Тенденции развития компьютеров
На протяжении недавней истории ЭВМ, то есть примерно с середины 60-х годов, когда полупроводники уже полностью вытеснили электронные лампы из элементной базы вычислительных машин, в развитии этой области техники произошло несколько драматических поворотов. Все они явились следствием, с одной стороны, бурного развития технологии микропроцессоров, с другой — интенсивного прогресса программного обеспечения компьютеров. Тот и другой процессы развивались параллельно, подстегивая друг друга, в какой-то мере конкурируя. Новые технические возможности, появлявшиеся с созданием новых элементов и устройств, позволили разработать более совершенные (и функционально и по производительности) программы; это, в свою очередь, порождало потребность в новых, более совершенных компонентах и т. д.
В 60-е годы, в эпоху машин третьего поколения, то есть машин на базе отдельных полупроводниковых элементов и интегральных схем, небольшой плотности (типичные представители — компьютеры семейства IBM 360), пользователи пришли к осознанию необходимости изменения организации использования компьютера. До этого компьютер предоставлялся в распоряжение одного человека (это был либо оператор, выполняющий готовую программу, либо программист, занятый разработкой новой программы). Такой порядок не позволял использовать весь потенциал машины. Поэтому возникла технология так называемой пакетной обработки заданий, характерная тем, что пользователь был отделен от машины. Он должен был заранее подготовить свое задание (чаще всего — в виде колоды перфокарт с управляющими кодами и исходными данными), и передать его в руки операторов, которые формировали очередь заданий. Таким образом, машина получала для обработки сразу несколько заданий и не простаивала в ожидании каждого нового задания или реакции пользователя на свои сообщения. Но и этого оказалось недостаточно: по быстродействию центральный процессор намного опережал внешние устройства, такие как считыватели перфокарт и перфолент, алфавитно-цифровые печатающие устройства, и потому его мощность оказывалась не полностью использованной. Возникла идея организации многозадачного использования процессора. Её суть состояла в том, что процессор как бы одновременно выполнял несколько программ («как бы» — потому, что на самом деле процессор работал по-прежнему последовательно). Но когда, например, в рамках какой-то программы очередь доходила до обмена с внешним устройством, эта операция перепоручалась недорогому специализированному устройству, а центральный процессор переключался на продолжение другой программы и т. д. Таким образом, коэффициент использования аппаратной части вычислительной установки резко возрос. В рамках одного из направлений развития идеи многозадачности появились и так называемые многопультовые системы. Они представляли собою комплексы, состоявшие из центрального компьютера и группы видеотерминалов (числом до нескольких десятков). Человек-оператор, работавший за пультом такого терминала, ощущал себя полным распорядителем машины, поскольку компьютер реагировал на его действия (в том числе команды) с минимальной задержкой. В действительности же центральный компьютер как бы одновременно работал со многими программами, переключаясь с одной на другую в соответствии с определенной дисциплиной (например, уделяя каждому терминалу по нескольку миллисекунд в течение секунды).
В 1971 г. был создан первый микропроцессор, то есть функционально законченное устройство, способное выполнять обязанности центрального процессора (правда, в то время, — весьма маломощного). Это имело значение поворотного момента в истории вычислительной техники. И не только вычислительной: в дальнейшем прогресс микроэлектроники привел к существенным переменам и в других областях — в станкостроении, автомобилестроении, технике связи и т. д. Совершенствование технологии, опиравшееся на достижения фундаментальных наук, на успехи оптики, точного машиностроения, металлургии, керамики и других отраслей, дало возможность получить микропроцессоры со всё большим количеством элементов размещенных на поверхности полупроводникового кристалла со всё большей плотностью, а, значит, — всё более мощные компьютеры. Одновременно, что очень важно, заметно падала и их себестоимость. Забота о возможно более полном использовании вычислительных ресурсов теряла свою остроту, и даже актуальность.
В 1979 г. появился первый персональный компьютер. Мировой лидер в производстве средств вычислительной техники, корпорация IBM, отреагировала на его появление с некоторым запаздыванием, но в 1980 г. выступила на рынке со своим PC IBM, самой важной особенностью которого была так называемая открытая архитектура. Это означает, во-первых, возможность реализации принципа взаимозаменяемости, то есть использования для сборки ПК узлов от разных производителей (лишь бы они соответствовали определенным соглашениям), и во-вторых — возможность доукомплектования ПК, наращивания его мощности уже в ходе его эксплуатации. Это смелое и дальновидное техническое решение дало мощный толчок всей индустрии ПК. Десятки и сотни фирм включились в разработку и производство отдельных блоков и целых ПК, создав большой спрос на элементы, новые материалы, новые идеи. Все последующие годы отмечены фантастически быстрым совершенствованием микропроцессоров (каждые пять лет плотность размещения элементов на полупроводниковом кристалле возрастала в десять раз!), запоминающих устройств (оперативных и накопительных), средств отображения и фиксации данных. И, как уже указывалось, очень существенно то, что одновременно снижались себестоимость и цены на ПК.
В конечном счете, последние два десятилетия ознаменованы широчайшим распространением ПК во всех сферах человеческой деятельности, включая быт, досуг и домашнее хозяйство. Заметны и социальные последствия этого феномена. Стоит отметить, что ПК стали преобладать и как аппаратная база в системах управления, вытесняя оттуда большие компьютеры. Это привело к ряду негативных последствий, в частности, к неприемлемому снижению уровня централизации и частичной потере управляемости, что частично компенсировалось развитием новых сетевых технологий, например – сетей типа «тонкий клиент».
