4 как изменялось программное обеспечение с развитием компьютеров
Обновлено: 06.07.2024
История счётных устройств насчитывает много веков. Компьютер, в настоящее время незаменимый инструмент в деловых, промышленных и бытовых задачах, является наследником многих других изобретений, начиная с математики и вычислительных машин. Мы предлагаем вам кратко проследить историю этого изобретения.
К первому поколению обычно относят машины, созданные на рубеже 50-х годов. В их схемах использовались электронные лампы. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.
Компьютер "Эниак" . Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода- вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Быстродействие порядка 10-20 тысяч операций в секунду. Программы для этих машин писались на языке конкретной машины. Математик, составивший программу, садился за пульт управления машины, вводил и отлаживал программы и производил по ним счет.
Процесс отладки был наиболее длительным по времени. Несмотря на ограниченность возможностей, эти машины позволили выполнить сложнейшие расчёты, необходимые для прогнозирования погоды, решения задач атомной энергетики и др.
ЭВМ "Урал". Эти проблемы начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.
Деление компьютерной техники на поколения - весьма условная, нестрогая классификация вычислительных систем по степени развития аппаратных и программных средств, а также способов общения с компьютером.
Идея делить машины на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития компьютерная техника проделала большую эволюцию как в смысле элементной базы (лампы, транзисторы, микросхемы и др.), так и в смысле изменения её структуры, появления новых возможностей, расширения областей применения и характера использования.
Отечественные машины первого поколения:
МЭСМ (малая электронная счётная машина), БЭСМ, Стрела, Урал, М-20.
Опыт использования машин первого поколения показал, что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем счета.
Второе поколение компьютерной техники - машины, сконструированные примерно в 1955-65 гг.
Характеризуются использованием в них как электронных ламп, так и дискретных транзисторных логических элементов.
Их оперативная память была построена на магнитных сердечниках . В это время стал расширяться диапазон применяемого оборудования ввода-вывода, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски. Память на магнитных сердечниках обладала быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, а ёмкость памяти составляла до нескольких десятков тысяч слов.
Появились так называемые языки высокого уровня , средства которых допускают описание всей необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном, легко воспринимаемом виде.
Программа, написанная на алгоритмическом языке , непонятна компьютеру, воспринимающему только язык своих собственных команд.
Поэтому специальные программы, которые называются трансляторами , переводят программу с языка высокого уровня на машинный язык .
Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы , управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.
Операционная система - важнейшая часть программного обеспечения компьютера, предназначенная для автоматизации планирования и организации процесса обработки программ, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ, других вспомогательных операций обслуживания.
Таким образом, операционная система является программным расширением устройства управления компьютера.
Для некоторых машин второго поколения уже были созданы операционные системы с ограниченными возможностями.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе . Наиболее ярким представителем ЭВМ второго поколения была ЭВМ БЭСМ - 6 . С появлением транзисторной элементной базы становится возможным создание относительно небольших, но обладающих значительными возможностями малых ЭВМ типа Проминь и Наири.
Машины третьего поколения созданы примерно после 60-x годов.
Поскольку процесс создания компьютерной техники шел непрерывно, и в нём участвовало множество людей из разных стран, имеющих дело с решением различных проблем, трудно и бесполезно пытаться установить, когда "поколение" начиналось и заканчивалось. Возможно, наиболее важным критерием различия машин второго и третьего поколений является критерий, основанный на понятии архитектуры .
Машины третьего поколения - это семейства машин с единой архитектурой , т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы , которые также называются микросхемами .
Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы.
Они обладают возможностями мультипрограммирования , т.е. одновременного выполнения нескольких программ.
Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.
Примеры машин третьего поколения - семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др.
Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.
Краткое описание процесса изготовления микросхем.
ЧИП и ДИП. Как делают микросхемы.
🧭1 Разработчики с помощью компьютера создают электрическую схему новой микросхемы. Для этого они вводят в компьютер перечень свойств, которыми должна обладать микросхема, а компьютер с помощью специальной программы разрабатывает детальную структуру соединений и конструкций всех взаимодействующих элементов микросхемы.
🧭 2 Компьютер создаёт схемы расположения элементов на поверхности полупроводникового кристалла кремния. По этим схемам изготавливаются фотошаблоны - стеклянные пластинки со штриховым рисунком. Через фотошаблоны специальными лампами или источниками рентгеновского излучения, а иногда, и электронными пучками, освещают (засвечивают) нанесённый на поверхность кристалла кремния слой фото- или, соответственно, рентгеночувствительного лака.
