Этапы развития информатики и ВТ

Появились еще два уровня запоминающих устройств: сверхоперативные запоминающие устройства на триггерных регистрах, имеющие огромное быстродействие, но небольшую емкость (десятки чисел), и быстродействующая кэш-память.

Начиная с момента широкого использования интегральных схем в  компьютерах, технологический прогресс в вычислительных машинах можно  наблюдать, используя широко известный  закон Мура. Один из основателей  компании Intel Гордон Мур в 1965 году открыл закон, согласно которому количество транзисторов в одной микросхеме удваивается  через каждые 1,5 года.

Ввиду существенного усложнения как аппаратной, так и логической структуры ЭВМ 3-го поколения часто  стали называть системами.

Так, первыми ЭВМ этого  поколения стали модели систем IBM (ряд моделей IBM 360) и PDP (PDP 1). В Советском  Союзе в содружестве со странами Совета Экономической Взаимопомощи (Польша, Венгрия, Болгария, ГДР и  др.) стали выпускаться модели единой системы и системы малых ЭВМ.

В вычислительных машинах  третьего поколения значительное внимание уделяется уменьшению трудоемкости программирования, эффективности исполнения программ в машинах и улучшению  общения оператора с машиной. Это обеспечивается мощными операционными системами, развитой системой автоматизации программирования, эффективными системами прерывания программ, режимами работы с разделением машинного времени, режимами работы в реальном времени, мультипрограммными режимами работы и новыми интерактивными режимами общения. Появилось и эффективное видеотерминальное устройство общения оператора с машиной - видеомонитор, или дисплей.

Большое внимание уделено  повышению надежности и достоверности  функционирования ЭВМ и облегчению их технического обслуживания. Достоверность  и надежность обеспечиваются повсеместным использованием кодов с автоматическим обнаружением и исправлением ошибок (корректирующие коды Хемминга и циклические  коды).

Модульная организация вычислительных машин и модульное построение их операционных систем создали широкие  возможности для изменения конфигурации вычислительных систем. В связи с  этим возникло новое понятие «архитектура»  вычислительной системы, определяющее логическую организацию этой системы  с точки зрения пользователя и  программиста.

Четвертое поколение ЭВМ: 1980-1990-е годы

Революционным событием в  развитии компьютерных технологий третьего поколения машин было создание больших  и сверхбольших интегральных схем (Large Scale Integration - LSI и Very Large Scale Integration - VLSI), микропроцессора (1969 г.) и персонального компьютера. Начиная с 1980 года практически все  ЭВМ стали создаваться на основе микропроцессоров. Самым востребованным компьютером стал персональный.

Логические интегральные схемы в компьютерах стали  создаваться на основе униполярных  полевых CMOS-транзисторов с непосредственными  связями, работающими с меньшими амплитудами электрических напряжений (единицы вольт), потребляющими меньше мощности, нежели биполярные, и тем  самым позволяющими реализовать  более прогрессивные нанотехнологии (в те годы - масштаба единиц микрон).

Оперативная память стала  строиться не на ферритовых сердечниках, а также на интегральных CMOS-транзисторных  схемах, причем непосредственно запоминающим элементом в них служила паразитная емкость между электродами (затвором и истоком) этих транзисторов.

Первый персональный компьютер  создали в апреле 1976 года два друга, Стив Джобе (1955 г. р.) - сотрудник фирмы Atari, и Стефан Возняк (1950 г. р.), работавший на фирме Hewlett-Packard. На базе интегрального 8-битного контроллера жестко запаянной  схемы популярной электронной игры, работая вечерами в автомобильном  гараже, они сделали простенький  программируемый на языке Бейсик игровой компьютер «Apple», имевший  бешеный успех. В начале 1977 года была зарегистрирована Apple Сотр., и началось производство первого в мире персонального  компьютера Apple.

Пятое поколение ЭВМ: 1990- настоящее  время

Программа разработки, так  называемого, пятого поколения ЭВМ  была принята в Японии в 1982 г. Предполагалось, что к 1991 г. будут созданы принципиально  новые компьютеры, ориентированные  на решение задач искусственного интеллекта. С помощью языка Пролог и новшеств в конструкции компьютеров  планировалось вплотную подойти  к решению одной из основных задач  этой ветви компьютерной науки - задачи хранения и обработки знаний. То есть для компьютеров пятого поколения не пришлось бы писать программ, а достаточно было бы объяснить на «почти естественном» языке, что от них требуется.

