Появление и развитие электронной вычислительной техники во второй половине ХХ века оказало и продолжает оказывать огромное влияние на мировое общество и мировую экономику. «Значимость информационных технологий на основе компьютеризации носит глобальный характер. Их воздействие касается государственных структур и институтов гражданского общества, экономической и социальной сфер, науки и образования, культуры и образа жизни людей».[1]
Компьютеры - это универсальные электронные вычислительные машины (ЭВМ), используемые для накопления, обработки и передачи информации. «Самое широкое распространение получили персональные компьютеры, предназначенные для индивидуальной работы».[2]
Наиболее часто при выборе компьютера для той или иной сферы применения используется такая характеристика, как производительность, под которой понимается время, затрачиваемое компьютером для решения той или иной задачи. «Понятие «производительность» определяет и некоторые другие характеристики компьютера, такие, например, как объем оперативной памяти. Вполне естественно, что компьютер с высокой скоростью обработки должен снабжаться большим объемом оперативной памяти, так как иначе его производительность будет ограничена необходимостью подкачки информации из более медленной внешней памяти».[3] Можно считать, что производительность является некоторой интегрированной характеристикой, определяющей общую вычислительную мощность компьютера, и, соответственно, области его применения.
По производительности компьютеры можно условно разбить на три класса: суперкомпьютеры; мэйнфреймы; микрокомпьютеры.
По размерам и функциональным возможностям ЭВМ можно разделить на сверхбольшие (суперЭВМ), большие, малые, сверхмалые (микроЭВМ).
Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Первая большая ЭВМ ЭНИАК (Electronic Numerical Integrator and Computer) была создана в 1946 г. (в 1996 г. отмечалось 50-летие создания первой ЭВМ).
Эта машина имела массу более 50 тонн, быстродействие несколько сотен операций в секунду, оперативную память емкостью 20 чисел; занимала огромный зал площадью около 100 кв. м.
Большие ЭВМ за рубежом часто называют мэйнфреймами (Main-frame). Основные направления эффективного применения мэйнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление – использование мэйнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.
Производительность больших ЭВМ оказалась недостаточной для ряда задач: прогнозирования метеообстановки, управления сложными оборонными комплексами, моделирования экологических систем и др. Это явилось предпосылкой для разработки и создания суперЭВМ, самых мощных вычислительных систем, интенсивно развивающихся и в настоящее время.
К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием десятки миллиардов операций в секунду.
СуперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС), которые бывают следующих разновидностей:
– магистральные (конвейерные) МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над последовательным потоком обрабатываемых данных;
– векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными;
– матричные МПВС, в которых процессоры одновременно выполняют разные операции над несколькими последовательными потоками обрабатываемых данных.
Первая суперЭВМ была задумана в 1960 г. и создана в 1972 г. (машина ILLIAC IV), а начиная с 1974 г. лидерство в разработке суперЭВМ захватила фирма Cray Research, выпустившая ЭВМ Cray 1 объемом оперативной памяти 64 Мбайта, а в 1984 г. – ЭВМ Cray ознаменовавшую появление нового поколения суперЭВМ. Объем оперативной памяти – 2 Гбайта.
В настоящее время в мире насчитывается несколько тысяч суперЭВМ (в 1991 г. – 900 шт.), начиная от простеньких офисных Cray EL до мощных Cray 3, Cray 4, Cray Y-MP C90 фирмы Cray Research, Cyber 205 фирмы Control Data, SX-3 и SXX фирмы NEC, VP 2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (ФРГ) и др.
Появление в 70-х гг. малых ЭВМ обусловлено, с одной стороны, прогрессом в области электронной элементной базы, а с другой – избыточностью ресурсов больших ЭВМ для ряда приложений.
Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мэйнфреймами возможностями.
Мини-ЭВМ (и наиболее мощные из них супермини-ЭВМ) обладают следующими характеристиками.
– емкость основной памяти до 512 Мбайт;
– емкость дисковой памяти до 200 Гбайт;
– число поддерживаемых пользователей 16 – 512.
К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мэйнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений. Они более компактны и значительно дешевле больших ЭВМ.
Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов, для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, в системах автоматизированного проектирования, в системах моделирования несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.
Родоначальником современных мини-ЭВМ можно считать компьютеры PDP-11 (Program Driven Processor – программно- управляемый процессор) фирмы DEC (Digital Equipment Corporation – Корпорация дискретного оборудования, США), они явились прообразом и наших отечественных мини-ЭВМ – Системы Малых ЭВМ (СМ ЭВМ): CM 1, 2, 3, 4, 1400, 1700 и др.
Дальнейшие успехи в области элементной базы и архитектурных решений привели к возникновению супермини-ЭВМ – вычислительной машины, относящейся по архитектуре, размерам и стоимости к классу малых ЭВМ, но по производительности сравнимой с большой ЭВМ.
Изобретение микропроцессора (МП) привело к появлению в 70-х гг. еще одного класса ЭВМ – микроЭВМ. Именно наличие МП служило первоначально определяющим признаком микроЭВМ. Сейчас микропроцессоры используются во всех без исключения классах ЭВМ. К этой группе ЭВМ можно отнести персональные компьютеры (рабочие станции, серверы, переносные компьютеры).
Особую интенсивно развивающуюся группу ЭВМ образуют многопользовательские компьютеры, используемые в вычислительных сетях – серверы. Серверы обычно относят к микроЭВМ, но по своим характеристикам мощные серверы скорее можно отнести к малым ЭВМ и даже к мэйнфреймам, а суперсерверы приближаются к суперЭВМ.
Сервер – выделенный для обработки запросов от всех станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим системным ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный сервер часто называют сервером приложений.
Серверы в сети часто специализируются. Специализированные серверы используются для устранения наиболее «узких» мест в работе сети: создание и управление базами данных и архивами данных, поддержка многоадресной факсимильной связи и электронной почты, управление многопользовательскими терминалами (принтеры, плоттеры) и др.
Терминал - устройство, которое не предназначено для работы в автономном режиме, обычно не имеющее процессора для выполнения команд, а выполняющее лишь операции по вводу и передаче команд пользователя более мощному компьютеру и выдаче пользователю результата.[4]
Переносные компьютеры – также быстроразвивающийся подкласс персональных компьютеров.
Большинство переносных компьютеров имеют автономное питание от аккумуляторов, но могут подключаться и к сети.
В качестве видеомониторов у них применяются плоские жидкокристаллические дисплеи, реже – люминесцентные для презентаций или газоразрядные.
Переносные компьютеры весьма разнообразны: от громоздких и тяжелых (до 15 кг) портативных рабочих станций до миниатюрных электронных записных книжек массой около 100 г. Рассмотрим кратко некоторые типы переносных ПК и приведем их характеристики.
Портативные рабочие станции – наиболее мощные и крупные переносные ПК. Они оформляются часто в виде чемодана и носят жаргонное название Nomadic – кочевник. Их характеристики аналогичны характеристикам стационарных ПК – рабочих станций: мощные микропроцессоры, большая оперативная память, гигабайтные дисковые накопители, быстродействующие интерфейсы и мощные видеоадаптеры. По существу, это обычные рабочие станции, питающиеся от сети, но конструктивно оформленные в корпусе, удобном для переноса, и имеющие, как и все переносные ПК, плоский жидкокристаллический видеомонитор. Nomadic обычно имеют модемы и могут оперативно подключаться к каналам связи для работы в вычислительной сети.
Портативные (наколенные) компьютеры типа «Lap Top»оформляются в виде небольших чемоданчиков размером с «дипломат», их масса обычно в пределах 5 – 10 кг. Аппаратное и программное обеспечение позволяет им успешно конкурировать с лучшими стационарными ПК. В современных Lap Top часто используются микропроцессоры Pentium III, Pentium IV с большой тактовой частотой.
Компьютеры-блокноты (Note Book и Sub Note Book, их называют также и Omni Book – «вездесущие») выполняют все функции настольных ПК. Конструктивно они оформлены в виде миниатюрного чемоданчика (иногда со съемной крышкой) размером с небольшую книгу. По своим характеристикам во многом совпадают с Lap Top, отличаясь от них лишь размерами и несколько меньшими объемами оперативной и дисковой памяти (НГМД и винчестер часто внешние). Вместо винчестера некоторые модели, особенно среди Sub Note Book (уменьшенный вариант Note Book), имеют энергонезависимую Flash-память емкостью 10 – 20 Мбайт.
Многие модели компьютеров-блокнотов имеют модемы для подключения к каналу связи и соответственно к вычислительной сети. Некоторые из них для дистанционного беспроводного обмена информацией с другими компьютерами оборудованы радиомодемами и оптоэлектронными инфракрасными портами (последние обеспечивают межкомпьютерную связь на расстоянии нескольких десятков метров и в пределах прямой видимости).
Питание Note Book осуществляется от портативных аккумуляторов, обеспечивающих автономную работу в течение 3 – 4 ч.
Карманные компьютеры (Palm Top, что значит «наладонные») имеют массу около 300 г.; типичные размеры в сложенном состоянии 150 × 80 × 25 мм. Это полноправные персональные компьютеры, имеющие микропроцессор, оперативную и постоянную память, обычно монохромный жидкокристаллический дисплей, портативную клавиатуру, порт-разъем для подключения в целях обмена информацией к стационарному ПК.
