постоянной памяти ПЗУ, которая создавалась на заводе. Позже для хранения кода BIOS стали применяться микросхемы с возможностью перезаписи.

17 Микросхема электрически стираемого перепрограммируемого ПЗУ. Основные параметры: Объем памяти- 16 Мбит, Время выборки - 65 нс. Общее описание: Диапазон напряжения питания: 3,0 3,6 В; Технологический процесс 0,25 мкм, Возможность стирания любой комбинации секторов и всей памяти; Гарантированное количество циклов стирания; Время сохранения данных 13 лет при температуре 125 С.; Температурный диапазон: С. Расположение BIOS системной плате. В большинстве случаев flash-память устанавливается на панель системной платы, что позволяет при необходимости заменить микросхему, но в некоторых случаях она распаяна прямо на системной плате. Микросхемы flash-памяти для хранения BIOS имеют различную емкость, в более старых компьютерах используются чипы объемом 1-2 Мбит (Кбайт), а в современных системах 4-8 Мбит и более (512 Кбайт-1 Мбайт и более). BIOS использует параметры конфигурации, которые хранятся в специальной CMOSпамяти. Свое название она получила по технологии изготовления чипов, где применялся комплементарный металлооксидный полупроводник. CMOS-память питается от специальной батарейки на системной плате, которая также используется для питания часов реального времени. Срок работы такого аккумулятора обычно составляет 10 лет. Как правило, за это время компьютер (в частности материнская плата) морально устаревает, и необходимость замены питающего элемента теряет смысл. При некоторых технологиях производства микросхем CMOS элемент питания встраивается прямо внутрь микросхемы. В этом случае при разрядке аккумулятора она подлежит замене целиком. Процедура запуска компьютера Программы, записанные в микросхемы ПЗУ доступны компьютеру сразу после включения. Программы в ПЗУ делятся на: программу запуска машины, базовую систему ввода-вывода (BIOS). Роль BIOS двоякая: с одной стороны это неотъемлемый элемент аппаратуры, а с другой стороны важный модуль любой операционной системы. Эти программы выполняются каждый раз при включении. Запуск состоит из нескольких фаз: проверка работоспособности машины, инициализация программируемых микросхем, периферийных устройств, проверка присутствия дополнительного оборудования, загрузка операционной системы. Программы проверки короткие и выполняются быстро. Последняя операция загрузка операционной системы, выполняемая программойзагрузчиком. После того, как с диска загружается ОС, управление передается ей. BIOS является частью ПЗУ активно используется в течение всего времени работы компьютера для управления устройствами (содержит их драйверы) дисплеем, клавиатурой, дисководом, обрабатывает прерывания, обеспечивает энергосбережение, автоматическую настройку конфигурации. Прерывания сигналы из внешнего мира, которые сообщают процессору о наступлении события (нажатие клавиши, обслуживание дискеты). BIOS использует программные прерывания для вызова и выполнения специальных сервисных программ.

18 В ходе запуска на экране появляются сообщения о работе программ проверки, появляется приглашение программы-оболочки или операционной системы, дальнейшая работа происходит под управлением ОС. Диагностика компьютера 1. Компьютер не включается - не реагирует на нажатие кнопки включения, компьютер включается, но на мониторе ничего не отображается - в системном блоке работают кулеры. Вариант номер один - при включении спикер издаёт одинарный звук (писк) то есть сообщает, что всё в порядке в этом случае основная вероятность в том, что сгорела видеокарта. Вариант номер два спикер молчит (не пищит), из этого делаем вывод, что сломалась либо материнская плата, либо блок питания, это касается и случая когда компьютер никак не реагирует на нажатие кнопки включения. Speaker - это маленький динамик, в системном блоке, подключенный к материнской плате, который сообщает пользователю при запуске компьютера о состоянии комплектующих и общей работы вашего компьютера. Расшифровка (основных) звуковых комбинаций Speaker a 1 короткий сигнал всё работает исправно. Сигналов нет - проблемы с блоком питания, возможно, он не подключен к материнской плате, так же есть небольшой процент возможности, что неисправна сама материнская карта. Непрерывный сигнал - проблема с блоком питания. 2 кротких сигнала незначительные ошибки. 1 длинный повторяющийся проблема с оперативной памятью. 2. Каждый раз при запуске компьютера приходится нажимать клавишу F1 и до того момента пока это не сделано, загрузка компьютера не начинается. Если после каждого включения компьютера у вас сбрасывается системное время и дата, то причина этому севший аккумулятор на материнской плате. В таком случае нужно заменить батарейку на системной плате и после этого зайти и выйти с сохранением из настроек БИОСа. Контрольные вопросы 1. Какова простейшая конфигурация ПК. 2. Что входит в состав системного блока. 3. Что такое материнская плата? 4. Назначение микропроцессора. 5. Перечислите разновидности ЗУ. 6. Что означает термин «периферия»?

Модуль 2. Архитектура компьютера 1. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки информации это: 1) информационная система 2) информационные технологии 3)

Глава 4 Программно-технические системы реализации информационных процессов Компьютер универсальная 17 техническая система обработки информации Появление компьютеров полностью изменило все существовавшие

Микропроцессор: основные элементы и характеристики 10 класс Учитель МБОУ «Школа 91» Сафонова Л.Ф Микропроцессор: основные элементы и характеристики Центральный процессор это устройство компьютера, предназначенное

Тема 2.1. Основные составляющие и блоки компьютеров Компьютер это универсальное электронное программноуправляемое устройство, предназначенное для автоматической обработки, хранения и передачи информации.

Раздел 11. Архитектура компьютера. Основные компоненты и их назначение Основные компоненты компьютера, их функциональное назначение и принципы работы. Программный принцип работы компьютера. По своему назначению

Внутренние устройства компьютера Внутренние устройства ПК Внутренними считаются устройства, располагающиеся в системном блоке. Доступ к некоторым из них имеется на лицевой панели, что удобно для быстрой

Устройство компьютера Левашова Л.Н. АНАЛОГИЯ МЕЖДУ КОМПЬЮТЕРОМ И ЧЕЛОВЕКОМ Ч Е Л О В Е К Органы чувств Прием (ввод) информации Хранение информации М О З Г Процесс мышления (обработка информации) Компьютер

Информатика Аппаратное обеспечение информационных технологий Средства информационных технологий Информационная технология Алгоритмические средства (brainware) Аппаратные средства (hardware) Программные

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА Архитектура ЭВМ. Принципы Джона фон Неймана Архитектура ЭВМ включает в себя как структуру, отражающую состав ПК, так и программно математическое обеспечение. Структура ЭВМ - совокупность

ПОКОЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ Презентация Верещагиной Юлии Юрьевны учителя информатики МОУ СОШ с.золотая Долина Партизанского района Приморского края 1 Электронно-вычислительную технику принято делить

Тема Урок АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРА 2 Структурная схема компьютера Принципы работы аппаратных средств компьютера Г Л Аппаратное обеспечение персонального компьютера система взаимосвязанных

Введение в ПК. История создания ПК. Устройство ПК. Информатика. Лекция 3. Часть 1. История создания компьютера Слово «Компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. 1642 г. Блез Паскаль

Лекция 2. Тема 1. Аппаратное обеспечение (HARDWARE) - Понятие автоматизации вычислений; - Классификация компьютеров; - Устройство персонального компьютера; - Периферийные устройства; - Система «Тонкий

Государственное автономное общеобразовательное учреждение города Москвы «Школа с углубленным изучением отдельных предметов «ШИК 16» Реферат по информатике «История развития вычислительной техники» Работу

СОСТАВ И НАЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОМПЬЮТЕРА Термин «компьютер» происходит от английского слова Computer вычислитель, т.е. программируемое электронное устройство, предназначенное для автоматизированной обработки

3 Классификация компьютеров по сферам применения Производительность - некоторая интегрированная характеристика, определяющая общую вычислительную мощность компьютера, и, соответственно, области его применения.