На ЭВМ пятого поколения  ставятся совершенно другие задачи, чем  перед разработчиками ЭВМ с 1 по 4 поколений стояли такие задачи, как  увеличение производительности в области  числовых расчётов, достижение большой  ёмкости памяти, то основной задачей  разработчиков ЭВМ 5 поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие «интеллектуализации» компьютеров - устранения барьера между  человеком и компьютером.

К сожалению, японский проект ЭВМ пятого поколения повторил трагическую  судьбу ранних исследований в области  искусственного интеллекта. Однако проведенные  в ходе проекта исследования и  накопленный опыт по методам представления  знаний и параллельного логического  вывода сильно помогли прогрессу  в области систем искусственного интеллекта в целом.

Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного  или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.

Шестое и последующие  поколения ЭВМ

Электронные и оптоэлектронные  компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру  нейронных биологических систем.

2. Устройства вывода информации: Мониторы

Монитор - это устройство вывода графической и текстовой  информации в форме, доступной пользователю. Мониторы входят в состав любой компьютерной системы.

Самый распространенный тип  мониторов - это CRT (Cathode ray tube) мониторы. В основе всех подобных мониторов  лежит электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Используемая в этом типе мониторов  технология была создана много лет  назад и первоначально создавалась  в качестве специального инструментария для измерения переменного тока, проще говоря - осциллографа.монитор  имеет стеклянную трубку, внутри которой  находится вакуум. С фронтальной  стороны внутренняя часть стекла трубки покрыта люминофором. Для  создания изображения в CRT мониторе используется электронная пушка, которая  испускает поток электронов сквозь металлическую маску или решетку  на внутреннюю поверхность стеклянного  экрана монитора, которая покрыта  разноцветными люминофорными точками. Поток электронов на пути к фронтальной  части трубки проходит через модулятор  интенсивности и ускоряющую систему, работающие по принципу разности потенциалов. В результате электроны приобретают  большую энергию, часть из которой  расходуется на свечение люминофора. Эти светящиеся точки люминофора формируют изображение, которое  мы видим на мониторе. В цветном CRT мониторе используется три электронные  пушки. Люминофорный слой, покрывающий  фронтальную часть электронно-лучевой трубки, состоит из очень маленьких элементов. Эти люминофорные элементы воспроизводят основные цвета. Фактически имеются три типа разноцветных частиц, чьи цвета соответствуют основным цветам: красный, зеленый и синий. Каждая из трех пушек соответствует одному из основных цветов и посылает пучок электронов на различные частицы люминофора, чьё свечение основными цветами с различной интенсивностью комбинируется, и в результате формируется изображение с требуемым цветом. Например, если активировать красную, зеленую и синюю люминофорные частицы, то их комбинация сформирует белый цвет.

Электронный луч, предназначенный  для красных люминофорных элементов, не должен влиять на люминофор зеленого или синего цвета. Чтобы добиться такого действия, используется специальная  маска, чья структура зависит  от типа кинескопов, обеспечивающая дискретность (растровость) изображения. ЭЛТ можно  разбить на два класса: трехлучевые  с дельтаобразным расположением  электронных пушек и с планарным  расположением электронных пушек. В этих трубках применяются щелевые (Slot mask) и теневые маски (Shadow mask).

Теневая маска (Shadow mask) - это  самый распространенный тип масок  для CRT мониторов. Теневая маска состоит  из металлической сетки перед  частью стеклянной трубки с люминофорным слоем. Отверстия в металлической  сетке работают как прицел, именно этим обеспечивается то, что электронный  луч попадает только на требуемые  люминофорные элементы и только в  определенных областях. Теневая маска  создает решетку с однородными  точками, где каждая такая точка  состоит из трех люминофрных элементов  основных цветов - зеленного, красного и синего, которые светятся с различной  интенсивностью под воздействием лучей  из электронных пушек. Минимальное  расстояние между люминофорными  элементами одинакового цвета называется шаг точки (dot pitch) и является индексом качества изображения. Шаг точки  обычно измеряется в миллиметрах. Чем  меньше значение шага точки, тем выше качество воспроизводимого на мониторе изображения.

Щелевая маска (Slot mask) - это  технология широко применяется компанией NEC. В данном случае люминофорные элементы расположены в вертикальных эллиптических  ячейках, а маска сделана из вертикальных линий. Фактически вертикальные полосы разделены на эллиптические ячейки, которые содержат группы из трех люминофорных элементов трех основных цветов. Минимальное  расстояние между двумя ячейками называется щелевым шагом (slot pitch). Чем  меньше значение щелевого шага, тем  выше качество изображения на мониторе. Кроме мониторов NEC, щелевая маска  также используется в мониторах Panasonic.

