История компьютера

Широкое распространение получили персональные компьютеры модели IBM PC, созданные в 1981 году группой инженеров фирмы IBM под руководством Уильяма Лоуи (William C. Lowe). Компьютер IBM PC имел процессор Intel 8088 с тактовой частотой 4.77 МHz, 16 Kb памяти с возможностью расширения до 256 Kb, операционную систему DOS 1.0. (рис. 7.24). Операционная система DOS 1.0 была создана компанией Microsoft. В течение всего одного месяца компания IBM сумела продать 241 683 компьютера IBM PC. По договоренности с руководителями Microsoft компания IBM отчисляла создателям программы определенную сумму за каждую копию операционной системы, устанавливавшуюся на IBM PC. Благодаря популярности персонального компьютера IBM PC руководители Microsoft Билл Гейтс и Пол Аллен вскоре стали миллиардерами, а Microsoft заняла лидирующее положение на рынке программных продуктов.

Рис. 7.24. Персональный компьютер модели IBM PC

В IBM PC был применен принцип открытой архитектуры, позволивший вносить усовершенствования и дополнения в существующие конструкции ПК. Этот принцип означает применение в конструкции при сборке компьютера готовых блоков и устройств, а также стандартизацию способов соединения компьютерных устройств.

Принцип открытой архитектуры способствовал широкому распространению IBM PC-совместимых микрокомпьютеров-клонов. Их сборкой из готовых блоков и устройств занялось большое число фирм во всем мире. Пользователи, в свою очередь, получили возможность самостоятельно модернизировать свои микрокомпьютеры и оснащать их дополнительными устройствами сотен производителей.

В конце 1990-х годов IBM PC-совместимые компьютеры составили 90% рынка персональных компьютеров.

За последние десятилетия XX века компьютеры многократно увеличили свое быстродействие и объемы перерабатываемой и запоминаемой информации.

В 1965 году Гордон Мур, один из основателей корпорации Intel, лидирующей в области компьютерных интегральных схем - "чипов", высказал предположение, что число транзисторов в них будет ежегодно удваиваться. В течение последующих 10 лет это предсказание сбылось, и тогда он предположил, что теперь это число будет удваиваться каждые 2 года. И, действительно, число транзисторов в микропроцессорах удваивается за каждые 18 месяцев. Теперь специалисты по компьютерной технике называют эту тенденцию законом Мура.

Рис. 7.25. Гордон Мур

Похожая закономерность наблюдается и в области разработки и производства устройств оперативной памяти и накопителей информации. Кстати, я не сомневаюсь, что к тому моменту, когда эта книга увидит свет, многие цифровые данные по их емкости и быстродействию успеют устареть.

Не отставало и развитие программного обеспечения, без которого вообще невозможно пользование персональным компьютером, и прежде всего операционных систем, обеспечивающих взаимодействие между пользователем и ПК.

В 1981 году фирма Microsoft разработала операционную cистему MS-DOS для своих персональных компьютеров.

В 1983 году был создан усовершенствованный персональный компьютер IBM PC/XT фирмы IBM.

В 1980-х годах были созданы черно-белые и цветные струйные и лазерные принтеры для распечатки информации на выходе из компьютеров. Они значительно превосходят матричные принтеры по качеству и скорости печати.

В 1983-1993 годах происходило создание глобальной компьютерной сети Internet и электронной почты E-mail, которыми смогли воспользоваться миллионы пользователей во всем мире.

В 1992 году фирма Microsoft выпустила операционную систему Windows 3.1 для IBM PC-совместимых компьютеров. Слово "Windows" в переводе с английского означает "окна". "Оконная" операционная система позволяет работать сразу с несколькими документами. Она представляет собой так называемый "графический интерфейс". Это - система взаимодействия с ПК, при которой пользователь имеет дело с так называемыми "иконками": картинками, которыми он может управлять с помощью компьютерной мыши. Такой графический интерфейс и система окон был впервые создан в исследовательском центре фирмы Xerox в 1975 году и применен для ПК Apple.