Персональный компьютер 1 Определение! Персональный компьютер ПК (англ. personal computer, PC), ПЭВМ (персональная электронно-вычислительная машина) - устройство или система, способное выполнять заданную,

Лекция 3 История развития вычислительной техники. Классификация и область применения компьютеров. Персональные компьютеры Цели лекции иметь представление об этапах развития вычислительной техники знать

Тестирование по теме «Устройство ПК» 11 класс Процессор 1. Какие блоки входят в состав процессора? 1) арифметико-логическое устройство 2) устройство управления 3) регистры 4) контроллеры 5) постоянное

УСТРОЙСТВА И НАЗНАЧЕНИЯ МАТЕРИНСКОЙ ПЛАТЫ Затулин А.Г. Балаковский инженерно-технологический институт филиал «Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Балаково, Россия Zatulin A.G.

Архитектура компьютеров. Окулов Александр МОУ «СОШ 30»10а кла 2007г. 1.Общие принципы работы компьютеров. Компьютер представляет собой машину для автоматической обработки информации. В состав компьютера

Архитектура современных вычислительных средств Классификация по принципу действия Аналоговый компьютер (АВМ) Аналоговый компьютер - аналоговая вычислительная машина (АВМ), которая представляет числовые

За исключением лишь небольшого числа одаренных людей, человечество с незапамятных времен смотрит на арифметические вычисления как на тяжелую нудную работу, от которой необходимо избавиться любой ценой и любыми доступными средствами. Долгую историю имеют конторские счеты (по существу это примитивное цифровое вычислительное устройство с выполнением операций вручную), которые, по-видимому, были изобретены независимо в различных частях мира и кое-где применяются до сих пор. После того как в конце XVI в. были изобретены логарифмы, незаменимым механическим инструментом стала логарифмическая линейка. Первая логарифмическая линейка появилась в 20-х годах XVII столетия. Она дала возможность выполнять более сложные вычисления, хотя аналоговый характер прибора (числа изображаются расстояниями) значительно ограничивает точность при многих расчетах. Тем не менее логарифмической линейкой по-прежнему широко пользуются математики, ученые и инженеры во всем мире. Существует также и ряд специализированных счетных устройств: таблицы готовых расчетов в бухгалтерии, автоматические весы в бакалейно-гастрономических магазинах или счетчики на автозаправочных станциях. Во всех этих устройствах используются заранее подготовленные таблицы или шкалы, позволяющие очень быстро производить операции умножения при различных денежных расчетах.

Такие технические приспособления распространены в настоящее время очень широко и служат простейшим способом избавления от большого объема простых, но утомительных арифметических вычислений. На несколько более высоком уровне сложности находятся конторские арифмометры и кассовые аппараты, которые легко выполняют большое число последовательных операций сложения и вычитания и печатают результаты выполняемых операций, а также различные промежуточные и общие суммы. На основе этих относительно простых аппаратов разработаны разнообразные более совершенные счетные машины.

Человек, пользующийся таким прибором, может и не иметь полного представления о том, как он устроен, но обычно ему нетрудно понять, что это просто удобное механическое приспособление для более эффективного выполнения той работы, которую он и сам мог бы сделать вручную с помощью карандаша и бумаги, если бы у него было достаточно времени и он мог работать без устали и никогда не ошибаться.

Аналогичные соображения применимы также и к более сложным настольным счетным машинам. Это механические цифровые устройства, предназначенные для выполнения основных арифметических действий (сложения, вычитания, умножения и деления) и имеющие ряд вспомогательных устройств для накопления результатов и выполнения операций сокращения. Более дешевые счетные машины обычно управляются вручную и их применяют, когда объем вычислений относительно невелик, а также для целей обучения. Для очень продолжительных вычислений, когда требуется большая скорость и гибкость, необходимы более крупные и более дорогие счетные машины. Обычно они приводятся в действие электромотором, хотя по принципу действия по-прежнему являются механическими. Настольные счетные машины такого общего типа используются уже очень много лет, и до самого последнего времени с их помощью выполняли практически все сколько-нибудь сложные научные расчеты. Огромные преимущества настольных счетных машин по сравнению с методами вычислений вручную общеизвестны. Числа вводятся в машину быстро и точно путем поворота ручек или нажима кнопок; все арифметические действия выполняются внутри самой машины; при тщательном планировании последовательности вычислений можно избежать записи большого числа промежуточных результатов. Разумеется, при вычислениях могут возникать ошибки, хотя и не так часто, как при работе вручную, поэтому обычно в последовательность вычислений включается ряд операций по проверке результата.

Появление настольных счетных машин, естественно, расширило область возможных вычислений, однако вскоре наступило время, когда был достигнут естественный предел быстродействия этих машин. Легко убедиться в том, что при выполнении большой последовательности вычислений, например при суммировании большого числа произведений, ограничивающим фактором оказывается не столько скорость работы самой машины, сколько время, необходимое для введения в нее чисел, чтения и переписывания результатов, а также принятия решений о последующих действиях. Поэтому в итоге время, требуемое для решения сложной задачи, уменьшается очень незначительно, даже если машина выполняет основные арифметические действия практически мгновенно.

Чем сложнее работа, тем больше будет сказываться усталость оператора и тем вероятнее возникновение ошибок. Кроме того, если вычисления определенного типа должны повторяться многократно, то правильная последовательность действий при одном вычислении не дает гарантии, что в следующий раз не будет допущена ошибка. Другая трудность состоит в том, что обычно для сокращения времени и повышения точности при продолжительных вычислениях целесообразно поручать основную работу опытному оператору, хотя это и означает, что составитель задачи должен затратить много труда на подготовку работы и необходимые объяснения оператору. И если этот же математический метод будет использоваться снова для других данных, то может случиться, что все эти объяснения придется давать вновь уже другому оператору.

Хотя настольные счетные машины представляют собой большой шаг вперед по сравнению с другими методами вычислений, их недостатки довольно очевидны, и поэтому появились серьезные основания для разработки машины совершенно другого типа. Соответствующая электронная схема, в которой используются лампы или транзисторы и электрические цепи, безусловно, позволяет гораздо быстрее выполнять основные арифметические действия, чем чисто механические устройства. Однако преимуществами этих средств нельзя воспользоваться, если вмешательство человека не будет сведено к минимуму. Это означает, что необходимо не только избавиться от медленной записи, чтения и передачи чисел человеком, но нужно каким-то образом перестроить весь план работы, с тем чтобы оператор не должен был принимать никаких решений в процессе вычислений. Именно в решении этих проблем, а не только в увеличении скорости внутренних операций состоит настоящая революция, вызванная современными автоматическими электронными вычислительными машинами.

Вычислительные машины начали разрабатывать в конце второй мировой войны. Первыми машинами, имевшими основные конструктивные особенности современных вычислительных устройств, были вычислительная машина EDSAC, начавшая работать в 1949 г. в Кембриджском университете, и вычислительная машина SEAC, изготовленная Национальным бюро стандартов США в 1950 г. В этих первых машинах использовались электронные лампы, которые в настоящее время заменены транзисторами, позволившими уменьшить габариты вычислительных машин и обладающими значительно более высокой надежностью. К настоящему времени достигнуты большие успехи в области микроминиатюризации аппаратуры. Все это позволит создать настольные электронные вычислительные машины и снизить продолжительность основных операций до наносекунд, что означает тысячи миллионов операций в секунду. В настоящее время выпущен ряд превосходных руководств, в которых читатель может найти детальное описание существующих машин и конкретные рекомендации по работе с ними.

Мы обсудим здесь лишь основные принципы в той мере, в какой они связаны с темой данной книги.

Рассмотрим важнейшие свойства современной электронной вычислительной машины. Прежде всего важно уяснить, что она по-прежнему выполняет те же основные арифметические действия, что и настольная счетная машина, и поэтому по существу делает то же, что в принципе может сделать человек, работающий только с бумагой и карандашом. Различие состоит, с одной стороны, в огромном увеличении технической эффективности, а с другой - в осуществлении логического контроля за последовательностью операций. Поэтому понять то, что в конечном счете делает вычислительная машина, ничуть не сложнее, чем понять обычный способ решения арифметических задач. Считать ли, что электронная вычислительная машина обнаруживает признаки интеллекта или что она способна выполнять работу, близкую к функциям мозга, в значительной мере зависит от того, как мы определяем эти понятия. Самое главное состоит в том, что вычислительная машина, как бы она ни была сложна и совершенна, по существу представляет собой лишь одно из очень сложных устройств, предназначенных для определенных целей, и как таковую ее следует рассматривать во многих отношениях в таком же плане, что и любую другую сложную научную аппаратуру, например электронный микроскоп или линейный ускоритель частиц.

В обычную настольную счетную машину вводится пара чисел для выполнения некоторого арифметического действия, например сложения, и эти числа могут храниться в ней после выполнения операции. В машине могут также храниться еще одно-два числа, например число, полученное в результате сложения или умножения нескольких чисел, или накопленная сумма произведений. Однако общая емкость запоминающего устройства редко превышает пять-шесть чисел, причем даже и в этом случае число разрядов чисел крайне ограниченно. В электронной вычислительной машине имеется соответствующее электромагнитное устройство, в котором может храниться несколько тысяч чисел (с весьма большим числом разрядов) в виде, позволяющем производить быструю выборку; на магнитном диске или магнитной ленте может храниться несколько миллионов чисел в форме, позволяющей производить относительно медленную выборку (медленную по электронным стандартам). Это дает возможность исключить вмешательство человека при обработке промежуточных результатов, а также осуществлять автоматическую обработку огромного множества численных данных. Поскольку данные записаны на перфокартах, бумажной ленте, магнитных дисках или магнитной ленте, они могут использоваться многократно без приложения умственных или зрительных усилий со стороны человека; они просто поступают на соответствующее внешнее считывающее устройство вычислительной машины.

Но самое главное состоит в том, что удалось разработать способы планирования всей последовательности вычислений. Для этого в вычислительную машину вводится программа команд, которая хранится там вместе с соответствующими данными. Эти команды записаны в соответствующем численном коде и связаны прежде всего с выполнением основных арифметических действий над парами чисел, хранящихся в определенных частях запоминающего устройства. Если программа и необходимые данные введены в машину, то все остальные операции выполняются самой машиной со скоростью, зависящей от электромагнитной схемы. Окончательные результаты либо записываются на перфокартах или бумажной ленте, либо подаются непосредственно на телетайп или другое воспроизводящее устройство. Программа для любой данной последовательности вычислений должна быть продумана очень тщательно. Зато когда программа составлена и как следует проверена, ее можно многократно использовать без дальнейшей проверки. Ясно, что это дает значительную экономию времени и труда. Надлежащим образом проверенную программу могут использовать тысячи раз многие люди, работающие на различных вычислительных машинах. Не менее важно и то, что определенная программа может содержать команду повторить выполнение какого-либо конкретного задания (например, решение определенной системы уравнений) несколько сотен тысяч раз, причем каждый раз с использованием различных данных. Тогда часть программы должна быть посвящена решению одной системы таких уравнений. Если эта часть программы составлена правильно, то в пределах данной программы к ней можно обращаться сколь угодно часто с полной уверенностью, что каждый раз решение уравнений будет производиться правильно. Этим устраняется один из важнейших недостатков настольных счетных машин, о котором уже говорилось выше, а именно то, что правильная работа настольной счетной машины в одном случае не гарантирует отсутствие ошибки при повторных вычислениях.

Работая на настольной счетной машине, оператор на всех этапах наблюдает за производимыми вычислениями. Если происходит что-либо необычное или непредвиденное, он сразу же может принять необходимые меры и таким путем избежать серьезных ошибок. Против применения электронных вычислительных машин часто возражают на том основании, что здесь существует возможность очень большого числа незамеченных ошибок на промежуточных этапах вычислений и ввиду этого окончательные результаты следует считать в высшей степени сомнительными.

К счастью, эту трудность можно в значительной мере исключить путем хорошего программирования. Как мы видели, в обычной настольной счетной машине также имеются очень большие возможности появления ошибок при повторных вычислениях. При этом только крупные ошибки выявляются сразу, а для того, чтобы предупредить накопление небольших ошибок, требуется проводить тщательные проверки на всех этапах. Эти проверки составляют важную часть всей последовательности вычислений. Но ведь такие же проверки составляют неотъемлемую часть программы электронной вычислительной машины. Вследствие своего большого быстродействия электронная вычислительная машина позволяет осуществить значительно больше арифметических проверок, чем настольная счетная машина. Следовательно, при хорошо составленной программе электронная вычислительная машина обеспечивает вовсе не меньшую, а значительно большую надежность результатов.

Выше шла речь об ошибках, появляющихся из-за недостаточного контроля за операциями, выполняемыми вычислительной машиной; но возможны также ошибки, обусловленные повреждениями электронной схемы. Для выявления таких ошибок можно, например, предусмотреть автоматическую остановку вычислительной машины при появлении ошибок, обнаруживаемых так называемой проверкой на четность. В большинстве машин числа хранятся в двоичной записи как последовательность нулей и единиц. Можно приписать дополнительную цифру, равную нулю или единице, в зависимости от того, четной или нечетной является сумма единиц в каждом хранящемся числе. В определенные моменты времени, например при считывании числа из запоминающего устройства, приписанную цифру можно сверить с самим числом. Такую схему проверки нельзя, конечно, считать абсолютно надежной, так как могут возникать компенсационные ошибки; но она все же очень полезна тем, что привлекает внимание к ошибкам, вызываемым неполадками в электронной схеме.

Таковы некоторые основные идеи, связанные с применением электронных вычислительных машин. Широкое распространение вычислительной техники радикально повлияло на наши вычислительные возможности, на масштабы обработки данных и в итоге - на общее направление научно-исследовательских работ и выбор методов их осуществления. К этому аспекту мы еще вернемся в разд. 5.5 и 5.6, а пока более внимательно рассмотрим некоторые основные задачи, для решения которых целесообразно применение вычислительных машин, и методы, позволяющие исследователям использовать преимущества этой новой техники.

Прекрасным пособием для знакомства с вычислительными методами может служить недавно вышедшая книга Холлингдейла и Тутилла .

→ О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

О роли компьютерной техники в современном обществе (интервью с Марчуком Г.И.)

А. Лепихов

Интервью о роли компьютерной техники в современном обществе в конце 1980-х годов академик Г.И. Марчук дал журналисту А. Лепихову. В манере, свойственной Гурию Ивановичу, доступно и чётко показана роль ЭВМ в современном мире: науке, производстве, экономике, социальной сфере и т. д. Это интервью не утратило актуальности и в наши дни, а в некоторых случаях усилило драматизм, связанный с применением ЭВМ, местом и ролью в обществе специалистов по информационным технологиям. Он говорит о новой реальности, в которой надо по-другому учить школьников, перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководящий состав предприятий эффективно использовать электронную технику.

