Исторические аспекты развития вычислительной техники

Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом образуется «паразитная нагрузка» в виде адресных данных. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру. Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл — это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

Проще всего представить себе файл в виде безразмерной папки, в которой можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий любое число байтов.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, и косвенно говорит о той информации, которая содержится в файле.

Совокупность файлов образует файловую структуру, которая, как правило, относится к иерархическому типу. Полный адрес файла в файловой структуре является уникальным и включает в себя собственное имя файла и путь доступа к нему.

Первые электронно-вычислительные машины (ЭВМ), которые могли автоматически по заданной программе обрабатывать большие объемы информации, были созданы в 1946 году в США (ЭНИАК) (рис. 5). В 1950 году в СССР (МЭСМ) были созданы первые ЭВМ, а затем БЭСМ. В 40 - 60-х годах производство ЭВМ измерялась единицами, десятками и, в лучшем случае, сотнями штук. ЭВМ были очень дорогими и очень большими (занимали громадные залы) и поэтому оставались недоступными для массового потребителя. Массовое производство сравнительно недорогих персональных компьютеров началось с начала 80-х годов с компьютера Apple (с этого компьютера начала свое существование фирма Apple). Количество произведенных персональных компьютеров начало составлять десятки тысяч в год, что по тем временам было колоссальным достижением.

В начале 80-х годов приступила к массовому производству персональных компьютеров корпорация IBM (компьютеры так и назывались IBM Personal Computer - IBM PC). Достаточно скоро IBM-совместимые компьютеры стали выпускать многие фирмы, и их производство достигло сотен тысяч в год. Производство персональных компьютеров постоянно росло и к концу 1990-х годов достигло 100 млн. в год.

Персональный компьютер постоянно совершенствовался, его производительность возросла на три порядка, при этом, что очень важно, цена практически не изменилась. Персональный компьютер стал доступен массовому потребителю, и теперь в развитых странах мира компьютер имеется на большинстве рабочих мест и в большинстве семей. Можно выделить 4 этапа развития ЭВМ или поколений. В соответствие с принятой в России классификацией эти этапы определяются, прежде всего, уровнем развития технологий производства ЭВМ. Первые ЭВМ в качестве основных элементов - тригеров использовали радиолампы, поэтому появление первых транзисторов привело к резкому снижению объемов ЭВМ и к увеличению их возможностей (второй этап).

Рисунок 5 Этапы развития ЭВМ

Можно выделить 4 этапа развития ЭВМ или поколений. В соответствие с принятой в России классификацией эти этапы определяются, прежде всего, уровнем развития технологий производства ЭВМ. Первые ЭВМ в качестве основных элементов - тригеров использовали радиолампы, поэтому появление первых транзисторов привело к резкому снижению объемов ЭВМ и к увеличению их возможностей (второй этап). Переход производства ЭВМ на интегральные схемы низкой степени интеграции привели к появлению ЭВМ третьего поколения и сделали возможным и доступным для массового использования микро-ЭВМ небольших размеров. Следующий скачок вызвало появление интегральных схем с высокой степенью интеграции элементов в кристаллах (несколько миллионов элементов в одном кристалле). На этом появились доступные персональные одноплатные ЭВМ, которые и привели к возникновению информационного бума в мире. На рис. 6 представлены взлеты и падения развития отечественной вычислительной техники. Для России характерна некоторая трагичность в развитии вычислительной техники. Если первые образцы ЭВМ типа БЭСМ –6 (средний класс производительности) и МИР-1 (ЭВМ малой производительности) были безусловно лучшими в мире по архитектуре, надежности и условиям работы для программистов, то последующие поколения ЭВМ типа ЕС ЭВМ были по сути многоэтапным клонированием западных вычислительных систем. Такая стратегическая ошибка в определении стратегии развития вычислительной техники в СССР привела к глубокому кризису в развитии вычислительной техники. Огромные затраты на производство ЕС ЭВМ не обеспечивали вычислительные потребности страны и привели к безнадежному отставанию России в области массовых вычислительных систем.

Существует и другая более прагматичная классификация, предложенная специалистами Microsoft, которая на наш взгляд более перспективна для прогнозирования дальнейшего анализа развития ЭВМ (рис. 7).

