Перспективы развития компьютерной техники
1
План
2. Введение…………………………………………………………
3.Роль компьютеризации в развитии общества………………………4
4. История создания компьютеров. Поколения электронно - вычислительных машин………………………………………………………8
5.Компьютеры будущего. Перспектива их развития……………….13
5.1. Квантовые компьютеры…………………………………………..13
5.2. Молекулярные компьютеры……………………………………..14
5.3. ДНК-компьютеры…………………………………………
5.4.Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры…………………………14
5.5 Оптические компьютеры…………………………………………..15
6.Тенденция развития компьютерной техники………………………16
Заключение……………………………………………………
Список использованной литературы…………………………………25
2. Введение
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций - преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом новых качеств, характеризируемых инновационным мышлением.
Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
создание программно-управляемых устройств и процессов.
Целью данной работы является изучение прогрессирующего процесса развития компьютерной техники на основании вышеуказанных инноваций.
Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль - информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи.
Информационная технология (ИТ) - процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.
Телекоммуникации - дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи.
Усложнение индустриального производства, социальной, экономической и политической жизни, изменение динамики процессов во всех сферах деятельности человека привели, с одной стороны, к росту потребностей в знаниях, а с другой – к созданию новых средств и способов удовлетворения этих потребностей.
Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.
3. Роль компьютеризации в развитии общества
Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.
Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно появляющемся новом потоке информации ориентироваться становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших потоков информации обусловливается:
чрезвычайно быстрым ростом числа документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ;
постоянно увеличивающимся числом периодических изданий по разным областям человеческой деятельности;
появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских, экономических и др.), записываемых обычно на магнитных лентах и поэтому непопадающих в сферу действия системы коммуникации. Как результат – наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления:
a. появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10лет, к 1970 г. –уже каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно;
b. существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;
c. возникают определенные экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации. Например, по причине соблюдения секретности часто необходимой информацией не могут воспользоваться работники разных ведомств.
Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.
Информатизация общества – организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.
Рассмотрим этот процесс более подробно. История развития информатизации началась в США с 60-х гг.,затем с 70-х гг. – в Японии и с конца 70-х – в Западной Европе.
Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Универсальным техническим средством обработки любой информации является компьютер, который играет роль усилителя интеллектуальных возможностей человека я общества в целом, а коммуникационные средства, использующие компьютеры, служат для связи и передачи информации. Появление и развитие компьютеров – это необходимая составляющая процесса информатизации общества.
Таким образом, "информатизация общества" является более широким понятием, чем "компьютеризация общества", и направлена на скорейшее овладение информацией для удовлетворения своих потребностей. В понятии "информатизация общества" акцент надо делать не столько на технических средствах, сколько на сущности и цели социально-технического прогресса. Компьютеры являются базовой технической составляющей процесса информатизации общества.
Следуя из вышесказанного, можно утверждать, что в информационном обществе центр тяжести приходится на общественное производство, где существенно повышаются требования к уровню подготовки всех его участников. Поэтому в программе информатизации следует особое внимание уделить информатизации образования как направления, связанного с приобретением и развитием информационной культуры человека. Это, в свою очередь, ставит образование в положение "объекта" информации, где требуется так изменить содержание подготовки, чтобы обеспечить будущему специалисту не только общеобразовательные и профессиональные знания в области информатики, но и необходимый уровень информационной культуры. Повсеместное внедрение персонального компьютера во все сферы народного хозяйства, новые его возможности по организации "дружественной" программной среды, ориентированной на пользователя, использование телекоммуникационной связи, обеспечивающей новые условия для совместной работы специалистов, применение информационных технологий для самой разнообразной деятельности, постоянно растущая потребность в специалистах, способных ее осуществлять, ставят перед государством проблему по пересмотру всей системы подготовки на современных технологических принципах. В нашей стране решение этой проблемы находится на начальной стадии, поэтому целесообразно учесть опыт наиболее развитых стран, к числу которых относятся США, Япония, Англия, Германия, Франция, где этот процесс уже получил значительное развитие.
4. История создания компьютеров. Поколения электронно-вычислительных машин
Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе вычислений, возникла очень давно. Считается, что исторически первым и, соответственно, простейшим счетным устройством был абак, который относится к ручным приспособлениям для счета.
Абак – счётная доска, применявшаяся для арифметических вычислений в Древней Греции, Риме, затем в Западной Европе до 18 в. Доска разделялась на бороздки. Одна бороздка соответствовала единицам, другая – десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. В странах Дальнего Востока был распространён китайский аналог абака – суан-пан (в основе счета лежала не десятка, а пятерка), в России – счёты. |
|
Первой дошедшей до нас попыткой решить задачу по созданию машины умеющей складывать многоразрядные целые числа был эскиз 13-разрядного суммирующего устройства разработанный Леонардо да Винчи около 1500 г.
