Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение icon

Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение



НазваниеЛекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение
Дата17.10.2016
Размер
ТипЛекция




Лекция 2.

Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней.

Введение. Можно попытаться конкретно обрисовать все те изменения в науке и технике, которые сулит стремительное развитие кибернетики. Прогнозируя воздействие ЭВМ на нашу жизнь в недалеком будущем, мы можем нарисовать радужные картины, которые в будущем вызовут конфуз. Например, этот от времени пожелтевший материал через очень много лет попадет в руки будущих поколений и кто-то из них с усмешкой скажет: "Какая же бедная была у них фантазия!". Представив эту сцену мы откажемся от предсказаний. Также первобытному человеку трудно было угадать последствия изобретения орудий труда. Тогда был сделан первый гигантский шаг становления человеческой цивилизации — появилось продолжение человеческой руки. Сейчас сделан второй шаг: возникло продолжение человеческого мозга.

Распространено мнение, что кибернетика возникла в 40-х годах на базе развитого приборостроения и развитой электроники, благодаря идеям Норберта Винера (1894—1964, амер. ученый, в тр. "Кибернетика" сформулировал основные положения кибернетики.), который занимался в то время вопросами управления артиллерийской стрельбы. Древнегреческое слово "кибернетика" употреблял еще Ампер (1775—1836, Андре Мари, франц. ученый, один из основоположников электродинамики. Построил первую теорию магнетизма) в своей классификации наук.

Кибернетику не могли единолично создать ни Н.Винер, ни ^ Клод Шеннон (р. 1916, Клод Элвуд, амер. инженер и математик. Заложил основы теории автоматов (1938) и основы теории информации (1948—1949 — теорема Шеннона)), ни Джон фон Нейман (1903—1957, (Neumann) Джон (Янош) фон, амер. математик. Родился в Будапеште, с 1930 года в США. Внес большой вклад в создание первых ЭВМ и разработку методов их применения. Труды по функциональному анализу и теории игр.), поскольку необходимая для этого мыслительная работа во много раз превосходит возможности даже самого одаренного человека. Она явилась итогом и завершением длительного пути развития теоретической мысли и практики. Люди, заложившие основы современной формальной логики были типичными "кабинетными" учеными, которые не помышляли ни о каких практических приложениях своих теорий. Готлоб Фреге (1848—1925, нем. математик и философ. Один из основоположников логической семантики.), Давид Гильберт {не путать с Уильямом Гильбертом (1544—1603, англ. физик, автор первого труда по электричеству и магнетизму в 1600г. Ввел термин "электричество". Предположил, что Земля — большой магнит.} (1862—1943, нем. математик, оказал большое влияние на развитие многих разделов математики.), Алан Тьюринг (1912—1954, Алан Матисон, англ. математик. Основатель трудов по математической логике, вычислительной математике. Разработал несколько типов ЦВМ.), как и их предшественники — Вильгельм Лейбниц (1646—1716, Готфрид Вильгельм, нем. философ-идеалист, математик, физик, языковед. Предвосхитил принципы современной математической логики — в 1666г "Об искусстве комбинаторики".), Джорж Буль (1815—1864, (Boole) англ. математик и логик, один из основоположников математической логики.) и другие, были бы, вероятно, удивлены, если бы им в свое время сказали, что их абстрактные результаты в конечном счете трансформируются в фактическое сооружение дорогостоящих приборов, которые составляют гордость и надежду промышленных фирм и организаций.

^ Истоки логики. В начале того длинного пути, который привел к сверхбыстродействующим вычислительным машинам, стояло слово, логос, из которого древние мыслители создали логику. "Официально" создателем логики считается Аристотель (384—322 гг. до н.э.). Отдавая должное титаническому уму Аристотеля, не следует делать ошибочного заключения, что содержание его многочисленных трактатов принадлежит ему лично. В те века не была разработана нормативная сторона вопросов, касающихся приоритета, поэтому не было необходимости ссылаться на предшественников. Имеются материалы, не оставляющие в этом сомнений, например, сочинения Платона (около 427—347 гг. до н.э.).

"Диалоги" Платона, главным действующим лицом которых является Сократ (ок. 469—399 гг. до н.э.), представляют уникальную ценность не только как одно из исторических достижений философской мысли, но они ярко отражают интереснейший период становления аналитической науки, в частности логики [1]. В выступлении Сократа проявляются какие-то не зависящие ни от самого Сократа, ни от какого-либо другого человека законы, которые не позволяют повернуть ход его рассуждений, его речь в любую сторону, а, начиная с некоторого момента, предопределяют ее направления необходимым образом. Суть этих законов в том, что если в начале рассуждения сделаны некоторые утверждения (высказывания, суждения), то в конце его могут быть уже не любые, а лишь вполне определенные утверждения.

