Московски държавен университет за печатни изкуства

Технически средства за компютърни системи

Урок

През последните малко повече от 50 години от създаването на първите компютри (компютри), сферата на тяхното приложение стана много по-широка, отколкото би могло да си представим в най-смелите прогнози. Ето далеч не пълен списък на областите на научната, техническата и административната дейност, където компютрите се използват активно:

• обработка на резултатите от научните изследвания (както в естествените, така и в хуманитарните науки);

• математическо моделиране в различни науки (моделирането стана широко разпространено при решаване на икономически проблеми, при управление на производствени и технологични процеси) и в областта на образованието (бизнес и организационни игри, симулатори и др.);

• системи за извличане на информация и банки данни, използвани във всички области на националната икономика;

• извършване на технически изчисления (изчисления на движението на въздухоплавателни средства, проектни изчисления, автоматизирани работни станции и др.);

• имитация на творчески процеси (проблеми на изкуствения интелект, изследвания на мисленето и психиката и др.);

• автоматизирани системи за контрол (от контрол на процеса до управление на индустрията);

• автоматизирани системи за обучение (както обучение, така и наблюдение);

• автоматизирани системи за научни изследвания, които са станали широко разпространени както за обработка на резултатите от експерименти, така и за управление на експеримента;

• роботизация на производството (от металорежещи машини с цифрово управление до универсални роботи от поколението);

Компютрите, първоначално предназначени само за извършване на сложни изчисления, сега се използват и за моделиране на сложни системи и (главно) за съхранение и обработка на информация.

Първите опити за създаване на (механични) компютри са предприети от английския математик C. Babbage, който през 1822 г. произвежда работещ модел на машина, която се нарича „машина за разлика“. По-нататъшно развитие на възгледите на Ч. Бабидж е проектът на „аналитичната машина“, предложен от него, в който той предвижда основните принципи на структурата на съвременните компютри. Последователността на действията на тази машина беше зададена на специални перфокарти, които могат да се движат напред-назад в зависимост от знака на резултата от изчисленията. По този начин стана възможно да се промени последователността на действията в хода на изчисленията. Този принцип, по-късно наречен принцип на гъвкавия софтуерен контрол, е основната разлика между компютър и изчислителни устройства (като абакус, абакус и др.).

За да накара машината да работи, беше необходимо да се изготви програма за нея - поредица от команди, които контролират прехвърлянето на информация и движението на перфокартите.

Дъщерята на Байрон, лейди Ада Лавлейс, се заинтересува от проекта на „аналитичната машина“, разработи първите програми за нея, доказвайки по този начин нейните универсални възможности. Това дава основание да се смята А. Ловлейс за първия програмист в света.

Почетното място в създаването на компютърни технологии принадлежи на учени и изобретатели на Русия. Устройствата за броене на F.M. Слободски (1828), 3.Я. Слонимски (1845), И. Щофел (1846), Ю.М. Дякова (1874) и др.

Изключителен руски изобретател е известният математик и механик П. Л. Чебишев, който през 1878 г. построява оригинална сумираща машина, а през 1887 г. - първата в света изчислителна машина, която автоматично извършва умножение.

Името на Г. Холерит е свързано с развитието на технологията за броене и перфориране, който през 80-те години на XIX век е изобретил машина, която автоматизира процеса на обработка на информация и хартиена перфокарта като носител на информация. Изобретенията на Х. Холерит са прототипите на съвременните табулатори и броячни и перфориращи устройства.

През 1896 г. Холерит основава компания за производство на перфокарти и щанцови машини, която след това се трансформира в IBM, най-големият производител на компютърни технологии.

В края на 30-те години на XX век се появяват първите проекти на електронни компютри.

През 1937 г. в университета в Айова проф. Дж. В. Атанасов започва работа по създаването на електронен компютър за решаване на задачи от математическата физика. Той изобретява първите електронни схеми, за първи път използва двоичната бройна система в компютър. Втората световна война не позволи на Атанасов да завърши работата си.

