Раздел 1. Этапы развития и эволюция интеллектуальных свойств эвм

Тема 1.1. Этапы развития эвм. Особенности традиционных и интеллектуальных эвм

Традиционно этапы развития ЭВМ классифицируют по поколениям. Поколения характеризуются следующими показателями:

– внутренняя организация (архитектура, программное обеспечение);

– средства взаимодействия пользователя с ЭВМ (языки и формы общения);

– техническая реализация (элементная база, технические параметры).

Развитие этих показателей происходило неравномерно, поэтому деление на поколения достаточно условно (иногда говорят даже о промежуточных поколениях). Тем более ошибочно отдавать предпочтение одному какому-либо показателю (например, элементной базе). Некоторые сведения о поколениях ЭВМ и их основных характеристиках приведены в таблице 1.1 [1].

Таблица 1.1. Поколения ЭВМ и их основные характеристики

Характери- стики ЭВМ	Значения характеристик ЭВМ поколений
	1-го (1949-1958)	2-го (1959-1963)	3-го (1964-1976)	4-го (1977-…)
Элементная база ЭВМ	Электронные лампы, реле	Транзисторы, параметроны	Интегральные схемы, большие интегральные схемы (БИС)	Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС)
Производи- тельность центрально-го процессо- ра (ЦП)	До 3⋅105 оп/с	До 3⋅106 оп/с	До 3⋅107 оп/с	Более 3⋅107оп/с
Тип оперативной памяти (ОП)	Триггеры, ферритовые сердечники	Миниатюрные ферритовые сердечники	Полупроводни-ковые БИС	Полупроводни-ковые СБИС
Объем ОП	До 64 Кбайт	До 512 Кбайт	До 16 Мбайт	Более 16 Мбайт
Характерные типы ЭВМ поколения	Большие	Малые, средние, большие, специальные	Большие, средние, мини- и микроЭВМ, специальные ЭВМ, Ряды ЭВМ	СуперЭВМ, персональные компьютеры, специальные, общие, сети ЭВМ

Окончание таблицы 1.1.

1	2	3	4	5
Типичные модели поколения	EDSAC, ENIAC, UNIVAC, БЭСМ, Минск-1, 11, …, 14, УРАЛ	RCA-501, IBM 7090, БЭСМ-6, Минск-2/22, 23,32	IBM/360, IBM/370, PDP, VAX, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ	IBM/390, SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2, Cray, сети, модели «СКИФ»
Характер-ное про-праммное обеспече-ние	Коды, автокоды, ассемблеры	Языки прог-раммирова-ния, диспет-черы, АСУ, АСУТП	ППП, СУБД, САПР, ЯВУ, операционные системы	БЗ, ЭС, системы параллельного программирова-ния

Обозначения в таблице 1.1:

АСУ – автоматизированная система управления;

АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;

ППП – пакеты прикладных программ;

СУБД – система управления базами данных;

САПР – система автоматического проектирования;

ЯВУ – язык высокого уровня;

БЗ – база знаний;

ЭС – экспертные системы.

Типы ЭВМ (большие, малые, микро- и др.) отличаются размерами и вычислительной мощностью. Сравнительные параметры классов (типов) современных компьютеров приведены в таблице 1.2. [2].

Таблица 1.2.

Параметры	Класс компьютеров
	Супер- компьютеры	Большие компьютеры	Малые компьютеры	Микро- компьютеры
Производительность, MIPS	1000 - 1 000 000	100 - 10 000	10 - 1000	10 - 200
Емкость ОП, Мбайт	2000 – 100 000	512 – 10 000	128 – 4096	138 - 2048
Емкость внешних ЗУ, Гбайт	500 – 50 000	100 – 10 000	100 - 1000	100 - 1000
Разрядность, бит	64 - 256	64 - 128	32 - 128	32 - 128

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп и реле до интегральных схем со сверхвысокой степенью интеграции. Позже появились средние, малые, специальные, микроЭВМ и др.

Поскольку 95 % современного парка компьютеров в мире составляют персональные компьютеры (ПК), относящиеся к классу микрокомпьютеров, и эти ЭВМ в настоящее время являются основным вычислительным средством, отметим некоторые особенности классификации ПК.

ПК можно классифицировать по ряду признаков, в частности:

- по поколениям;

- по конструктивным особенностям.

ПК разных поколений отличаются разрядностью используемых микропроцессоров:

ПК 1-го поколения используют 8-битовые микропроцессоры;

ПК 2-го поколения – 16-битовые;

ПК 3-го поколения – 32-битовые;

ПК 4-го поколения – 64-битовые.

По конструктивным особенностям ПК делятся на

- стационарные ПК;

- переносные, к которым относятся портативные ПК, ПК-блокноты, карманные ПК, электронные секретари, электронные записные книжки.

Особенности структуры, состав и другие характеристики ПК будут рассмотрены в разделах 4 и 5 данного пособия.

Вернемся к рассмотрению особенностей поколений ЭВМ (т.е. к таблице 1.1).

Деление ЭВМ по номерам поколений и временным периодам, как уже отмечалось, достаточно условное. У ряда авторов приняты существенно иные временные интервалы для поколений (например, в [2]).