Можно ли сказать, что как только была замечена определенная самостоятельность хода рассуждения, тут же возникла логика? Ни в коем случае. Многие тысячи лет об этой самостоятельности знали, но трактовали ее как явление, целиком относящееся к содержанию речи. И только в тот момент, когда в рассуждении был замечен и выделен элемент, связанный исключительно с его формой, родилась логика. А это случилось сравнительно поздно, хотя наверняка раньше, чем были написаны "Диалоги", то есть до Платона и Аристотеля.

А Платона Формальные законы построения рассуждений используются во многих диалогах весьма широко и вполне сознательно. Вообще труды этого мыслителя создают впечатляющую картину постепенного извлечения из разговорного языка логических структур и последующего использования этих структур для целей весьма далеких от обыденной жизни — для построения абстрактных научных теорий.

Возьмем увлекательнейший по своей фабуле (от лат. fabula — басня, рассказ, т.е. в художественном произведении цепь событий, о которых повествуется в сюжете, в их логической причинно-временной последовательности [2].) диалог "Протагор". Рано утром к Сократу приходит возбужденный Гиппократ (Гиппократа, персонажа этого диалога Платона, не следует смешивать с его современником — знаменитым древнегреческим врачом Гиппократом Косским (прибл. 460—377 гг. до н.э.)), принося свежую новость: в Афины приехал знаменитый софист (софистика — греч. sophistike — рассуждение, основанное на преднамеренном нарушении законов логики; учение древнегреческих софистов 5—4 вв. до н.э.) Протагор. Гиппократ много слышал об ораторском искусстве Протагора и, раз уж представился такой случай, не пожалел бы никаких денег, чтобы поучиться у него красноречию. Он просит Сократа пойти с ним к Протагору и походатайствовать, чтобы тот не отказался дать несколько уроков. Сократ, в душе считая Протагора лжемудрецом, намерен отговорить Гиппократа от его затеи. Но сделать это нужно осторожно. И Сократ добивается своей цели в два приема. Сначала, прогуливаясь с Гиппократом еще до визита к Протагору, он затевает такого рода беседу, что Гиппократ, понуждаемый к этому формальными законами рассуждения против своего желания, делает некоторые утверждения, несовместимые с намерением учиться у Протагора. Как это происходит, мы сейчас увидим из приводимого ниже отрывка [3].

"— Скажи мне, Гиппократ, вот ты теперь собираешься идти к Протагору, внести ему деньги в уплату за себя, а, собственно говоря, для чего он тебе нужен, кем ты хочешь стать? Скажем, задумал бы ты идти к своему тезке, Гиппократу Косскому, одному из Асклепиадов (Эскулап — от лат. Aesculapius — в древнеримской мифологии — бог врачевания; то же, что и в древнегреческой мифологии Асклепий; шутливое название врача, медика [4].), чтобы внести ему деньги в уплату за себя, и кто-нибудь тебя спросил бы: "Скажи мне, Гиппократ, ты вот хочешь заплатить тому Гиппократу, но кто он, по-твоему, такой?" — что бы ты отвечал?

— Сказал бы, что он врач.

— А кем ты хочешь сделаться?

— Врачом.

— А если бы ты собрался отправиться к Поликлету аргосцу или Фидию афинянину, чтобы внести им за себя плату, а кто-нибудь тебя спросил, кем ты считаешь Поликлета или Фидия, раз ты решил заплатить им столько денег, что бы ты отвечал?

— Сказал бы, что считаю их ваятелями.

— Значит, сам ты хочешь стать кем?

— Ясно, что ваятелем.

— Допустим... А вот теперь мы с тобой отправляемся к Протагору и готовы отсчитать ему деньги в уплату за тебя, если достанет нашего имущества на то, чтобы уговорить его, а нет, то займем еще и у друзей. Так вот, если бы, видя такую нашу настойчивость, кто-нибудь спросил нас: "Скажите мне, Сократ и Гиппократ, кем вы считаете Протагора и за что хотите платить ему деньги?" — что бы мы ему отвечали? Как называют Протагора, когда говорят о нем, подобно тому, как Фидия называют ваятелем, а Гомера — поэтом? Что в этом роде слышим мы относительно Протагора?

— Софистом называют этого человека, Сократ.

— Так мы идем платить ему деньги, потому что он софист?

— Конечно.

— А если бы спросили тебя еще и вот о чем: "Сам-то ты кем намерен стать, раз идешь к Протагору?"

Гиппократ покраснел, — уже немного рассвело, так что это можно было разглядеть.

— Если сообразоваться с прежде сказанным, — отвечал он, — то ясно, что я собираюсь стать софистом.

— А тебе... не стыдно было бы, клянусь богами, появиться среди эллинов (от греч. Hellen — специалисты по древнегреческому языку и литературе) в виде софиста?

— Клянусь Зевсом (в греческой мифологии верховный бог. Ему соответствует римский Юпитер.), стыдно, Сократ, если говорить то, что я думаю.

