Развитие компьютерных Информационных технологий XIX век

Развитие компьютерных Информационных технологий

XIX век – век развития средств коммуникации l 1880 -е годы - замена гусиного пера авторучкой со стальным пером l 1876 г. – Александр Грэхем Белл (США) изобретает первый телефон l 1890 -е – широкое использование в конторской службе телеграфа, кассовых аппаратов, арифмометров и пишущих машинок

Появление компьютера стало возможным благодаря созданию: компьютер Электронный переключатель Цифровое кодирование информации Устройства искусственной памяти

Электронные переключатели l Блез Паскаль (1623 -1662), Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 -1716) изобрели суммирующие машины, являясь одними из создателей дифференциальных и интегральных исчислений l 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: - 1880 г. -перепись населения США - 1887 г. – приобретена Россией для аналогичных целей

Цифровое кодирование информации 1946 г. – 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).

Главные компоненты компьютера – 3 основных узла l Устройство ввода и вывода информации – обеспечивают связь с внешним миром, преобразуют получаемые импульсы в коды, которые воспринимаются оператором или подключенным к компьютеру оборудованием. l Запоминающее устройство – содержит программы, исходные данные, промежуточную и др. информацию, необходимую для совершения операций и взаимосвязи между отдельными частями. l 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 l 1947 г. 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). l 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.

l В 1959 г. 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. l В 1969 г. 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 l 1951 г. – первый коммерческий электронный компьютер, выпущенный компанией «Ремингтон Рэнд» был продан Статистическому ведомству США. l 1953 г. – первый компьютер компании ИБМ «International business machines» (основана в 1914 г Томасом Уотсоном). l 1964 г. - 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 l 1976 г. – Стивен Джобс (21 год) и Стив Уозняк (25 лет) организовали компанию «Эппл компьютерс» и в 1977 г. в гараже был создан первый микрокомпьютер – «Эппл» (цена 2500$). l 1978 г. – Появление первых моделей IBM-PC, ставших настолько удачными, что без труда завоевали весь рынок l 1984 г. - 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 100 млн. транзисторов на кристалле. Наномир – все, что меньше 100 нанометров. В 2000 году полупроводниковая индустрия вступила в в период нанотехнологий.

Рост числа транзисторов в процессорах компании «Интел»

Закон Мура В 1965 г. Гордон Е. Мур (Gordon E. Moore) представил прогноз о развитии полупроводниковых устройств, начиная с 1959 г. (год создания первой интегральной микросхемы): Количество транзисторов в одной микросхеме удваивается каждые 18 месяцев. После 1975 г. 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 100 нм, что невозможно достичь практически, однако в 2003 г. Уже освоен 90 нм предел, в 2005 – переход на 65 нм, 2007 -45 нм-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).

2020 г. - конец классических транзисторов l Производительность компьютера пропорциональна количеству транзисторов на единице площади интегральной микросхемы. l Согласно закону Мура в 2020 г. будет достигнут предел уменьшения размера транзистора на базе кремний-технологий. l Критический элемент кремниевого транзистора, из-за которого его нельзя сделать еще меньше – толщина изолирующего слоя между затвором и проводящим слоем. Физический предел – не более 4 -5 молекул (1, 5 -2 нм).

Развитие технологий в соответствии с законом Мура

Будущее после 2020 г. – транзисторы на базе молекулярной логики В 1959 г. Ричард Фейнман высказал идею о возможности использовать в качестве переключателей молекулы. Молекулярный компьютер – это устройство, где двухбитная система воспроизводится на молекулярном уровне: т. н. интеллектуальные молекулы могут существовать в в 2 -х термодинамических состояниях с разными свойствами (on-off). Перевод может осуществляться с помощью света, тепла, электромагнитного поля и др.

Наука за гранью восприятия Квантовый компьютер, в котором в качестве битов выступают квантовые объекты, например спины электронов. Квантовый бит (кубит) сможет принимать несколько значений – нормированных комбинаций 2 -х основных состояний спина, что дает большее число сочетаний – 32 кубита- 4 млрд. состояний.

Protein-DNA Logic 1994 г. Л. Эйдманом (Университет Южной Калифорнии) высказана идея ДНК- компьютинга. О коммерциализируемой технологии ДНК- компьютинга заговорили совсем недавно. Идея – гигантская информационная мощность ДНК. Современный компьютер (0, 1), ДНК – четыре базовых состояния (А, Г, Т, Ц), вследствие чего многократно возрастает число сочетаний. Современный компьютер 1 бит на 10 в 12 степени нм 3, ДНК компьютер – 1 бит/нм 3.

Исследования аналитической компании Gartner - Hiper Cycle form Цикл ажиотажа: Х - зрелость технологий У - заметность в обществе Каждая новая технология проходит 5 стадий: 1. TT-запуск технологии, привлечение общественного интереса. 2. Po. IE-пик завышенных ожиданий. 3. To. D-впадина разочарований, надежды не оправдались, специалистов нет положительных примеров внедрения мало, перестают писать о ней, впечатление, что технология ушла со сцены. 4. So. E- подъем осведомленности, признание реальной пользы технологии. 5. Po. P- плато продуктивности, технология стабильна, общепризнана, широко применяется.

Кривая зрелости компьютерных ИТ 2004 г.

Кривая зрелости компьютерных ИТ 2005 г.

Кривая зрелости компьютерных ИТ 2006 г.

ИТ, способные изменить мир Вышедшие на плато продуктивности: Распознавание речи для телефонии и Call- центров Мгновенный обмен сообщениями, средства оперативной пересылки сообщений Внутренние Web- сервисы. Поднимающиеся на плато продуктивности: Сервисы с обнаружением дислокации Передача голосового трафика по IP-сетям Внутренний Grid (технология Интернет-2 подключение любых свободных ресурсов) с массовой параллельной обработкой данных

Скользящие во впадину разочарования Wi. Fi hot spots - точки для предоставления беспроводного доступа в Интернет в оживленных местах (зона базовых станций до сотен метров) Mesh networks – Ячеистые сенсорные сети и сети большого покрытия (достраиваются сами за счет любых свободных клиентских устройств – узлов сети) XBRL (Extensible business reporting language)- язык, специальный для бизнес- запросов, базирующийся на XML Tablet PC – объединение производительности традиционного компьютера с функциональностью портативных с добавлением технологии цифровых чернил (более высокий (> 2 -х раз) стандарт разрешения дисплея) LEPs(Light-Emitting Polymers)/OLEDs(Organic Light-Emitting Diode) – светоизлучающий полимер на базе люминесцирующих материалов для устройства плоских дисплеев с использованием электронных чернил, электронных книг (пока очень дорого) Smartphone RFID (Case/Pallet) – Автоматизированные склады (оптовые базы) на основе RFID- бирок Web-Services-Enabled Business Models – Бизнес модели, базирующиеся на Web-сервисах Service-Oriented Architecture - Сервисно-ориентированная архитектура

На пике завышенных ожиданий Дисплей, базирующийся на технологии электронных чернил (черный и белый в 4 -х градациях серого) Микротопливные элементы Распознавание речи для мобильных устройств Inject – технологии при создании печатных плат (железные чернила) Внешние Grid 2 с массовой параллельной обработкой данных Массовое использование настольных Linux- приложений для бизнес-пользователей Семантический Web Стандарт 802. 16 d Wi. MAX – технология фиксированных беспроводных сетей в масштабах города Объединенные коммуникации UWB/803. 15. 3 a/Wi. Media – стандарт ультра- широкополосной радиосвязи на частотах 3 -10 Гц

На подъеме Транзисторы на базе протеиновых молекул ДНК Интерфейс «мозг-компьютер» /распознавание мысли Молекулярные транзисторы Детекторы лжи (более точный анализ реакций человека) Изделия, маркированные RFID-бирками (на базе беспроводной радиочастотной идентификации) Отраслевая рабочая группа, разрабатывающая технологии повышения безопасности компьютеров (стандартизация программ, интерфейсов, платформ при обмене информации через Интернет) Синтез реальности и компьютерной информации (доп. инф. на дисплеях-шлемах и др. ) Извлечение информации – выявление из набора документов заранее определенные факты (поиск информации – выявление документов) Анализ социальных сетей – современное направление в компьютерной социологии – анализ взаимодействий между социальными групами. Wikis (быстрый, гавайск. ) –возможность одновременной работы над совместными проектами для групп пользователей