Тенденции развития компьютерных технологий. Программное обеспечение компьютера. Поколения компьютеров Прогресс вычислительной техники во многом определялся развитием ее элементной базы. В истории вычислительной техники было четыре базовых элементов (базовых поколений компьютеров): Электронные лампы Транзисторы Интегральные микросхемы Сверхбольшие интегральные микросхемы Первое поколение Компьютеры первого поколения (примерно 1945-1955 гг) работали на электронных лампах. Первая ЭВМ, которая могла выполнять вычисления по заложенной в нее программе являлась ЭНИАК (1944г. США) Второе поколение Второе поколение (примерно 1955-1965 гг) появилось тогда, когда на смену лампам в электронных схемах пришли транзисторы – приборы для управления электрическими сигналами на основ кристаллов кремния. На транзисторах удалось собрать логические элементы для выполнения вычислений и элементы памяти. БЭСМ-6 (СССР, 1967г.) Третье поколение Появление третьего поколения ЭВМ (примерно 1967-1975 гг) связано с изобретением интегральной микросхемы. Впервые идею общей архитектуры, обеспечивающей выполнение написанных ранее программ на любой новой модели, предложила фирма IBM, которая разработала семейства больших ЭВМ IBM/360 и IBM/370. Первый процессор Intel 8080, предназначенный специально для компьютеров, был выпущен в 1974 году. На его базе был разработан персональный компьютер Альтаир, имевший большой коммерческий успех. 1976 год ПК Apple. 1981 год первый компьютер IBM PC. Важное направление в компьютерах четвертого поколения – параллельная (одновременная) обработка данных. Мощные многопроцессорные компьютеры, в которых выполняется параллельная обработка данных, называют суперкомпьютерами. Стратегически важные задачи: Исследование геофизики Земли, прогнозирование изменений климата на планете; Создание математических моделей молекул (полимеров, кристаллов и т.д.), синтез новых материалов и лекарств; Расчет процессов горения и взрыва, а также моделирование других физических задач (полет летательных аппаратов, расчет на прочность кузовов автомобилей); Моделирование и прогнозирование ситуации в экономике; Моделирование работы человеческого мозга; Расчёт процессов нефте- и газодобычи, а также сейсморазведки недр; Проектирование новых электронных устройств. 1 сентября 2023 года, в МГУ состоялось торжественное открытие нового суперкомпьютера «МГУ270». Его вычислительная мощность достигает 400 петафлопс, что означает, что он может выполнять 400 квадриллионов операций над числами двойной точности с плавающей запятой в секунду. Он состоит из нескольких кластеров вычислительных блоков, которые соединены высокоскоростной локальной сетью. Каждый блок содержит сотни или тысячи процессоров, модулей памяти, различных плат, систем охлаждения и модулей бесперебойного питания. Суперкомпьютер также имеет специальное программное обеспечение, которое позволяет координировать работу всех компонентов и оптимизировать производительность. Настоящая революция в информационных технологиях связана с появлением разнообразных мобильных компьютеров: ноутбуков, планшетных компьютеров, смартфонов, электронных книг. Перспективы развития компьюетров Все современные компьютеры построены на основе идей четвертого поколения. Разработчики процессов постоянно стремятся повысить скорость их работы (быстродействие). Для того, чтобы обрабатывать данные, части процессора должны обмениваться сигналами. Скорость передачи электрических сигналов огромна, но не бесконечна – она не может быть больше, чем скорость света в вакууме. Поэтому единственный способ снизить время передачи данных – уменьшить размеры элементов процессора. Но при этом появляются другие проблемы: Во-первых, чем мельче детали, тем сложнее их изготовить с нужной точностью. Во-вторых, при обмене сигналами электронные схемы сильно нагреваются и при перегреве могут перестать работать. Чем мельче элементы, тем труднее охладить процессор. В-третьих, если проводники, проводящие электрический ток, расположить слишком близко, между ними может произойти короткое замыкание, и вся схема выйдет из строя. Таким образом, законы физики не позволяют безгранично увеличивать быстродействие процессора, и каждый новый шаг в этом направлении дается все с большим и большим трудом. Сейчас для увеличения быстродействия применяют многоядерные процессоры – несколько процессоров в одном кристалле кремния. В