Обратим внимание на то, что Сократ расставляет Гиппократу именно формальные ловушки. Сначала он задает такие вопросы, ответ на которые очевидно однозначен (по смыслу). После серии таких подготовительных вопросов — ответов идет основной вопрос, и если ответ на него дается по уже выработанной форме, он дискредитирует собеседника. Но другого ответа собеседник дать не может, поскольку только что "натренировался" в построении структуры "вопрос — ответ"; поэтому он либо признает себя побежденным, либо начинает сердиться и терять самообладание, что тоже выгодно Сократу.

Если говорить "только правду и ничего, кроме правды", разве всегда можно добиться этого? Ведь сколько в толпе слушателей, столько и разных представлений о правде. А вот правила рассуждения, правила умозаключений одни и те же у всех...

Вот и судите, были ли несерьезными упражнения в красноречии, которыми занимались государственные деятели Древней Греции, по легкомыслию ли платили огромные деньги софистам, чтобы научиться искусно плести формальные узоры аргументации. От этого искусства часто зависели судьбы тысяч людей.

В чем состоял вклад Аристотеля, если логические схемы — правила рассуждений — были выделены до него? Прежде всего, в том, что он их систематически описал в серии трудов, составляющих знаменитый "Органон" (В переводе с греческого "органон" означает орудие или метод исследования; под этим названием комментаторы Аристотеля объединили пять его сочинений по логике и методам научного познания: "Категории" — русский перевод 1939 г.; "Об истолковании" — русский перевод 1891 г.; "Аналитики первая и вторая" — русский перевод 1952 г.; "Топика" и "Опровержение софистских аргументов".). В важнейшем из этих трудов — "Первой аналитике" — была изложена силлогистика (от греч. syllogismos — рассуждение, в котором две посылки, связывающие субъекты (подлежащие) и предикаты (сказуемые), объединены общим термином, который обеспечивает "замыкание" понятий (терминов) в заключении.) — главное достижение Аристотеля в логике, от которого идет теория логики, т.е. логика как наука.

Приведем один из аристотелевских силлогизмов: "если A приписывается всем B, а B — всем C, то A необходимо приписывается всем C", например, если свойство быть живым существом (A) приписывается всем двуногим существам (B), а свойство двуногости (B) приписывается всем людям (C), то свойство быть живым существом (A) необходимо приписывается всем людям (C) [5].

Здесь мы ясно видим гигантский шаг вперед, который делает Аристотель по сравнению с Платоном: у Платона логические правила функционируют только в конкретных рассуждениях, Аристотель же отделяет их от содержания и делает предметом специального исследования.

Известный польский логик XX века ^ Ян Лукасевич (1878—1956, член Польской АН с 1937, с 1945 проф. Королевской ирландской академии в Дублине. Построил первую систему многозначной логики. Разработал оригинальный язык для формализации логических выражений.) говорил по этому поводу: "Силлогистика Аристотеля является системой, точность которой превосходит даже точность математической теории, и в этом ее непреходящее значение" [6].

Подводя итог к сказанному, приведем схему подготовки и развития формализованных (формализм — направление в основаниях математики в виде рассуждений с абстрактным подходом) средств научного исследования, сделавших возможными современные достижения кибернетики и логики (Рис.1.).




^ Поколения электронных вычислительных машин. Современные ЭВМ прошли основные этапы развития, тесно связанные с развитием элементной базы вычислительной техники и с математическим обеспечением. Прогресс в области конструирования компонентов и сборочных единиц ЭВМ оказал влияние на принципы построения структур и на схемотехнику ЭВМ [7].

Зарождение вычислительной техники связано с именами ^ Чарльза Беббиджа, Джорджа Буля и Германа Холериза.

В 1833 г. английский математик Чарльз Беббидж впервые сформулировал основополагающий принцип программного управления и принцип "запоминаемой" программы вычислительных машин, которые осуществлены в современных ЭВМ. Задуманная Беббиджем "аналитическая машина" должна была состоять из арифметического устройства, запоминающего устройства и устройства автоматического управления с хранением программы на перфокартах. Недостаточное развитие техники того времени не позволило создать ему вычислительную машину.

В 1854 г. английский математик ^ Джорж Буль опубликовал книгу "Законы мышления", в которой им была развита алгебра высказываний, получившая позже название булевой алгебры. Основы булевой алгебры впоследствии явились инструментом разработки сложных схем, инструментом, с помощью которого можно установить оптимальное число логических элементов современной ЭВМ.

Предшественником современных ЭВМ являются счетно-перфорационные машины и устройства, в развитие которых значительный вклад внес Герман Холериз. В 1896 г. в Америке он основал фирму по выпуску перфокарт и счетно-перфорационных машин. Эта фирма впоследствии была преобразована в фирму IBM, которая в настоящее время является самым крупным в мире предприятием по разработке, производству и эксплуатации электронных машин.