- Мы живём в такое время, когда электронная вычислительная техника начинает буквально пронизывать все сферы человеческой деятельности - от большой науки до автоматических детских игр. И, как это всегда бывает при активном вторжении в нашу жизнь чего-то принципиально нового, процесс «экспансии ЭВМ», конечно же, требует осмысления. В первую очередь возникает вопрос: что явилось побудительной причиной развития вычислительной техники?

- Г.М.: Необходимость решения всё более и более сложных задач науки, техники, экономики, стремление к выражению качественных представлений количественными. Это относится ко всем наукам: к географии и геологии, медицине и социологии... Не говоря уж о потребностях инженеров и конструкторов, которые раньше многих стали ощущать недостаток в вычислительных средствах.

Как хорошо известно специалистам, принципы электронной вычислительной техники были сформулированы свыше ста лет назад, а ещё раньше появилась теоретическая основа построения ЭВМ - Булева алгебра, названная по имени английского математика Джорджа Буля, одного из основоположников математической логики. Однако эти достижения были забыты на долгие десятилетия, ибо люди вполне обходились простейшими методами счёта и элементарными для этой цели техническими устройствами. Словом, далеко не единичный случай, когда открытие опередило свою эпоху и сразу не получило надлежащего признания.

То, что мы именуем электронной вычислительной техникой, родилось в 40-е годы XX столетия. Первая ЭВМ ЭНИАК (электронный цифровой интегратор и вычислитель) была «привлечена» к составлению баллистических таблиц. Мощный импульс прогрессу ЭВМ, дали работы в области ядерной физики, а космические исследования подтвердили их выдающееся значение. Солидные ассигнования резко расширили сферу применения электронных вычислительных машин, причём применения с явной выгодой.

Передовые в промышленном отношении страны стимулировали своеобразный «автокатализ» ЭВМ: общество вкладывало в совершенствование вычислительной техники все большие суммы, её использование приносило дополнительную прибыль, часть которой шла на дальнейшее развитие той же вычислительной техники.

Давайте перелистаем отдельные страницы истории отечественных ЭВМ. Первое в СССР авторское свидетельство на изобретение программированной автоматической ЭВМ было выдано в 1948 году. Вслед за тем, 25 декабря 1951 года, в Институте электротехники АН Украинской ССР вступила в строй (малая электронно-счётная машина) - первая в нашей стране, разработанная под руководством академика . Агрегат занимал площадь 50 квадратных метров, содержал свыше 6 тысяч ламп, которые потребляли 25 киловатт электроэнергии. МЭСМ могла выполнять арифметические операции над пяти-шестизначными цифрами со скоростью... 50 операций в секунду. Но тогда и это казалось фантастическим потому, что примерно в 1,5 тысячи раз превышало «счётные способности» человека. (первой советской ЭВМ всё же правильнее считать ЭВМ И.С. Брука. – прим. Э. Пройдаков).

Очередное детище советских учёных, появившееся в 1953 году, - -1 (быстродействующая электронно-счётная машина). Она уже могла считать почти в 200 раз быстрее и в то время была одной из самых «скоростных» в мире. БЭСМ позволила решить целый ряд задач, за которые специалисты не брались из-за огромного объёма вычислений.

Среди советских учёных, способствовавших прогрессу электронной вычислительной техники, надо назвать академика , президента Академии наук с 1961 по 1975 год, и основателя Сибирского отделения АН СССР академика .

Развитие различных отраслей техники укрепляло базу и возможности электроники, что, естественно, сказалось и на ЭВМ. Переходя с ламп на полупроводники, а потом и на интегральные схемы, вычислительные машины выигрывали в быстродействии, находили все новые и новые сферы применения.

ЭВМ на простых интегральных схемах успевают за секунду справиться с сотнями тысяч операций. ЭВМ на больших интегральных схемах по быстродействию обгоняют своих предшественников ещё в десять раз. А сейчас заявляют о себе ЭВМ на сверхбольших интегральных схемах. Их скорость - десятки и сотни миллионов операций в секунду.

Непосвящённого цифры ошеломляют. Между тем это далеко не предел. Комплексная программа научно-технического прогресса стран - членов СЭВ в качестве первоочередной задачи предусматривает создание ЭВМ, которые будут выполнять 10 миллиардов операций в секунду.

Разумеется, все нынешние и прогнозируемые достижения электроники невозможны без освоения производства сверхчистых металлов, специальных сплавов и искусственных кристаллов, без успехов в лазерной технике, во множестве областей прикладных наук. Ясно и другое: без помощи компьютеров наблюдаемый сегодня качественный скачок в разных сферах человеческой деятельности был бы просто немыслим.

И ещё. В какой-то момент ЭВМ - через новые проекты, воплощающие глубокие физические идеи, - заставили разрабатывать новые, эффективные электронные элементы и схемы. Взаимодействие зашло так далеко, что сама ЭВМ на основе систем автоматического проектирования уже создаёт варианты составных частей очередных электронных вычислительных машин. Особенно хорошо это видно на примере микроэлектроники, когда микропроцессор ЭВМ умещается на кристалле площадью менее одного квадратного сантиметра. Здесь проектирование и изготовление микроЭВМ, по существу, объединяются в один цикл.

И всё это произошло за 35-40 лет, на глазах одного поколения исследователей.

- То, о чём вы говорите, воспринимается как-то отстранённо.

- Г.М.: Тогда прибегнем к сравнениям. Толщина человеческого волоса равна примерно 100 микронам. И вот представьте, что вы умещаете сетку из 400 транзисторов, каждый из которых состоит из линий толщиной в 1 микрон, на кристалле кремния величиной в сечение вашего волоса. А теперь сожмите эти линии до полмикрона. На той же площади уже можно разместить почти 1,5 тысячи транзисторов-полупроводников. Повторим операцию сжатия. При толщине в четверть микрона каждый транзистор-полупроводник по размеру будет равен крупному вирусу, а площади сечения человеческого волоса хватит для 4500 таких транзисторов.

Это вовсе не упражнение в отвлечённых действиях, а реальность, с какой сталкиваются проектировщики современных ЭВМ. Первые интегральные схемы, или, как говорят специалисты, «чипы», с линиями толщиной в один микрон выходят на мировой рынок. Они содержат свыше миллиона транзисторов. Чипы же с элементами в полмикрона - здесь можно разместить 4 миллиона транзисторов - испытываются сейчас в лабораториях и «встанут на поток» в течение ближайших лет. Чипы с элементами в четверть микрона (десятки миллионов транзисторов), вероятно, войдут в практику где-то ближе к концу нашего столетия. А в самом конце века, по имеющимся оценкам, в наших руках могут оказаться так называемые «гигабитовые интегральные схемы», то есть с миллиардом компонентов каждая.

Не так давно микрон считался пределом для полупроводников на кремниевых чипах. Однако барьер, как видим, преодолён инженерами, которые уже прекрасно освоились в мире ультрамикроминиатюризации. Создаются сложные структуры, иногда приближающиеся по размерам к молекуле, - столь крошечные, что их не разглядеть и в мощные оптические микроскопы.

В то же время чипы с элементами меньше микрона вызывают революцию в самом их изготовлении. Прежде всего требуется полностью автоматизировать производство, ибо присутствие человека может привести к тому, что технологический процесс станет недостаточно чистым. Если кому-нибудь доводилось бывать на заводах полупроводников, то он согласится, что мало где есть места более чистые, чем такие заводы. Поскольку малейшая пылинка грозит испортить чип, рабочие носят белые комбинезоны и стерильные маски, как хирурги. Воздух в производственных помещениях постоянно фильтруется, и в кубическом его сантиметре пылинок в тысячу раз меньше, чем в операционной больницы.

