Второе поколение ЭВМ (конец 50-х - 60-е г.г.)
Изобретение транзистора в 1948 г. позволило изменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые элементы (транзисторы и диоды), а также более совершенные резисторы и конденсаторы. Один транзистор заменял 40 электронных ламп, работал быстрее, был дешевле и надежнее. Изменилась технология соединения элементной базы: появились первые печатные платы - пластины из изоляционного материала, на которых размещались транзисторы, диоды резисторы и конденсаторы. Печатные платы соединялись с помощью навесного монтажа. Сократилось потребление электроэнергии, и уменьшились в сотни раз размеры. Производительность таких ЭВМ до 1 млн. оп./сек. При выходе из строя нескольких элементов производилась замена всей платы, а не каждого элемента в отдельности. После появления транзисторов самой трудоемкой операцией при производстве компьютеров стало соединение и спайка транзисторов для создания электронных схем. Появление алгоритмических языков облегчило процесс составления программ. Введен принцип разделения времени — различные устройства ЭВМ стали работать одновременно. В 1965 г. фирма Digital Equipment выпустила первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник и стоимостью всего 20 тысяч долларов.
Третье поколение ЭВМ (конец 60-х - 70-е г.г.)
В 1958 году Джон Килби впервые создал опытную интегральную схему или чип. Интегральная схема выполняла те же функции, что и электронная в ЭВМ второго поколения. Она представляла собой пластину кремния, на которой были размещены транзисторы и все соединения между ними. Элементная база — интегральные схемы. Производительность: сотни тысяч — миллионы операций в секунду. Первой ЭВМ, выполненной на интегральных схемах, была IBM-360 в 1968 году фирмы IBM, которая положила начало целой серии (чем больше номер, тем больше возможности компьютера). В 1970 году фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В дальнейшем, количество транзисторов на единицу площади интегральной схемы увеличивалось ежегодно примерно вдвое. Это обеспечивало постоянное уменьшение стоимости и рост быстродействия компьютера. Увеличился объем памяти. Появились дисплеи и графопостроители, происходит дальнейшее развитие разнообразных языков программирования. В нашей стране выпускались два семейства ЭВМ: большие (например, ЕС-1022, ЕС-1035) и малые (например, СМ-2, СМ-3). В то время вычислительный центр оснащался одной - двумя моделями ЕС-ЭВМ и дисплейным классом, где каждый программист мог подсоединиться к ЭВМ в режиме разделения времени.
Четвертое поколение ЭВМ (конец 70-х — по настоящее время)
В 1970 году Маршиан Эдвард Хофф из фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большого компьютера. Так появился первый микропроцессор Intel-4004, который был выпущен в продажу в 1971 г. Этот микропроцессор размером менее 3 см был производительнее гигантской машины. На одном кристалле кремния удалось разместить 2250 транзисторов. Правда работал он гораздо мед-леннее и мог обрабатывать одновременно только 4 бита информации ( вместо 16-32 бит у больших компьютеров), но и стоил он в десятки тысяч раз дешевле (около 500 долларов). Вскоре начался быстрый рост производительности микропроцессоров. Сначала микропроцессоры использовались в различных вычислительных устройствах (например, в калькуляторах). В 1974 году несколько фирм объявили о создании на основе микропроцессора Intel-8008 персонального компьютера, т.е. устройства, рассчитанного на одного пользователя.
Широкая продажа на рынке персональных компьютеров (ПК) связана с именами молодых американцев С. Джобса и В. Возняка, основателей фирмы Apple Computer, которая с 1977 г. наладила выпуск персональных компьютеров «Apple». Росту объема продаж способствовали многочисленные программы, разработанные для деловых применений (редактирование текстов, электронные таблицы для бухгалтерских расчетов).
В конце 70-х годов распространение ПК привело к снижению спроса на большие компьютеры. Это обеспокоило руководство фирмы IBM - ведущей компании по производству больших компьютеров, и оно решило попробовать в качестве эксперимента свои силы на рынке ПК. Чтобы не тратить на этот эксперимент много средств, подразделению, ответственному за этот проект было разрешено не конструировать ПК с нуля, а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. Так, в качестве основного микропроцессора был выбран новейший в то время 16-разрядный микропроцессор Intel-8088. Программное обеспечение было поручено разработать небольшой фирме Microsoft. В августе 1981 г. новый компьютер IBM PC был готов и приобрел большую популярность среди пользователей. Фирма IBM не сделала свой компьютер единым неразъемным устройством и не стала защищать его конструкцию патентами. Наоборот, она собрала компьютер из независимо изготовленных частей и не стала держать способы соединения этих частей в секрете; конструкции IBM PC были доступны всем желающим. Это позволило другим фирмам разрабатывать как аппаратное, так и программное обеспечение. Очень скоро эти фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих для IBM PC и начали сами собирать ПК, совместимые с IBM PC. Конкуренция между производителями привела к удешевлению компьютеров. Поскольку этим фирмам не требовалось нести огромные издержки на исследования, они могли продавать свои компьютеры намного дешевле аналогичных компьютеров фирмы IBM. Совместимые с IBM PC компьютеры называли «клонами» (двойниками). Общее свойство семейства IBM PC и совместимых с ним компьютеров - это совместимость программного обеспечения и принцип открытой архитектуры, т.е. возможность дополнения и замены имеющихся аппаратных средств на более современные без замены всего компьютера.
