Все это привело к тому, что человечество уже не справлялось с обработкой нарастающих объемов информации старыми методами и средствами.
Выходом из создавшейся ситуации стала автоматизация процессов обработки информации. Точнее – избавление человека от многих трудоемких, но не требующих творческого подхода видов деятельности, связанных с обработкой информации.
Первые попытки создания средств, инструментов для обработки информации связаны со стремлением упростить выполнение действий над числами. В Древнем Китае (около 4 тысяч лет назад) были изобретены счеты. Греки и римляне более двух тысячелетий назад начали использовать «абак» - счетную доску, на которой числа изображались определенным количеством камешков, а действия над числами – передвижением этих камешков.
В 1642 году известный французский физик и математик Б. Паскаль изобрел арифмометр – устройство для сложения и вычитания чисел, а двадцать лет спустя немецкий математик Г. Лейбниц сконструировал арифмометр, выполнявший все четыре арифметических действия.
Арифмометры несколько столетий верно служили людям, являясь незаменимым помощником человека в бухгалтерском учете, проведении научных расчетов и других областях его деятельности. Однако возможности арифмометров были ограничены – скорость вычислений на них была невелика, «память» арифмометра могла хранить лишь результат очередной арифметической операции.
В конце прошлого века в США проводилась первая перепись населения. В преддверии этой работы, связанной с учетом и обобщением огромного количества данных о многомиллионном населении, американский инженер Г. Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство - табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений, имел память на перфокартах – картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определенная система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и были предшественниками вычислительных машин нашего времени.
Первая электронная вычислительная машина «ЭНИАК» была создана в США в 1946 году. В нашей стране первая ЭВМ «МЭСМ-1» была разработана в 1951 году под руководством академика В.А. Лебедева.
Первые компьютеры были дорогостоящими, громоздкими устройствами, требующими для эксплуатации больших, специально оборудованных помещений. Их обслуживали десятки программистов и инженеров. Средства «общения» человека с машиной были весьма ограничены – все данные, вводимые в ЭВМ, набивались на перфокарты. Машинные языки были сложны, и ими владели лишь профессиональные программисты. «Машинное время» (т.е. время работы на ЭВМ) стоило дорого. В 50 – 60-е годы ЭВМ создавались для ускорения и автоматизации вычислительной работы. Область их применения ограничивалась, как правило, выполнением огромного объема однообразной вычислительной работы. Это имеет место, например, при вычислениях траектории движения спутников или начислениях зарплаты на большом предприятии.
Ситуация с использованием вычислительной техники стала принципиально меняться в 70-х годах. Во-первых, благодаря разработке новой технологии удалось в сотни раз уменьшить размеры и стоимость электронных элементов ЭВМ. Компьютер стал помещаться на письменном столе и предназначаться для использования одним человеком. Такие компьютеры получили наименование «персональных ЭВМ». Во-вторых, изменились средства общения человека с компьютером. Теперь человек может обращаться к ЭВМ с помощью клавиатуры (подобной клавиатуре пишущей машинки), а машина вести диалог с человеком и выдавать решения поставленных задач в виде текста или рисунков на телевизионном экране. В-третьих, получили дальнейшее развитие языки общения с компьютером.
В настоящее время они все более приближаются к естественному языку человека и поэтому, овладение ими стало доступно каждому человеку за достаточно небольшое время. Кроме того, профессиональными программистами создано большое количество прикладных программ для решения на компьютерах типовых задач, часто встречающихся во многих областях деятельности человека. Наборы таких прикладных программ для типовых задач по какой-либо отрасли позволяют воспользоваться компьютером для их решения специалисту, не владеющему программированием. В-четвертых, значительно расширилась сфера применения компьютеров. Если в первые годы своего существования ЭВМ использовались в основном для вычислений, то в настоящее время компьютеры широко применяются для обработки не только числовой, но и других видов информации.
Каждый этап развития компьютеров определялся совокупностью элементов, из которых строились компьютеры, - элементной базой, а также уровнем развития их программного обеспечения.
С изменением элементной базы ЭВМ значительно изменялись характеристики, внешний вид и возможности компьютеров. Каждые 10 – 12 лет происходил резкий скачок в конструкции и способах производства ЭВМ.
Именно поэтому принято говорить о поколениях ЭВМ, сменявших друг друга в ходе развития вычислительной техники.