В 1995 году фирма Microsoft выпустила операционную систему Windows 95 для IBM PC-совместимых компьютеров, более совершенную по сравнению с Windows 3.1, в 1998 году - ее модификацию Windows 98, а в 2000 году - Windows 2000, а в 2001 году - Windows ХР. Для них разработан целый ряд прикладных программ: текстовый редактор Word, электронные таблицы Excel, программа для пользования системой Internet и электронной почтой E-mail - Internet Explorer, графический редактор Paint, стандартные прикладные программы (калькулятор, часы, номеронабиратель), дневник Microsoft Schedule, универсальный проигрыватель, фонограф и лазерный проигрыватель.

За последние годы стало возможным объединить на персональном компьютере текст и графику со звуком и движущимися изображениями. Такая технология получила название "мультимедиа". В качестве носителей информации в таких мультимедийных компьютерах используются оптические компакт-диски CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory - т.е. память на компакт-диске "только для чтения"). Внешне они не отличаются от звуковых компакт-дисков, используемых в проигрывателях и музыкальных центрах.

Емкость одного CD-ROM достигает 650 Мбайт, по емкости он занимает промежуточное положение между дискетами и винчестером. Для чтения компакт-дисков используется CD-дисковод. Информация на компакт-диск записывается только один раз в промышленных условиях, а на ПК ее можно только читать. На CD-ROM издаются самые различные игры, энциклопедии, художественные альбомы, карты, атласы, словари и справочники. Все они снабжаются удобными поисковыми системами, позволяющими быстро найти нужный материал. Объема памяти двух компакт-дисков CD-ROM хватает для размещения энциклопедии, превышающей по объему Большую Советскую энциклопедию.

В конце 1990-х годов были созданы однократно записываемые CD-R и многократно перезаписываемые CD-RW оптические компакт-диски и дисководы для них, позволяющие пользователю делать любые записи звука и изображения по своему вкусу.

В 1990-2000 годах, в дополнение к настольным персональным компьютерам, были выпущены ПК "ноутбук" в виде портативного чемоданчика и еще более миниатюрные карманные "палмтоп" (наладонники) - как следует из их названия, помещающиеся в кармане и на ладони. Ноутбуки снабжены жидкокристаллическим экраном-дисплеем, размещенным в откидной крышке, а у палмтопов - на передней панели корпуса.

В 1998-2000 годах была создана миниатюрная твердотельная "флэш-память" (без подвижных деталей). Так, память Memory Stick имеет размеры и вес пластинки "жвачки", а память SD фирмы Panasonic - почтовой марки. Между тем объем их памяти, которая может храниться сколь угодно долго, составляет 64-128 Мбайт и даже 2-8 и более Гбайт!

Кроме портативных персональных компьютеров, создаются суперкомпьютеры для решения сложных задач в науке и технике - прогнозов погоды и землетрясений, расчетов ракет и самолетов, ядерных реакций, расшифровки генетического кода человека. В них используются от нескольких до нескольких десятков микропроцессоров, осуществляющих параллельные вычисления. Первый суперкомпьютер разработал Сеймур Крей в 1976 году.

В 2002 году в Японии был построен суперкомпьютер NEC Earth Simulator, выполняющий 35,6 триллионов операций в секунду. На сегодня это самый быстродействующий в мире суперкомпьютер.

Рис. 7.26. Сеймур Крей

Рис. 7.27. Суперкомпьютер Cray-1

Рис. 7.28. Суперкомпьютер Cray-2

В 2005 году компания IBM разработала суперкомпьютер Blue Gene производительностью свыше 30 триллионов операций в секунду. Он содержит 12000 процессоров и обладает в тысячу раз большей мощностью, чем знаменитый Deep Blue, с которым в 1997 году играл в шахматы чемпион мира Гарри Каспаров. Компания IBM и исследователи из Швейцарского политехнического института в Лозанне впервые предприняли попытку моделирования человеческого мозга.

