Вычислительная техника и содержание труда инженера

    Министерство  образования и науки Российской Федерации

    ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет  имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

    Институт  радиоэлектроники и информационных технологий – РТФ

    Кафедра «Радиоэлектроника информационных систем» 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ИНФОРМАЦИОННЫЕ  СИСТЕМЫ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ 

    Реферат по дисциплине «Введение в направление» 

    Тема  реферата 

    Вычислительная  техника и содержание труда инженера 
 
 
 
 
 
 

    Подпись                    Дата

    Преподаватель ______________________________  (Ф.И.О.) 

    Студент  ___________________________________   (Ф.И.О.) 

    Группа  ______ Риз-110408______  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Екатеринлург

    2011 

                                 Содержание

Введение. 3

Вычислительная техника. 5

Поколение  ЭВМ. 10

Содержание труда  инженера. 20

Заключение. 22

Список литературы. 25 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

 На протяжении  всей истории человечество овладело  сначала веществом, затем энергией  и, наконец, информацией. На  заре цивилизации человеку хватало  элементарных знаний и первобытных  навыков, но постепенно объем  информации увеличивался, и люди  почувствовали недостаток индивидуальных  знаний. Потребовалось научиться  обобщать знания и опыт, которые  способствовали правильной обработке  информации и принятию необходимых  решений, иными словами, необходимо  было научиться целенаправленно  работать с информацией и использовать  для ее получения, обработки  и передачи компьютерную информационную  технологию. 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. В современном  обществе к общей культуре  человека добавилась еще одна  категория – информационная. 

Мир сейчас находится на пороге информационного  общества. Началом такого перехода стало внедрение в различные  сферы деятельности человека современных  средств обработки и передачи информации. Переход от индустриального  общества к информационному осуществляется благодаря информатизации общества – процессу, при котором создаются условия, удовлетворяющие потребности любого человека в получении необходимой информации. Основную роль, в информационном обществе, будет играть система распространения, хранения и обработки информации, образуя информационную среду, которая может обеспечить любому человеку доступ ко всей информации. 

Новые технологии являются главной движущей силой  в дополнение к существующим силам  мирового рынка. Всего несколько  ключевых компонентов - микропроцессоры, локальные сети, робототехника, специализированные АРМ, датчики, программируемые контроллеры - превратили в реальность концепцию  автоматизированного предприятия. 

В XXI веке образованный человек – это человек, хорошо владеющий информационными технологиями. Ведь деятельность людей все в  большей степени зависит от их информированности, способности эффективно использовать информацию. Для свободной  ориентации в информационных потоках  современный специалист любого профиля  должен уметь получать, обрабатывать и использовать информацию с помощью  компьютеров, телекоммуникаций и других средств связи. Об информации начинают говорить как о стратегическом ресурсе  общества, как о ресурсе, определяющем уровень развития государства. Уже  сейчас при приеме на работу соискателям  предъявляются требования по владению персональным компьютером и основными  прикладными программами. Можно сделать вывод, что в современных условиях информационные технологии становятся эффективным инструментом совершенствования управления предприятием, особенно в таких областях управленческой деятельности, как стратегическое управление, управление качеством продукции и услуг, маркетинг, делопроизводство, управление персоналом. 

                    Вычислительная техника 

Вычислительная  техника, совокупность технических  и математических средств, методов  и приёмов, используемых для облегчения и ускорения решения трудоёмких задач, связанных с обработкой информации, в частности числовой, путём частичной  или полной автоматизации вычислительного  процесса; отрасль техники, занимающаяся разработкой, изготовлением и эксплуатацией  вычислительных машин. 

Задачи, связанные  с исчислением времени, определением площадей земельных участков, торговыми  расчётами и др., относятся к  древнейшим периодам человеческой культуры. Первые примитивные устройства для  механизации вычислений абак, китайские  счёты и математические правила  решения простейших вычислительных задач появились за сотни лет  до н. э. Вычислительные устройства, такие, например, как шкала Непера, логарифмическая  линейка, арифметическая машина французского учёного Б. Паскаля — предшественница арифмометра, были известны уже в 17 в. Промышленная революция 18—19 вв., характеризующаяся бурным для того времени ростом средств производства и его механизацией, дала толчок и развитию В. т. Это обусловливалось прежде всего необходимостью выполнения сложных расчётов при проектировании и строительстве кораблей, сооружении мостов, топографических работах, усложнением финансовых операций и т.п. При этом сложность и количество задач возросли настолько, что решение их в необходимый срок и без механизации самого вычислительного процесса часто оказывалось невозможным. Тогда на смену примитивным счётным устройствам пришли планиметры Дж. Германа и Дж. Амслера, арифмометр В. Т. Однера и др. 