И тем не менее для субмикронных чипов традиционные полупроводниковые заводы безнадёжно «грязны».

Число пылинок в кубическом сантиметре нужно сократить ещё в сто раз. Это реально, если из производственных помещений вообще удалить людей. Но стерильность не единственный фактор. Задачи проектирования, испытания и печатания интегральных схем быстро выходят за рамки человеческих возможностей. Человек просто не в состоянии «уложить» четыре миллиона устройств на крохотной кремниевой пластинке. Такое по плечу только автоматам, управляемым ЭВМ.

Я думаю, что не очень ошибусь, если скажу: где-то в середине 1990-х годов всего одна интегральная схема сможет конкурировать с сегодняшними компьютерами. И стоить она будет наверняка необычайно дёшево. Все, что сейчас делается, самые изощрённые из существующих способов применения чипов - лишь небольшой шаг на пути к тому, что нас ждёт через 10-20 лет.

- От специалистов по ЭВМ нередко приходится слышать: мол, всякий раз, когда стоимость вычислительной техники уменьшалась скачком, менялся облик мира.

- Г.М.: Это высказывание, конечно, чересчур категорично и амбициозно. Но нельзя не признать, что быстрое совершенствование элементной базы ЭВМ уже наталкивает конструкторов на серьёзные размышления о том, что ещё несколько лет назад относилось к сфере фантастики.

Прежде всего огромные возможности перед современными ЭВМ открываются в заводских цехах, где внедряются системы, умеющие квалифицированно «руководить» любыми по сложности технологическими процессами и обеспечивающие такой контроль за качеством выпускаемой продукции, который человеку просто не под силу.

Или возьмём, к примеру, автомобили. Сколько их насчитывается в мире? Десятки и десятки миллионов. Микропроцессоры здесь помогут правильно эксплуатировать двигатель, уменьшить выделение выхлопных газов, снизить расход горючего, избежать случайного столкновения на дорогах.

Суперчипы, или сверхбольшие интегральные схемы, без сомнения, произведут революцию и в телевидении. Передача сигналов в цифровом виде - метод, дешёвый именно при наличии суперчипов,- позволяет получать изображение, по своему качеству значительно превосходящ ее нынешнее. Быть может, в моделях таких телевизоров будет всего по два-три суперчипа. Бесспорно, появятся и телевизоры с запоминающими устройствами. Любимые фильмы, спектакли, выступления популярных артистов можно будет воспроизвести в любое время, послав соответствующую команду домашней ЭВМ. Стоимость подобных видеоустройств пока очень велика, но они станут доступными для всех, когда «войдут в обиход» четырёхмегабитовые чипы.

Вспомните первые электронные наручные часы. Уже сама идея, что традиционный, отработанный на протяжении веков механизм можно чем-то заменить, поражала умы. А теперь электронные часы настолько обычны, что успешно соперничают в цене с механическими.

- Ваш последний пример - как раз повод, чтобы вернуться из будущего в настоящее. Отсюда следующий вопрос: каковы сегодняшние электронные вычислительные машины и какова в общих чертах сфера их применения?

- Г.М.: Действительно, нынешний «спектр» ЭВМ весьма широк - от суперЭВМ до микропроцессоров. Условно выделяют три основные линии ЭВМ: большие машины с быстродействием в миллионы операций в секунду, мини-ЭВМ с быстродействием в сотни тысяч операций в секунду и микроЭВМ с быстродействием в десятки, а иногда и в сотни тысяч операций в секунду.

Любая из ЭВМ снабжена арифметическим и логическим процессорами, оперативной и долговременной памятью, устройствами управления и ввода-вывода информации. Долговременная память обычно записывается на магнитных дисках, лентах или специальных носителях. Именно долговременная память - средоточение программ, необходимых для расчётов, и всего того материала, что составляет базы данных.

В нашу жизнь входят суперЭВМ с производительностью в сотни миллионов операций в секунду. Как правило, они нужны для исследовательских целей или управления очень сложными научно-техническими комплексами. На основе этих машин, в частности, даются и системы коллективного пользования. Речь идёт о системах прикладных программ, организованных в пакеты по областям применения. Это может быть пакет задач линейной алгебры, статистической обработки результатов эксперимента, пакет отражения информации в виде графиков и т. д. Существенно, что большинство пакетов универсальны, то есть не зависят от характера конкретной задачи. Другими словами, если в ходе решения какой-то задачи появляется необходимость обработать статистические данные или, скажем, вывести информацию на график, то для этого уже не требуются новые программы - довольно универсальных пакетов.

Много служебных пакетов заложено в памяти машины- намного же облегчается труд и увеличивается продуктивность деятельности пользователя ЭВМ, а значит, за этот счёт можно добиться дополнительного народнохозяйственного эффекта. И хотя оценить его не просто, он, разумеется, пропорционален повышению производительности труда тех, кто работает с помощью ЭВМ.

Создание ЭВМ, которые обслуживают абонентов в различных режимах доступа к ним (удалённая пакетная обработка, режим разделения времени, диалог «человек - машина» и т. д.), совершенствование периферийного оборудования и терминалов - оконечных устройств в составе вычислительной системы, предназначенных для ввода и вывода информации при взаимодействии человека с ЭВМ (в этом качестве используют, например, дисплеи, телетайпы), улучшение линий передачи информации заметно расширили их возможности. Это позволило перейти от локальных вычислительных центров, оборудование которых находится в одном месте, к многомашинным комплексам, компоненты которых расположены друг от друга на значительных расстояниях. Последние получили названия «сети вычислительных машин», «сети ЭВМ», «сети ВЦ».

Сети ЭВМ как раз могут наилучшим образом обеспечить работу пользователей в том случае, когда в каких-то пунктах имеется дефицит машинного времени, а в других - избыток. К тому же сеть ЭВМ открывает доступ к огромным базам данных не только универсального, но и специализированного характера, помогает пользователю найти в этих базах «куски» уже хорошо отлаженных программ и прочую ценную информацию, резко ускорить решение своей задачи.

- А мини-ЭВМ?

- Г.М.: Они применяются преимущественно для обеспечения автоматизированного управления - как производством (АСУ), так и технологическими процессами (АСУТП), в научных исследованиях, системах образования и многих других областях.

В первом случае на плечи ЭВМ ложится анализ выполнения планов, расчёт зарплаты и материально-технических ресурсов, разработка сетевых графиков подготовки производства, оценка рабочих мест и множество других функций. Наличие АСУ - гарантия того, что руководитель в любой момент имеет исчерпывающую информацию о деятельности своего предприятия и может обоснованно принимать необходимые организационно-экономические меры. В самом деле, современное производство - сложный организм с большим числом прямых и обратных связей. Долг и директора, и, конечно, всех звеньев руководства - находить устойчивые по отношению к малым отклонениям состояния этого организма и тот оптимальный вариант, который приводит к наивысшему экономическому эффекту. Естественно, что такой эффект увязывается с теми или иными ограничениями, характерными для реальной производственной обстановки.

Говоря об АСУТП, надо отметить, что их роль очень велика в самом производстве, ибо каждая система предназначается для комплексной автоматизации конкретного технологического процесса. Именно здесь мини-ЭВМ незаменима, и с известным основанием можно считать, что высокий экономический эффект от внедрения АСУТП достигается именно в результате использования электронной вычислительной техники.

