ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ДВНЗ «ДонНТУ»

ФКНТ, ПЗС-10В

Головнева В.О.

Королёва Г.М.

Счетные машины XVII века

• В 1642 году французский математики физик Блез Паскаль создал«суммирующую» машину,названной Паскалиной, котораякроме сложения выполняла ивычитание.

• В 1670-1680 годах немецкийматематик Готфрид Лейбницсконструировал счетную машину,которая выполняла все четыреарифметических действия.

Арифмометр

• Лишь в 1878 году русский ученый П. Чебышёв предложил счётную машину,выполнявщую сложение и вычитание многозначных чисел. Наибольшуюпопулярность получил тогда арифмометр, сконструированный петербургскиминженером Однером в 1874 году Конструкция прибора оказалась весьма удачной,так как позволяла довольно быстро выполнять все четыре арифметическиедействия.

В 30-е годы XX столетия был разработанболее совершенный арифмометр —«Феликс». Эти счётные устройстваиспользовались несколько десятилетий,став основным техническим средствомоблегчения человеческого труда.

Аналитическая машина

• В 1812 году английский математик и экономист Чарльз Бэббидж начал работу надсозданием, так называемой «разностной» машины, которая, по его замыслам,должна была не просто выполнять арифметический действия, а проводитьвычисления по программе, задающей определённую функцию.

В 1834 году Бэббидж приступил к созданию «аналитической» машины.

Она состояла из хранилища для чисел («склад»), устройства для производства арифметических действий над числами (Бэббидж назвал его «фабрикой») и устройства, управляющего операциями машины в нужной последовательности, включая перенос чисел из одного места в другое; были предусмотрены средства для ввода и вывода чисел.

Табулятор и International Business Machines (IBM),

• Германом Холлеритом была построена машина — табулятор, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. Табуляторы Холлерита были использованы при переписи населения в США, Австрии, Канаде, Норвегии и в др. странах. Они же использовались при первой Всероссийской переписи населения в 1897 году, причём Холлерит приезжал в Россию для организации этой работы.

В 1896 году Холлерит основал всемирноизвестную фирму Computer TabulatingRecording, специализирующуюся на выпускесчетно-перфорационных машин иперфокарт. В дальнейшем фирма былапреобразована в фирму InternationalBusiness Machines (IBM), ставшую сейчаспередовым разработчиком компьютеров.

Создание первых компьютеров

Первым создателем автоматическойвычислительной машины считаетсянемецкий учёный Конрад Цузе. В 1936 годуон построил модель механическойвычислительной машиныДругую идею релейного компьютера выдвинул в 1937 году аспирант Гарвардского университета Говард Эйкен. Его идеей заинтересовалась фирма IBM. В помощь Эйкену подключили бригаду инженеров во главе с К. Лейком. В 1939 году началась работа по проектированию и постройки машины, названной «Марк-1»

С точки зрения архитектуры ЭВМ схранимой в памяти программойреволюционными были идеи Джона фонНеймана:

В 1945 г. Англия приступила к созданиюпервой машины с неймовским типомпамяти. Работа была возглавлена Т.Килбрном из Манчестерского университетаи Ф. Вильямсем из Кембриджского. Уже 21июня 1948 года они просчитали первуюпрограмму на ЭВМ «Марк-1» (одинаковоеназвание с машиной Эйкена).

Эволюция ЭВМ

Ламповые ЭВМ – первое поколение:Разработка первой серии электронной машины UNIAC (Universal AutomaticComputer) начата примерно в 1947 году. Эккртом и Маучли, основавшими фирму Eckert-Mauchly.

Транзисторные ЭВМВ середине 50-ых гг. XX века, когдаламповые компьютеры достигли«насыщения», ряд фирм объявил о работахпо созданию транзисторных ЭВМ.

При появлении ЭВМ второго поколения разработчики занялись разработкой исоздание языков программирования, обеспечивающих удобный набор программ.Одним из первых языков программирования был АЛГОЛ (создан группой ученыхамериканской Ассоциацией по вычислительной техники).