В 1833 английский учёный Ч. Беббидж разработал проект "аналитической машины" — гигантского  арифмометра с программным управлением, арифметическим и запоминающим устройствами. Однако полностью осуществить свой проект ему не удалось, главным образом  из-за недостаточного развития техники  в то время; материалы об этой машине были опубликованы лишь в 1888, уже после  смерти автора. Исследования Беббиджа лишь спустя 100 лет привлекли внимание инженеров, но математики отметили их сразу. В 1842 итальянский математик  Менабреа опубликовал записи лекций Беббиджа, прочитанных в Турине и  посвящённых "аналитической машине". 

Практическое  развитие В. т. в 19 и в начале 20 вв. связано главным образом с  постройкой аналоговых машин (см. Аналоговая вычислительная машина), в частности  первой машины для решения дифференциальных уравнений академика А. Н. Крылова (1904). В 1944 в США была построена  ЦВМ с программным управлением "МАРК-1" на электромагнитных реле; её изготовление стало возможным  благодаря накопленному опыту эксплуатации телефонной аппаратуры, счётно-аналитических  и счётно-перфорационных машин. 

Резкий скачок в развитии В. т. — создание в середине 40-х гг. 20 в. электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ) с программным  управлением. Применение электронных  ЦВМ существенно расширило круг задач; возможными стали такие вычисления, которые ранее были невыполнимы, так как требуемое для этого  время превышало продолжительность  человеческой жизни. Производство электронных  ЦВМ росло чрезвычайно быстро: первая (и единственная) машина "ЭНИАК" была создана в США в 1946, а уже  к 1965 мировой парк насчитывал свыше 50 тыс. ЦВМ различного назначения. Столь  же быстро совершенствовались технические  параметры электронных ЦВМ; в  сотни и тысячи раз возросли их быстродействие и объёмы памяти. 

Первая советская  электронная ЦВМ "МЭСМ" (малая  электронная счётная машина) была построена в АН УССР в 1950 под руководством академика С. А. Лебедева. В 1953 в институте  точной механики и вычислительной техники  также под руководством Лебедева была создана БЭСМ, ставшая предшественницей серии отечественных электронных  ЦВМ ("Минск", "Урал", "Днепр", "Мир" и др.).  

Быстрое совершенствование  В. т. неразрывно связано с интенсивным  развитием электронной техники: первые ЭВМ были ламповыми, однако уже  через несколько лет достижения в технике полупроводников позволили  полностью перейти на полупроводниковое  исполнение, а с начала 60-х гг. 20 в. приступить к микроминиатюризации  схем и элементов ЭВМ, что существенно  повышает их быстродействие и надёжность, уменьшает габариты и потребляемую мощность, удешевляет производство. 

Наиболее  существенно применение средств  В. т. в системах автоматического  управления при сборе, обработке  и использовании информации с  целью учёта, планирования, прогнозирования  и экономической оценки для принятия научно обоснованных решений. Подобные системы управления могут быть как  большими системами, охватывающими  всю страну, район, какую-либо отрасль  промышленности в целом или группу специализированных предприятий, так  и локальными, действующими в пределах одного завода или цеха. 

В. т. широко используется в современных системах обработки информации, для быстрого и точного определения координат  кораблей, подводных лодок, самолётов, космических объектов и т.п. Особой областью применения В. т. являются информационные поисковые системы, обеспечивающие механизацию библиотечных и библиографических  работ и способствующие ликвидации огромных справочных картотек. Быстро расширяющейся сферой применения В. т. является также работа банков, сберегательных касс и других финансовых учреждений, где использование ЦВМ позволяет  централизованно выполнять все  расчётные операции. 

Возрастающее  значение В. т. для нужд народного  хозяйства и приближение её к  потребителям, которые не являются специалистами в области В. т., предъявляют всё более высокие  требования к программам ЭВМ. Разработка программ и программирование становится существенным фактором, определяющим возможности дальнейшего расширения сферы применения В. т. Уже в конце 60-х гг. стоимость математического  обеспечения ЦВМ превысила стоимость  материальной части и имеется  тенденция дальнейшего его увеличения. Для выполнения простых вычислительных операций используют ЦВМ с жёсткой  программой (например, электронные  арифмометры, выполняющие арифметические действия и вычисление простейших функций) и средства малой механизации  счётных работ (кассовые аппараты, счётно-аналитические машины и т.п.). 