Первая большая электромеханическая вычислительная машина была разработана по проекту американского физика ^ Говарда Айткена (1937 г.) и построена фирмой IBM (1944 г.) на электромагнитных реле. Эта машина, именуемая "Марк-1", не обладала гибкой изменяющейся программой, но она доказала возможность построения больших машин, состоящих из тысяч элементов.

В 1918 г. в Советском Союзе была опубликована статья М.А.Бонч-Бруевича, в которой приводилось описание быстродействующей электронной релейной схемы с двумя устойчивыми состояниями, названной впоследствии триггером. Аналогичная схема была предложена в 1919 г. Иклзом и Джорданом. В настоящее время триггер является основным элементом ЭВМ, во многом определяющим форму представления информации и принципы построения машин.

Первой вычислительной машиной, в которой широко использовались электронные устройства, является машина ЭНИАК, сконструированная аспирантом Д.И.Эккертом и физиком Д.У.Мочли в Электротехнической школе Мура при Пенсильванском университете. Эта машина вступила в строй в начале 1946 г. и отличалась высоким по тем временам быстродействием. Управление работой машины осуществлялось с помощью коммутационной доски, на которой набиралась программа вычислений. Машина была построена на 18000 электронных лампах и могла выполнять около 5000 сложений и 400 умножений в секунду. В машине ЭНИАК запоминающее устройство на электронных лампах обеспечивало хранение двадцати десятиразрядных десятичных чисел. Все первые вычислительные машины имели внешнее программное управление, при котором программа вычислений размещалась вне машины на перфокартах или коммутационных досках.

Управление вычислениями с помощью программы, хранимой в памяти машины, и в использовании двоичной системы счисления, были предложены американским математиком, венгром по происхождению Дж. фон Нейманом в 1945 г. Эти идеи были положены в основу проекта электронной УВМ ЭДВАК, которая была изготовлена в 1949 г. Благодаря рациональным принципам, использованным при построении машины, ЭДВАК содержала всего около 3500 ламп.

В 1947 г. в Советском Союзе (в Киеве) под руководством академика С.А.Лебедева началась разработка малой электронной вычислительной машины (МЭСМ). Машина МЭСМ была построена на электронных лампах и выполняла около 8—10 тыс. операций (сложений) в секунду.

В начале 50-х годов в СССР началось бурное развитие вычислительной техники. С 1953 г. в Советском Союзе начался серийный выпуск ЭВМ, из которых первыми БЭСМ-1, "Стрела", М-20, "Урал-1", "Урал-2", "Урал-4", "Минск-1" и др.

Машины первого поколения (приблизительно до 1960 г.) строились на электронных лампах. Относительно небольшой срок службы ламп (до 104 ч) налагал жесткое ограничение на предельное число элементов, используемых в одной ЭВМ. В связи с этим операционные ресурсы ЭВМ, емкость памяти и быстродействие были незначительными. Создаваемые в это время машины ориентировались на выполнение формульных вычислений и широко применялись для решения только научных и инженерных задач. Низкая надежность, значительные габариты электронных ламп и большое потребление мощности затрудняли широкое применение ЭВМ в других областях деятельности человека.

В 50-х годах проводятся исследования, направленные на создание быстродействующих и высоконадежных запоминающих устройств большой емкости. На смену запоминающим устройствам на электронных лампах и акустических линиях задержки пришли запоминающие устройства на электронно-лучевых трубках (1953 г.). Для хранения информации начинают применяться магнитные барабаны, которые при их невысоком быстродействии позволили значительно увеличить емкость памяти. Высокая надежность таких запоминающих устройств привела к тому, что в ряде машин магнитный барабан использовался как единственное запоминающее устройство. При этом быстродействие машины определялось частотой вращения барабана и составляло примерно 100 операций в секунду ("Урал-1"). Появление магнитных сердечников позволило радикально решить проблему построения высоконадежных и быстродействующих запоминающих устройств. Запоминающие устройства на сердечниках полностью вытеснили из машин акустические линии задержки и электронно-лучевые трубки.

Появление первых ЭВМ интенсифицировало работы в области теории релейных схем. С 50-х годов начинается поиск методов анализа и синтеза логических схем, активно ведутся исследования в области булевых функций и теории цифровых автоматов. В процессе разработки ламповых ЭВМ накапливается и обобщается опыт в области структурной и алгоритмической организации машин. В связи с ростом производительности машин обостряются проблемы программирования. Несовершенство техники программирования приводит к большим затратам труда и времени на решение задач. С целью автоматизации процесса программирования разрабатываются принципы организации и использования библиотек стандартных программ, техника интерпретации и компиляции программ. Перспективность автоматизации программирования требует расширения операционных ресурсов машины, особенно в части ввода, обработки и вывода текстовой информации.