В 2006 году персональным компьютерам исполнилось 25 лет. Посмотрим, как они изменились за эти годы. Первые из них, оборудованные микропроцессором Intel, работали с тактовой частотой всего 4,77 МГц и имели оперативную память 16 Кбайт. Современные ПК, оборудованные микропроцессором Pentium 4, созданном в 2001 году, имеют тактовую частоту 3-4 ГГц, оперативную память 512 Мбайт – 1Гбайт и долговременную память (винчестер) объемом десятки и сотни Гбайт и даже 1 Терабайт! Такого гигантского прогресса не наблюдается ни в одной отрасли техники, кроме цифровой вычислительной. Если бы такой же прогресс был в увеличении скорости самолетов, то они давно бы уже летали со скоростью света.

Возможности цифровых технологий

Микропроцессор благодаря своим миниатюрным размерам и чрезвычайно низкой цене вошел в состав самых различных бытовых приборов. Он управляет работой автоматических стиральных машин, фотоаппаратов, бытовых цифровых весов, домашних тренажеров, телефонов, MP-3 проигрывателей, DVD-рекордеров, музыкальных центров и телевизоров, банковских пластиковых карт. Микропроцессор стал "мозгом" карманных электронных записных книжек, электронных энциклопедий, автоматических словарей, обеспечивающих перевод с нескольких языков, электронных книг. Он управляет работой и таких новейших средств связи, как сотовые телефоны.

Замена вакуумных электронных ламп микроминиатюрными полупроводниковыми модулями, появление жидкокристаллических мониторов взамен кинескопов, твердотельных устройств памяти, флеш-памяти, наряду с микропроцессорами дало возможность выпустить малогабаритные, портативные цифровые приборы и устройства без использования подвижных механических деталей.

Появились цифровые радиоприемники (точнее, с цифровой настройкой). В традиционных приемниках всегда существовала круглая ручка настройки и связанная с ней механической передачей шкала со стрелкой. Для того чтобы настроиться на нужную радиостанцию, в приемнике используется резонансный колебательный контур - электрическая цепь из переменного конденсатора и катушки. Изменяя емкость конденсатора, можно настроить колебательный контур в резонанс - на частоту любой нужной радиостанции. Вращая ручку настройки, мы изменяем емкость, связанного с ней механической передачей переменного конденсатора, и таким образом выбираем нужную радиостанцию.

Радиоприемник "Фестиваль", 1958 г

В современных цифровых радиоприемниках в качестве переменных конденсаторов используют варикапы - полупроводниковые диоды, емкость которых зависит от приложенного к ним напряжения (слово "варикап" является сокращенным переводом с английского слов: переменная емкость). При этом его емкость изменяется дискретно, ступенями.

Чтобы перейти с одной радиостанции на другую, достаточно изменить напряжение на варикапе. Этот переход и осуществляет встроенный в цифровой приемник микропроцессор. Благодаря этому переключение обеспечивается не вращением ручки настройки, а легким нажатием кнопок. Такой приемник обеспечивает и запоминание нескольких заранее настроенных радиостанций, а также автоматическую настройку на первую же встретившуюся при поиске радиостанцию. Вместо шкалы в цифровом приемнике используется жидкокристаллический дисплей. Кроме того, такой приемник может иметь еще цифровые часы и будильник. Все эти полезные функции обеспечивает микропроцессор. Никаких механических передач в цифровом приемнике нет - на его передней панели только кнопки и дисплей. Отсутствие подвижных механических деталей и узлов - характерная черта современных цифровых приборов.

Современный портативный радиоприемник фирмы Philips с цифровой настройкой

В современных телевизорах настройка на любой канал с помощью беспроводного пульта дистанционного управления происходит подобным же образом - с помощью инфракрасного луча, кнопок, микропроцессора и варикапов.