В 1642 году Блез Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел. В основе принципа действия счетчиков в машине Паскаля лежит идея обыкновенной зубчатой пары – двух зубчатых колес, сцепленных между собой. Для каждого разряда имеется колесо (шестеренка) с десятью зубцами, представляющими одну из цифр от 0 до 9. С прибавлением в данном разряде каждой единицы счетное колесо поворачивается на один зубец, т. е. на одну десятую оборота. Требуемую цифру можно установить, поворачивая колесо до тех пор, пока зубец, представляющий эту цифру, не встанет против указателя или окошка. Ознакомившись с трудами Паскаля и изучив его арифметическую машину, Готфрид Вильгельм Лейбниц внес в нее значительные усовершенствования, и в 1673 году сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических операции. Начиная с 19 века, арифмометры получили очень широкое распространение и применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например, расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала специальная профессия- счетчик.
Первая фирма, специализировавшаяся по выпуску счётных машин, была основана в США в 1887 году. В России арифмометры начали выпускаться с 1894 года и производились более 70 лет.
Несмотря на явный прогресс по сравнению с абаком и подобными ему приспособлениями для ручного счета, данные механические вычислительные устройства требовали постоянного участия человека в процессе вычислений. Человек, производя вычисления на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполняемых операций.
Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.
В первой половине 19 века английский математик Чарльз Бэббидж попытался создать универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину, которая должна была выполнять арифметические операции без участия человека. В Аналитическую машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники, и были предусмотрены все основные компоненты, имеющиеся в современном компьютере. Аналитическая машина Бэббиджа должна была состоять из следующих частей:
1. «Фабрика» – устройство, в котором производиться все операции по обработке всех видов данных (АЛУ).
2. «Контора» – устройство, обеспечивающие организацию выполнения программы обработки данных и согласованную работу всех узлов машины в ходе этого процесса (УУ).
3. «Склад» – устройство, предназначенное для хранения исходных данных, промежуточных величин и результатов обработки данных (ЗУ, или просто память).
4. Устройства, способные преобразовывать данные в форму, доступную компьютеру (кодирование). Устройства ввода.
5. Устройства, способные преобразовывать результаты обработки данных в форму, понятную человеку. Устройства вывода.
В окончательном варианте машины у нее было три устройства ввода с перфокарт, с которых считывались программа и данные, подлежащие обработке.
Бэббидж не смог довести работу до конца - это оказалось слишком сложно на основе механической техники того времени. Однако он разработал основные идеи, и в 1943 году американец Говард Эйкен на основе уже техники 20 века – электромеханических реле – смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Еще раньше идеи Бэббиджа были независимо переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 году построил аналогичную машину.
Подлинная революция в вычислительной техники произошла в связи с применением электронных устройств. Первая машина первого поколения ЭВМ ENIAC была создана в США группой специалистов под руководством Джона Моучли и Преспера Эккерта (1945 – 1946 г.г.). Эта машина работала в тысячу раз быстрее, чем Марк-1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода.
Большой вклад в теорию и практику создания ЭВТ на начальном этапе ее развития внес крупнейший американский математик Джон фон Нейман. Совокупность «принципов фон Неймана» породила классическую (фон Неймановскую) архитектуру ЭВМ. Один из важнейших принципов – принцип хранимой программы (программы закладываются в память машины, также как и исходная информация).
Первая ЭВМ, построенная по принципам фон Неймана (EDSAC), появилась в Англии в 1949 году.
Развитие электронной техники в СССР тесно связано с именем академика С.А. Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные ЭВМ: в 1951 году в Киеве – МЭСМ (малая электронная счетная машина) и в 1952 году в Москве – БЭСМ (большая электронная счетная машина). Лебедев руководил и созданием БЭСМ-6 – лучшей в мире ЭВМ второго поколения (ЭВМ, работавшие на полупроводниковых схемах), уровень которой, по мнению экспертов, на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. По своей архитектуре она была ближе к ЭВМ третьего поколения и серийно выпускалась вплоть до 1981 года. В машинах второго поколения появилось замечательное изобретение - алфавитно-цифровое печатающее устройство.
К ЭВМ второго поколения можно отнести отечественные разработки (ЭВМ «Сетунь», «Минск-2», ЭВМ семейства «Урал», «БЭСМ-6», «Раздан»). Характерными их чертами были:
1. Элементарная база: транзисторы;
2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж;
3. Быстродействие: транзисторы заменили на лампы;
4. Габариты: выполнены в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста.