🧭 3 Засвеченные (или, наоборот, незасвеченные) участки лака меняют свои свойства и удаляются специальными растворителями. Этот процесс называется травлением. Вместе с лаком с поверхности кристалла кремния удаляется и слой окисла, и эти места становятся доступными для легирования - внедрения в кристаллическую решётку кремния атомов бора или фосфора. Легирование обычно требует нагрева пластинки в парах нужного элемента до 1100 - 1200 °С.
🧭 4 Последовательно меняя шаблоны и повторяя процедуры травления и легирования, создают один за другим слои будущей микросхемы . При этом на одной пластинке кристалла кремния создаётся множество одинаковых микросхем.
🧭 5 Каждая микросхема проверяется на работоспособность. Негодные выбраковываются .
🧭 6 После завершения всех операций пластинки разрезаются на отдельные кристаллики с микросхемами, к ним присоединяют выводы и устанавливают в корпуса .
Четвёртое поколение - это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года. Наиболее важный в концептуальном отношении критерий, по которому эти компьютеры можно отделить от машин третьего поколения, состоит в том, что машины четвёртого поколения проектировались в расчете на эффективное использование современных высокоуровневых языко в и упрощение процесса программирования для конечного пользователя. В аппаратурном отношении для них характерно широкое использование интегральных схем в качестве элементной базы, а также наличие быстродействующих запоминающих устройств с произвольной выборкой ёмкостью в десятки мегабайт.
Программное обеспечение ПК — это программный набор, применяемый для управления электронной вычислительной машиной.
Предыстория создания программного обеспечения ПК
В компьютерах первых поколений как таковых программных языков, в нынешнем их понимании, не было. Программисты использовали язык машинных кодов, что считается очень непростым занятием. Электронные вычислительные машины изначально предназначались для выполнения математических вычислений. В этих вычислениях, как правило, нужно было рассчитать математические функции, такие как извлечение квадратных корней, тригонометрические функции, логарифмы и тому подобное. Чтобы рассчитать такие функции программисты писали стандартные программы, к которым впоследствии могли обращаться из вновь написанных программных приложений. Набор стандартных программ хранился на внешних носителях (сначала это были магнитные ленты). Данное хранилище именовалось как библиотека стандартных программ, которая и стала первым типом программного обеспечения компьютеров. Далее эти библиотеки постоянно пополнялись, туда были добавлены более сложные типовые математические задачи, такие как, решение системы линейных уравнений, определение корней уравнений и так далее. Так как это программы обладали математическим характером, то в те времена использовалось понятие «математическое обеспечение компьютера». Библиотечный набор стандартных программ применяется и в сегодняшних персональных компьютерах и программных системах.
В период компьютеров второго поколения получили распространение языки программирования высокого уровня.Они позволили заниматься программированием даже не профессиональным программистам. Писать программы начали специалисты разных научных направлений, инженеры, студенты, а иногда и ученики старших классов, прошедшие необходимое минимальное обучение в сфере программирования. В компьютерное программное обеспечение стали включать трансляторы с языков программирования высокого уровня.Современная трактовка системы программирования появилась с разработкой третьего поколения электронных вычислительных машин, в частности персональных компьютеров. Программисты при формировании программных продуктов начали использовать терминальный ввод, то есть клавиатуру и монитор. Системы программирования были оснащены текстовыми редакторами, предназначенными для ввода и корректирования приложений, а также программами отладки, которые позволяли программисту корректировать ошибки в программе с использованием интерактивного режима.
Готовые работы на аналогичную тему
Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту Узнать стоимостьИстория развития программного обеспечения персональных компьютеров (ПК)
Изначально операционные системы были применены ещё на электронных вычислительных машинах второго поколения, но массово операционные системы стали внедряться только с появлением персональных компьютеров, то есть третьего поколения. Главной проблемой, решаемой разработчиками операционных систем, являлось повышение уровня эффективности функционирования персональных компьютеров. На первых компьютерах модуль процессора, который являлся главным вычислительным устройством, иногда больше не использовался, чем работал при исполнении программы. Это случалось тогда, когда исполняемая программ выполняла много обращений к внешним устройствам, которые работали во много раз медленнее, чем процессор. Операционная система даёт возможность организации многопрограммного режима работы персонального компьютера, когда одновременно исполняются сразу несколько программ. При обращении одной из программ к внешним устройствам, процессор приостанавливает её обслуживание, то есть внешнее устройство работает без задействования процессора, и начинает обрабатывать другую программу. Далее процессор прерывает обслуживание второй программы и возобновляет работу с первой. То есть, несколько программ образуют очередь на обслуживание к процессору, а операционная система осуществляет управление этой очередью.