Но этим бурное наступление цифровой техники не ограничивается. Она вторгается в такие области, как запись, передача и воспроизведение звука и изображений. Цифровые технологии позволили создать совершенно новые клавишные музыкальные инструменты. Наибольшее распространение получили синтезаторы, позволяющие получить звучание самых различных инструментов – фортепиано, аккордеона, гитары и десятков других. Но самыми совершенными из них, обеспечивающими профессиональное звучание, являются цифровые фортепиано. Они широко используются на концертах симфонической, джазовой и популярной музыки, в студиях звукозаписи, в ресторанах и ночных клубах.

Цифровое фортепиано

Их главное достоинство – точная имитация звучания и передача ощущения игры на классическом фортепиано. Это обеспечивается с помощью особых алгоритмов цифровой обработки электронных копий реальных или искусственно созданных звуков. При нажатии на клавишу эта копия извлекается из электронной памяти фортепиано, "оживляется" процессором и воспроизводится акустической системой, превращаясь в звук.

Клавиатура цифрового фортепиано в точности соответствует настоящей. Музыкант при игре чувствует сопротивление клавишного механизма, как и на классическом инструменте, и имеет возможность извлекать звуки разной громкости, регулируя силу удара на клавиши. Благодаря этому цифровая клавиатура обеспечивает передачу всех нюансов и тонкостей исполняемого произведения. Кроме того, цифровое фортепиано по сравнению с акустическим способно создавать еще звучание органа, клавесина и других старинных и современных инструментов. Можно изменять тембры и комбинировать их по своему желанию. Можно использовать "разделение клавиатуры" - например, левой рукой исполнять партию гитары, а правой - фортепиано. На классическом инструменте осуществить это невозможно.

Электронные фортепиано достаточно компактны и значительно легче классических – ведь в них нет массивной металлической рамы, на которую натянуты струны, да и самих струн нет – одна сплошная электроника и акустическая система в деревянном корпусе. В цифровых фортепиано есть выходы для подсоединения наушников. Это позволяет заниматься дома в любое время суток, не причиняя неудобств членам семьи и жителям соседних квартир. Многие модели оснащены встроенным жидкокристаллическим экраном, на котором воспроизводится нотная запись, а клавиши подсвечиваются изнутри при нажатии на них. Многие модели позволяют записывать сыгранную мелодию во внутреннюю память и воспроизводить ее. Все это помогает в обучении.

Подсветка клавиш в цифровых фортепиано и дисплей над клавиатурой

Кроме того, в цифровых инструментах есть возможность подбирать аккомпанемент под мелодию и менять ритмы, например, создавая ритмы вальса или танго. Таким образом, возможности цифровых инструментов значительно шире и разнообразнее, чем у акустических.

В телевидении видеосигнал до настоящего времени передавался в аналоговой форме. Превращение его в цифровую форму, компьютерная обработка и обратное превращение в аналоговую форму открыло совершенно новые возможности, например, создание режима "картинка в картинке", когда в углу основного изображения какого-нибудь телевизионного канала появляется маленькая картинка любого другого канала. Можно также получить на экране набор небольших картинок сразу нескольких каналов.

Компьютерная обработка видеосигнала позволяет получать самые фантастические преобразования картинки, например изменение масштаба, любые искажения и превращения, например мужского лица в женское, совмещение реального объекта с рисованным или мультипликационным и т.д. Появилась возможность создавать передачи, в которых люди выступают на фоне "виртуальных", то есть кажущихся декораций. При этом отпадает надобность строить декорации "в натуре". Разумеется, готовить такие телепередачи — гораздо быстрее и экономичнее.