През същата 1937 г. GG Aiken от Харвардския университет (САЩ) предлага проект за голяма релейна машина, която се задвижва от 5-литров мотор. с. Тази машина е построена едва през 1944 г. от IBM и е представена като подарък на Харвардския университет. Наречен е МАРК-1. Машината MARK-1 все още не можеше да се нарече универсален компютър, тъй като нямаше гъвкаво управление на програмата. Следователно първият компютър се счита за компютър ENIAC, разработен от J. Eckert и J. Mauchley от Университета на Пенсилвания през 1945 г.

Първият компютър с всички необходими компоненти на съвременен компютър (междинна вътрешна памет, съхранявана от програма) е английската машина EDSAC (1949).

В СССР през 1947 г. започва работа по създаването на компютър под ръководството на акад. S.A. Лебедев. Първият домашен компютър MESM е създаден през 1951г.

Историята на развитието на компютрите обикновено се разделя на поколения. Преходът от едно поколение към друго се определя както от развитието на елементарната основа и структура на компютъра, така и от развитието на софтуерния продукт, използван на компютъра.

Нека посочим пет основни характеристики на един компютър, с помощта на които ще опишем поколения компютри.

1. Елементна база - елементите, от които са изградени електронни компютърни схеми.

2. Скорост - средният брой извършени елементарни операции (например операции за събиране) в секунда.

Концепцията за компютърната скорост се нуждае от обяснение. Факт е, че всеки компютър функционира, когато електрическите импулси се подават с определена честота (така наречената тактова честота). Всички промени в състоянията на елементите на електронната схема на компютъра настъпват само в момента на импулса (тактов сигнал). На съвременните компютри тактовата честота се измерва в десетки и стотици милиони тактови сигнали в секунда, т.е. десетки и стотици мегагерци (MHz). Тактовата честота е обективна характеристика на скоростта, тъй като тя се определя от системата от елементи, от които е изграден компютърът.

3. Количеството RAM - количествена характеристика на компютърно устройство, което ви позволява да съхранявате изпълняваните в момента програми и обработваните данни. Измерено в килобайтове (KB, 1 KB = 1024 байта) и мегабайта (MB, 1 MB = 1024 KB).

4. Математическият софтуер е софтуерен продукт, разработен за компютър и предоставен на потребителите.

5. Външни устройства - компютърни устройства, предназначени за лесна употреба, разширяване на възможностите му и др.

I поколение (50-те)

1. Електронни лампи.

2. Десетки хиляди операции в секунда.

3. Десетки килобайта.

4. Езици на машината и примерни програми.

5. Буквено-цифрово печатащо устройство (ADC), телетайп, магнитни барабани („външна памет“), устройства за въвеждане на информация от перфокарти. Компютрите от 1-во поколение се използват главно за научни и технически изчисления. В СССР това са BESM-1 BESM-2, Strela, Ural-1, 2, 4, M-2, M-3, M-20; в САЩ - UNI VAC (1951).

Поколение II (60-те)

2. Стотици хиляди операции в секунда.

3. Стотици килобайта.

4. Алгоритмични езици, библиотеки на стандартни програми, мониторни системи.

5. Магнитни ленти (за BESM - магнитни дискове) като „външна“ компютърна памет.

Компютрите от второ поколение бяха използвани за по-широк клас изчисления, както и за дългосрочно съхранение на информация. СССР е компютър BESM-4, BESM-6; в САЩ - "Атлас".

III поколение (70-80-те)

1. Интегрални схеми (ИС)

2,1-5 милиона операции в секунда.

3. До 8 мегабайта.

4. Операционни системи, машинно последователен софтуер, системи за програмиране и отстраняване на грешки, ориентирани към проблеми системи.

5. Видео терминали (дисплеи), плотери, широкоформатни ADCU, устройства за компютърна интеграция и предаване на информация по комуникационни линии.

Компютрите от трето поколение се използват във всички сфери на националната икономика, те се използват за внедряване на различни автоматизирани информационни системи.

Компютрите от трето поколение бяха разработени и произведени в серия. Компютрите бяха обединени в серия, базирана на софтуерна съвместимост, единна архитектура за всички модели и набор от периферни устройства. В СССР това са компютри от серията EC; в САЩ - компютър YUM-360/370, в Англия - компютър ICL.

IV поколение (80-90-те)

1. Големи интегрални схеми (LSI).

2. Десетки милиони операции в секунда.

3. Десетки мегабайта.

4. Паралелни изчисления, компютърни мрежи, езици на високо ниво в реално време.

5. Миниатюризация и стандартизация на типични лазерни устройства. Компютрите от поколение IV се използват за изграждане на мрежи и бази от знания. От големите компютри от IV поколение в СССР може да се нарече компютърът Elbrus-2, в САЩ - Sgau-1, Sgau-2.

V поколение (до 2000 г.)

1. Ултра-големи мащабни интегрални схеми.

2. Стотици милиарди операции в секунда.

3. Стотици мегабайта.

4. Системи за изкуствен интелект, бази от знания и др.

5. Устройствата за разпознаване, печатащите устройства, по отношение на качеството на печат не отстъпват на печатащото оборудване и т.н.

Компютрите от V поколение трябва да се използват за решаване на глобални проблеми на развитието на обществото.

Компютри в печатарската индустрия. Благодарение на компютъризацията, печатарската индустрия се е променила през последните десет години в по-голяма степен, отколкото през предишния век. Компютърната индустрия се превърна в пряк доставчик на оборудване за предпечат и възпроизвеждане.

С представянето на личния компютър (PC) на пазара през 1982 г., наборниците откриха, че могат да използват евтини стандартни компютри за обработка на текст. От комбинацията "фотонабор - експозиция" тройна комбинация от "обработка на компютър - подготовка на комплект - експозиция".

През 1984 г. Apple Computer представи напълно нов модел компютър, Macintosh, с толкова много промени, че дори вече не можеше да се счита за компютър.

Типографските шрифтове се възпроизвеждат на монитора на модела и се извършва разпечатка с помощта на матрични принтери. През 1985 г. Canon разработи лазерен принтер с по-висока разделителна способност - LaserWriter.

Aldus, софтуерна компания, предлага програма за оформление на Macintosh, наречена PageMaker, която вече не произвежда текст като безкрайна галера, а като обработваемо оформление на страницата, което значително улеснява работата на дизайнера на оформлението. За да се осигури отпечатване на лазерен принтер на шрифтове, линейни чертежи и графики, беше необходимо да се преизчисли графичните елементи в растерния режим. Това трябваше да бъде направено от процесорите за растеризация на изображения (RIP). Apple избра езика на ивици PostScript, разработен от Adobe Systems, и свързания с него RIP процесор.

Също така беше отбелязано в компютърната индустрия, че комбинацията от Macintosh, PageMaker, PostScript и LaserWriter предоставя на организации технология, способна да печата.

PostScript описва шрифтовете и графиките като векторни данни. Това накара Linotype да преработи своето устройство за експозиция Linotronic през 1986 г. за процесори за показване на изображения PostScript. Благодарение на това стана възможно да се показват шрифтове с разделителната способност, необходима за фотонабор. Всъщност Macintosh беше превърнат във външна система, а NIS (настолна издателска система) се превърна в технология за набор. Евтин Macintosh и скъпо устройство за лазерен дисплей разделят набиращите фабрики на поддръжници на НИС (имаше малко) и противници (имаше много повече). Това се дължи главно на факта, че програмата за текстообработка, както и PageMaker, не отговарят на изискванията за качество на писане. Следователно, първоначално бяха представени само няколко устройства за експозиция на PostScript, а две години по-късно в Imprinta 88 бяха предложени само две устройства за експозиция PostScript. Програмата за оформление QuarkXPress, която се появи малко по-късно, стана първата програма, която почти напълно отговаря на изискванията за качество на въвеждане.

След публикуването на учебника „Технически средства за компютърни системи през 2002 г., настъпиха значителни промени в компютърния свят, поради което материалът на урока беше допълнен, като се вземат предвид следните обстоятелства:

- Процесорите от седмо поколение на практика са изместили всички останали;

- многоядрените процесори започнаха да се въвеждат широко;

- областта на мултимедията беше доразвита;

- увеличаването на размера на файла доведе до изместването на 3,5-инчови устройства от електронни USB устройства за съхранение на данни („флашки“) и други.