История, современное состояние и перспективы развития вычислительной техники

Вычислительная техника (ВТ) ‑ совокупность технических и математических средств, используемых для механизации и автоматизации математических вычислений и обработки информации. В своем развитии вычислительная техника прошла за сравнительно короткий срок достаточно большой путь от замысла до воплощения в реальные машины. В развитии вычислительной техники принято выделять ряд этапов:

- ручной (до XVII века) ;

- механический (с середины XVII века);

- электромеханический (с 90–х годов XIX века);

- электронный (с 40-х годов XX века).

Впервые счетные устройства, называемые абак, появились, вероятно, в Древнем Вавилоне 3 тыс. лет до н. э. Первоначально это устройство представляло собой доску, разграфлённую на полосы или со сделанными углублениями. Счётные метки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. В 5 в. до н. э. в Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками.

В 1623 году Вильгельм Шиккард придумал «Считающие часы» — первый механический калькулятор, умевший выполнять четыре арифметических действия. Считающими часами устройство было названо потому, что как и в настоящих часах работа механизма была основана на использовании звёздочек и шестерёнок.

В 1642 году Блезом Паскалем, французским учёным, в честь которого в наше время назван один из языков программирования, была сконструирована счётная машина, которая могла выполнять операции сложения и вычитания. Она представляла собой механическую конструкцию с шестерёнками и ручным приводом. Через тридцать лет, немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц построил другую механическую машину, которая помимо сложения и вычитания могла выполнять операции умножения и деления.

В 1822 году Чарльз Бэббидж, профессор математики Кембриджского Университета, разработал и сконструировал аналитическую машину, которая, как и машина Паскаля, могла лишь складывать и вычитать. Поскольку аналитическая машина программировалась на элементарном ассемблере, ей было необходимо программное обеспечение. Созданием программного обеспечения занималась Ада Лавлейс. Таким образом, Ада Лавлейс стала первым в мире программистом. В её честь назван современный язык программирования — Ada.

Работы по созданию отдельных элементов и узлов ЭВМ были начаты в 1937 г. в США Дж. Атанасовым. В 1942 г. им совместно с К. Берри была построена электронная машина ABC. Первая ЭВМ полностью на электрон ?? ных лампах была названа ENIAC.

В 1944 году немецкий инженер Конрад Цузе создал первую модель компьютера, которую сегодня многие считают первым реально действовавшим программируемым компьютером. В этом же году компьютер под названием «Mark I» разработал учёный из Гарварда — Говард Айкен. Его компьютер имел 72 слова по 23 десятичных разряда каждое и мог выполнить любую команду за 6 секунд. В устройствах ввода-вывода использовалась перфолента.

В 1947 году под руководством С.А. Лебедева были начаты работы по созданию малой электронной счетной машины (МЭСМ). Эта ЭВМ была запущена в эксплуатацию в 1951 году и стала первой ЭВМ в СССР и континентальной Европе.

Новые возможности по созданию вычислительной техники открылись с появлением электронных ламп и последующим бурным развитием электроники. Это новый период развития вычислительной техники делится на этапы, непосредственно связанные с уровнем развития элементной базы электронной техники, конструктивно-технологическим исполнением, логической организацией, математическим обеспечением, удобством общения человека с машиной. Смена поколений электронно-вычислительных машин (ЭВМ) происходила революционно, ? ей сопутствовало изменение технико-экономических показателей этих машин: быстродействие, надежность, потребляемая мощность, стоимость, габариты.

В настоящее время выделяют шесть этапов в развитии электронно-вычислительной техники, связанных с развитием элементной базы и промышленных технологий:

- ЭВМ на электронных лампах (1944–1956 гг.);

- ЭВМ на дискретных полупроводниковых и магнитных элементах (диоды, биполярные транзисторы, тороидальные ферритовые микротрансформаторы и ферромагнитные ячейки памяти) (1956–1964 гг.);

- ЭВМ на интегральных элементах малой плотности (1964–1971 гг.);

- ЭВМ на микропроцессорных элементах (1971–1990 гг.);

- ЭВМ на сверхбольших ИС и многопроцессорные системы (с 1990 по настоящее время);

- ЭВМ на новой элементной базе и новых принципах работы (настоящее и будущее).