Недавно компания Уолта Диснея продемонстрировала новый компьютерный персонаж по имени Монти, управляемый компьютерной мышкой. С ее помощью можно заставить Монти плакать и смеяться, изображать мимикой различные эмоции: радость, ярость или печаль. По существу рождается новый вид искусства. Скоро режиссер только с помощью своего персонального компьютера сможет написать сценарий, создать исполнителей, декорации, костюмы, полностью снять свой фильм со звуковым сопровождением, смонтировать его и даже обеспечить ему рекламную компанию. Этот новый вид искусства может существовать наряду с привычным кино и театром. Более того, с помощью компьютерной технологии можно "оживить" любых известных актеров — "звезд" кино и театра, как ныне здравствующих, так и ушедших из жизни. Смоделировав их внешность, голоса и манеру поведения, можно будет "заставить" их играть новые роли. Родственники кинозвезды 20-70-х годов Марлен Дитрих уже подписали со студией "Виртуальные знаменитости" контракт на 300 лет (!) вперед - давно умершая "оцифрованная" актриса вновь востребована и сыграет любые роли.

В классической рисованной и кукольной мультипликации художники-мультипликаторы сначала создают образ. Такой образ мышонка Микки Мауса в свое время создал Уолт Дисней. А уже затем художники — "фазировщики" дают такому образу движения буквально кадр за кадром. Процесс этот — очень сложный и длительный. Недавно, благодаря возможностям цифровой технологии появилось новое направление в анимации — перформанс, дающее возможность получать естественные движения персонажей в реальном времени. Для его осуществления на теле живого актера — исполнителя закрепляют легкие миниатюрные датчики: на голове, туловище, руках и ногах. Эти приемники (они могут быть магнитными, оптическими и ультразвуковыми) фиксируют пластику любых движений "виртуального" актера. Его координаты и ориентация в пространстве передаются в компьютер и "оживляют" создаваемую виртуальную модель. Делается это качественно и быстро. Зрительское восприятие фильма от этого не страдает. Виртуальные актеры могут взаимодействовать не только друг с другом, но и с живыми персонажами на экране. Итак, появился новый вид съемки — виртуальная съемка. Живой актер надевает специальный костюм, обклеенный датчиками, и работает на специальной сцене, способной воспринимать сигналы этих датчиков. При такой съемке движения персонажей фильма получаются более естественными. Но таким способом можно оживлять и любые неодушевленные предметы. Они при этом приобретают человеческие пластику и мимику. Для осуществления 10-15 минутного перформанс — фильма требуется всего 2-3 часа таких съемок.

Актер в костюме для компьютерной анимации

Но наиболее перспективной является передача видеосигнала в цифровой форме через эфир - от передатчика к приемникам. Прежде всего, это позволяет избавиться от помех (например, от сигналов, отраженных от стен близлежащих домов) и значительно повысить качество телевизионной картинки. Другое важнейшее преимущество передачи телевизионного сигнала через эфир в цифровой форме заключается в том, что при этом требуется в десять раз меньшая мощность передатчика. По одному каналу можно будет передавать не одну телепрограмму, а 4 - 5.

В конце 1998 года прошли первые телевизионные трансляции ведущих американских телекомпаний в цифровом формате, а в 2000 году опытные передачи цифрового телевидения начались и в России. Чтобы обычные аналоговые телевизионные приемники могли принимать эти передачи, цифровой сигнал с помощью цифро-аналогового преобразователя переводится в аналоговую форму. Он представляет собой приставку - декодер, которую нужно будет приобрести, чтобы принимать цифровой телевизионный сигнал на обычном аналоговом телевизоре.

Для непосредственного приема цифровых сигналов уже созданы специальные цифровые телевизоры, обеспечивающие еще более высокое качество изображения и звука. Сегодня их стоимость составляет 8000 долларов. Пока таких телевизоров XXI века продано всего несколько сотен. Однако по прогнозам к 2004 году будет реализовано уже 10 миллионов экземпляров. В нашей стране запущен спутник, принадлежащий российской компании НТВ. С его помощью осуществляется трансляция канала НТВ-плюс в цифровой форме.

Цифровые технологии в сочетании со спутниковой связью и оптическими световодами коренным образом изменили современную телефонную связь — значительно улучшили слышимость и расширили ее функциональные возможности.

Наконец, в обрабатывающей промышленности цифровые технологии позволили изготавливать детали на станках с программным управлением и обрабатывающих центрах непосредственно по компьютерным программам, минуя привычную стадию разработки бумажных чертежей.