Эпоха интегральных схем

• С машинами третьего поколения связано значительное событие — разработка и внедрение визуальных устройств ввода-вывода алфавитно-цифровой и графической информации с помощью электронно-лучевых трубок — дисплеев, использование которых позволило достаточно просто реализовать возможности вариантного анализа.

Дисплей принципиально изменил процесса ввода-вывода данных и упростил общение с компьютером.

Четвёртое поколение

Это поколение ЭВМ связано с развитием микропроцессорной техники. В 1971 году компания Intel выпустила микросхему Intel-4004 — первый микропроцессор и родоначальник доминирующего и самого известного сегодня семейства.

Таким образом, история развития электроники подошла к созданию персональных компьютеров (ПК). Во второй половине 70-х гг. появилась потребность в компьютерах для одного рабочего места. Первые такие ПК базировались на 8-разрядных процессорах — Intel-8080

Пятое поколение

Сегодня популярностью пользуется семейство процессоров Core i7

В 1989 году появляется новая разработка компании Intel — микропроцессор Intel-80486 (Intel-80486DX). Этот процессор ознаменовал начала пятого поколения.

• Концепция мини-компьютеров Intel NUC (Next Unit of Computing), представленная в 2012 году, не раз критиковалась из-за крайне ограниченных возможностей по расширению: дело в том, что внутри корпуса попросту нет места для установки, скажем, даже стандартного накопителя. Intel прислушалась к пожеланиям потребителей и выпустила NUC-десктопы нового поколения с расширенной функциональностью.

• Главный компонент NUC — системная плата размером 100×100 мм. В новых мини-десктопах на неё устанавливается процессор Core четвёртого поколения (Haswell). Покупатели вольны выбирать между двухъядерными чипами Core i3-4010U (1,7 ГГц; Intel HD Graphics 4400) и Core i5-4250U (до 2,6 ГГц; Intel HD Graphics 5000). В обоих случаях применяется 22-нанометровая технология производства.

• Системная плата NUC снабжена двумя слотами DDR3L SO-DIMM для модулей оперативной памяти суммарным объёмом до 16 Гб, одним разъёмом mSATA для твердотельного накопителя и слотом Mini PCI для карты расширения — к примеру, адаптера беспроводной связи Wi-Fi. Есть четыре порта USB 3.0 и интерфейс HDMI 1.4a. Для подключения к локальной сети предусмотрен контроллер GigabitEthernet.

INTEL NUC: НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ НАСТОЛЬНЫХ МИНИ-КОМПЬЮТЕРОВ

• Но главное отличие новых мини-десктопов от ранних моделей заключается в появлении слота для стандартного накопителя в формфакторе 2,5 дюйма. Допускается установка устройств толщиной 7,5 или 9,5 мм. То есть теперь пользователи смогут оснастить свой NUC жёстким диском вместимостью 1 Тб.

• Кроме того, гибридная подсистема хранения данных позволяет воспользоваться функцией Intel Rapid Start, которая практически мгновенно возвращает компьютер к работе из состояния глубокого сна. Подобная возможность обеспечивает ПК меньшим количеством электроэнергии, когда он не используется, и быстро «пробуждает» его при необходимости.

• Правда, появление отсека для 2,5-дюймового накопителя привело к увеличению толщины корпуса NUC с 34,5 до 49,5 мм. Прочие габариты остались неизменными — 116,6×112,0 мм.

ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ АППАРАТНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Классы компьютеров, которые можно отнести к нанотехнологиям:

• Молекулярные компьютеры

• ДНК-компьютеры

• Квантовые компьютеры

• Нанокомпьютеры

Молекулярные компьютеры

• Молекулярные компьютеры — вычислительные системы, использующие вычислительные возможности молекул (преимущественно, органических). Молекулярными компьютерами используется идея вычислительных возможностей расположения атомов в пространстве.

• Под молекулярным компьютером обычно понимают такие системы, которые используют отдельные молекулы в качестве элементов вычислительного тракта. В частности, молекулярный компьютер может представлять логические электрические цепи, составленные из отдельных молекул; транзисторы, управляемые одной молекулой, и т. п.

• Также молекулярным компьютером могут назвать ДНК-компьютер, вычисления в котором соответствуют различным реакциям между фрагментами ДНК. От классических компьютеров такие отличаются тем, что химические реакции происходят сразу между множеством молекул независимо друг от друга.