Уже первые электронные ЦВМ показали принципиальную возможность производить вычисления с такой скоростью, которая превышает  скорость рассчитываемого физ. процесса. Это позволяет не только предсказывать  возможные отклонения в процессе, но и своевременно корректировать их, вмешиваться в ход процесса, т. е. управлять им (см. Автоматизация  производства). 

Современный научно-технический прогресс характеризуется  прежде всего не только высокой производительностью  и научной организацией труда, но и широкой механизацией и автоматизацией умственной деятельности человека. Алгоритмизация умственной деятельности человека потребовала  интенсивной разработки новых разделов математики, особенно математического  моделирования, логики, лингвистики  и психологии, создания специальных  математических методов анализа, физических, биологических и социальных процессов, математическое исследование которых  было ранее невозможно. 

ЭВМ — наиболее мощное средство В. т., появившееся в  результате всё увеличивающейся  осознанной общественной потребности  в повышении эффективности человеческого  труда, стало основной, важнейшей  технической базой кибернетики. Электронные вычислительные и управляющие машины открывают широчайшие возможности в области переработки громадных объёмов информации в кратчайшие сроки. 

                            Поколения ЭВМ 

Историю развития ЭВМ удобно описывать, пользуясь  представлением о поколениях вычислительных машин. Каждое поколение ЭВМ характеризуется  конструктивными особенностями  и возможностями. Приступим к  описанию каждого из поколений, однако нужно помнить, что деление ЭВМ  на поколения является условным, поскольку  в одно и то же время выпускались  машины разного уровня. 

Первое  поколение 

Резкий скачек 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, 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 1943 – 1946 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. ЦУ машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был  серьезный недостаток – исполняемая  программа хранилась не в памяти машины, а набиралась 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. 

 В1951 году  в СССР была создана МЭСМ, эти  работы проводились в Киеве  в Институте электродинамики  под руководством крупнейшего  конструктора вычислительной техники  С. А. Лебедева. 

ЭВМ постоянно  совершенствовались, благодаря чему к середине 50 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. 

Второе  поколение 

Разработчики  ЭВМ всегда следовали за прогрессом в электронной технике. Когда  в середине 50  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 у 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 «Раздан», «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 «Эллиот» (Англия), «Сименс» (ФРГ), «Стретч» (США). 

Третье  поколение 

Очередная смена поколений ЭВМ произошла  в конце 60  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 создан компанией Intel(США) в 1971 г. Это был 4 – разрядный микропроцессор Intel 4004, который содержал 2250 транзисторов и выполнял 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), продолжающаяся и по сей день. Однако четвертое поколение ЭВМ – это не только поколение ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы. 

Влияние персональных компьютеров на представление людей  о вычислительной технике оказалось  настолько большим, сто постепенно из обихода исчез термин «ЭВМ», а  его место прочно заняло слово  «компьютер». 

Пятое поколение 

 Начиная  с середины 90 м- х годов, в  мощных компьютерах начинают  применяться БИС , которые вмещают  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. 

В настоящее  время информатика и ее практические результаты становятся важнейшим двигателем научно-технического прогресса и  развития человеческого общества. Ее технической базой являются средства обработки и передачи информации. Скорость их развития поразительна, в  истории человечества этому бурно  развивающемуся процессу нет аналога. Теперь уже очевидно, что XXI век будет  веком максимального использования  достижений информатики в экономике, политике, науке, образовании, медицине, быту, военном деле и т. д. Последние  десятилетия XX века характерны возрастанием интереса к истории развития информатики, в первую очередь к истории  появления первых цифровых вычислительных машин и их создателям. В большинстве  развитых стран созданы музеи, сохраняющие  образцы первых машин, проводятся конференции  и симпозиумы, выпускаются книги  о приоритетных достижениях в  этой области.  

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 по-прежнему 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. 
 

С 1971 г. по 1974 г. различными фирмами создавались  разные модели ПК. Однако 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 1976 г. для них была разработана  операционная система СР/М. В 1978 г. был  сконструирован гибкий магнитны 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 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 – 16 – 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 или просто 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 1984 – 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  ЭВМЮ 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 ЭВМ 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, создаваемые на основе персональных ЭВМ, территориально распределенные многомашинные вычислительные системы - вычислительные сети - ориентируются  не столько на вычислительную обработку  информации, сколько на коммуникационные информационные услуги: электронную  почту, системы телеконференций  и информационно-справочные системы. 

Специалисты считают, что в начале XXI в. в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды.