Лекция 4

Развитие компьютерных ИТ

XIX век – век развития средств коммуникации

• 1880-е годы - замена гусиного пера авторучкой со стальным пером

• 1876г. – Александр Грэхем Белл (США) изобретает первый телефон

• 1890-е – широкое использование в конторской службе телеграфа, кассовых аппаратов, арифмометров и пишущих машинок

Появление компьютера стало возможным благодаря созданию:

Электронные переключатели

• Блез Паскаль (1623-1662), Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716) изобрели суммирующие машины, являясь одними из создателей дифференциальных и интегральных исчислений

• Герман Холлерит в конце XIX века сконструировал перфокарточное вычислительное устройство (информация кодировалась с помощью перфорации, электрический прибор опознавал отверстия и посылал сигналы машине). Использовалось в статистике:

- 1880г.-перепись населения США

- 1887г. – приобретена Россией для аналогичных целей

Цифровое кодирование информации

1946г. – ученые Джон Мокли, Дж. Преспер Эккерт (Пенсильванский университет, США) сконструировали первый цифровой электронный вычислительный интегратор и калькулятор – ЭНИАК – самая большая вычислительная машина с применением электронных ламп.

Главное достижение - информация хранилась не в аналоговом, а в цифровом формате в виде закодированных чисел, что во много раз увеличивает точность (у аналоговых машин точность не более 0,1%).

ЭНИАК – самая большая вычислительная машина Устройства искусственной памяти

Джон фон Нейман, знаменитый математик и один из создателей компьютера разработал систему хранения программ внутри компьютера и их автоматического ввода в действие.

До появления компьютера вычислительные машины могли выполнять только команды поступавшие извне (иногда подключение проводки к электронному табло, установка системы переключателей и их настройка для решения всего одной задачи занимали целый рабочий день).

Открытия второй половины ХХ века – портативные устройства ввода и применение микросхем

Главные компоненты компьютера – 3 основных узла

• Устройство ввода и вывода информации – обеспечивают связь с внешним миром, преобразуют получаемые импульсы в коды, которые воспринимаются оператором или подключенным к компьютеру оборудованием.

• Запоминающее устройство – содержит программы, исходные данные, промежуточную и др. информацию, необходимую для совершения операций и взаимосвязи между отдельными частями.

• Процессор – обеспечивает координацию работы других компонентов системы, в нем совершаются арифметические (+,-...) и логические (сопоставление, совпадение, отрицание и т.п.) операции над введенными данными.

Вся информация кодируется в двоичной системе координат «0» и «1» (бит). При кажущейся простоте любая информация может быть представлена в определенной последовательности кодирования нолей и единиц (байт).

Открытия ХХ века - достижение в системах переключения

• 1947Г. Уильям Шокли, Джон Бардин, Уолтер Бреттейн (лаборатория компании «Белл») изобретают транзистор.

Первоначально в компьютерах для передачи информации в двоичном коде использовались электронные лампы (громоздкие, поглощали много энергии, выделяли много тепловой энергии).

• В 60-70-е гг. большой научный вклад в развитие теории полупроводников и гетеропереходов внес лауреат Государственной и Ленинской премий СССР Жорес Иванович Алферов за эти открытия впоследствии ему присвоена Нобелевская премия.

• В 1959г. инженеры Джек Килби («Тексас инструмент») и Роберт Нойс – основатель компании «Интел», работая независимо создали интегральную микросхему - силиконовые чипы, которые содержат электрически соединенные между собой транзисторы, резисторы и конденсаторы.

• В 1969г. Компанией «Интел» было сделано еще одно усовершенствование – разработан микропроцессор – чип на котором сосредоточено целое обрабатывающее устройство. Микропроцессор значительно упростил устройство компьютера, приведя к его дальнейшей миниатюризации.

Создание первых компьютеров

• 1951г. – первый коммерческий электронный компьютер, выпущенный компанией «Ремингтон Рэнд» был продан Статистическому ведомству США.

• 1953г. – первый компьютер компании ИБМ «International business machines» (основана в 1914г Томасом Уотсоном).

• 1964г. - ИБМ выбросила на рынок ЭВМ «Систем – 360» (громоздкий комплект шкафов с перфолентами) и стала лидером в области производства ЭВМ, продав 20 000 компьютеров заняла 2/3 всего рынка

Первые микрокомпьютеры

• 1976г. – Стивен Джобс (21 год) и Стив Уозняк (25 лет) организовали компанию «Эппл компьютерс» и в 1977г. в гараже был создан первый микрокомпьютер – «Эппл» (цена 2500$).

• 1978г. – Появление первых моделей IBM-PC, ставших настолько удачными, что без труда завоевали весь рынок

• 1984г. - появляется усовершенствованный вариант Эппл – «Макинтош», впервые используется манипулятор «Мышь» ( идея подсмотрена в силиконовой долине у компании «Ксерокс»).

Компьютер Эппл, Стивен Джобс (создатель Эппл) и Джон Скалли (руководитель компании)

ХХ век – век полупроводников

Первые интегральные микросхемы содержали всего несколько десятков транзисторов, а современный процессор Intel Pentium 4 насчитывает уже более 100млн. транзисторов на кристалле.

Наномир – все, что меньше100 нанометров.

В 2000 году полупроводниковая индустрия вступила в в период нанотехнологий.

Закон Мура

В 1965г. Гордон Е. Мур (Gordon E. Moore) представил

прогноз о развитии полупроводниковых устройств, начиная с 1959г. (год создания первой интегральной микросхемы):

Количество транзисторов в одной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев.

После 1975г. наметилось замедление темпов роста и автор уточнил концепцию:

Количество транзисторов в одной микросхеме удваивается каждые 24 месяца.

Скептики считали, что в 90-х годах размеры микросхем станут меньше 100нм, что невозможно достичь практически, однако в 2003г. Уже освоен 90нм предел, в 2005 – переход на 65нм, 2007-45нм-технологии.

Нанотрубки – ближайшее будущее полупроводников

С уменьшением размеров полупроводников компаниям придется столкнуться с технологическими проблемами (возникновение токов утечки, увеличение тепловыделения, замедление срабатывания и др.)

Поэтому уже сегодня используются технологии напряженного кремния, изменения геометрии транзистора (tre-gate –транзисторы, multi-channel T-g).

Большие надежды возлагаются на применение т.н. нанотрубок – транзисторов будущего (углеродный каркас с кремниевым наполнителем).