Вычислительная техника

Структура вычислительной техники. Современная вычислительная техника определяет состояние и пути развития экранной культуры, поэтому необходимо рассмотрение некоторых вопросов ее структуры в целом, структуры и функций ее массовых составляющих - компьютеров и компьютерных сетей, программного обеспечения, аудиовизуальных инструментов и интерфейсов «пользователь - ЭВМ».

Структурно парк вычислительной техники составляют цифровые ЭВМ (ЦВМ), аналоговые ВМ (АВМ) и гибридные ВМ (ГВМ), в которых интегрированы цифровые и аналоговые устройства (с целью наилучшего использования их различных свойств). АВМ приспособлены для решения задач моделирования (а не счета, как ЦВМ) объектов, описываемых, в основном, алгебраическими и дифференциальными уравнениями. АВМ чаще всего конструируются на электрической элементной базе, но имеются модели на механических и пневматически элементах.

В ГВМ элементы ЦВМ используются для выполнения различных функций (в зависимости от назначения конкретных ГВМ): для расчета масштабных коэффициентов, управления последовательностью решения задач и т. п., что образует некоторый ряд типов ГВМ.

Аналоговые ВМ практически не применяются в сфере производства и потребления аудиовизуальной продукции, хотя возможности их использования для моделирования явлений культуры не исключаются. Основой новых аудиовизуальных технологий стали ЦВМ - цифровые ВМ.

Поколения ЭВМ. Началом развития вычислительной техники считаются 40-е гг. XX в., когда были созданы первые сначала электромеханические и релейные, а затем -электронно-ламповые вычислительные машины. Создаваемые в дальнейшем модели ЭВМ принято относить к поколениям вычислительной техники. Разделение ЭВМ по поколениям определяется совершенствованием элементной базы, развитием архитектуры ЦВМ и программных систем и рядом других признаков.

В ЭВМ первого поколения, разработанных в 1950-е гг., в качестве элементной базы использовались электровакуумные приборы. Второе поколение - 1960-е гг. - основывалось на полупроводниковых приборах (транзисторах). Машины 1970-х гг., работавшие на интегральных схемах, относятся к третьему поколению. Четвертое поколение с 1980-х гг. использует большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС).

Микропроцессоры. Микропроцессором (МП), который составляет основу современных ЭВМ, называют специализированную ЭВМ, выполненную на одном кремниевом кристалле и имеющую набор команд, ориентированный на решение какого-либо узкого класса задач. К таким задачам относятся управление кинокамерой, фотоаппаратом, магнитофоном, ракетным или автомобильным двигателем, автоматизированной игрушкой и т.д., в которых они применялись еще до создания ПК.

В начале 1970-х был создан первый универсальный МП Intel-4004 и на его основе - первая микроЭВМ, по мощности равная большим ЭВМ первого поколения (1950-е гг.). Для минимальной комплектации ЭВМ к МП, как центральному процессору (ЦП), необходимо добавить четыре микросхемы, выполняющих функции устройства памяти, устройства управления, интерфейса ввода и интерфейса вывода (данных).

За период существования четырех поколений ЭВМ оперативная память увеличилась от нескольких десятков килобайт у машин первого поколения до нескольких гигабайтов (гигабайт равен миллиарду байтов) у четвертого, а быстродействие возросло от 100 тысяч до миллиардов операций в секунду.

Начало работам по созданию ЭВМ пятого поколения было положено «Отчетом японского Комитета по научным исследованиям в области ЭВМ пятого поколения», опубликованным в 1981 г.

Несмотря на ориентацию на актуальные проблемы японского общества, проект, изложенный в отчете, имеет огромное значение для развития информатики и вычислительной техники во всем мире. Он поставил цели и наметил задачи создания систем аудиовизуального ввода и вывода информации (голосом и изображением), использования естественных языков для общения с ЭВМ и программирования, достижения высокого уровня интеллектуализации ЭВМ.

Решение других задачи, поставленных проектом, должны привести к существенному упрощению программирования путем синтеза программ по описаниям (спецификациям) на естественном языке, к усовершенствованию интерфейса программистов с вычислительными средствами. Поставлены также цели улучшения соотношения «затраты -результат», увеличения быстродействия ЭВМ, достижения легкости и компактности их моделей и высокой эксплуатационной надежности и адаптируемости к приложениям.

Результатами реализации проекта ЭВМ пятого поколения является внедрение проектов глобальных информационных систем, оказывающих существенное влияние на все стороны современной жизни.

Виды ЭВМ. Парк ЭВМ четвертого поколения составляют специальные ЭВМ, микроЭВМ, персональные ЭВМ, миниЭВМ, машины общего назначения, суперЭВМ и машины нетрадиционной архитектуры[18].

Последние применяются в научных исследованиях, в частности, в исследованиях сверхсложных природных систем в метеорологии, геологии и др., а также в обеспечении функционирования систем управления сверхсложными объектами - железными дорогами, крупными нефтепромыслами и т. п. Можно предположить, что в будущем возможно применение таких машин в исследованиях культуры, как сверхсложной системы.

Среди классов ЭВМ, помимо вышеназванных, в настоящее время наиболее распространенными являются рабочие станции, персональные ЭВМ и карманные компьютеры.

Рабочие станции - это миниЭВМ, мощность которых выше мощности самых высокопроизводительных ПК. Они применяются в качестве серверов в компьютерных сетях, в системах автоматизированного проектирования, в качестве рабочих мест локальных вычислительных сетей анимационных студий, рекламных агентств, в других организациях, выпускающих АВИП.

С ростом производительности микропроцессоров ПК, связывающиеся в ЛВС, вытеснили из многих сфер деятельности большие вычислительные комплексы, отличавшихся от суперЭВМ более высокой мощностью каналов ввода и вывода информации.

Вместе с развитием вычислительных устройств совершенствуются внешние устройства ЭВМ - дисплеи и принтеры, устройства внешней памяти на магнитных и лазерных дисках, цифроаналоговые преобразователи, устройства межмашинной передачи данных и др., обеспечивающие взаимодействие ЭВМ с внешней средой (приемниками и источниками информации).

В соответствии с возможностями элементной базы от поколения к поколению совершенствуются периферийные устройства (ввода, вывода, отображения данных и др.) устройства памяти, операционные системы и системы программных средств разработки программ - языков программирования и трансляторов. Возрастают также функциональные возможности и сложность прикладных программ и программных систем, систем управления базами данных и знаний и др., повышается уровень интеллектуальности интерфейса разработчика и пользователя и т. д.

2. К ЦВМ нетрадиционной архитектуры относятся транспьютеры — многопроцессорные ЦВМ, осуществляющие параллельную обработку данных, оптические и оптоэлектронные, а также нейрокомпьютеры, принципы работы которых подобны принципам работы нервной сети человека или нейронных ансамблей мозга.