Электронные секретари (PDA – Personal Digital Assistant, иногда их называют Hand Help – ручной помощник) имеют формат карманного компьютера (массой не более 0,5 кг), но более широкие функциональные возможности, нежели Palm Top (в частности: аппаратное и встроенное программное обеспечение, ориентированное на организацию электронных справочников, хранящих имена, адреса и номера телефонов, информацию о распорядке дня и встречах, списки текущих дел, записи расходов и т.п.), встроенные текстовые, а иногда и графические редакторы, электронные таблицы.
Большинство PDA имеют модемы и могут обмениваться информацией с другими ПК, а при подключении к вычислительной сети могут получать и отправлять электронную почту и факсы. Некоторые из них имеют даже автоматические номеронабиратели. Новейшие модели PDA для дистанционного беспроводного обмена информацией с другими компьютерами оборудованы радиомодемами и инфракрасными портами.
Электронные записные книжки (organizer – органайзеры) относятся к «легчайшей категории» портативных компьютеров (к этой категории кроме них относятся калькуляторы, электронные переводчики и др.); масса их не превышает 200 г.
Органайзеры пользователем не программируются, но содержат вместительную память, в которую можно записать необходимую информацию и отредактировать ее с помощью встроенного текстового редактора; в памяти можно хранить деловые письма, тексты соглашений, контрактов, распорядок дня и деловых встреч. В органайзер встроен внутренний таймер, который напоминает звуком о деле в заданное время. Есть защита информации от несанкционированного доступа, обычно по паролю. Есть разъем для подключения к компьютеру, небольшой монохромный жидкокристаллический дисплей.
Благодаря низкому потреблению мощности питание от аккумулятора обеспечивает без подзарядки хранение информации до 5 лет.
Терминал - устройство, которое не предназначено для работы в автономном режиме, обычно не имеющее процессора для выполнения команд, а выполняющее лишь операции по вводу и передаче команд пользователя более мощному компьютеру и выдаче пользователю результата.
Наиболее революционные изменения в сфере обработки информации произошли после широкого внедрения в 80-х годах в общественную жизнь персональных компьютеров (ПК) или персональных ЭВМ (ПЭВМ). «Появление персональных компьютеров связано с микроминиатюризацией всех основных узлов и элементов вычислительных машин».[5] Персональный компьютер, многократно превосходящий по своим возможностям и по своей вычислительной мощности первые вычислительные машины, теперь умещается на письменном столе и может использоваться специалистом индивидуально.
Итак, персональные компьютеры - это малогабаритные вычислительные машины, которые могут быть установлены на любом рабочем месте. Наиболее известны и распространены персональные компьютеры IBM PC и Macintosh.
Минимальный состав персональных компьютеров:[6]
1) системный блок;
2) дисплей;
3) клавиатура.
Дисплей - это устройство отображения информации на электронном экране. Дисплеи в персональных компьютерах могут быть цветными и черно-белыми. Информация на дисплеях обычно отображается как в телевизоре - на экране электронно-лучевой трубки.
Клавиатура содержит клавиши, как правило, латинского и русского алфавитов. Кроме того, на клавиатуре имеются цифры и другие специальные знаки. Нажимая на эти клавиши, можно вводить в компьютер самую разную информацию - числа, слова, фразы, а также команды управления компьютером.
Мышка -устройство, которое подсоединяется к персональному компьютеру электрическим шнуром и которое можно перемещать по столу.
Системный блок содержит процессор и оперативную память. Возможности компьютеров зависят от типа и быстродействия процессора, а также от объемов оперативной и долговременной памяти. Во всех современных персональных компьютерах в системный блок входят также накопители на магнитных дисках.
Процессор - это устройство управления компьютером. Быстродействие компьютеров определяется числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Основной функцией процессоров является автоматическое управление работой ЭВМ с помощью программ, размещаемых в оперативной памяти. «Одним из выдающихся достижений эволюционного развития вычислительной техники явилось создание первого микропроцессора фирмой Intel в 1971 году».[7] Этот микропроцессор, состоящий из 2250 транзисторов в кристалле (чипе) площадью менее 1 см2, получил наименование 4004. Он позволяет выполнить сложение двух 4-битных чисел за 11 микросекунд (1 мкс = 10-6 с). В1972 году фирма Intel выпустила 8-битный микропроцессор 8008, а в 1974 году - микропроцессор 8080 (4500 транзисторов, 8-битный), который на несколько лет стал фактическим стандартом микрокомпьютерной технологии. С тех пор фирма Intel (Integrated Electronics - интегральная электроника) является признанным лидером в области микроэлектроники.
В компьютерах первого поколения быстродействие процессоров составляло несколько тысяч операций в секунду, второго поколения - несколько десятков тысяч, а в машинах третьего поколения - несколько сотен тысяч операций в секунду.
