Вычислительная техника. История развития вычислительной техники Начало компьютерной эры

Направление «Информатика и вычислительная техника» – одно из наиболее стабильных в плане высокой востребованности во всем мире. Спрос на специалистов в области программирования, информатики и работы с вычислительной техникой (инженеры и техники) начал расти еще в 90-е годы, в 2000-е стал стабильно высоким, каковым остается и по сей день. И очевидно, что такая ситуация продлится еще не одно десятилетие.

«Информатика и вычислительная техника» – ключевая группа специальностей в компьютерной индустрии. Программное обеспечение – основа работы как традиционных персональных компьютеров, так и более мощных, предназначенных для научных целей или обеспечения работы крупных предприятий. Выпускники вузов по специальности «Информатика и вычислительная техника» работают в таких компаниях, как Microsoft, Oracle, Symantec, Intel, IBM, HP, Apple. Но если перечисленные выше компании относятся к так называемой «старой гвардии», то сегодня хорошие программисты работают также и в таких компаниях, как Google, Facebook, Amazon, PayPal, EBay, Twitter и др.

Выпускники бакалавриата или магистратуры по специальности «Информатика и вычислительная техника» могут занимать должности в следующих областях:

• разработка программного обеспечения: сюда относятся системные аналитики, программисты, разработчики. Во время обучения большое внимание уделяется изучению языков программирования, таких как C++, Java и т.д. Важно понимать, что даже после окончания вуза такие специалисты должны постоянно проходить курсы повышения квалификации, чтобы не отставать от новых тенденций и изменений в языках программирования;
• техника программного обеспечения (или программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем) – сюда относится более комплексная разработка программных продуктов на стыке компьютерных технологий, инженерии, математики, дизайна и организации командной работы;
• контроль качества и тестирование;
• разработка технической документации;
• техническая поддержка;
• управление большими базами данных;
• веб-дизайн;
• проектный менеджмент;
• маркетинг и продажи.

За последние десятилетия мир стремительно обрастает новыми технологиями, и специалисты в области информатики и вычислительной техники нужны все больше. Перед выпускниками вузов откроются перспективы построения карьеры в качестве инженеров-специалистов по программному обеспечению, веб-дизайнеров, разработчиков видеоигр, системных аналитиков, управляющих базами данных и администраторов сетей.

Еще одним направлением специальностей является непосредственная работа с вычислительными машинами, комплексами, системами и сетями. Это значительный подсектор компьютерной индустрии. Инженеры и техники учатся работать с «железом», то есть на производстве оборудования и компьютеров, а также самых разных гаджетов, например принтеров, сканеров и т.д.
Разработка компьютеров начинается в отделах научно-прикладных исследований крупных компаний. Команды инженеров (механика, электроника, электрика, производство, программирование) работают вместе над разработкой, тестированием и производством компонентов. Отдельным направлением является маркетинговое исследование рынка и производство конечного продукта. Именно в этом секторе наблюдается самая большая нехватка квалифицированных специалистов, знакомых с программированием, робототехникой, автоматизацией и т.д.

Но если эти специальности можно отнести к достаточно традиционным для данного направления, то сегодня все большую популярность приобретает ряд профессий, которых примерно 10–15 лет назад просто не существовало.

• Разработка пользовательского интерфейса: данные специалисты требуются в такие компании, как Electronic Arts, Apple, Microsoft и в другие, занимающиеся разработкой видеоигр, мобильных приложений и т.д.
• Облачная обработка данных: такие специалисты, как разработчик облачного программного обеспечения, инженер облачных сетей, продакт-менеджер в области облачных продуктов необходимы многим компаниям, в частности Google, Amazon, AT&T и Microsoft.
• Обработка и анализ больших баз данных: специалисты по обработке больших баз данных (Big Data) могут работать в самых разных компаниях – в бизнесе и финансовом секторе, электронной коммерции, государственных учреждениях, медицинских организациях, телекоммуникациях и т.д.
• Робототехника: данные специалисты востребованы в крупных промышленных компаниях, например, в машиностроении (особенно, в автомобилестроении и самолетостроении).