Появлению первых ЭВМ предшествовали такие фундаментальные изобретения, как электронная лампа (1879), триод (1913). Триод, в отличие от двух электродной лампы, имеет еще один электрод – сетку. Благодаря наличию этого электрода появилась возможность управлять потоком электронов в лампе и создавать на их основе элементы памяти. Работы по созданию отдельных элементов и узлов ЭВМ были начаты в 1937 г. в США Дж. Атанасовым. В 1942 г. им совместно с К. Берри была построена электронная машина ABC. Первая ЭВМ полностью на электрон ?? ных лампах была названа ENIAC. Она была изобретена Эккертом и Маучли и создана в США в 1946 году.

На этапах с первого по третий большой вклад в развитие вычислительной техники внесли советские ученые: С. А. Лебедев, И. С. Брук. Под их руководством были созданы ЭВМ первого поколения МЭСМ – 1951 год (малая электронная счетная машина), БЭСМ – 1952–1953 гг. (большая электронная счетная машина). К машинам первого поколения можно отнести МЭСМ, БЭСМ, М-1, М-2, М-3, «Стрела», «Минск-1», «Урал-1», «Урал-2», «Урал-3»,М-20, «Сетунь», БЭСМ-2, «Раздан». ЭВМ «Сетунь» была построена в 1953 году Н. П. Бруснецовым.

В начале нового столетия наметился определенный сдвиг в разви-

тии собственной элементной базы. В России в середине 2001 года был введен в строй 768-процессорный суперкомпьютер МВС-1000М, обеспечивавший производительность в 1 Терафлоп. После этого Россия вышла на третье место в мире по мощности производимых суперкомпьютеров. В последующие годы совместными усилиями российских и белорусских ученых создан ряд СуперЭВМ серии СКИФ, входящих в первую сотню мирового рейтинга компьютеров по производительности. Самый мощный в России, СНГ и Восточной Европе суперкомпьютер «СКИФ МГУ» занимает 22-е место в миро-

вом рейтинге суперкомпьютеров TOP-500. Пиковая производительность суперкомпьютера «СКИФ МГУ» составляет 60 триллионов операций в секунду (60 Терафлоп).

ЭВМ пятого поколения не связаны с изменением элементной базы. В основу периодизации здесь для отличия их от ЭВМ четвертого поколения положены особенности архитектуры и организация вычислительного процесса. ЭВМ пятого поколения характеризуются наличием сверхсложных микропроцессоров с параллельновекторной структурой, а также СуперЭВМ, содержащих в своей структуре сотни параллельно работающих процессоров, позволяющих строить системы обработки данных и знаний, эффективные

сетевые компьютерные системы.

Современный этап развития ЭВМ можно охарактеризовать как этап развития машинного интеллекта. Вычислительные системы будущего будут ориентированы на обработку знаний и должны располагать развитыми возможностями логического вывода. Важнейшая черта их должна состоять в том, чтобы используемый интерфейс был непосредственно рассчитан на человека. Главными особенностями машин будущего будут речевой ввод-вывод информации и самообучаемость. Технический базис ее должна составить развивающаяся технология сверхбольших интегральных схем, создание памяти повышенного объема, возрастающие возможности высокоскоростных элементов.

Основу архитектуры должны составить системы с распределительными функциями, сетевая архитектура, машина базы данных, быстродействующая машина для численных расчетов, высокоуровневая система человеко-машинного общения. Основными системами программного обеспечения должны стать системы управления базами знаний, системы решения проблем и логического вывода, системы интеллектуального интерфейса.

Основными прикладными системами могут стать системы машинного перевода, вопросно-ответная система, прикладные системы понимания речи, изображений, рисунков, системы поддержки принятия решений.