Системы управления производственными процессами существуют, пожалуй, с тех пор, как создали конвейер. Но традиционные возможности управления конвейером или жёстко построенным производством были ограничены. И только новые средства вычислительной техники, в том числе и микропроцессорной, позволили контролировать, скажем, ход технологической операции на основе постоянно поступающей и обрабатываемой информации. Это происходит примерно так же, как если бы десятки контроллеров бдительно несли свою службу и при обнаружении каких-либо отклонений от нормы технологии немедленно бы их ликвидировали. Фактически же это делает автоматизированная система управления. Сведения непрерывно поступают от набора датчиков, анализируются на быстродействующих ЭВМ. В их памяти заложены многочисленные варианты нарушения производственного процесса и перечень того, что надо предпринять, чтобы исправить положение. ЭВМ в соответствии с программой «находит» нужную команду и посылает её на исполнительные устройства для внесения необходимых коррективов.

Приведу лишь несколько примеров.

Прокатный стан должен катать лист заданной толщины. Раньше мирились с некоторыми допусками. Они были неизбежны из-за неоднородности исходного материала, неравномерности динамического и статического воздействия. В результате проценты, а то и десяток процентов ценного металла расходовались понапрасну.

Современные же прокатные станы оборудованы датчиками, связанными с ЭВМ. Обнаруживается какое-то расхождение с установленным стандартом - ЭВМ даёт команду для повторного проката, и лист доводится до нужной толщины.

Если стан непрерывный, работает в одном направлении, то ЭВМ «приказывает» следующему валку увеличить давление в клети и снова контролирует толщину стального листа, с тем чтобы принять очередное оперативное решение. При такой прокатке допуски практически исключаются и металл целиком идёт в дело.

Экономия материальных ресурсов - важная задача. Но не менее важно выпускать продукцию, соответствующую высшим техническим требованиям. К примеру, мы плавим чугун. Только очень опытный специалист, что называется, чувствует качество и готовность плавки. Конечно, берутся пробы, проводится экспресс-анализ, но его результаты иногда приходят из лаборатории слишком поздно, поправить уже ничего нельзя. И в итоге - некондиционный чугун. Если же перейти к АСУТП, когда непрерывно ведётся спектральный анализ, регистрируются концентрации всех компонентов плавки, и эти данные обрабатываются на ЭВМ, то доменное производство станет таким же управляемым, как прокатный стан. Будет огромная экономия за счёт получения дополнительных объёмов высококачественного чугуна. Хотя такие системы пока проходят опытно-промышленную проверку, уже ясно, что срок их окупаемости заведомо меньше года.

Создание все новых и новых АСУТП - магистральный путь для развития интенсивной экономики.

Кстати, ещё о значимости мини-ЭВМ. Сегодня уже сформировалась более общая концепция сочетания автоматизации управления производством и автоматизации управления технологическими процессами. Здесь мы приходим к единой системе на базе так называемых интегрированных АСУ. Возможность оптимизации организационных и чисто технических мероприятий, которую даёт такая система, сулит блестящие перспективы.

- А теперь, пожалуйста, подробнее - о микропроцессорах.

- Г.М.: Эта вычислительная техника встраивается в узлы машин, приборов и элементов. Каждый микропроцессор распоряжается своим узлом. Но он может быть связан с другими узлами машины через другие микропроцессоры. Согласовывает их действия, как правило, единая мини-ЭВМ. Данная структура исходит из логики управления большими системами, например самими предприятиями. Они ведь построены по иерархическому принципу: сначала участки, затем цеха, далее целые производства и, наконец, дирекция.

Микропроцессоры уже заняли прочное место в станкостроении - в станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Это новая и активная сфера применения микропроцессорной техники на производстве. Одновременно - и самый радикальный шаг к комплексной автоматизации: от управления одним станком с ограниченным набором операций к безлюдным роботизированным производственным комплексам.

Хотелось бы подчеркнуть главное: большие возможности, какие открывает внедрение компьютеров для достижения народнохозяйственного эффекта. Он складывается за счёт оптимальной организации производства и его составных частей, внесения своевременных коррективов в технологический процесс при случайных отклонениях, надёжной работы без присутствия высококвалифицированного рабочего.

Если вернуться к бытовой технике, то и сейчас уже мы чувствуем влияние на наш быт электроники вообще и микропроцессоров в частности. В продажу поступают стиральные машины с программируемым набором операций, самые разнообразные микрокалькуляторы, видеомагнитофоны и многое другое. Темп интеллектуализации бытовой техники, бесспорно, нарастает. Значит, домашнее хозяйство будет отнимать меньше труда, от чего опять-таки выиграет общественное производство.

- Сегодня много говорят о том, что проведение научных исследований без электронной вычислительной техники практически невозможно, быть может, кроме самых абстрактных областей, связанных с чисто теоретическими разработками. Как же именно помогают ЭВМ ученным, где их применение нужно в первую очередь?

- Г.М.: Прежде всего, конечно, в математическом моделировании. В самом деле, научное исследование обычно начинается с гипотез. На их фундаменте строятся все более и более детализированные модели изучаемых явлений, которые обычно и реализуются на ЭВМ. Обладая большим быстродействием и памятью, ЭВМ на основе той или иной модели многократно решает задачу при заданных ей самых различных наборах входных параметров. А это позволяет количественно описать возможные решения данной задачи, выбрать из них те, которые интересуют исследователя. И сделать это в достаточно короткий срок. Оснащение лабораторий электронной вычислительной техникой - надёжный путь повышения темпов научного поиска.

Далее. Выдающиеся достижения последних лет, такие, как создание искусственных генов, получение кормового белка из метана, появление больших и сверхбольших интегральных схем, не могли стать реальностью без вычислительной техники, которая помогали вести соответствующие эксперименты. ЭВМ управляли всеми этапами опыта и при отклонении его от заданной программы немедленно посылали корректировочную команду.

Электронная вычислительная техника незаменима и при обработке результатов экспериментов. Если в докомпьютерную эпоху сложные эксперименты длились днями, а то и неделями, то обработка их результате затягивалась на месяцы, а то и годы. ЭВМ сегодня даёт ответ почти немедленно после окончания эксперимента. Экономия времени поистине огромна. Можно с уверенностью сказать, что ЭВМ увеличили производительность труда исследователей более чем в 10 раз.

Логика современного научного поиска такова, что она требует приближения ЭВМ к учёному - будь то теоретик или экспериментатор. Что касается экспериментаторов, то здесь уже проявилась определённая тенденция: их вполне удовлетворяют стандартные мини-ЭВМ, поскольку характер использования этих машин мало чем отличается от их использования в АСУТП.

С теоретиками дело обстоит сложнее. Им для работы нужна целиком вся ЭВМ, пусть и не такая быстродействующая, но со всеми её возможностями. Режим разделения времени на больших ЭВМ решает эту задачу, но решает лишь частично. Ведь учёный думает, постоянно обращаясь к новой информации; порой у него возникает потребность вмешаться в ход расчётов или изменить их. Однако привлекать большую ЭВМ для таких целей нельзя - очень дороги её время и ресурсы.

Налицо противоречие между потребностями исследователя и возможностями ЭВМ. Оно было преодолено, когда в вычислительной технике родилось новое оригинальное направление - индивидуальные, или, как принято сейчас говорить, персональные, ЭВМ. Это вполне современные машины со свойственной им архитектурой, набором соответствующего оборудования и программ. Работа на персональной ЭВМ ведётся с применением 16- и 32-разрядных слов. Не исключена и 64-разрядная арифметика, конечно, с некоторой потерей скорости вычислений. Персональная ЭВМ имеет устройства ввода-вывода и при необходимости - линии связи с другими вычислительными машинами. То есть если для решения вставшей задачи «способностей» персональной ЭВМ не хватает, то по системе коммуникаций готовую программу можно передать на другую машину, обладающую большими ресурсами, чтобы потом получить «ответ».