С развитием ЭВМ изменялась и технология их использования. Эволюция технологии использования компьютерных систем показана в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Эволюция компьютерных информационных технологий

Параметр, характери- стика	Этапы развития технологии
	50-е гг. 1-е поколение	60-е гг. 2-3 поколения	70-е гг. 3-е поколение	80-е гг. 3-4 поколения	Настоящее время
Цель ис- пользования компьютера (преимущес- твенно)	Научно- технические расчеты	Техничес- кие и экономи- ческие расчеты	Управление и экономи- ческие расчеты	Управле- ние и предоста- вление инфор- мации	Телеком- муникации, информа- ционное обслужи- вание и управление
Режим работы компьютера	Однопрог- раммный	Пакетная обработка	Разделение времени	Персо- нальная работа	Сетевая обработка
Интеграция данных	Низкая	Средняя	Высокая	Очень высокая	Сверх- высокая
Расположе- ние поль- зователя	Машинный зал	Отдель- ное помеще- ние	Терминаль- ный зал	Рабочий стол	Произволь- ное мобильное
Тип пользова- теля	Инженеры- програм- мисты	Профес- сиональ- ные про- грамми- сты	Програм- мисты	Пользо- ватели с общей компью- терной подготов- кой	Мало обученные пользо- ватели
Тип интерфейса пользова- теля	Работа за пультом компьютера	Обмен	Интерактив- ный (через клавиатуру и экран)	Интерак- тивный с жестким меню	Интерак- тивный экранный типа «вопрос- ответ»

ЭВМ первого, второго и третьего поколений, в основном, были построены в соответствии с широко известной концепцией построения ЭВМ, предложенной Дж. фон Нейманом [2].

Напомним основные принципы организации ЭВМ по Дж. фон Нейману [2]:

1. Принцип двоичного кодирования. ЭВМ должны работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления.

2. Принцип программного управления. Машина выполняет вычисления по программе. Программа состоит из набора команд, которые выполняются автоматически друг за другом в определенной последовательности.

3. Принцип хранимой программы. В процессе решения задачи программа ее выполнения должна размещаться в запоминающем устройстве, обладающем высокой скоростью выборки и записи.

4. Принцип однотипности представления чисел и команд. Программа так же, как и числа, с которыми оперирует машина, записывается в двоичном коде. Таким образом, по форме представления команды и числа однотипны, а это дает возможность машине выполнять операции над командами программы.

5. Принцип иерархичности памяти. Трудности реализации единого емкого быстродействующего запоминающего устройства требуют иерархичного построения памяти. Должно быть, по меньшей мере, два уровня иерархии: основная память и внешняя память.

6. Принцип адресности основной памяти. Память должна состоять из пронумерованных ячеек, каждая из которых доступна программе в любой момент времени по ее двоичному адресу или присвоенному ей имени (имя ячейке присваивается в программе, и соответствующий этому имени адрес должен храниться в основной памяти на протяжении всего времени выполнения программы).

Структура ЭВМ, построенных в соответствии с принципами Дж. фон Неймана, содержит следующие устройства: управляющее устройство, арифметическое устройство, основную (оперативную) память, устройство ввода программ и данных, устройство вывода результатов расчетов, пульт управления.

Такие ЭВМ часто называют традиционными. Они имеют достаточно низкий интеллектуальный уровень, так как требуют сравнительно большого участия человека в вычислительном процессе.

ЭВМ четвертого поколения обладают большими функциональными возможностями и имеют более высокий интеллектуальный уровень.

ЭВМ пока еще не появившегося пятого поколения должны были стать интеллектуальными системами (ИС).

Что вообще понимается под интеллектуальной системой?

Это понятие возникло как результат обобщения моделей поведения биологических и искусственных систем, проявляющих способность к активному восприятию и избирательному запоминанию информации с целью формирования модели собственного поведения (или принятия решения)[6].

Любая интеллектуальная система должна обладать набором следующих интеллектуальных качеств:

- свобода выбора цели и способа достижения этой цели;

- возможность корректировать свое поведение при изменении обстоятельств;

- способность сохранять свои функциональные свойства при изменении окружающей среды.

Сложившееся в настоящее время представление о функциональных средствах интеллектуальных систем предполагает наличие функциональных механизмов (процессоров) и механизмов памяти (баз знаний).

Под знаниями понимается любая информация, хранящаяся в системе и используемая ею для выполнения функционального назначения.

В принципе знания – это структурированные данные, относящиеся к различным предметным применениям, а также процедурно заданные способы (алгоритмы) поведения системы.

Очевидно, что уровень интеллекта вычислительной системы во многом определяется содержательностью представленных в системе знаний, которые разделяются на [6]:

- интерфейсные;

- прикладные;

- системные.

Интерфейсные знания – это знания о принципах взаимодействия ЭВМ с внешней средой. Они определяют генетический аспект развития системы и применительно к ЭВМ включают знания:

- о языках общения (лексика, синтаксис);

- о способах коммуникации (диалог);

- о формах представления информации;

- о средствах общения.

Прикладные знания – это формализованные знания (информация), содержащая смысловые понятия, отношения, образы поведения, а также способы формирования новых знаний.

Применительно к ЭВМ это процедурные знания об умениях (модели типовых решений, способы доказательств, способы преобразования информации и т.д.), а также проблемные данные о внешней среде.

Наличие этих знаний определяет во многом интеллектуальную способность системы.

Системные знания – это знания о самой системе (ресурсы, состояние, способы доступа, алгоритмы управления, контроля и т.д.).

Функциональные механизмы (процессоры) включают средства (подсистемы) общения, логического вывода, решения задач.

Подробнее эти механизмы будут рассмотрены позже.

Для определения системы как интеллектуальной необходимо и достаточно наличия всех трех типов знаний: интерфейсных, прикладных и системных.