Вузы, которые предлагают подготовку в области «Информатика и вычислительная техника», включают в себя: МГТУ им. Н.Э. Баумана, МИФИ, МИРЭА, МЭСИ, МТУСИ, НИУ ВШЭ, МЭИ, МАИ, МАМИ, МИЭТ, МИСиС, МАДИ, МАТИ, ЛЭТИ, Политех (Санкт-Петербург) и многие другие.

Общайтесь с представителями вузов лично

Как видно, и вузов, и программ по данной специальности великое множество. Поэтому проще и быстрее определиться с выбором можно, посетив бесплатную выставку «Магистратура и дополнительное образование» в или .

Бакалавриат
• 09.03.01 Информатика и вычислительная техника
• 09.03.02 Информационные системы и технологии
• 09.03.03 Прикладная информатика
• 09.03.04 Программная инженерия

Будущее отрасли

Информационные технологии (ИТ) – одна из наиболее быстро развивающихся отраслей. Изменения в этой отрасли задают новые технологии и практики фактически для всех отраслей экономики. Проектирование, транспортировка, управление ресурсами, маркетинг, управление людьми – все эти и многие другие области изменяются под воздействием ИТ.

В сфере ИТ идет несколько важных процессов. Во-первых, растет связанность мира за счет телекоммуникационных решений, увеличивается объем проходящих в сети данных, развиваются решения по обработке этих данных. Во-вторых, цифровые решения становятся все более мобильными и все более «дружественными» пользователю. Если сейчас почти у каждой семьи есть компьютер, а у каждого второго - смартфон, то через десять лет у каждого жителя городов будет минимум 5–6 устройств, носимых на теле и связанных между собой. Например, очки дополненной реальности, биометрический браслет для заботы о здоровье, смартфон с функцией «умного» бумажника и др. В-третьих, развиваются новые среды для работы, образования и досуга людей – виртуальные миры для самых разнообразных целей, в том числе созданные на основе технологий дополненной реальности.

Инновации в других отраслях рождаются на стыке с ИТ, поэтому возникает большое количество кросс-отраслевых задач для прорыва. Тем не менее разработка и производство «железа», программного обеспечения (ПО) и систем безопасности остаются приоритетными задачами внутри ИТ-сектора. Высокоперспективное направление – проектирование виртуальных пространств и интерфейсов для взаимодействия с ними.

Профессии будущего

• Архитектор информационных систем
• Дизайнер интерфейсов
• Архитектор виртуальности
• Дизайнер виртуальных миров
• Проектировщик нейроинтерфейсов
• Сетевой юрист
• Организатор интернет-сообществ
• IT-проповедник
• Цифровой лингвист
• Разработчик моделей BIG-DATA

Вероятными точками прорыва в ближайшие десятилетия будут:

• увеличение объема передаваемых данных и моделей для их обработки (большие данные, big data);
• распространение программного обеспечения, на которое может влиять обычный пользователь;
• развитие человеко-машинных интерфейсов;
• технологии искусственного интеллекта;
• семантические системы, работающие со смыслами естественных языков (перевод, поиск в интернете, общение человек–компьютер и др.);
• новые квантовые и оптические компьютеры, позволяющие существенно ускорить обработку больших массивов данных;
• развитие нейроинтерфейсов, в том числе «управление мыслью», разными объектами, передача ощущений и переживаний на расстоянии.

Микропроцессор – программируемое электрическое устройство, предназначенное для обработки информации представленной в цифровой форме и выполнен в БИС.

Микропроцессорная система – специализированное электрическое устройство выполненное на базе 1-го или нескольких микропроцессоров.В состав устройства микропроцессора входит:- память;- элемент ввода вывода;- устройство, обеспечивающее работу процессора.

В зависимости от назначения, М.П. делятся:- информационно-вычислительные;- контрольно-управляющие устройства.

Информационно-вычислительные устройства – микро ЭВМ, персональный компьютер.

Контрольно-управляющие устройства – микроконтроллер, программируемый контроллер.

Микропроцессорное средство – это микропроцессоры и другие БИС совмещенные по функциональным назначениям и предназначены для построения микропроцессорных систем. Системные генераторы. Системные контролеры. Системные таймеры. Контролеры ввода вывода. Контролеры прерывания. Контролеры прямого доступа в память.