ДНК-компьютеры

Ученые хайфского Техниона создали компьютер, который полностью состоит из биологических молекул типа ДНК и белков, которые способны изменять генетические коды.Преимущество биомолекулярных вычислительных устройств в том, что они могут напрямую связываться с биологическими системами и даже с живыми существами. Биомолекулярные компьютеры созданы из биологических молекул, способных «общаться» между собой, используя логику в последовательности химических событий, поддающихся программированию.

Впервые в лаборатории создана биомолекулярная машина, которая способна производить последовательные вычисления и приходить к результатам, представленным какновая биологическая программа. Она способна «читать» и менять генетическую информацию.

Квантовые компьютеры

• Квантовый компьютер — вычислительное устройство, работающее на основе квантовой механики. Квантовый компьютер принципиально отличается от классических компьютеров, работающих на основе классической механики.

• Ограниченные (до 512 кубитов) квантовые компьютеры уже построены. Элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.

• Первый разработанный высокоуровневый язык для такого вида компьютеров: Quipper.

Квантовый компьютер D-WaveOne

• Канадская компания D-Wave Sys. Уже выпустила 2 версии квантовых компьютеров D-Wave One и D-Wave Two

• Процессор D-Wave One содержит 128 сверхпроводящих кубитов с контактами Джозефсона — соединениями сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика, — типа Nb / AlOx / Nb. По сути, массив кубитов представляет собой искусственную систему спинов из модели Изинга с программируемыми спин-спиновыми взаимодействиями. Эта система позволяет решать задачи оптимизации, сводящиеся к поиску основного состояния для набора изинговских спинов по методу «квантового отжига» — нахождения глобального минимума некоей целевой функции посредством квантовых флуктуаций (туннелирования через потенциальные барьеры).

Характеристики D-Wave Two

• Использует квантово-механические эффекты• Построенный вокруг "кубитов", а не "бит"• Работает в экстремальных условиях• Использует квантовые алгоритмы для решения очень сложных задач• "Холодильник" представляет собой замкнутый цикл с рефрижератором

растворения• Сверхпроводящий процессор не генерирует тепло• Охлажденный в 150 раз холоднее, чем межзвездном пространстве (0,02

Кельвина)• Экранированный(Shielded) в 50000 раз менее магнитного поля Земли• В высоком вакууме: давление в 10000000000 раза ниже, чем атмосферное • 192 ввода / вывода и линии управления от комнатной температуры до чипа• "Холодильник" и серверы потребляют только 15.5kW энергии, при том, что

традиционные сверхкомпьютер потребляет более 3900 kW• Потребляемая мощность не увеличится, при приближении к тысячи кубитам• Решетка из 512 крошечных сверхпроводящих цепей, известных как кубитов,

охлаждается до ~ абсолютного нуля, чтобы получить квантовые эффекты

• Не так давно компания Google купила квантовый компьютер, а также стали известны результаты тестирования D-Wave Two

• Компьютер D-Wave моделирует сложные задачи в поиске оптимальных решений. Примером может служить известная Задача коммивояжёра, которому нужно наиболее эффективно посетить 10 клиентов.

• Именно для подобных задач Google планирует использовать данный тип компьютера. По независимому исследованию квантовый компьютер в некоторых тестах в 3600 раз быстрее обычного суперкомпьютера. А по заявлению самой D-Wave, при использовании более 500 параметров система еще больше превосходит традиционные компьютеры.

Нанокомпьютеры

• Нанокомпьютер — вычислительное устройство на основе электронных (механических, биохимических, квантовых) технологий с размерами логических элементов порядка нескольких нанометров.

• Сам компьютер, разрабатываемый на основе нанотехнологий, также имеет микроскопические размеры. На данный момент создан нанотранзистор — основа нанопроцессора.

Новый нанокомпьютерФизики собрали нанокомпьютер, нарушающий закон Мура

• Группа ученых из Гарвардского университета построили сверхмалую вычислительную систему, функционирующую вне закона Мура. На сегодняшний день это самая плотная наноэлектроннаясистема размером с нейрон человека и крайне низким электропотреблением.