Естественно, что смена поколений заключалась не только в обновлении элементной базы. С каждым новым поколением в практику применения ЭВМ входили новые способы решения задач и новые компоненты программного обеспечения.
В ЭВМ первого поколения (1945 – 1956 гг.) элементы электронных схем изготовлялись на базе вакуумных электронных ламп. Машины первого поколения занимали громадные залы, весили сотни тонн и расходовали сотни киловатт электроэнергии. («Марк I», «ЭНИАК», «УНИВАК», «МЭСМ»).
Появление ЭВМ второго поколения (1956 – 1963 гг.) стало возможным благодаря изобретению транзисторов. Резкое уменьшение размеров транзисторов по сравнению с радиолампами позволило делать блоки ЭВМ в виде так называемых печатных плат. Использование транзисторов и печатных плат позволило значительно уменьшить размеры ЭВМ и потребление энергии. («LARC»).
Основу ЭВМ третьего поколения (1964 – 1971 гг.) составляют так называемые интегральные схемы. Благодаря изобретению интегральных схем резко повысился уровень надежности электронных схем при значительном падении их стоимости благодаря уменьшению размеров и автоматизации их проектирования и производства. В ЭВМ третьего поколения применялись интегральные схемы, содержащие более тысячи элементов на одном кристалле. («IBM System 360», «PDP-8»)
ЭВМ четвертого поколения (c 1971 года и по настоящее время) используют большие интегральные схемы (БИС), в которых количество элементов на кристалле кремния равно десяткам тысяч. Процессор ЭВМ стал целиком размещаться на одном кристалле кремния. Такие процессоры получили название микропроцессоров. В результате на одной плате оказалось возможным разместить электронные схемы всех устройств ЭВМ, а саму ЭВМ, которая еще двадцать лет назад занимала большой зал, сделать по габаритам и по стоимости доступной для индивидуального применения на рабочем месте пользователя. Так появились персональные ЭВМ.
Сегодня информатика и вычислительная техника проникли во многие сферы деятельности человека, завтра станут неотъемлемой частью практически всех профессий, прочно войдут в наш быт, образование, культуру. Именно поэтому знание информатики, умение использовать компьютер становится компонентом общего образования человека в современном обществе, а компьютерная грамотность — второй грамотностью человека. («Apple II», «IBM PC» «Macintosh»)
Вопрос № 61: Системное программное обеспечение
Программное обеспечение компьютера можно разделить на операционную систему и прикладное программное обеспечение.
Операционная система обеспечивает функционирование и взаимосвязь всех компонентов компьютера и предоставляет пользователю доступ к его аппаратным возможностям. Внутренняя структура современных операционных систем достаточно сложная
Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: средства разработки и приложения.
Средства разработки — это инструменты программиста. Традиционными средствами разработки являются алгоритмические (процедурные) языки программирования. Основой систем программирования является транслятор. Трансляторы языков программирования, т. е. программы, обеспечивающие перевод исходного текста программы на машинный язык (объектный код), бывают двух типов: интерпретаторы и компиляторы.
Интерпретатор — это транслятор, который обеспечивает последовательный синхронный «перевод» и выполнение каждой строки программы, причем при каждом запуске программы на выполнение вся процедура полностью повторяется. Достоинством интерпретатора является удобство отладки программы в интерактивном режиме, а недостатком — малая скорость работы.
Компилятор — это транслятор, который переводит текст программы целиком на машинный язык, в результате чего получается исполняемая программа. Получаемый загрузочный модуль обычно выполняется быстрее интерпретируемой программы.
Современные системы объектно-ориентированного визуального программирования позволяют сделать процесс программирования более наглядным за счет использования графического интерфейса.
Системы логического программирования реализуют декларативный способ представления знаний, когда программист лишь формулирует задачу с помощью фактов и правил. Система логического программирования с помощью механизма логического вывода получает все возможные следствия, т. е. ищет решение задачи.
Системы управления базами данных (СУБД) позволяют создавать, редактировать и модифицировать базы данных.
Системы компьютерной графики позволяют создавать и редактировать изображения, а также создавать анимацию.
Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют разрабатывать проекты и создавать чертежи и схемы различных объектов (машин и механизмов, зданий, электронных схем и т. д.).