первую очередь попытались использовать в качестве носителя информации свет – так появились оптические процессоры. Большие надежды связаны с разработкой квантовых компьютеров, в которых применяются идеи квантовой физики, описывающей законы микромира и поведение элементарных частиц. Особые свойства кубитов – квантовых битов – позволяют организовать параллельную обработку данных также, как и в многопроцессорных системах. Ведется разработка биологических компьютеров (биокомпьютеров), которые работают как живой организм. Ячейки памяти биокомпьютеров – это молекулы сложных органических соединений, например молекулы ДНК, в которых хранится наследственная информация. Сам процесс вычислений – это химическая реакция, результат – состав и строение получившейся молекулы. Проводятся также исследования в области нанотехнологий, с помощью которых планируют построить транзистор размером с молекулу. Программное обеспечение компьютера Программное обеспечение компьютера (ПО) – это все программы, которые хранятся в долговременной памяти компьютера. Типы программного обеспечения: 1) Системное ПО – необходимая часть 2) Прикладное ПО 3) Системы программирования Системное ПО: Главной частью системного ПО является операционная система (ОС). Операционная система (ОС) – это набор программ, управляющих оперативной памятью, процессором, внешними устройствами и файлами, а также ведущих диалог с пользователем. Названия наиболее распространенных ОС: Windows, Linux, Mac OS Также в системное ПО входят сервисные программы. Например: Программы обслуживания дисков (копирование, форматирование, «лечение» Сжатие файлов на дисках (архиваторы) Антивирусные программы (для борьбы с компьютерными вирусами) Пуск Все программы Стандартные Служебные Компьютерным вирусом называют вредоносный программный код, способный нанести ущерб данным на компьютере или вывести его из строя. Основными разносчиками вирусов являются: • Нелицензионное ПО • Файлы, скопированные из случайных источников • Интернет Борьбой с компьютерными вирусами занимаются специалисты, создающие антивирусные программы. Прикладное ПО: Программы, с помощью которых пользователь может решать свои информационные задачи, не прибегая к программированию, называются прикладные программы. В Windows это группа программ «Стандартные»: Простые текстовые и графические редакторы Калькулятор и прочее Программы электронной почты Интернет-браузер В Linux такие программы распределены по группам в соответствии с их назначением Также к прикладным программам относятся: Офисные программы Мультимедийные программы Развлекательные программы Профессиональные программы Образовательные программы 1. Офисные программы: Текстовые процессоры – для работы с текстовыми документами Табличные процессоры – для табличных расчетов Программы для создания презентаций Программы для управления несложными базами данных. 2. Мультимедийные программы: Это программы для работы с изображением и звуком. К ним относятся графические редакторы, позволяющие рисовать, обрабатывать фотографии, делать фотомонтаж. Программы-проигрыватели звука и изображения позволяют вывести на экран картинку, прослушать музыкальную запись, посмотреть видео-фильм. 3. Развлекательные программы: Это компьютерные игры. 4. Профессиональные программы: Это прикладные программы специального назначения – инструменты профессиональной деятельности. Например, бухгалтерские программы, системы автоматизированного проектирования, медицинские экспертные системы. 4. Профессиональные программы: Это прикладные программы специального назначения – инструменты профессиональной деятельности. Например, бухгалтерские программы, системы автоматизированного проектирования, медицинские экспертные системы. 5. Образовательные программы: Это электронные учебники, учебные тренажеры. Системы программирования: Система программирования (СП) – это комплекс инструментальных средств, предназначенных для работы с программами на одном из языков программирования. С системами программирования работают программисты. Всякая СП ориентирована на определенный язык программирования, их много, например: Паскаль, Бейсик, ФОРТРАН, С и т.д. На этих языках программист пишет программы, а с помощью систем программирования заносит их в компьютер, отлаживает, тестирует, исполняет. Программисты создают все виды программ: • Системные • Прикладные • Новые системы программирования
