2.4. 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.

2.5. Исторические аспекты развития вычислительной техники

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?