- Вы рассказали об участии ЭВМ в деятельности учёных. Но научная идея воплощается, если можно так выразиться, в «реальный продукт» обычно только через проектно-конструкторские разработки. Ведь как часто случается: научная идея давно завоевала всеобщее признание, а до её оптимального или просто эффективного внедрения в народное хозяйство проходят годы кропотливого труда инженеров-конструкторов. Сокращается ли эта дистанция?

- Г.М.: Реальная возможность сокращения времени «от идеи до машины» возникла после появления САПРов - систем автоматического проектирования. Не буду говорить об историческом пути, который они прошли, хотя сам по себе он интересен и поучителен, а скажу лишь об их основных принципах.

Что же такое современная система проектно-конструкторских работ? Она состоит из трёх взаимосвязанных этапов. Первый - формирование технического задания на проект: человеко-машинный диалог для составления принципиальной схемы. Естественно, проект должен опираться на самые современные научные идеи, учитывать возможности реализации, ограничения по требуемым ресурсам. Это, так сказать, «дискуссии» человека с ЭВМ, в память которой заложены все необходимые сведения - от теоретических моделей до всяческих ограничений. Конечный результат первого этапа - «контур» проекта.

Потом наступает время его детальной конструкторской проработки. На втором этапе широко используются пакеты прикладных программ, ориентированные на проблематику данного проекта. Эта операция, если нужно, сочетается с системой поиска наилучших решений исходя из опыта исследователя. В итоге появляется полный набор проектно-конструкторской документации и её графическое отображение.

И наконец, создаётся проект технологической подготовки производства к выпуску серийной продукции.

Но бывает так, что и идея машины хороша, и конструкторская разработка вполне солидна, а выпускать серийную продукцию нельзя по тем или иным причинам. Тогда начинается так называемый итерационный процесс конструирования - с учётом ограничений, диктуемых производством. Иногда это затрагивает принципиальные стороны проекта, и все как бы повторяется вновь - с уровня доделки, а то и вторичной проработки технического задания. И так до желаемого итога.

Ясно, что наличие ЭВМ резко сокращает сроки прохождения трёх указанных этапов. А чем раньше научная идея воплотится в новую машину или технологию, тем больший экономический эффект получит народное хозяйство. Но выгоды применения ЭВМ этим далеко не исчерпываются.

Система автоматического проектирования станков, обрабатывающих центров или цветных телевизоров - плод напряжённых усилий учёных, конструкторов, технологов и программистов. Ведь сначала нужны пакеты прикладных программ, которые призваны ускорить проектно-конструкторские работы. Затем те же пакеты могут сослужить хорошую службу во всех КБ и на предприятиях, где рождается новая техника. По сравнению с традиционным способом, когда каждый коллектив действовал по-своему, выигрыш колоссальный. Раньше на проект тратились годы, теперь - недели и даже дни.

Верно, что пакеты прикладных программ для САПРов, доведённые до соответствующих стандартов, достаточно трудоёмки и оказываются пока очень дорогими. Но, раз возникнув, они способны удовлетворить любых проектантов и технологов, предоставив в их распоряжение огромные массивы запрограммированного знания. Пакеты прикладных программ становятся нашим национальным богатством. И не удивительно, что с 1983 года они и другое программное обеспечение ЭВМ считаются в нашей стране товарной продукцией. Это важный шаг для стимулирования развития математического обеспечения ЭВМ экономическими средствами.

- Сегодня объём самой разнообразной информации - научной, экономической, технологической, социальной - нарастает буквально как снежный ком, и уже трудно ориентироваться в информационном океане без помощи ЭВМ. Как практически это делается?

- Г.М.: Электронные вычислительные машины широко задействованы в области информации - от создания баз данных до организации эффективных поисковых систем.

Начали с упорядочения сложнейших информационных потоков, с объединения обширной массы сведений в специальные разделы, подразделы и пункты. Все они имеют согласованную индексацию, и ЭВМ может переходить от крупных массивов однородной информации ко все более и более мелким. В итоге, непрерывно сужая круг поиска, машина достигает цели - находит то, что интересует пользователя.

Разных по характеру баз данных - многие сотни и даже тысячи. Собрать их все вместе, в некую единую вычислительную систему, просто нереально. В самом деле, возьмём хотя бы три базы данных - о синтезированных органических соединениях, об иммунном статусе больного и о составе и характеристиках звёзд в Галактике. Конечно, у этих данных кое в чём есть общность, но сама предметная информация таких баз, сферы и методы их использования совершенно различны. С одной стороны, их нельзя «отрывать» от коллективов НИИ, клиник, обсерваторий, библиотек - без них они скоро утратят свою свежесть, а значит, и ценность. С другой стороны, и это естественно, надо сделать так, чтобы любая база данных была доступна всем пользователям. Иными словами, их обязательно нужно объединять. Где же выход из сложившегося противоречия? Он был найден в организации распределённой системы знаний.

Действительно, зачем пытаться совместить несовместимое? Гораздо лучше дать каждому коллективу исследователей пусть небольшую, но с достаточно ёмкой памятью ЭВМ для создания своей стандартно-структурированной базы. «Хозяева» этой базы данных будут её постоянно развивать и обновлять - ведь речь идёт о жизненно важной для них информации. Пользователь из любого другого учреждения, «входя» по каналам связи в эту базу данных, приобретает самые свежие и самые квалифицированные сведения. То есть один коллектив в состоянии обеспечивать соответствующей информацией всю страну. Все такие специализированные источники информации как раз и составляют распределённую систему знаний. Если теперь их объединить друг с другом, то мы придём к единой системе банков данных страны. Таков магистральный путь развития современной информационной технологии.

Сейчас, например, Институт органической химии Сибирского отделения АН СССР по телетайпному запросу любого пользователя может дать ответ о том, получалось ли ранее химическое соединение с указанными параметрами или нет. А ведь число химических соединений, если я не ошибаюсь, увеличивается ежегодно примерно на два-три десятка тысяч. Надо ли лишний раз объяснять, насколько подобная «электронная справка» экономит время химика-органика, избавляет его от переоткрытия уже синтезированных веществ.

Или проектно-конструкторская работа, о которой мы только что говорили. Всякая новая машина или техническое устройство должны по крайней мере соответствовать мировому уровню. Но этот мировой уровень нужно непрерывно «отслеживать», оперативно вводить в банки данных свежую информацию, поступающую из разных стран. Речь идёт здесь о десятках и сотнях тысяч типов изделий.

Общество будет становиться все более и более информатизированным. Сперва фундаментальные константы, затем системы технических данных и, наконец, смысловые тексты как наиболее сложный вид информации - вот этапы формирования единой информационной сети нашей страны. Однако это лишь начало пути. Впереди огромная и интереснейшая работа по использованию знаний, накопленных человеком и систематизированных с помощью электронной вычислительной техники.

- Хорошо известно, что ЭВМ способна решать сложнейшие задачи науки и техники. По заданию исследователя она в процессе ответа перебирает многочисленные варианты и останавливается на лучшем из них. Но ведь ЭВМ обычно действует по четко сформулированной программе. Тот же поиск оптимального решения и система перебора предложены ей человеком. А вот обладают ли современные электронные машины собственным интеллектом?

- Г.М.: Уже на первом этапе развития ЭВМ человек стал приучать их «думать» и делать хотя бы элементарные, но вполне логические выводы. Правда, границы между полностью запрограммированной системой работы ЭВМ и её «инициативой» весьма условны, но, если можно так выразиться, «запрограммированная инициатива» все же есть.