Производство цифрового "продукта" в наши дни становится одним из основных, опережая производство стали, чугуна, нефти и автомобилей. Показательно, что все самые известные состояния нажиты людьми, занятыми бизнесом в сфере информационных технологий. Так, например, одними из богатейших людей США являются глава Microsoft Билл Гейтс, глава Oracle Ларри Эллисон, главы Google Сергей Брин и Ларри Пэйдж.

Планшетные компьютеры

В первые годы 21 века в дополнение к настольным персональным компьютерам и переносным ноутбукам появились нетбуки – миниатюрные ноутбуки и даже планшетные компьютеры. Первые планшетные компьютеры были созданы в компании Apple - iPad, а вслед за ним iPad 2. В них отсутствуют клавиатура и мышь, а все действия осуществляются пальцами рук на поверхности планшета без использования клавиш и стилуса. Планшетники осуществляют множество функций – в том числе, набор текстов и таблиц, съемку и просмотр фотографий, запись видеофильмов, работу с электронной почтой, чтение электронных книг. Лишь одной функции в них нет – мобильного телефона.

Стив Джобс (компания Apple)

Основой планшетника является ЖК-монитор с сенсорным экраном (LCD TFT), на котором можно набирать тексты стилусом, пальцами обеих рук или отдавать любые команды.

Держать планшетник нужно двумя руками, либо класть на стол.

В 2010 году фирма Samsung выпустила мобильный телефон Samsung P1000 Galaxy Tab. Он совмещает в себе функции компьютера и мобильного телефона. В нем нет лишь функции радио. Однако можно слушать радиопередачи с помощью Интернета.

Он весит всего 380 г, имеет габаритные размеры меньше чем iPad 2. Размер ЖК-экрана по диагонали – 7 дюймов. Благодаря этому его можно держать в одной руке.

Apple iPad (2010) — типичный интернет-планшет

Основные характеристики телефона Samsung P1000 Galaxy Tab

Телефон Samsung P1000 Galaxy Tab

Подробные характеристики Самсунг P1000 Galaxy Tab

Дополнительные характеристики Samsung P1000 Galaxy Tab

• Цвета: черный, серый
• Встроенная камера: 3 Мп, автофокус, LED вспышка, видео, фронтальная 1,3 Мп
• Java: MIDP 2.1
• Другое: ОС Google Android 2.2, процессор Cortex A8 1ГГц с PowerVR SGX540
• Память
  • 16 или 32 Гб встроенной памяти
  • Слот для карт памяти до 32 Гб
  • 4 Гб оперативной памяти
  • 1 Гб SDRAM для сетевого подключения
  • 4 Гб NAND Flash памяти для приложений
• Звонок, набор номера
  • Виброзвонок
  • Полифония
  • MP3, WAV рингтоны
• SMS
  • Быстрый набор текста Swype
  • SMS
  • MMS
• Коммуникационные возможности
  • GPRS/EDGE
  • HSDPA, 7.2 Mbps; HSUPA, 5.76 Mbps
  • Bluetooth 3.0
  • Wi-Fi 802,11n
  • Разъем 3.5 мм
  • A-GPS
  • TV-выход
  • USB 2.0
• Органайзер и дополнительные функции
  • Универсальные приложения Readers Hub, Media Hub, Music Hub, Social Hub
  • Adobe Flash 10.1
  • Full HD изображения
  • Программа офисных приложений Thinkfree Office
  • Виджеты Hybrid Widget
  • Аудио, видео плееры
  • Акселерометр
  • Сенсор близости
  • Гироскоп

Миллионы компьютеров используются практически во всех отраслях экономики, промышленности, науки, техники, педагогики, медицины.

Основные причины такого прогресса - в необычайно высоких темпах микроминиатюризации устройств цифровой электроники и успехах программирования, сделавших "общение" рядовых пользователей с персональными компьютерами простым и удобным.