ЭВМ третьего поколения (ЭВМ, работавшие на малых интегральных схемах) появились в конце 60-х годов. В этих машинах в качестве средства общения с ЭВМ стали использовать видео терминальные устройства – дисплеи (IBM-360 , IBM-370 , EC ЭВМ (машины единой системы) – ЕС-1022 и т.п.).
Новые технологии создания интегральных схем (большие интегральные схемы) позволили разработать в конце 70-х начале 80-х годов ЭВМ четвертого поколения, к которым относятся различного рода микро и мини ЭВМ. И, конечно, венцом развития вычислительной техники стало создание персональных ЭВМ, которые можно отнести к отдельному классу машин четвертого поколения. Именно с этого момента в нашем языке вместо ЭВМ утвердился термин персональный компьютер (ПК). И вычислительная техника устремилась «в массы».
Итак, к первому поколению причисляются компьютеры на электронных лампах (такие, как ENIAC),
• ко второму — транзисторные машины (IBM 7094),
• к третьему — первые компьютеры на интегральных схемах (IBM 360),
• к четвертому — персональные компьютеры (линейки ЦП Intel).
• Что же касается пятого поколения, то оно больше ассоциируется не с конкретной архитектурой, а со сменой парадигмы.
• Компьютеры будущего будут встраиваться во все мыслимые и немыслимые устройства и за счет этого действительно станут невидимыми. Они прочно войдут в повседневную жизнь — будут открывать двери, включать лампы, распределять деньги и выполнять тысячи других обязанностей.
5. Компьютеры будущего. Перспектива их развития
Рассмотрим более подробно понятие компьютеров будущего, которые представлены квантовыми, ДНК, молекулярными компьютерами, биокомпьютерами и оптическими компьютерами.
5.1. Квантовые компьютеры
На сегодняшний день рассматривается много типов квантовых компьютеров, основанных на различных основах и принципах. Квантовые компьютеры – это физические устройства, выполняющие логические операции над квантовым состоянием путем унитарных преобразований, не нарушающих квантовые суперпозиции в процессе вычислений. Очень схематично работа квантового компьютера может быть представлена как последовательность трех операций:
1. Запись (приготовление) начального состояния;
2. Вычисление (унитарные преобразования начальных состояний);
3. Вывод результата (измерение, прецирование конечного состояния).
Проиллюстрируем каждую из этих операций в отдельности:
1.
2.
3.
5.2. Молекулярные компьютеры
Молекулярные компьютеры – вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно органических). В них используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.
По оценкам ученых калифорнийского университета, подобные компьютеры будут в сотни миллиардов экономичнее современных микропроцессоров.
5.3. ДНК-компьютеры
В 2003 году сотрудники лаборатории биомолекулярных компьютеров Вейцмановского научного института (Израиль) объявили о создании новой модели биомолекулярной машины, которая не требует наружного источника энергии и работает в 50 раз быстрее, чем ее предшественники. В последней модели молекула ДНК обеспечивает обработку данных и достаточное количество энергии для выполнения операций. Новый ДНК-компьютер способен производить 330 трлн. Вычислительных операций в секунду.
5.4. Биокомпьютеры или нейрокомпьютеры
Это компьютеры, которые состоят из большого числа параллельно работающих простых вычислительных элементов (нейронов). Элементы образуют нейронную сеть и выполняют единообразные действия. Микросхемы таких компьютеров близки по строению нейронным сетям человеческого мозга. Главной же особенностью нейрокомпьютеров является, безусловно, способность к обучению. Поэтому уже сегодня такие компьютеры применяются на финансовых биржах, где помогают предсказывать колебания курса валют и акций. Они также корректируют полет ракет по заданному маршруту.
5.5.Оптические компьютеры
Многие ЭВМ использую оптику в своем составе: сканеры, дисплеи, лазерные принтеры, оптические диски CD-ROM, DVD-ROM.
Однако у таких компьютеров есть как свои недостатки, так и преимущества. Недостатком является неинтегрируемость его компонентов. Преимуществами же являются:
- Возможность передачи целых изображений за один световой пучок,
- Возможность использования совершенно разных сред передачи, хранения и обработки информации,
- Система не позволяет перехватывать информацию, поскольку ничего не излучает в окружающую среду и т.д.
6.Тенденция развития компьютерной техники
Одним из основных направлений применения персональных компьютеров является создание программно-аппаратных комплексов, которые обеспечивают оперативное удовлетворение информационных потребностей специалистов разных областей, при этом, не требуя от пользователей специализированных знаний в сфере системного программирования. Такие аппаратно-программные комплексы называют АРМами (автоматизированными рабочими местами), которые нацелены на работу прикладных специалистов.