Как и ранее, технологические достижения принесли не только удовлетворение, но и новые проблемы. Усилия по их разрешению приводят к новым интересным результатам как в аппаратной сфере, так и в создании новых программных средств и систем. Проиллюстрируем это положение несколькими примерами.
Увеличение емкости накопителей и снижение стоимости хранения данных дало толчок расширению применения баз данных в составе систем управления разного назначения, возросло осознание ценности баз данных. Отсюда возникла потребность предоставить доступ к информационным ресурсам многим пользователям.Ответом на нее стало создание локальных вычислительных сетей. Такие сети позволяют решить и задачу повышения загрузки дорогостоящих аппаратных средств, например, лазерных или светодиодных принтеров, плоттеров. Появление сетей, в свою очередь, обострило потребность в еще более мощных накопителях и процессорах и т. д.
Увеличение быстродействия процессоров и емкости ОЗУ создало предпосылки для перехода к графическому интерфейсу. Для IBM-подобных компьютеров это была сначала графическая оболочка Windows, а затем — полноценные операционные системы (Windows -95, -98, -2000, -XP). Но одновременно все более ощутимым стало и осознание неполного использования вычислительной мощности аппаратной части компьютера. Возродиласьна новой основе идея многозадачности. Она воплощена в новых операционных системах. Так что работая, например, под Windows 2000, можно одновременно выполнять обработку какого–то массива данных, распечатывать результаты предыдущей программы и принимать электронную почту.
Компьютеризация всех сфер жизни вызвала повышенное внимание масс рядовых пользователей к такой важной теме как воздействия компьютера на состояние здоровья. Этому способствуют и многочисленные публикации последнего времени в отечественной и зарубежной прессе. Так, по данным Министерства Труда США, “повторяющиеся травмирующие воздействия при работе с компьютером” обходятся корпоративной Америке в 100 млрд. $ ежегодно. При этом пострадавшие иногда расплачиваются жестокими болями в течение всей жизни. Актуальность проблематики очевидна. Вместе с тем, уровень отечественных медицинских публикаций на эту тему либо сильно завышен и не доступен рядовому пользователю (статьи в изданиях для врачей) либо занижен, так как не предусматривает комплексного анализа ситуации. Обычно авторы популярных изданий сосредотачивают внимание на чем - то одном, и чаще всего это – тема влияния излучений от электронно-лучевого монитора.
Да, действительно, вокруг такого монитора присутствуют переменные электрическое и магнитное поля, имеется рентгеновское излучение. Однако технические характеристики мониторов и других частей компьютера в настоящее время жестко контролируются специальными международными стандартами, что исключает вредные воздействия при правильной эксплуатации. Любой уважающий себя производитель или поставщик компьютерного оборудования стремится получить на него сертификат по международному стандарту ТСО. Покупателю остается удостовериться в наличии такого сертификата и далее он может быть уверен в высоком качестве монитора. Кроме того, проблема влияния излучений полностью отсутствует у жидкокристаллических мониторов, доля которых на рынке превысила в настоящее время 50%. Таким образом, пользователь не должен испытывать своего рода фобии при постоянной работе с компьютером, необходимо лишь уделить должное внимание правильной организации своего рабочего места и соблюдению режима работы. Все необходимые для этого рекомендации содержатся в официальном документе Министерства Здравоохранения РФ “Санитарные правила и нормы. Сан ПиН 2.2.2.542-96.”
Обилие ПК в конторах и на предприятиях иногда создает ложное впечатление об уходе больших и средних машин из сферы управления, из систем обработки деловой информации. Однако это не так. Например, в крупных банках ПК используются в основном как устройства оформления первичных операций и средства общения с клиентами, то есть в качестве терминалов, а все проводки, проверки кредитоспособности и т. п. операции выполняются на больших компьютерах. И на промышленных предприятиях при построении автоматизированных информационных систем также может оказаться более рентабельным применение многопультовой системы на базе большого или среднего компьютера. Так, например, стоимость одного рабочего места в многопультовой системе на базе компьютера типа ЕС 1066 оказывается ниже, чем при использовании ПК, начиная с числа терминалов, равного 200.
Подводя итоги, можно сказать, что основные наблюдаемые ныне тенденции развития компьютерной техники выражаются в следующем:
Продолжается рост вычислительной мощности микропроцессоров. При дальнейшем увеличении плотности размещения элементов тактовая частота процессоров перевалила барьер 3 Ггц. Наиболее популярны модели Intel Pentium-4 2600-3200 (высокая скорость без мелких, но часто очень мешающих проблем), AMD Athlon XP 2600-2800 (отличная производительность по приемлемой цене).
Повышение мощности микропроцессоров позволяет совмещать в одном элементе («на одном кристалле») все большее число устройств. Это, в свою очередь, дает возможность реализовать на одной печатной плате большее число функций и за счет этого сокращать число отдельных блоков компьютера;
Расширяется набор функций, реализуемых в одном ПК, он становится все более «разносторонним» аппаратом. Особенно наглядно это проявляется в мультимедийном компьютере, который представляет собой, по существу, функциональный комбайн: помимо своих «прямых обязанностей» — обработки алфавитно–цифровой информации он способен работать со звуком (воспроизведение и запись; редактирование, включая создание специальных эффектов и др.); воспроизводить видеосигнал (прием телепередач; запись кадров и их обработка; воспроизведение аналоговых и цифровых видеозаписей, компьютерных анимаций и др.); эффективно работать в компьютерных сетях. Многообразие возможностей требует, в свою очередь, расширения номенклатуры компонентов и существенного повышения мощности базовых блоков.