• По мнению разработчиков, мини-процессоры такого типа могут использоваться для создания биомедицинских датчиков, микро-имплантатов, мини-роботов, и, конечно, применяться в гибкой потребительской электронике.

Робототехника (новости)

Настоящего робота полицейского TeleBot разработали в Discovery LabFIU's Discovery Lab разработали первоначальный прототип робота полицейского TeleBot. Он сочетает в себе большой набор функций телеприсутствия и робототехники. Это позволит полиции, инвалидам и военнослужащим выступать в качестве патрульных.

Чтобы отпраздновать 205-е день рождения 12 февраля, выставка в Университетском колледже Лондона будет представлять экспонаты посвященные Дарвину. Одним из таких экспонатов будет бюст изготовленный роботом манипулятором.

КОМПЬЮТЕРЫ БЛИЖАЙШЕГО БУДУЩЕГО: 5 КОНЦЕПТУАЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ

• RoboThespian• Ещё один впечатляющий концепт, относящийся к ротбототехнике, на вид

совершенно не похож на персональный компьютер, но всё-таки им в полной мере является. RoboThespian — воплощение своеобразного британского юмора, антропоморфный робот-актёр ростом с человека, который работает на основе обычного персонального компьютера и способен в некотором смысле общаться с окружающими.

• Это уже третье поколение RoboThespian, умеющее по-всякому развлекать публику: актёрствовать, петь, танцевать и лицедействовать самыми разными способами, реагируя на просьбы и задания. Компания-разработчик Engineered Arts Limited продаёт даже целые комплекты из трёх андроидов, сцены с освещением и озвучкой и программным обеспечением под названием «Театр роботов». К комплекту прилагается одно полноценное представление, а в остальном дело за творчеством покупателей.

Razer Project Christine

• «Project Christine» — разработка известнейшего производителя игровых компьютерных манипуляторов и самих игровых компьютеров американской компании Razer, постоянно создающих настоящую инновационность. Достаточно вспомнить концептуальный контроллер Artemisдля авиасимуляторов, игровой ноутбук Blade Pro или игровой планшет Edge Pro под управлением Windows 8.

• «Christine» представляет собой модульный персональный компьютер, который собирается из отдельных блоков, устанавливаемых в специальную раму. Начинка такой машины может быть любой, то есть нет никаких ограничений по выбору процессоров, памяти, графических ускорителей, накопителей, блоков питания и прочих комплектующих. При этом сами модули могут устанавливаться и заменяться за считаные секунды.

• В середине рамы Project Christine устанавливается блок управления с сенсорным экраном, на который выводятся сведения о каждом из модулей — от температуры и тактовой частоты процессора до настроек RAID-массива и выбора операционной системы.

• Отдельного внимания заслуживает реализованная в Project Christine система охлаждения: в модулях применяется жидкостная система на основе минерального масла, которая при установке блоков в раму работает во взаимодействии со встроенной в неё центральной водяной системой охлаждения. Эффективность такой схемы настолько высока, что конструкторам удалось сделать её полностью бесшумной, и это ещё один её плюс.

• Одно из принципиальных свойств проекта «Кристина» заключается в том, что пользователь, пока что теоретически, может мгновенно изменять конфигурацию своего компьютера в зависимости от возникающих задач. Пара движений — и перед нами рабочий компьютер под управлением Linux с пакетом офисных программ. Ещё пара манипуляций — и в нашем распоряжении терминал для безопасного интернет-сёрфинга. Меняем ещё несколько блоков — и получаем мощную игровую машину с парой видеокарт и последней версией Windows.

Toshiba 5-in-1

• Компания Toshiba, которая продемонстрировала концептуальный гибрид 5-in-1, то есть «пять в одном». Как и Acer R7, он притворяется обычным лэптопом, но при этом способен становиться трансформером, планшетом с беспроводной Bluetooth-клавиатурой, монитором для презентаций, а также планшетом для рисования, при котором сенсорный экран располагается перед пользователем под углом в 270 градусов.

• В отличие от громоздкого Acer R7, это настоящий планшет: тонкий, лёгкий и практичный. К тому же в комплект поставки входит электронное перо, позволяющее пользоваться продвинутыми пакетами для создания и редактирования изображений.