Одна из самых важных идей компьютеров четвертого поколения: для обработки информации используется одновременно несколько процессоров (мультипроцессорная обработка).
Раздел №2 (3 часа)
Понятие информации
План:
• Понятие информации
• Количественное измерение информации
• Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации
Понятие информации
Информация и её свойства
Одним из базовых понятий, с которым мы столкнёмся в курсе информатики, является, несомненно, понятие информации. Информация, наряду с материей и энергией, является фундаментальной составляющей окружающего мира. В многочисленных работах приводится несколько десятков различных определений этого термина.
Термин «информация» происходит от латинского слова informatio, означающего «разъяснение», «изложение». Первоначально под информацией понималась сведения, передаваемые людьми тем или иным способом, например, устно, письменно, или с помощью специальных средств. С развитием технологии значение термина расширялось, и с середины XX века понятие информации стало включать в себя не только обмен сведениями между людьми, но и между человеком и автоматом, между несколькими автоматами, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу признаков от клетки к клетке (обмен генетической информацией) и т.д.
В настоящее время информация является предметом исследования целого ряда отраслей науки и технологии, таких как философия, физика, биология, лингвистика, информатика, передача данных, ряд социальных наук и многих других.
С материалистической точки зрения информация не существует в отрыве от материального носителя. Например, некоторое слово может быть записано рядом символом на бумаге, может существовать в форме акустических колебаний, когда произносится человеком вслух, может существовать в форме электрических импульсов и нейрохимических реакций в коре головного мозга, когда мысленно обдумывается человеком. Во всех этих случаях слово как идеальная конструкция, как частица информации не существует само по себе, вне материи и энергии. Можно говорить таким образом, что информация всегда проявляется в форме материально-энергетического взаимодействия.
С другой стороны информация не сводится непосредственно к материи или энергии. Из курсов физики и химии вам должны быть известны законы сохранения массы и энергии, утверждающие, что в замкнутых системах общая масса и энергия остаются неизменными с течением времени. То есть, например, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда.
В отличие от них для информации подобного закона сохранения не существует. Информация может возникать и необратимо исчезать. Если мы возьмём лист бумаги, с нанесённым на него текстом, и опустим в банку с кислотой, бумага и чернила распадутся, но суммарная масса вещества останется при этом неизменной. При этом, очевидно, что информация, которая содержалась в записях на этом листе, будет безвозвратно потеряна.
Можно сформулировать следующие специфическое черты информации:
1) не исчезает при потреблении;
2) не передается полностью при обмене;
3) является «неделимой», т.е. имеет смысл только при достаточно полном объеме сведений;
4) зависит от потребителя.
Существуют различные классификации информации. Например, по видам человеческой деятельности можно выделить: научную и техническую информацию. К научной можно отнести информацию логически структурированную, адекватно отражающую те или иные природные закономерности. К технической относят информацию, отражающую закономерности функционирования различных технических систем, конструкций, материалов, технологических процессов и т.п. Часто эти виды информации объединяют в научно-техническую информацию.
По области получения и применения можно выделить физическую, техническую, биохимическую, политическую и т.п. информацию.
По назначению: массовая и специальная.
По форме представления различают документальную информацию, т.е. представленную на бумажном носителе, и внутримашинную (внутреннюю), хранящаяся в электронной форме в памяти ЭВМ, и образующую внутреннее информационное обеспечение вычислительных систем.
С точки зрения практической применимости можно говорить о ценности информации. Ценной является информация, позволяющая её владельцу получить какой-либо выигрыш в своей практической деятельности: материальный, политический, военный и т.п. Ценность информации является критерием при принятии решений о её хранении и защите.
По мере накопления научно-технических данных и знаний возникает понятие информационного ресурса. В современном информационном обществе информация рассматривается как один из важных ресурсов, наряду, например, с полезными ископаемыми или энергией.
Информация существует независимо от того, воспринимается она или нет. Однако проявляется она только при взаимодействии объектов или процессов. Основное понятие теории информации – сообщение (message) – подразумевает наличие некоторого объекта, для которого это сообщение представляет определенную ценность или имеет определенный смысл. Следует особо подчеркнуть, что информация не сводится к материи или энергии. В отличие от них информация может возникать и исчезать. При этом с материалистической точки зрения информация всегда существует в материально-энергетической форме в виде сигналов. Более подробно это положение будет рассмотрено ниже.
В изучаемой отрасли техники термин «информация» имеет довольно узкое значение. Это представленные в цифровой форме числа, тексты, графики, изображения, в том числе цветные, фильмы и видеофильмы, звуковые данные и пр. Часто «информацией» называют только те цифровые коды, которые обрабатываются данным устройством, а те коды, которые исполняют роль сигналов управления этим устройством, к информации уже не относят.
В данном курсе мы будем понимать термин «информация» несколько шире, относя к нему все, что может иметь определенный смысл и выражаться в виде сообщения, которое можно было бы генерировать, передавать, хранить и как-то использовать.