Рисунок 6 Эволюция ЭВМ

В соответствие с этой классификацией эволюция развития ЭВМ прошла через три стадии, каждая из которых определялась, прежде всего, теми прагматическими задачами, которые ставило общество перед новой отраслью знаний – информатикой.

Первая эпоха называлась эпохой вычислительных задач. Она возникла в том момент, когда мощный импульс получила атомная энергетика и проектирование устройств и ядерных боеприпасов стало практически невозможным ручными методами. Необходимы были производительные вычислительные машины и соответствующее программное обеспечение их для решения чисто инженерных задач. Наиболее популярным алгоритмическим языком был Fortran. В эту эпоху получили распространение Майн – фреймы (одномашинные комплексы), которые занимали площади до нескольких сотен квадратных метров.

Вторая эпоха развития ЭВМ зародилась в недрах первой эпохи и связано с разработкой относительно не очень дорогих вычислительных машин, основной задачей которых было – высоконадежное и оперативное управление сложным производством на объектах энергетики (в том числе ядерной) и других опасных для экологии и человека производств. На таких производствах необходимо было исключить человека, как очень ненадежное звено в системах управления с низкой скоростью реакции на внезапные ситуации. В России в этот период клонировались серии ЭВМ типа PDP-11, которые у нас проходили как ЭВМ серии СМ (СМ-1, СМ-2, и т.д.). Эти ЭВМ занимали площади 20 кв. м. (размер комнаты), были неприхотливы в обслуживании и имели небольшой штат обслуживающего персонала. В России до сих пор на некоторых объекта энергетики используются эти ЭВМ (например, на Сургутских ГРЭС).

Третья эпоха – эпоха бизнес-задач, возникла в конце 80-х годов как сформировавшейся социальный заказ на массовое внедрение в бизнес новых ЭВМ и новых информационных технологий. Именно в этот период и появились первые ЭВМ, которые по цене (первые образцы стоили $5000) были доступны для населения развитых стран. Этот период дал мощный толчок развития всех отраслей знаний и технических систем, резко повысив производительность во всех отраслях знаний.

А что будет дальше? Какой заказ рождается в данный момент? Об этом можно много говорить и частично мы уже ответили на этот вопрос, рассматривая новые направления развития кибернетики – гомеостатики. Сформулируем, а точнее выскажем бездоказательно утверждение о том, что в данный момент формулируется несколько социальных заказов и требований на средства вычислительной техники.

Прежде всего, создание устройств, своевременно прогнозирующих и предупреждающих экологические катастрофы. Эти устройства должны быть встроены в системы управления экологически опасных производств и технологий и алгоритм их функционирования основывается на определенных принципах взаимоотношений с Человеком.

Следующее направление - полная автоматизация рутинных процессов производства и создание интеллектуальных адаптивных к внешним воздействиям устройств с элементами искусственного интеллекта. Наиболее вероятный прорыв возможен на стыке таких наук как кибернетика и генетика, когда будут создаваться комбинированные устройства, включающие электронные элементы и элементы живой природы. Вполне вероятно появление уже через 10 лет устройств подобных Терминатору. Но готовы ли мы к такому скачку развития информационных технологий?

Вопросы для самоконтроля

1. Информатика это технология или отрасль науки?

2. Какие задачи информатики сегодня наиболее актуальны? Что мы понимаем под информатикой?

3. Как вы полагаете, являются ли данные товаром? Могут ли методы быть товаром?

4. Какие научные основы информатики? Что такое кибернетика, какие задачи она решает? Что такое кибернетический контур управления?

5. Что представляет собой новое научное направление в информатике – гомеостатика? Как Вы представляете себе гомеостат? Приведите пример гомеостатов в системе управления.

6. Что означает третий постулат Ю. Горского?

7. Как вы понимаете динамический характер информации? Что происходит с ней по окончании информационного процесса?

8. Можем ли мы утверждать, что данные, полученные в результате информационного процесса, адекватны исходным? Почему? От каких свойств исходных данных и методов зависит адекватность результирующих данных?

9. В чем измеряются данные?

10. Что такое файл, почему для хранения не используются фиксированные по размеру структуры?

11. Как развивалась вычислительная техника по взглядам российских ученых?

12. В чем эволюция развития ЭВМ по Microsoft?