Таким же примерно образом операционная система может управлять обслуживанием очереди к набору внешних устройств, в частности, к устройствам печати. Операционная система способна управлять очерёдностью использования и других средств программного обеспечения, а именно, трансляторов, библиотек, прикладных программ и так далее, так как управлять ресурсами персонального компьютера является главной задачей операционной системы.
С разработкой систем коллективного использования компьютера операционные системы начали осуществлять поддержку многопользовательского режима работы. В таких системах с одним компьютером могут одновременно работать много пользователей при посредстве терминальных устройств. Причём всем пользователям кажется, что они одни используют данный компьютер.
Другой важнейшей функцией операционных систем является организация взаимодействия с файлами. Файловая система является компонентом операционной системы, организующей работу с файлами.
Операционные системы сегодняшних персональных компьютеров тоже способны исполнять все перечисленные функции. Главным их отличием от первых операционных систем считается наличие дружественного графического интерфейса, а также обеспечение поддержки работы как в локальных, так и глобальных сетях.
В состав программного обеспечения персональных компьютеров входят также сервисные программы. Данный тип программного обеспечения появился и стал развиваться сразу с появлением персональных компьютеров. К этому классу относятся:
- различные утилиты,
- программы архивации данных,
- антивирусные программы.
К программному обеспечению персональных компьютеров относятся и прикладные программы. Как раз данный тип программного обеспечения способствовал их широчайшему распространению почти во всех сферах человеческой деятельности, а также в быту.Наиболее популярными прикладными программами являются текстовые редакторы и текстовые процессоры.
В прошлый раз мы рассказывали, как попытки автоматизировать процесс обучения привели к появлению в 60-х годах очень продвинутой по тем временам системы PLATO. Для неё разработали немало учебных курсов по разным предметам. Однако у PLATO был недостаток — доступ к обучающим материалам получали лишь студенты университетов со специальными терминалами.
Ситуация изменилась с приходом персональных компьютеров. Так, обучающее программное обеспечение пришло во все вузы, школы и дома. Продолжаем рассказ под катом.
Фото: Matthew Pearce / CC BY
Компьютерная революция
Устройством, которое привело к революции персональных компьютеров, был Altair 8800 на основе микропроцессора Intel 8080. Шина, спроектированная для этого компьютера, стала стандартом де-факто для последующих ЭВМ. Altair разработал инженер Генри Эдвард Робертс в 1975 году для компании MITS. Несмотря на ряд недостатков — у машины не было ни клавиатуры, ни дисплея — за первый месяц фирма продала несколько тысяч устройств. Успех Altair 8800 открыл дорогу другим ПК.
В 1977 году Commodore вышла на рынок со своим Commodore PET 2001. Этот компьютер в корпусе из листового металла весом 11 килограммов уже имел монитор с разрешением 40х25 символов и устройство ввода. В том же году Apple Computer представила свой Apple II. Он получил цветной дисплей, встроенный интерпретатор языка BASIC и мог воспроизводить звук. Apple II стал ПК для рядовых пользователей, поэтому с ним работали не только технически подкованные специалисты в университетах, но и учителя в школах. Это подстегнуло разработку доступного образовательного ПО.
В какой-то момент учитель из США Энн Маккормик (Ann McCormick) обеспокоилась тем, что некоторые подростки читают крайне неуверенно и медленно. Поэтому она решила проработать новую методологию для обучения детей. В 1979 году Маккормик выиграла грант и получила Apple II от фонда Apple Education Foundation. Объединив усилия с доктором психологии из Стэнфорда Тери Перл (Teri Perl) и программистом Джозефом Уорреном (Joseph Warren) из Atari, она основала компанию The Learning Company. Вместе они начали разрабатывать обучающее ПО для школьников.
К 1984 году The Learning Company издала пятнадцать обучающих игр для детей. Например, Rocky's Boots в которой школьники решали разнообразные логические задачки. Она завоевала первое место в рейтинге торговой ассоциации Software Publishers. Также была Reader Rabbit, обучающая чтению и письму. За десять лет она разошлась тиражом в 14 миллионов копий.
К 1995 году выручка компании достигла планки в $53,2 млн. Редактор журнала Children's Technology Review Уоррен Баклейтнер (Warren Buckleitner) даже назвал The Learning Company «Святым Граалем обучения». По его словам, именно работа команды Энн Маккормик помогла учителям понять, насколько мощным образовательным инструментом могут быть компьютеры.
Кто еще этим занимался
В первой половине 80-х годов The Learning Company была не единственным разработчиком обучающего ПО. Развивающие игры выпускали Optimum Resource, Daystar Learning Corporation, Sierra On-Line и другие небольшие компании. Но успех The Learning Company удалось повторить только Brøderbund — её основали братья Даг и Гэри Карлстоны (Doug and Gary Carlston).
Одно время компания разрабатывала игры, пожалуй, самый известный их проект — это Prince of Persia. Но вскоре братья переключили свое внимание на образовательные продукты. В их портфолио вошли: James Discovers Math и Math Workshop для обучения основам математики, Amazing Writing Machine для обучения чтению и грамматике, а также Mieko: A Story of Japanese Culture — курс японской истории в виде занимательных рассказов для детей.
В разработке приложений принимали участие учителя, они же составляли планы уроков с использованием этого ПО. Компания регулярно проводила семинары в школах для популяризации компьютерного обучения, издавала бумажные руководства для пользователей и делала скидки на программы для образовательных учреждений. Например, при обычной цене Mieko: A Story of Japanese Culture в $179,95 школьная версия стоила почти в два раза дешевле — $89,95.
К 1991 году Brøderbund заняла четверть американского рынка образовательного ПО. Успехи компании привлекли внимание The Learning Company, которая купила конкурента за $420 млн.
ПО для студентов
Университетское образование не осталось в стороне компьютерной революции. В 1982 году MIT закупили несколько десятков ПК в аудитории для студентов инженерных специальностей. Год спустя на базе университета при поддержке IBM запустили проект «Афина». Корпорация предоставила вузу вычислительные машины общей стоимостью в несколько миллионов долларов и своих программистов для разработки образовательного ПО. Доступ к новым технологиям получили студенты всех специальностей, а в кампусе заработала компьютерная сеть.
В конце 80-х годов в MIT появилась образовательная инфраструктура на основе UNIX, а специалисты вуза разрабатывали программы для других университетов. Одной из самых удачных признали комплексную систему для преподавания естественно-научных дисциплин — сотрудники вуза не только написали компьютерный курс лекций, но и запустили систему проверки знаний студентов.
«Афина» стала первым опытом масштабного использования компьютеров и программного обеспечения в университете и образцом для подобных проектов в других учебных заведениях.
Развитие образовательной экосистемы
Интерес к образовательному ПО в начале 80-х годов стали проявлять и предприниматели. Покинув Microsoft в 1983 году из-за разногласий с Биллом Гейтсом, Пол Аллен основал компанию Asymetrix Learning Systems. Там он разработал среду для обучающего контента ToolBook. Система позволяла создавать различные мультимедийные продукты: курсы, приложения для тестирования знаний и навыков, презентации и справочные материалы. В 2001 году ToolBook признали одним из лучших интерактивных инструментов для электронного обучения.
Начала развиваться и экосистема дистанционного обучения. Первопроходцем стала программа FirstClass, которую разработали выходцы из Bell Northern Research — Стив Эсбёри (Steve Asbury), Джон Эсбёри (Jon Asbury) и Скотт Уэлш (Scott Welch). Пакет включал в себя инструменты для работы с электронной почтой, обмена файлами, чаты, конференции для учителей, учеников и родителей. Систему используют и обновляют до сих пор (она часть портфолио компании OpenTex) — к ней подключены три тысячи образовательных учреждений и девять миллионов пользователей во всем мире.
Фото: Springsgrace / CC BY-SA
Распространение интернета в 90-х годах стало причиной следующей революции в образовании. Разработки обучающего ПО продолжились и получили новое развитие: в 1997 году родилась концепция «интерактивной учебной среды» (Interactive Learning Network).
Давайте разберемся, как процессор определяет, что ему нужно делать с введенной информацией. И откуда он черпает данные о порядке обработке данных.
Как программы связаны с процессором
Тут нет ничего секретного. Процессор работает под управлением программ. Программы для обработки информации процессор получает из оперативной памяти, куда они попадают через контроллеры внешних устройств ПК (персонального компьютера).
То есть, все программы, на основе которых компьютер обрабатывает информацию – это дело рук человека! Компьютеры не могут составлять программы для самих себя, на сегодняшний день это выдумки фантастов.
- Программы, введенные в оперативную память компьютера, состоят из отдельных команд (или инструкций).
- Процессор по очереди считывает команды (инструкции), размещенные в оперативной памяти.
- На основании этих инструкций процессор берет из оперативной памяти предназначенные для обработки данные. Затем он обрабатывает их в соответствии с программными командами.
- Напоследок процессор записывает обработанные данные обратно в оперативную память.