Исследования в области физики полупроводников привели к созданию полупроводниковых приборов (1949 г.), которые по надежности, габаритам и потребляемой мощности значительно превосходили электронные лампы. С начала промышленного производства полупроводниковые приборы полностью вытесняют электронные лампы из цифровой техники. На смену первому поколению ЭВМ приходит второе поколение — поколение полупроводниковых машин (1955—1965 гг.). Высокая надежность полупроводниковых приборов (средняя наработка на отказ порядка 106 часов) позволила резко увеличить количество оборудования в машине.

Первой универсальной ЭВМ, построенной целиком на полупроводниковых элементах, является машина IBM-7070 (США, 1958 г.). В СССР серийно выпускаются полупроводниковые ЭВМ серий "Минск", БЭСМ-4, М-220, БЭСМ-6, "Урал" и др.

В этот период формулируется принцип мультипрограммной работы ЭВМ, который обеспечивает снижение стоимости и времени решения задач на машине. На основе техники мультипрограммирования развиваются принципы пакетной обработки данных и использования машин в режиме разделения времени. В этот период разрабатываются принципы эффективной адресации информации, хранимой в памяти ЭВМ.

Наиболее существенными разработками среди машин второго поколения следует считать ЭВМ БЭСМ-6, СТРЕТЧ (США, 1961 г.) и АТЛАС (Англия, 1962 г.). Идеи, реализованные в этих машинах, оказали значительное влияние на дальнейшее развитие цифровой техники.

В начале 60-х годов была разработана технология производства интегральных схем, позволяющая в едином технологическом процессе получать схемы, состоящие из десятков и сотен электрических компонентов. С момента освоения интегральных микросхем начинается третье поколение ЭВМ.

Первыми ЭВМ третьего поколения являются машины системы IBM/360, серийное производство которых началось в 1964 г., а в Советском Союзе — ЭВМ системы "Ряд". Все модели системы IBM/360 имеют унифицированную систему команд, обеспечивающую программную совместимость машин.

Успехи новой технологии привели к широкому распространению персональных компьютеров, позволяющих решать задачи, требующие весьма больших вычислений. Типичным и наиболее распространенным представителем таких мощных "персоналок" является компьютер PC/AT производства фирмы IBM. Этот компьютер разработан на основе процессора 80286 фирмы INTEL, представляющего сейчас один из наиболее мощных шестнадцатиразрядных микропроцессоров, хотя за последнее время появились более производительные процессоры, и 80286 был снят с производства в ведущих странах. Но стоит остановиться на рассмотрении этого процессора и построенных на его основе системах, т.к. на их примере нагляднее всего получить представление о новом классе машин — серии AT.

В настоящее время во всех вычислительных системах имеются устройства внешней памяти, использующие для накопления информации гибкие и жесткие диски. Независимо от типа и емкости, они используют один и тот же принцип долговременного хранения информации в виде намагниченных участков поверхности накопителя. При движении мимо них считывающего устройства, в нем возбуждаются импульсы тока.

Сначала (в 1981 году) IBM PC имели один-единственный тип внешней памяти — пятидюймовые односторонние гибкие магнитные диски двойной плотности с программной разбивкой секторов емкостью 150K. С тех пор IBM значительно увеличила емкость дисков, был добавлен новый стандартный размер дисков (три с половиной дюйма), однако физическая и логическая структура диска не претерпела значительных изменений [8—14].

Постоянное увеличение объема обрабатываемой информации, развитие и совершенствование средств вычислительной техники вызвало появление и развитие внешней памяти ЭВМ. Главное назначение ее состоит в существенном расширении объема памяти ЭВМ для хранения основной массы данных промежуточных результатов, программного обеспечения. Объем внешней памяти в современных вычислительных машинах в сотни и тысячи раз больше, чем внутренней, оперативной. Технические характеристики внешней памяти и объем во многом определяют качественные характеристики отдельных ЭВМ и вычислительных сетей. Внешние запоминающие устройства обеспечивают как оперативную работу с данными, так и архивное хранение. Первый вид предполагает непрерывный обмен данными между внешней памятью и ЭВМ. Наиболее хорошо этому требованию отвечают дисковые накопители, так как являются устройствами прямого доступа — компьютер может получить любой блок информации на накопителе. По мере того как становятся доступными все более быстрые процессоры, появляются сложные пакеты программ, реализующие преимущества быстродействующих процессоров и новых версий операционных систем. С повышением производительности процессоров и усложнением программ должны улучшаться и параметры используемых с ними жестких дисков. Например, винчестер на 40 Мб, который в начале 90-х годов входил в стандартную конфигурацию компьютеров того времени, сегодня совершенно не удовлетворяет запросам пользователей из за недостаточной емкости.