АРМы обеспечивают тенденцию:
- Удобного введения проблемно-ориентированной информации;
- Быстрый доступ к ранее введенных данных;
- Формирования и обработки документов сложной структуры;
- Создания личных картотек, деловых нотаток и т.д.
АРМы начали создавать в меру накопления опыта разработки разных прикладных программных продуктов типа интегрированного пакета Microsoft Office, в состав которого входит мощный текстовый редактор Microsoft Word, процессор электронных таблиц Microsoft Excel, система управления базами данных Microsoft Access, процессор презентаций Power Point и т.д.
Работники разных сфер деятельности с помощью вышеуказанных программ могут выполнять такие базовые операции, как:
1. Смена текстовых либо числовых данных в отдельных ячейках справочной таблицы или в текстовых документах, выведенных на экран;
2. Перемещение по таблице или тексту, открывая при этом другие документы либо таблицы;
3. Раскрывать отдельные ячейки или позиции текстов, вызывая на экраны вспомогательные таблицы, текстовые документы.
Также предусматривается возможность использования графического изображения данных. Средства деловой графики дают возможность пользователю просто виделять те данные, которые он хочет графически представить.
В настоящее время идет дальнейшее совершенствование технологии производства микросхем и вычислительной техники. Интенсивные разработки ведуться по многим направлениям.
Системы распознавания речи часто провозглашаются наиболее естественным интерфейсом для ПК, и их разработка остается одним из самых активных направлений в компьютерной отрасли. Луис Воо, президент и генеральный директор компании Lernout & Hauspie – ведущей фирмы в области речевых технологий, считает, что аппаратное и программное обеспечение достигли уровня, на котором речевой ввод может быть независимым от диктора -- иначе говоря, становится ненужным этап тренировки. Благодаря успехам техники аппаратного и программного шумоподавления, рассказывает Воо, появляются ненаправленные компьютерные микрофоны, способные выделять подаваемые голосом команды из фонового шума, который стоит в комнате. По его мнению, системы с голосовым интерфейсом станут частью повседневной работы с компьютером в течение ближайших трех-пяти лет.
Компьютеры стремительно научаются также мастерски узнавать лица, прослеживать взгляд и даже чувствовать настроение. Именно вокруг таких биометрических технологий построена исследовательская программа IBM под названием Blue Eyes («Голубые глаза»).
Ближайшие перспективы дисплеев можно кратко описать с помощью двух букв - ЖК (жидкокристаллический). У плоских ЖК-мониторов есть несколько преимуществ перед ЭЛТ-дисплеями (ЭЛТ - электронно-лучевая трубка): они легче, меньше и способны обеспечить более высокое разрешение.
Боб О'Доннелл, менеджер отдела дисплеев для ПК в фирме International Data Corporation (IDC), специализирующейся на исследованиях рынка, предполагает, что цена 15-дюймовых ЖК-мониторов не опустится ниже 500 долл. по крайней мере до 2003 г., и даже когда это произойдет, они останутся дороже ЭЛТ. Разработанная EInk технология Immedia основана на вплавлении в тонкие листы пластика микроскопических капсул, содержащих жидкие чернила и крохотные частицы белого цвета, которые реагируют на электрические импульсы. Находящаяся на том же листе микросхема принимает радиосигнал от компьютера и преобразует его в текст или изображение.
Средства беспроводного подключения для блокнотных ПК, несомненно, развиваются очень быстро. iBook - новый продукт Apple -- поддерживает систему беспроводной локальной сети под названием AirPort, позволяющую пользователям соединяться с Internet на расстоянии до 45 м от точки подключения к линии. Dell тоже выпускает беспроводную сетевую плату, которой будут по желанию покупателя комплектоваться блокноты серии Latitude; в дальнейшем компания планирует предоставлять подобную возможность для всех своих портативных и настольных машин. Можно побиться об заклад, что другие компании вскоре последуют примеру этих двух. Наряду с ключевым словом «беспроводной» к будущему мобильных компьютеров часто применяют еще одно - «конвергенция». Хорошим примером здесь может служить устройство PdQ Smartphone компании Qualcomm -- цифровой беспроводной телефон со встроенным в трубку органайзером. PdQ может автоматически дозваниваться по номерам, записанным в органайзере, выводить на экран текстовые сообщения (как в пейджере) и выполнять все стандартные программы Palm. Много похожих беспроводных устройств сейчас находятся в стадии разработки (подробнее см. врезку «Завтрашний день Microsoft»).