Быстродействие персональных компьютеров четвертого поколения - несколько миллионов операций в секунду. В компьютерах следующих поколений быстродействие будет составлять десятки и даже сотни миллионов операций в секунду.
В персональных компьютерах IBM PC используются процессоры фирмы Intel. В компьютерах младших моделей процессоры Intel - 8086, 286, 386 и 486, а в старших моделях процессоры серии Pentium - Pentium, Pentium II, Pentium III и т.д. В персональных компьютерах Macintosh применяются процессоры фирмы Motorola.
Программа - это последовательность команд и данных, которые могут интерпретироваться ЭВМ. Программы определяют конкретные функций и роли ЭВМ от игрового автомата и редактора текстов до рабочего места президента крупной фирмы или страны.
Оперативная память в персональных компьютерах типа IBM PC и Macintosh составляет несколько мегабайт. В больших современных ЭВМ объем оперативной памяти достигает порядка десятков мегабайт, а в компьютерах новых поколений - сотни и тысячи мегабайт. «В оперативной памяти компьютер хранит данные и программы, которые выполняет процессор. Эти программы и обрабатывают эти данные. Однако информация, которую компьютер записывает во временную память, исчезает при его выключении».[8]
Для долговременного хранения информации и программ в персональных компьютерах используются магнитные диски - гибкие и жесткие. Информация в оперативной памяти удаляется после выключения компьютера. Информация на магнитных дисках может храниться после выключения ЭВМ до следующих сеансов работы.
Жесткие диски- это устройства долговременного хранения информации, программ и данных в ЭВМ. В персональных компьютерах жесткие диски находятся внутри системного блока и служат для постоянного хранения программ, данных, архивов и т. п.
Объем памяти на жестких дисках в современных компьютерах имеет диапазон от нескольких мегабайт до нескольких гигабайт. В компьютерах новых поколений объем памяти на жестких магнитных дисках будет составлять десятки и сотни гигабайт.
Гибкие диски - это сменные носители информации, на которых программы и данные можно хранить отдельно от ЭВМ. Гибкие диски используются для личного хранения и переноса программ и данных от одного компьютера к другому. Объем памяти на наиболее широко распространенных гибких магнитных дисках составляет от 360 Кбайт до 1,4 Мбайт.
К современным персональным компьютерам может быть подсоединен целый ряд дополнительных устройств. Наиболее часто к ним подключаются принтеры, модемы и компакт-дисководы. Компакт-дисковод - это устройство для считывания компакт-дисков.
Компакт-диски- это оптические диски с голографической записью информации. Особенность компакт-дисков — большой объем записанной на них информации, равной объему информации порядка 500 гибких дисков.
Компакт-диски- это средство для постоянного хранения информации, которая записывается один раз и может многократно считываться на ЭВМ. Компакт-диски - наиболее удобное средство для хранения и переноса больших объемов информации. Объем памяти на компакт-дисках составляет до 780 Мбайт.
Принтер - это печатающее устройство, подсоединяемое к компьютерам. Наибольшее распространение получили три типа принтеров, различающихся скоростью и качеством печати: матричные, струйные и лазерные. Самые простые и дешевые среди них - матричные, самые быстрые и качественные - лазерные, а струйные - самые качественные среди дешевых принтеров.
Модем - это устройство передачи информации по линиям телефонной связи. С помощью модемов персональные компьютеры могут подключаться через телефонную сеть к другим компьютерам, а также входить в различные телекоммуникационные компьютерные сети.
[1] Каратанов В.В., Козлов Д.Ю., Левин В.К., Платонов И.Д. Тенденции развития проблематики специализированных компьютерных систем. Феноменологические аспекты// Информационное общество. – 2001. - №4. – с. 59
[2] Воройский Ф. С. Информатика. Энциклопедический словарь-справочник: введение в современные информационные и телекоммуникационные технологии в терминах и фактах. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. – с. 169
[3] Соболь Б.В. Информатика: учебник. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. – с. 86
[4] Экономическая информатика: Учебник / Под ред. В.П. Косарева, Л.В. Еремина. - М.: Финансы и статистика, 2002. – с. 60
[5] Степанов А.Н. Информатика: Учебник для вузов. – СПб.: Питер, 2006. – с. 31
[6] Бастриков М.В., Пономарев О.П. Информационные технологии управления. [электронный ресурс]: - Электрон.дан. - Калининград: Институт «Калининградская высшая школа управления», 2005. - 1 CD-ROM.
[7] Стариков А. В. Основы информатики: учеб. пособие. В 2 ч. Ч 1. Введение в информатику. Программно-техническая организация персонального компьютера. – Воронеж: ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2007. – с. 39
[8] Ишанов С. А., Клевцур С. В., Мациевский С. В. Информатика: Учебное пособие. - Калининград: Изд-во КГУ, 2003. - с. 17