Накопители на жестком магнитном диске (НЖМД, винчестеры) являются наиболее распространенным и используемым видом жесткого диска на сегодняшний день. Они предназначены для постоянного хранения информации, используемой при работе с компьютером: программ операционной системы, часто используемых пакетов программ, редакторов документов, трансляторов с языков программирования и т.д. Наличие жесткого диска значительно повышает удобство работы с компьютером.

Диски собираются из одной или нескольких круглых пластин, поверхности которых покрыты магнитным материалом, нанесенным на пластины в виде кольца. Эти кольца образуют поверхности записи диска. Информация записывается на концентрических дорожках, на которые разбивается кольцо магнитного материала на каждой поверхности. На каждой поверхности может быть более чем 1000 дорожек, а на каждой дорожке записываются несколько блоков фиксированной длины, называемых секторами. Это достигается с помощью физических маркеров, таких как прорези или отверстия на диске, или с помощью меток, записываемых на самих дорожках. Первый метод называют жесткой разметкой секторов, второй — программной разметкой секторов. Прежде чем диск с программной разметкой секторов может быть использован, он должен быть сформирован, или отформатирован, посредством записи на каждой дорожке маркеров, отмечающих местоположение секторов.

Благодаря такой организации информация на таких устройствах записывается в виде последовательно организованной совокупности блоков и каждый блок информации на диске может быть найден при указании специального адреса, имеющего следующие части: 1) номер пластины; 2) поверхность пластины (верхняя или нижняя); 3) номер дорожки на поверхности; 4) номер сектора на дорожке. Считывание информации с дисков осуществляется системой головок чтения-записи. Зачастую в дисковых системах их больше одной на поверхность. Эти головки перемещаются вперед и назад и устанавливаются (позиционируются) над дорожкой, с которой должно быть произведено считывание. Сам диск постоянно вращается, поэтому для доступа к какому-либо сектору приходится ждать, пока нужный сектор не пройдет под головкой чтения-записи.

Магнитные головки перемещаются очень быстро, так что только доли секунды занимает перемещение с самых внутренних на самые внешние дорожки. Кроме того, и диски вращаются весьма быстро, совершая 5 — 100 полных оборотов в секунду. В результате этого скорость передачи данных НЖМД обычно составляет около 300 Кб/с и выше. НЖМД может осуществлять доступ к любому блоку информации на диске за доли секунды, используя произвольный доступ — доступ к блокам осуществляется прямо, независимо от их положения на диске; с другой стороны, любой сектор диска может быть перезаписан, не затрагивая информацию в любых других секторах.

Надо отметить, что кроме отдельных НЖМД, для больших сетей существуют т.н. дисковые подсистемы объемом до 60 Гб и более, а так же дисковые системы со съемными накопителями. Некоторые из последних позволяют менять винчестеры не отключая питания, во время работы.

Сейчас получили широкое распространение накопители на дисках CD-ROM. Они относятся к устройствам WORM (Write-Once, Read-Many). Диски CD-ROM похожи на музыкальные и изготовляются по той же технологии. В дисководах CD-ROM можно проигрывать обычные лазерные диски. На компакт-диске данные кодируются и записываются в виде последовательности отражающих и неотражающих участков. Такая последовательность обеспечивается запресовыванием вещества подложки в форму, которая формирует на нем плоские отражающие участки (lands) и неотражающие углубления (pits). Затем подложка покрывается светоотражающим алюминиевым слоем и предохранительным слоем акрила, на котором печатается этикетка.

Диски CD-ROM записывают в один (односеансные) или более (многосеансные) сеансов. Соответственно и дисководы CD-ROM бывают односеансными и многосеансными. Односеансные могут считывать только с дисков, записанных сразу, за один сеанс, а многосеансные могут читать еще диски, записанные за несколько сеансов. По скоростным характеристикам различают 1-, 2-, 3-, 4-х и более скоростные дисководы CD-ROM. Скорость передачи данных у них соответственно 150, 300, 450 и 600 Кб/с и более.

Оборудование для изготовления дисков CD-ROM достаточно дорого, поэтому были разработаны методы записи на специально подготовленный, так называемый диск CD-R. В основном для записи используется два метода: первый основан на выжигании лучом лазера микроскопических дырочек на поверхности тонкого металлического слоя или другого покрытия, под которым расположена пластиковая подложка; второй метод основан на частичном испарении находящегося под тонкой металлической или пластиковой пленкой пластмассового слоя, в результате чего образуются углубления. Получаются участки, неодинаково отражающие лазерный луч, что помогает различать логические 0 и 1. Еще один вид CD-R — это диски на красителях, они получили распространение в последнее время. При записи такого CD-R сфокусированным мощным лазерным лучом нагреваются небольшие области слоя красителя. Краситель передает тепло смежной с ним подложке, под действием которого она изменяет свои свойства и начинает рассеивать свет. В областях, не нагревающихся лазером, подложка остается прозрачной и при считывании данных пропускает луч. Последний проходит до светоотражающего золотого слоя, и, отражаясь от него, через подложку попадает на светочувствительный датчик.

Диски CD-R имеют ряд преимуществ перед традиционными устройствами с однократной записью (WORM) и магнитооптическими накопителями. Технология CD-R не требует наличия дорогостоящего накопителя для чтения данных. Диски CD-R можно считывать в любом дисководе CD-ROM (однако, для чтения дисков Photo CD, записанных в несколько сеансов, нужен многосеансный дисковод). В отличие от магнитооптических носителей, диск CD-R нельзя нечаянно "стереть".

Диски CD-R используются для записи по технологии Photo CD. Компакт-диски Photo CD создаются с помощью разработанного фирмой Kodak комплекса. Этот комплекс дает возможность оцифровать 35-мм слайды и негативы с максимальным разрешением 2048 строк по 3072 точки в строке при 12 битах на каждую цветовую составляющую (далее информация перекодируется и занимает по 8 бит на составляющую). На одном диске Photo CD размещается от 100 до 150 снимков (число черно-белых снимков на диске может быть большим, поскольку черно-белый снимок содержит меньше информации, чем цветной).

В любом компакт-диске данные записываются на очень узкую (в 100 раз тоньше человеческого волоса) спиральную дорожку, полная длина которой, если ее развернуть, составит 5 км. Любой диск имеет прозрачную поликарбонатную подложку, которая придает ему жесткость (кроме того, благодаря ее наличию царапины на поверхности диска оказываются вне фокальной плоскости считывающего лазера), отражающий металлический слой и защитный слой акрилового пластика.

В настоящее время накопители на жестких дисках становятся основными видами хранилищ информации. Прямой доступ к информации, высокая скорость обмена данных, большая емкость — все это делает накопители на жестких дисках привлекательными для пользователя. Со все возрастающими требованиями программного обеспечения улучшаются и характеристики накопителей. Некоторые программы сейчас требуют 30 и более Мб быстродействующей внешней памяти, а ведь каких-нибудь 6-7 лет назад ЭВМ без винчестера, но с НГМД считалась нормальной. Сегодня же высокопроизводительные файл-серверы, графические станции, многопользовательские системы и др. обрабатывают такое количество информации, что без внешней памяти с высокими характеристиками не обойтись [15, 16].

В современном сложном и многоликом мире ни одну крупную технологическую проблему нельзя решить без переработки значительных объемов информации и коммуникационных процессов. Наряду с энерго- и фондовооруженностью современному производству необходима и информационная вооруженность, определяющая степень применения прогрессивных технологий. Особое место в организации новых информационных технологий занимает компьютер. Телефонная сеть, а затем специализированные сети передачи данных послужили хорошей основой для объединения компьютеров в информационно-вычислительные сети. Компьютерные сети передачи данных являются результатом информационной революции и в будущем смогут образовать основное средство коммуникации.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов по вычислительной технике, техники связи и являются связующим звеном между базами данных, терминалами пользователей, компьютерами.

Информационно-вычислительная сеть создается с целью повышения оперативности обслуживания абонентов.

ИВС должна обеспечивать надежную передачу цифровой информации.

В качестве оконечных терминалов могут выступать как отдельные ПК, так и группы ПК, объединенные в локальные вычислительные сети.

Передача информационных потоков на значительные расстояния осуществляется с помощью проводных, кабельных, радиорелейных и спутниковых линий связи. В ближайшее время можно ожидать широкого применения оптической связи по опто-волоконным кабелям.

По географическим масштабам вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные. Локальная сеть может иметь протяженность до 10 километров. Глобальная сеть может охватывать значительные расстояния — до сотен и десятков тысяч километров. [17—20].


Контрольные вопросы.

1. С чьими именами связано становление кибернетики как науки?

2. В чем заключается значение работ Норберта Виннера?

3. Что послужило источником для выделения логических структур в отдельную область изучения?

4. Определите суть понятия формализации логических выражений.

5. С какими этапами в развитии компонентной базы ВТ связаны имена Ч.Бэббиджа, Г.Айткена.

6. Работы какого российского ученого связаны с появлением триггерных элементов?

7. Чем был обусловлен переход от ламповой элементной базы к полупроводникам?

8. В чем заключаются основные отличия между ЭВМ различных поколений? Сравните характеристики ЭВМ 1-го и 3-го поколений.

9. Определите назначение устройств внешней памяти вычислительной системы.

10. Чем отличается принцип работы ЗУ(HDD) и CD-ROM.

11. Какую задачу решают в технологии производства применением лазеров?

12. Чем отличаются основные виды записи на CD?

13. Определите цели создания сети компьютеров.

14. Какую задачу выполняет технология WWW в глобальных сетях?


Список литературы.

1. Бирюков Б.В., Тростников В.Н. Жар холодных числ и пафос бесстрастной логики. Формализация мышления от античных времен до эпохи кибернетики. — М.: Знание, 1977. — 192 с.

2. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А.М.Прохоров (пред.). — М.: "Советская энциклопедия", 1981. — С. 1407.

3. Платон. Сочинения. В 3-х т., т. 1. — М.: Мир, 1968. — С. 191—193.

4. Словарь иностранных слов. — 17-е изд., испр. — М.: Рус. яз., 1988. — С. 592.

5. Аристотель. Аналитики первая и вторая. — М.: Физматгиз, 1952. — С. 14—15, 293.

6. Лукасевич Я. Аристотелевская силлогистика с точки зрения современной формальной логики/Пер. с англ. — М.: Физматгиз, 1959. — С. 189.

7. Майоров С.А., Крутовских С.А., Смирнов А.А. Электронные вычислительные машины (справочник по конструированию). Под ред. С.А.Майорова. — М.: Сов. радио, 1975. — 504 с. с ил.

8. С.Х.Гореликов. IBM PC.Дисковая подсистема: контроллеры, накопители и их обслуживание. — М.: Звезды и С, 1992.

9. Л.В.Букчин, Ю.Л.Безрукий. Дисковая подсистема IBM-совместимых персональных компьютеров. — М.: Press-Media, 1993.

10. Dan Rollins. TECH Help!, Flambeaux Software.

11. Описание FFORMAT v2.97.

12. Р.Данкан. Профессиональная работа в MS-DOS. — М.: Мир, 1993.

13. Толковый словарь по вычислительным системам/Под редакцией В.Иллингуорта и др. — М.: Машиностроение, 1989.

14. А.Щербаков. Защита от копирования. — М.: Эдель, 1992.

15. Мир ПК 2'93, 9'93, 4'93, 5'90.

16. Перспективы развития вычислительной техники. Книга 9. Внешние запоминающие устройства на магнитном носителе. В кн: В.Э.Фигурнов IBM PC для пользователя 4-е издание. — М.: MEGA PRO et CONTRA 23'1'95.

17. Э.А.Якубайтис. Информатика, электроника, сети. — М.: Финансы и статистика, 1989.

18. К.Ги. Введение в локально-вычислительные сети. Пер. с англ./ Под ред. Б.С.Иругова. — М.: Радио и связь, 1986.

19. А.В. Петраков. Введение а электронную почту. — М.: Финансы и статистика. 1993.

20. А.В. Фролов, Г.В. Фролов. Локальные сети персональных компьютеров. — М.:Диалог-МИФИ.




Похожие:

Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconИстория естествознания и техники в странах Европы
Цель дисциплины: представить студентам целостную картину исторического развития естествознания и техники в странах Европы c древнейших...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconЛекция Эволюция развития средств асу тп 1 Исторические этапы развития средств асу тп
СУ. В этом смысле развитие структур асу тп можно рассмотреть в хронологическом порядке, в соответствии с ходом развития средств вычислительной...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconВопросы История развития средств вычислительной техники
История развития вычислительной техники методы классификации компьютеров. Состав вычислительной системы
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconВопросы История развития средств вычислительной техники
История развития вычислительной техники методы классификации компьютеров. Состав вычислительной системы
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconЛекция Этапы и история развития составных частей и компонентов вычислительной техники. Открытия ученых и создание на их основе средств коммуникации и отображения информации
Этапы и история развития составных частей и компонентов вычислительной техники. Открытия ученых и создание на их основе средств коммуникации...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconПрограмма: История с древнейших времен до наших дней.: Программы. 5-11 классы
Программа: История с древнейших времен до наших дней.: Программы. 5-11 классы./ Под ред. П. А. Баранова, О. Н. Журавлевой. М.: Вентана-Граф,...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconПрограмма по истории государства и народов России с древнейших времен до наших дней под редакцией А. А. Данилова, Д. Д. Данилова. М., «Просвещение», 2007г
Федерации (М., «Дрофа», 2007г.) и «Оценки качества подготовки выпускников основной школы по истории» (М., «Дрофа» 2000г.) Авторы...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconЛекция №1 История развития вычислительной техники
С тех пор как человечество осознало понятие количества, разрабатывались и применялись различные приспособления для отображения количественных...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconЛекция введение в курс. Основные понятия
Целью математического моделирования экономических систем является использование методов математики для наиболее эффективного решения...
Лекция Этапы развития вычислительной техники от античных времен и до наших дней. Введение iconОлимпиада по истории. Школьный этап. 5 класс задания вставьте в предложения пропущенные слова
Все, что сохранилось с древнейших времен до наших дней и может рассказать нам о прошлом человечества, называют
Разместите ссылку на наш сайт:
Уроки, сочинения


База данных защищена авторским правом ©izlov.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
связаться с нами