Микропроцконтро-р – этоЭВМ, вклмп память средства связи с переферийнымиустробъед одной несущей конструкцией.

Могут реализов на 1) однокристмикропроц 2) секционных(многокрист) микропроц 3) однокрмикроконтр 4) сложных матричных программирлогич схемах

Вопрос 4 Понятие информации. Способы передачи информации

Аналоговый Цифровой

Релейный Импульсный

Информация- это сведения об окружающем мире.

Сигнал- это материально-физ явления осущ передачу информ

Сообщение- совокупность передаваемых сигналов

Сигналы: 1) непрерывные 2) дискретные

Непрерывные(аналоговые) сигнал область определения которого есть непрерывное пространство.Информкоторпредставлена в виде удобном для хранения бработки и передачи назыв данными.

Информация которперед в виде цифр сигнможхранобрабат и передаваться. Хранение осущ в цифровзапоминустр. Передача осущ при помощи линии связи, обработка при поммп системы. Миним един измерения информявл 1 битт (0 1) процесс преобразов инфы из одного вида в другой наз кодирование.

Информ-тектовая-числов-видео-аудио

Вопрос 5,6 Системы счисления, используемые в выч технике

Арифметические основы МП техники – двоичная арифметика.

Двоичная система исчисления относится к позиционным и используется для отображения цифр – ”0” и ”1”.

Система счисления-это набор знаков и правил их записи с целью обработки цифр информ.

Позиционная система исчисления – количество цифр=основанию системы.

Вес цифры в числе равны её значению цифры умноженные на основание в степени на 1 меньше положения цифры в числе.

Значение старшей цифры на 1 меньше основания.

Все 10-ые числа можно перевести в 2-ую:

В вычислительной технике используется 8-миричная и 16-ричная системы исчисления. Они используются для упрощения записи двоичных чисел.

8-миричная система:0 1 2 3 4 5 6 7.16-ричная: 0-9, А,В,С,D,E,F.1110 1110 1101 =EDD16(H)111 011 101 101 = 73558(Q)

567=101 110 111 ; 1FA= 1 1111 1010Перевод из 10-ичного в 8-ми 16-тиричную: Из 8-ми в 16-ную:

АВ816=101 010 111 000=52708 Арифметические операции в двоичной системе измерения: +,-,*,/.0+0=0; 0+1=1; 1+0=1; 1+1=10.

+ 1101110

Умножение:

Правила умножения:1*0=00*0=01*1=1Операцию умножения можно заменить операцией сложения и операцией сдвига

Операция деленияОперацию деления можно заменить на операцию вычитания и операцию сдвига

8-ричная и 16-ричная система

1F(16) = 111112, а не 00011111(2)

F1(16) = 111100012 = 011 110 0012 = 361(8)

В наш быстро меняющийся современный век информатика и вычислительная техника стали не просто нормой жизни, а стали нашу жизнь. Уже качество человеческого существования начинает зависеть от того, насколько успешно люди в них разбираются. Если человек умеет обращаться с компьютерной техникой на «ты», то он живет в ритме времени и его всегда ожидает успех.

Само слово «информатика» практически на всех языках мира обозначает науку, которая связана с вычислительной техникой или компьютерами. Если говорить конкретно, то этот термин имеет следующее определение: так называется наука, которая имеет своей основной задачей изучение различных методов получения, хранения, накопления, передачи, трансформации, а также использования информации.

К прикладной информатике относится использование ее в обществе, программное обеспечение, борьба с компьютерными вирусами и информационное общество. Применяется информатика и вычислительная техника в современной жизни в нескольких основных направлениях:

Разработка вычислительных систем и необходимого программного обеспечения;

Теория информации, изучающая все связанные с ней процессы;

Методы искусственного интеллекта;

Системный анализ;

Методы машинной анимации и графики;

Средства телекоммуникации, к которым относятся и глобальные ;

Разнообразные приложения, которые охватывают практически все стороны человеческой деятельности.

Несомненно, что развивающийся технический прогресс оказывает на нашу жизнь важное влияние и постоянно преподносит человечеству новые возможности для получения, сбора и хранения информации.

Под термином «вычислительная техника» понимают совокупность технических систем, т. е. вычислительных машин, и математических средств, методов и приемов, используемых для облегчения и ускорения решения трудоемких задач, связанных с обработкой информации (вычислениями), а также отрасль техники, занимающаяся разработкой и эксплуатацией вычислительных машин.

Основные функциональные элементы современных вычислительных машин, или компьютеров (от английского слова compute вычислять, подсчитывать), выполнены на электронных приборах, поэтому их называют электронными вычислительными машинами, или сокращенно ЭВМ.

По способу представления информации вычислительные машины делят на три группы:

Аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами;

Цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представляется в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины (цифр);

Гибридные вычислительные машины, в которых используются оба способа представления информации.

Каждый из этих способов представления информации имеет свои преимущества и недостатки. ЦВМ распространены более всего потому, что точность их результатов в принципе не зависит от точности, с которой они изготовлены. Этим объясняется и тот факт, что первое аналоговое вычислительное устройство – логарифмическая линейка – появилась только в XVII в., а самыми древними цифровыми средствами для облегчения вычислений были человеческая рука и камешки. Благодаря счету на пальцах возникли пятеричная и десятичная системы счисления.

Более поздними изобретениями для счета были бирки с зарубками и веревки с узелками. Первым устройством, специально предназначенным для вычислений, был простой абак, с которого и началось развитие вычислительной техники. Счет на абаке, известный уже в Древнем Египте и Древней Греции задолго до нашей эры, просуществовал вплоть до XVI- XVII вв., когда его заменили письменные вычисления. Заметим, что абак служил не столько для облегчения собственно вычислений, сколько для запоминания промежуточных результатов. Известно несколько разновидностей абака: греческий (египетский) абак в виде дощечки, на которой проводили линии и в получившиеся колонки клали камешки; римский абак, на котором камешки могли передвигаться по желобкам; китайский суан-пан и японский соробан с шариками, нанизанными на прутики; счетные таблицы, состоявшие из горизонтальных линий, соответствующих единицам, десяткам, сотням и т.д., и вертикальных, предназначенных для отдельных слагаемых и сомножителей; на эти линии выкладывались жетоны (до четырех). Русский абак – счеты появились в XVI-XVII вв., ими пользуются и в наши дни. Русские счеты стоят на особом месте среди разновидностей абака, так как они используют десятичную, а не пятеричную систему счисления, как все остальные абаки. Основная заслуга изобретателей абака состоит в создании позиционной системы представления чисел (см. Система счисления).

Следующим важным шагом в развитии вычислительной техники было создание суммирующих машин и арифмометров. Такие машины были сконструированы независимо друг от друга разными изобретателями.

В рукописях итальянского ученого Леонардо да Винчи (1452-1519) имеется эскиз 13-разрядного суммирующего устройства. Проект другой, 6-разрядной, машины был разработан немецким ученым В. Шиккардом (1592-1636), а сама машина была построена предположительно в 1623 г. Однако эти изобретения оставались неизвестными вплоть до середины XX в. и поэтому никакого влияния на развитие вычислительной техники не оказали.

Более 300 лет считалось, что первую суммирующую (8-разрядную) машину сконструировал в 1641 г. и построил в 1645 г. Б. Паскаль, который к тому же наладил «серийное производство» своих машин. Несколько экземпляров машин сохранилось до наших дней. Эти механические машины позволяли выполнять сложение и вычитание, а также умножение (деление) путем многократного сложения (вычитания).

Конструкторы суммирующих машин впервые осуществили идею представления чисел углом поворота счетных колес: каждому числу от 0 до 9 соответствовал свой угол. При реализации другой идеи – идеи автоматического переноса десятков – Паскаль столкнулся с определенной трудностью: изобретенный им механизм переноса десятков работал при вращении счетных колес только в одном направлении, а это не позволяло производить вычитание вращением колес в противоположную сторону. Простой и остроумный выход из этого положения, найденный Паскалем, был настолько удачен, что используется в современных ЭВМ. Паскаль заменил вычитание сложением с дополнением вычитаемого. Для 8-разрядной машины Паскаля, работавшей в десятичной системе, дополнением числа будет число , поэтому операция вычитания может быть заменена сложением:

Получившееся число будет больше искомой разности на 100000000, но так как машина – 8-разрядная, то единица в девятом разряде просто пропадает при переносе десятков из восьмого.

Первый экземпляр первого в мире арифмометра, выполнявшего все четыре действия арифметики, был создан в 1673 г. Г. В. Лейбницем после почти сорокалетней работы над «арифметическим инструментом».

В XVII 1-ХIX вв. продолжалось совершенствование механических арифмометров, а затем и арифмометров с электрическим приводом. Эти усовершенствования носили чисто механический характер и с переходом на электронику утратили свое значение.

Исключение составляют лишь машины английского ученого Ч. Беббиджа (1791-1871): разностная (1822) и аналитическая (1830, проект).

Разностная машина предназначалась для табулирования многочленов и с современной точки зрения являлась специализированной вычислительной машиной с фиксированной (жесткой) программой. Машина имела «память»: несколько регистров для хранения чисел; счетчик числа операций со звонком – при выполнении заданного числа шагов вычислений раздавался звонок; печатающее устройство – результаты выводились на печать, причем по времени эта операция совмещалась с вычислениями на следующем шаге.

При работе над разностной машиной Беббидж пришел к идее создания цифровой вычислительной машины для выполнения разнообразных научных и технических расчетов, которая, работая автоматически, выполняла бы заданную программу. Проект этой машины, названной автором аналитической, поражает прежде всего тем, что в нем предугаданы все основные устройства современных ЭВМ, а также задачи, которые могут быть решены с ее помощью.

Аналитическая машина Беббиджа должна была включать в себя следующие устройства: «склад» - устройство для хранения цифровой информации (теперь его называют запоминающим или памятью);

«фабрика» - устройство, выполняющее операции над числами, взятыми на «складе» (ныне это – арифметическое устройство);

устройство, для которого Беббидж не придумал названия и которое управляло последовательностью действий машины (сейчас это – устройство управления);

устройство ввода и вывода информации.

В ожидании результатов вычислений.

В качестве носителей информации при вводе и выводе Беббидж предполагал использовать перфорированные карточки (перфокарты) типа тех, что применял французский ткач и механик Ж.М. Жаккар (1752-1834) для управления работой ткацкого станка. Беббидж предусмотрел ввод в машину таблиц значений функций с контролем при вводе значений аргумента.

Выходная информация могла печататься, а также пробиваться на перфокартах, что давало возможность при необходимости снова вводить ее в машину.

Беббидж предложил также идею управления вычислительным процессом программным путем и соответствующую команду – аналог современной команды условного перехода: вопрос о выборе одного из двух возможных продолжений программы решался машиной в зависимости от знака некоторой вычисляемой величины.

Беббидж предусмотрел также специальный счетчик количества операций, который имеется у всех современных ЭВМ.

Таким образом, аналитическая машина Беббиджа была первой в мире программно- управляемой вычислительной машиной. Для этой машины были составлены и первые в мире программы, а первым программистом была Августа Ада Лавлейс (1815-1852) – дочь английского поэта Дж. Байрона. В ее честь один из современных языков программирования называется «Ада».

Современные ЭВМ по своей структуре очень близки к аналитической машине Беббиджа, но, в отличие от нее (и всех механических арифмометров), используют совершенно другой принцип реализации вычислений, основанный на двоичной системе счисления.

Двоичный принцип реализуется при помощи электромагнитного реле – элемента, который может находиться в одном из двух возможных состояний и переходить из одного состояния в другое при воздействии внешнего электрического сигнала.

Если в электромеханических арифмометрах использовались только энергетические свойства электричества, то в машинах, построенных на реле, электричество становится важнейшим и непосредственным участником вычислительного процесса.

Первая счетная машина, использующая электрические реле, была сконструирована в 1888 г. американцем немецкого происхождения Г. Холлеритом (1860-1929) и уже в 1890 г. применялась при переписи населения США. Эта машина, названная табулятором, имела в своем составе реле, счетчики, сортировочный ящик. Данные наносились на перфокарты, почти не отличающиеся от современных, в виде пробивок. При прохождении перфокарты через машину в позициях, где имелись отверстия, происходило замыкание электрической цепи, на соответствующих счетчиках прибавлялось по единице, после чего перфокарта попадала в определенное отделение сортировочного ящика.

В наши дни ЭВМ все шире применяются для управления сложным производством.

Развитие табуляторов и другой счетно-перфорационной техники позволило к концу 30-х – началу 40-х гг. нашего столетия построить такие универсальные вычислительные машины с программным управлением, у которых основными «считающими» элементами (по современной терминологии – элементная база) были электромеханические реле.

Релейные машины довольно долго находились в эксплуатации, несмотря на появление электронных. В частности, машина РВМ-1 конструкции советского инженера Н. И. Бессонова работала вплоть до 1965 г., однако релейные машины не могли долго конкурировать с электронными вычислительными машинами, так как росли требования к надежности и быстродействию.

Первые проекты электронных вычислительных машин появились лишь незначительно позднее проектов релейных машин, потому что необходимые для их создания изобретения были сделаны к концу 20-х гг. нашего столетия: в 1904 г. появилась двухэлектродная электронная лампа-диод; в 1906 г. – трехэлектродная электронная лампа-триод; в 1918 г. – электронное реле (ламповый триггер).

Первой электронной вычислительной машиной принято считать машину ЭНИАК (электронный числовой интегратор и вычислитель), разработанную в Пенсильванском университете в США. ЭНИАК была построена в 1945 г., она имела автоматическое программное управление, но внутреннее запоминающее устройство для хранения команд у нее отсутствовало.

Первой ЭВМ, обладающей всеми компонентами современных машин, была английская машина ЭДСАК, построенная в Кембриджском университете в 1949 г. На ней впервые был реализован принцип «хранимой программы», сформулированный в 1945-1946 гг. американским математиком Дж. Нейманом (1903-1957).

Этот принцип заключается в следующем:

команды и числа однотипны по форме представления в машине (записаны в двоичном коде);

числа размещаются в том же запоминающем устройстве, что и программа;

благодаря числовой форме записи команд программы машина может производить операции над командами.

Первой отечественной ЭВМ была малая электронная счетная машина (МЭСМ), разработанная в 1947-1951 гг. под руководством советского ученого, академика С. А. Лебедева (1902-1974), с именем которого связано дальнейшее развитие советской вычислительной техники.

МЭСМ выполняла всего 12 команд, номинальное быстродействие – 50 операций в секунду. Оперативная память МЭСМ, выполненная на триггерах, могла хранить 31 семнадцатиразрядное двоичное число и 64 двадцатиразрядные команды. Кроме этого, имелись внешние запоминающие устройства.

Интересно, что раздельное хранение в оперативной памяти МЭСМ чисел и команд противоречит неймановскому принципу хранимой программы, на котором в течение многих лет были основаны конструкции ЭВМ. У современных ЭВМ также наблюдается отход от этого принципа, в частности отпадает необходимость проведения операций над величинами, которыми закодированы команды программы.

В истории развития электронных вычислительных машин, начинающейся с ЭНИАК, ЭДСАК, МЭСМ и продолжающейся по настоящее время, обычно выделяют четыре периода, соответствующих четырем так называемым поколениям ЭВМ. Эти периоды могут быть выделены по разным признакам, из-за чего часто бывает трудно отнести конкретную машину к определенному поколению. Некоторые средние характеристики поколений приведены в таблице.

Пример отечественной машины БЭСМ-6 (главный конструктор – С. А. Лебедев) показывает, как иногда бывает трудно однозначно определить поколение машины. Разработка БЭСМ-6 была закончена в 1966 г.; элементная база – полупроводниковые транзисторы; производительность - операций в секунду, емкость оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) – бит. По этим признакам она относится ко второму поколению, по остальным – к третьему. Иногда ЭВМ разделяют по классам: мини-ЭВМ, малые, средние, большие и супер-ЭВМ.

Характеристика поколений электронных вычислительных машин