Есть и еще один вид  трубок, в которых используется "Aperture Grill" (апертурная или теневая решетка). Эти трубки стали известны под  названием Trinitron и впервые были представлены на рынке компанией Sony еще в 1982 году.

Рассмотрим жидкокристаллические мониторы. LCD (Liquid crystal display) мониторы сделаны  из вещества, которое находится в  жидком состоянии, но при этом обладает некоторыми свойствами, присущими кристаллическим  телам. Фактически это жидкости, обладающие анизотропией свойств, связанных с  упорядоченностью в ориентации молекул. Молекулы жидких кристаллов под воздействием электричества могут изменять свою ориентацию и вследствие этого изменять свойства светового луча проходящего  сквозь них. Основываясь на этом открытии и в результате дальнейших исследований, стало возможным обнаружить связь  между повышением электрического напряжения и изменением ориентации молекул  кристаллов для обеспечения создания изображения. Первое свое применение жидкие кристаллы нашли в дисплеях для  калькуляторов и в кварцевых  часах, а затем их стали использовать в мониторах для портативных  компьютеров. Сегодня, в результате прогресса в этой области, начинают получать все большее распространение LCD мониторы для настольных компьютеров. Экран LCD монитора представляет собой массив маленьких сегментов (называемых пикселями), которые могут манипулироваться для отображения информации. Технологические новшества позволили ограничить их размеры величиной маленькой точки, соответственно на одной и той же площади экрана можно расположить большее число электродов, что увеличивает разрешение LCD монитора, и позволяет нам отображать даже сложные изображения в цвете. Для вывода цветного изображения необходима подсветка монитора сзади так, чтобы свет порождался в задней части LCD дисплея. Это необходимо для того, чтобы можно было наблюдать изображение с хорошим качеством, даже если окружающая среда не является светлой. Цвет получается в результате использования трех фильтров, которые выделяют из излучения источника белого света три основные цвета. Комбинируя три основные цвета для каждой точки или пикселя экрана, появляется возможность воспроизвести любой цвет.

Сравнительно новой технологией  является технология плазменных мониторов. Эта технология носит название PDP (Plasma display panels) и FED (Field emission display). Такие  крупнейшие производители, как Fujitsu, Matsushita, Mitsubishi, NEC, Pioneer и другие уже начали производство плазменных мониторов  с диагональю 40" и более, причем некоторые модели уже готовы для  массового производства. Работа плазменных мониторов очень похожа на работу неоновых ламп, которые сделаны в  виде трубки, заполненной инертным газом низкого давления. Плазменные экраны создаются путем заполнения пространства между двумя стеклянными  поверхностями инертным газом, например аргоном или неоном. Фактически, каждый пиксель на экране работает как обычная флуоресцентная лампа. Высокая яркость и контрастность  наряду с отсутствие дрожания являются большими преимуществами таких мониторов. Кроме того, угол по отношению к  нормали, под которым можно увидеть  нормальное изображение на плазменных мониторах существенно больше чем 45° в случае с LCD мониторами. Главными недостатками такого типа мониторов  является довольно высокая потребляемая мощность и низкая разрешающая способность, обусловленная большим размером элемента изображения.

Есть и еще одна новая  технология - пластиковые мониторы (LEP - Light emission plastics или светящий пластик). На сегодняшний день компания может  представить монохромные (желтого  свечения) LEP-дисплеи, приближающиеся по эффективности к жидкокристаллическим дисплеям LCD, уступающие им по сроку  службы, но имеющие ряд существенных преимуществ:

Поскольку многие стадии процесса производства LEP-дисплеев совпадают  с аналогичными стадиями производства LCD, производство легко переоборудовать. Кроме того, технология LEP позволяет  наносить пластик на гибкую подложку большой площади, что невозможно для неорганического светодиода (там приходится использовать матрицу  диодов);

Пластик сам излучает свет и ему не нужна подсветка и  прочие хитрости, необходимые для  получения цветного изображения  на LCD-мониторе. Больше того, LEP-монитор  обеспечивает 180-градусный угол обзора;

Устройство дисплея предельно  просто: вертикальные электроды с  одной стороны пластика, горизонтальные - с другой. Изменением числа электродов на единицу протяженности по горизонтали  или вертикали можно добиваться любого необходимого разрешения, а  также, при необходимости, различной  формы пиксела;

Поскольку LEP-дисплей работает при низком напряжении питания (менее 3 V) и имеет малый вес, его можно  использовать в портативных устройствах, питающихся от батарей;дисплей обладает крайне малым временем переключения (менее 1 микросекунды), поэтому его  можно использовать для воспроизведения  видеоинформации.