Создавая все более совершенные языки программирования, человек стремится к тому, чтобы записывать условия задачи в форме, близкой к естественному языку. Например, он поручает машине рассчитать крыло самолёта такой-то формы, качества поверхности и размера с учётом определённых скоростей воздушного потока. ЭВМ по принятой информации должна точно, вплоть до мельчайших подробностей, составить математическую задачу. Совсем недавно этим занимался инженер-программист. Существующие сегодня системы отображения исходных условий задачи таковы, что ЭВМ справляется с ними ничуть не хуже. И самое главное - за считанные минуты или часы, в отличие от недель и месяцев, которые требуются специалисту, вооружённому знаниями и интеллектом. Просто современные машины «научились» выбирать рациональные или даже оптимальные промежуточные операции. А это значит, что они способны к принятию решений, когда возможны различные варианты программной реализации вычислений. Вот здесь, на уровне соответствующих машинных языков и трансляторов - способов перевода языка в машинные команды, мы впервые встретились с искусственным интеллектом ЭВМ.

Однако как только ЭВМ стали применяться в проектно-конструкторских работах, для построения автоматизированных систем управления базами данных или технологическими процессами, у исследователей возникла мысль ввести в состав программного обеспечения творческие элементы. Скажем, конструктор начинает проектировать на дисплее деталь машины. Ему нужно знать размеры детали, а также входные и выходные характеристики - деталь ведь должна подходить к будущей машине. Контроль за соблюдением этих непременных условий возлагается на ЭВМ. Если в конструкторском поиске они нарушаются, то ЭВМ немедленно даёт об этом знать человеку. Она выступает в роли опытного помощника или эксперта. Это опять-таки элемент искусственного интеллекта.

Для детали из базы данных нужно выбрать материал необходимой прочности, с определёнными температурными параметрами и т. д. По «заявке» ЭВМ отыскивает требуемые наборы материалов и предлагает человеку. Конструктор же, руководствуясь своим опытом, даёт ЭВМ задание при известных характеристиках выбранного материала рассчитать прочностные, температурные и другие поля детали. Если результаты расчёта его удовлетворяют, работа закончена и деталь готова. Если нет, то он выбирает другой подходящий материал, и все повторяется снова. Как видим, конструктор и ЭВМ вступают в контакт в диалоговом режиме, и все, что должны были делать помощники, используя справочники и соответствующие схемы расчёта, делает ЭВМ. Она заменяет теперь человека не только в выполнении механической работы, но и в логических выводах.

Именно там, где начинается логика и логические выводы, начинается проявление искусственного интеллекта. Человек постепенно передаёт все больше и больше своих функций конструктора-исследователя машине, оставляя за собой лишь самые принципиальные, где не обойтись без творчества и незапрограммированного знания.

Особое место моделирование интеллекта занимает в развитии современной науки. Я не говорю, например, о выводе новых математических теорем, хотя здесь с помощью алгебры логики уже достигнуто многое, в частности ленинградской школой профессора Н.А. Шанина, добившейся выдающихся результатов в доказательстве теорем в теории множеств. Возьмём более простые вещи. Всех нас учат в школе решать геометрические и тригонометрические задачи. Но этому же можно «выучить» и ЭВМ. Так что если учёному в ходе исследования потом встретится какая-нибудь задача из Эвклидовой геометрии, она будет немедленно решена машиной.

Далее. В математике, и особенно в вычислительной математике, сегодня отработано много универсальных и специализированных алгоритмов решения задач, связанных с линейной алгеброй, дифференциальными и интегральными уравнениями. Из них также реально построить базы данных и поисковые системы для выбора алгоритмов, с помощью которых задача будет решена ЭВМ наилучшим образом. И это - элемент искусственного интеллекта.

Точное интегрирование, дифференцирование, разложение функций в ряды тоже становится сферой, которую человек уже передаёт электронной вычислительной технике.

Средства интеллектуализации решения задач на ЭВМ и основные модели будут в обозримом будущем развиваться на основе диалога человека и машины. Именно в кооперации высшего интеллекта человека, не поддающегося полному описанию, и все более совершенствуемых элементов искусственного интеллекта ЭВМ с её уникально быстрым перебором массивов данных, необходимой информации и поиском различных оптимизаций - перспектива использования электронных вычислительных машин.

Пока же на повестке дня стоит гораздо более скромная цель: научить ЭВМ понимать нас на уровне пусть простого, но естественного языка; давать советы человеку, не посвящённому в тонкости алгоритмов решения сложных задач; отыскивать оптимальные варианты решений; отражать объёмную информацию в виде графиков и голограмм; отвечать нам синтезированной речью.

Таков далеко не полный, но основной перечень проблем искусственного интеллекта, которым человек наделяет ЭВМ. Наделяет для повышения темпов научного поиска, скорости и качества проектно-конструкторских работ, для информационного обеспечения и управления производственными процессами. Если к этому добавить активное использование ЭВМ в медицине, банковском деле, в торговле, на транспорте и ещё во множестве других сфер, то перед нами раскроется поистине бескрайний горизонт применения ЭВМ. Предел их применимости сегодня может поставить лишь наше воображение.

- Как же будет выглядеть промышленно развитое общество при массовом внедрении достижений электронной вычислительной техники? Где изменения, вызванные ЭВМ, будут наиболее заметными?

- Г.М.: Прежде всего в общественном производстве. Изменится содержание самого труда и в десятки раз увеличится его производительность.

Современное серийное производство основано на разделении труда, на выполнении специализированных операций, не требующих особенного умения, а ЭВМ в громадной степени увеличивают возможности его полной автоматизации, упраздняя повторяющиеся, монотонные, утомительные для человека операции. Так что такого рода рабочие места исчезнут на промышленных предприятиях в первую очередь. Но не только они. Сегодня на многих заводах уже действуют станки с числовым программным управлением или даже специальные обрабатывающие центры. Однако не надо забывать, что с их появлением изменился характер обязанностей квалифицированного рабочего-станочника. Он теперь лишь наблюдает за автоматизированным оборудованием. Фигура токаря-виртуоза уходит в прошлое. И наоборот, возрастает нужда в специальностях высшей квалификации - в инженерах по эксплуатации микроэлектронной техники, знатоков программного обеспечения.

В следующем веке - а до его наступления рукой подать - большинство рабочих мест в промышленности будут выглядеть совершенно по-иному. Их займут роботы, которые могут «видеть», «слышать», «осязать», реагировать на ультрафиолетовое, инфракрасное или радиоактивное излучение, самопрограммироваться и перепрограммироваться. Уже создаются первые полностью автоматизированные предприятия, где практически отсутствует живой человеческий труд. Автоматы, не знающие отдыха 24 часа в сутки, с производительностью, неизмеримо более высокой, чем у человека, да к тому же «воспроизводящие» сами себя, - близкая реальность.

И к этой реальности нужно быть готовым. Надо по-другому учить школьников (реформа средней общеобразовательной школы уже осуществляется), перестраивать всю систему высшего образования, изменить характер подготовки и переподготовки техников и рабочих, научить руководителей предприятий эффективно использовать электронную технику.

Наука, техника, производство, научно-технический прогресс в целом требуют, чтобы центр внимания при подготовке специалистов всех категорий перемещался от простого усвоения больших объёмов информации к её творческому усвоению, восприятию непрерывно меняющихся представлений, новых тенденций современного развития.

Само появление ЭВМ даёт мощный импульс к созданию таких методик обучения в школах, техникумах и вузах, какие усиливали бы творческие способности человека, вооружённого вычислительной техникой.

Одним словом, всем надо менять привычные приёмы труда и снова идти учиться. Учиться жить и работать в новом, стремительно меняющемся мире, который немыслим без самого широкого использования современной вычислительной техники.

К размещению в Виртуальном музее статью подготовили Понарин О.С., Фёдорова А.П., г. Брест.
Из книги «Горизонты научного поиска», Марчук Г.И. Издательство «Советская Россия», Москва, 1987 г.
17 Февраля 2017

Начало