На приведенной выше картинке бегущие курицы – аналог входных данных. Комбайн работает как процессор. Волк является живой программой, подающей процессору (комбайну) команды. А на выходе – обработанные данные (упакованные курицы).
Очень важно понимать, что процессор сам не «думает», он лишь четко и последовательно выполняет введенные команды.
Кто пишет программы
Все имеющиеся на сегодняшний день возможности персонального компьютера (ПК) – это результат интеллектуальных усилий многих тысяч и тысяч программистов, постановщиков задач, алгоритмистов и других специалистов. Они умеют использовать возможности, заложенные в компьютере, для создания сервисных, полезных программ для конечных пользователей. Чтобы делать эту работу, надо многому учиться, иметь соответствующее образование (или самообразование) и навыки работы.
Говоря об устройстве и принципах работы компьютера, хочется обязательно отметить, что
программное обеспечение персонального компьютера развивалось одновременно с развитием архитектуры и технических возможностей компьютеров.
Железо и программы единой нитью связаны
Со временем появлялись компьютеры, способные работать на более высоких скоростях, иметь больший объем оперативной памяти, подключать лучшие по своим характеристикам и возможностям устройства ввода-вывода информации. Одновременно с этим совершенствовалось и программное обеспечение.
Изменялся характер программного обеспечения. Оно становилось все более дружественным в отношении пользователей, предоставляющим им возможность гибкого и удобного управления ресурсами компьютера.
Современный персональный компьютер – это полностью взаимодействующий между собой комплекс как технических, так и программных средств. Одно без другого не имеет никакого смысла.
Развитие технических возможностей влечет за собой улучшение программного обеспечения персонального компьютера.
В свою очередь, развитие программного обеспечения заставляет инженеров – компьютерщиков искать и находить пути увеличения производительности и мощности компьютеров.
В чем секрет привлекательности ПК
Именно разнообразие программного обеспечения, в первую очередь, делает компьютеры очень привлекательными для использования. В зависимости от выбранных и установленных программ один и тот же компьютер может применяться в самых различных сферах деятельности. И это существенным образом отличает компьютер от других устройств, которыми привычно пользуются люди.
Все программы являются своего рода трансляторами (переводчиками) с естественного языка, понятного пользователям, на искусственный язык, понятный процессору.
Собственно говоря, языки программирования (искусственные языки) имеют, как и естественные языки, на которых говорят люди, свой синтаксис и пунктуацию, семантику, грамматику и тому подобные атрибуты естественных языков. Хотя, конечно, языки программирования нельзя сравнивать с естественными языками, они намного беднее по своим выразительным характеристикам.
В принципе, если бы удалось создать язык программирования, который был бы близок по своим качествам к естественным языкам, а также создать транслятор с этого языка на язык компьютерного процессора, то такой компьютер мог бы уже обладать искусственным интеллектом.
Компьютерный интеллект
Интеллектуальный компьютер Знайка 1 общается с Незнайкой
Компьютеры сами по себе не являются устройствами, обладающими собственным компьютерным интеллектом или имеющими какие-то уникальные знания. Это созданные руками человека, программируемые технические устройства, прекрасно приспособленные для обработки информации с помощью специальных программ. А программы также создаются человеком.
Только люди обладают уникальными возможностями, только каждый отдельно взятый человек – это личность и индивидуальность со своим собственным багажом знаний и опыта, со своим отличным от других интеллектом.
Только люди, но не машины, в том числе и не вычислительные машины, являют собой неповторимые индивидуальности. Тогда как ПК – это всего лишь серийно производимые автоматы по обработке информации.
Несмотря на высокую сложность этих устройств, высочайшие современные технологии их изготовления и довольно совершенное программное обеспечение, своего компьютерного интеллекта у этих автоматов нет. Нет шансов рассчитывать в ближайшем будущем на появление искусственного интеллекта.
Хотя, конечно, нельзя заранее предвидеть такие возможности, которые могут в любой момент открыться исследователям и практикам, работающим в данной области.
Кажущийся высокий интеллект современных компьютеров, с помощью которых можно получать и обрабатывать разнообразнейшую информацию, в том числе из Интернета, основан исключительно на достижениях человечества. Благодаря таким достижениям была создана такая архитектура компьютеров, которая позволила объединить их в глобальные сети (Интернет), соединить многие и многие информационные ресурсы таким образом, чтобы они были доступны всем и каждому.
То, что мы получаем с помощью ПК, не есть интеллект компьютеров, а это следствие специально организованного доступа к интеллектуальным ресурсам человечества с помощью программируемых автоматов, каковыми являются и персональные компьютеры.
Читайте также: