Роль и перспективы развития ПК в современной жизни

Поколения ЭВМ 

В соответствии с элементной базой и уровнем  развития программных средств выделяют четыре реальных поколения ЭВМ, краткая  характеристика которых приведена  в Приложении 1. 

Первое поколение  ЭВМ. 

ЭВМ первого  поколения обладали небольшим быстродействием в несколько десятков тыс. оп./сек. В качестве внутренней памяти применялись ферритовые сердечники. 

Основной недостаток этих ЭВМ – рассогласование быстродействия внутренней памяти и АЛУ и УУ за счет различной элементной базы. Общее быстродействие определялось более медленным компонентом – внутренней памятью и снижало общий эффект. Уже в ЭВМ первого поколения делались попытки ликвидировать этот недостаток путем асинхронизации работы устройств и введения буферизации вывода, когда передаваемая информация «сбрасывается» в буфер, освобождая устройство для дальнейшей работы (принцип автономии). Таким образом, для работы устройств ввода-вывода использовалась собственная память. 

Существенным  функциональным ограничением ЭВМ первого поколения являлась ориентация на выполнение арифметических операций. При попытках приспособления для задач анализа они оказывались неэффективными.[12] 

Языков программирования как таковых еще не было, и для  кодирования своих алгоритмов программисты использовали машинные команды или ассемблеры. Это усложняло и затягивало процесс программирования. К концу 50-х годов средства программирования претерпевают принципиальные изменения: осуществляется переход к автоматизации программирования с помощью универсальных языков и библиотек стандартных программ. Использование универсальных языков повлекло возникновение трансляторов. 

Программы выполнялись  позадачно, т.е. оператору надо было следить за ходом решения задачи и при достижении конца самому инициировать выполнение следующей задачи. 

Начало современной  эры использования ЭВМ в нашей  стране относят к 1950 году, когда в  институте электротехники АН УССР под  руководством С.А. Лебедева была создана  первая отечественная ЭВМ под  названием МЭСМ – Малая Электронная Счетная Машина. В течение первого этапа развития средств вычислительной техники в нашей стране создан ряд ЭВМ: БЭСМ, Стрела, Урал, М-2.[13] 

Второе поколение  ЭВМ. 

Второе поколение  ЭВМ – это переход к транзисторной  элементной базе, появление первых мини-ЭВМ. 

Получает дальнейшее развитие принцип автономии –  он реализуется уже на уровне отдельных  устройств, что выражается в их модульной  структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода. 

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели  к снижению удельной стоимости машинного  времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного  решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени. 

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто  используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.[14] 

Совершенствуется  технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные  средства - системное ПО. 

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение  перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет). 

К отечественным  ЭВМ второго поколения относятся  Проминь, Минск, Раздан, Мир.[15] 

Третье поколение  ЭВМ. 

В 70-х годах  возникают и развиваются ЭВМ третьего поколения. В нашей стране это ЕС ЭВМ, АСВТ, СМ ЭВМ. Данный этап - переход к интегральной элементной базе и создание многомашинных систем, поскольку значительного увеличения быстродействия на базе одной ЭВМ достичь уже не удавалось. Поэтому ЭВМ этого поколения создавались на основе принципа унификации, что позволило комплексировать произвольные вычислительные комплексы в различных сферах деятельности. 

Расширение функциональных возможностей ЭВМ увеличило сферу  их применения, что вызвало рост объема обрабатываемой информации и поставило задачу хранения данных в специальных базах данных и их ведения. Так появились первые системы управления базами данных – СУБД. 

Изменились формы  использования ЭВМ: введение удаленных  терминалов (дисплеев) позволило широко и эффективно внедрить режим разделения времени и за счет этого приблизить ЭВМ к пользователю и расширить круг решаемых задач. [16] 

Обеспечить режим  разделения времени позволил новый  вид ОС, поддерживающих мультипрограммирование. Мультипрограммирование - это способ организации вычислительного процесса, при котором на одном процессоре попеременно выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию ввода-вывода, процессор не простаивает, как это происходило при последовательном выполнении программ (однопрограммный режим), а выполняет другую программу (многопрограммный режим). При этом каждая программа загружается в свой участок внутренней памяти, называемый разделом. 

Мультипрограммирование  нацелено на создание для каждого  отдельного пользователя иллюзии единоличного использования вычислительной машины, поэтому эти ОС носили интерактивный характер, когда в процессе диалога с ЭВМ пользователь решал свои задачи.[17] 

Четвертое поколение  ЭВМ. 

С 1980 года начался  современный четвертый этап, для которого характерны переход к большим интегральным схемам, создание серий недорогих микро-ЭВМ, разработка суперЭВМ для высокопроизводительных вычислений.[18] 

Наиболее значительным стало появление персональных ЭВМ, что позволило приблизить ЭВМ к своему конечному пользователю. Компьютеры стали широко использоваться неспециалистами, что потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения. Возникают ОС, поддерживающие графический интерфейс, интеллектуальные ППП, операционные оболочки. В связи с возросшим спросом на ПО совершенствуются технологии его разработки – появляются развитые системы программирования, инструментальные среды пользователя. 

В середине 80-х  стали бурно развиваться сети персональных компьютеров, работающие под управлением сетевых или распределенных ОС.[19] В сетевых ОС хорошо развиты средства защиты информации от несанкционированного доступа.[20] Распределенные ОС обладают схожими с сетевыми системами функциями работы с файлами и другими ресурсами удаленных компьютеров, но там слабее выражены средства защиты.[21]

 

1.2 Понятие персонального  компьютера 

Персональный  компьютер — компьютер (вычислительная машина) предназначенный для личного  использования, цена, размеры и возможности  которого удовлетворяют запросы  большого количества людей.[22] 

В активное употребление термин был введён в конце 1970-х  годов компанией Apple Computer для своего компьютера Apple II и впоследствии перенесён  на компьютеры IBM PC. Некоторое время  персональным компьютером называли любую машину, использующую процессоры Intel и работающую под управлением операционных систем DOS, OS/2 и первых версий Microsoft Windows. С появлением других процессоров, поддерживающих работу перечисленных программ, таких, как AMD, Cyrix (ныне VIA), название стало иметь более широкую трактовку. Курьёзным фактом стало отрицание принадлежности к классу персональных компьютеров вычислительных машин Amiga и Macintosh, долгое время использовавших альтернативную компьютерную архитектуру. 

В Советском  Союзе вычислительные машины, предназначенные для личного использования, носили официальное название персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ). В терминологии, принятой в российских стандартах это словосочетание и сегодня указывается вместо используемого де-факто названия персона́льный компью́тер[23]. 

По данным аналитической  компании IDC, в 2005 году мировые поставки персональных компьютеров составили 202,7 млн штук (рост на 15,8 % по сравнению  с 2004 годом). 

В 2007 году, по данным IDC, продажи персональных компьютеров  в мире составили 269 млн штук (рост по сравнению с предыдущим годом на 14,3 %). Лидером по продажам ПК стала компания Hewlett-Packard (около 18,2 % всех поставок).[24]

 

1.3 Принципы функционирования  компьютера 

В 1946 – 1948 годах  в Принстонском университете (США) коллективом исследователей под руководством Джона фон Неймана был разработан проект ЭВМ, который никогда не был реализован, но идеи которого используются и по сей день. Этот проект получил название машины фон Неймана или Принстонской машины. В его состав входила схема и следующие принципы функционирования вычислительной машины: 

1) принцип программного  управления: работа ЭВМ регламентируется  программой, что позволяет, вводя  разные программы, решать разные  задачи. Команды, из которых состоит  программа, интерпретируются специально введенным в схему устройством – устройством управления. Структура отдельной команды имеет вид: <код операции> <операнды>, где <код операции> определяет, какая операция должна выполняться, <операнды> - список (возможно, одноэлементный) тех констант, адресов, имен переменных или других элементов, над которыми выполняется данная операция. В зависимости от числа операндов различают одно-, двух- и трехадресные машинные команды. Каждая команда имеет определенный объем, измеряемый байтами. 

Этот принцип  был самым прогрессивным среди  включенных в проект, поскольку обеспечивал  универсальность ЭВМ. В соответствии с принципом программного управления любая ЭВМ – это совокупность аппаратной (технической) и программной  частей; 

2) принцип условного перехода: команды из программы не всегда выполняются одна за другой. Возможно присутствие в программе команд условного перехода, которые меняют последовательное выполнение команд в зависимости от значений данных; 

3) принцип размещения  программы в памяти: программа, требуемая для работы ЭВМ, предварительно размещается в памяти компьютера, а не вводится команда за командой; 

4) принцип иерархии  памяти: память ЭВМ не однородна.  Для часто используемых данных  выделяется память меньшего объема, но большего быстродействия; для редко используемых данных выделяется память большего объема, но меньшего быстродействия; 

5) принцип двоичной  системы счисления: для внутреннего  представления данных и программ  в памяти ЭВМ применяется двоичная  система счисления, которую можно проще реализовать технически.[25] 

Структура Принстонской машины представлена на рисунке 1.: 
 
 

Рис. 1. Структура  Принстонской машины 
 

Здесь одинарные  стрелки показывают управляющие  связи, по которым передаются управляющие  сигналы, двойные стрелки представляют информационные связи, по которым передаются данные и программы. 

Рассмотрим назначение отдельных элементов этой схемы  и их взаимосвязь в процессе функционирования ЭВМ. 

Через устройство ввода (УВв) в память (П) вводится программа  – набор команд, предписывающих ЭВМ выполнять требуемые действия (на рис. связь 1). При вводе программы (а позже и данных) выполняется отображение вводимой информации во внутреннее представление, принятое в ЭВМ. 

После размещения программы в памяти устройство управления (УУ) выбирает последовательно команду за командой из памяти (связь 2) и интерпретирует ее по следующим правилам: 

если выбранная  команда является командой ввода  данных, УУ посылает управляющий сигнал (связь 3) в УВв для начала ввода  данных. Данные также вводятся по связи 1 и размещаются в памяти П; 

если выбранная  команда связана с выполнением  арифметических или логических операций, то в память П из УУ посылается сигнал (связь 4) на выборку указанных в  команде данных с последующей  их пересылкой в арифметико-логическое устройство (АЛУ) (связь 5), а в само АЛУ передается сигнал с кодом нужной операции (связь 7). АЛУ выполняет арифметические и логические действия над переданными операндами. После выполнения требуемых действия, АЛУ возвращает результат в память П (связь 6);