Asus Transformer Book Duet TD300

• Transformer Book Duet — это одновременно и ноутбук под управлением «полноценной» Windows 8.1 Standart, и планшет со съёмной клавиатурой на базе Android 4.2.2, причём переключение между этими ОС занимает считаные секунды, и для этого достаточно нажатия одной кнопки. Фирменная технология InstantSwitch обеспечивает полный доступ каждой системы ко всем аппаратным ресурсам.

• Начинка Transformer Book Duet совсем не планшетная, а совершенно ноутбучная: это процессор Intel Core i3, i5 или i7 и 4 Гбайта оперативной памяти DDR3. В планшетной «половинке» прячется SSD-накопитель ёмкостью до 128 Гбайт, в клавиатурной — винчестер объёмом до 1 Тбайта. 13,3-дюймовый сенсорный дисплей работает с разрешением 1366×768 точек или Full HD (1920×1080).

• Собственно говоря, Transformer Book Duet уже не концепт, а официально представленный продукт, который в ближайшее время появится в магазинах. При этом базовые цены должны быть весьма разумными: за версию с экраном низкого разрешения будут просить от $600, за модификацию с дисплеем Full HD — от $700.

Sony Life Space UX

• Строго говоря, Sony Life Space UX — это, прежде всего, ультракороткофокусныйвидеопроектор с разрешением 4K, способный выводить картинку с диагональю до 147 дюймов с минимального расстояния до стены. Под вторым значением названия Life Space UX в Sony понимают принципиально новый пользовательский интерфейс, объединяющий проекционно-сенсорные технологии и физические стены помещения.

• Концепция Life Space UX предполагает создание выполненных в едином дизайне устройств, замаскированных под модную мебель с использованием алюминия, среди которых проектор, громкоговорители и специальные тумбы для прочей аппаратуры.

• Видеопроектор Life Space UX предназначен для работы с игровой приставкой PlayStation 4, а также с фирменным облачным сервисом Gaikai, перезапуск которого ожидается в ближайшем будущем. Сам проектор появится в продаже уже летом этого года и будет стоить примерно $30-40 тыс.

Топ 7: устройства будущего

50 лет назад люди только начинали мечтать о мобильных телефонах.

А 100 лет назад - наверное, о мобильных телеграфах. Сегодня мы можем помечтать о чашке, через которую можно выйти в Интернет или о кольце-визитке.

• Умный шопинг

Этот концептуальный девайс не только определяет калорийность того или иного продукта, но и подстраивается под ваш режим питания, давая рекомендации, какие продукты вам лучше подойдут (учитывая условия их производства, упаковки и транспортировки).

• Коврик-будильникДля того, чтобы вылезти утром из постели, нужно спустить с кровати ноги и встать на пол. На этом и основана идея будильника-коврика Carpet Alarm Clock. Он не перестанет звенеть, пока вы на него не встанете. (Да-да, время на картинке - 8:20, а не то, что кажется на первый взгляд еле проснувшемуся человеку).

Правда, любой убийца будильников скажет вам, что ничто не помешает ему встать на коврик, а потом залезть в постель обратно. Будильник, обливающий спящего холодной водой, определенно был бы лучше.

• Умная кухняAlight Kitchen – это кухонная система, сконструированная с целью минимизации отходов. Она призвана, согласно замыслу ее создателей, указать людям современного мира на то, как много они потребляют и как неправильно они питаются.Например:• Упаковки с едой и напитками хранятся в охлаждающей камере

кухни всего три дня. • Кухня оснащена «умной» духовкой, которая сама высчитывает

идельное время и температуру для разогрева продуктов посредством чтения с них штрихкодов.

• Духовка настолько «умна», что не дает включать себя на время больше положенного, с точки зрения рационального использования электроэнергии.

• Встроенная посудомоечная машина экономит воду путем хранения и фильтрации использованной воды от предыдущей мойки посуды.

• Чашка файлов

Абсолютно футуристичный концепт гаджета-компьютера от дизайнеров Hyuh-Jin Lee и Hyeroung Choen. Называется просто Чашка (The Cup) (видимо, все запасы креатива ушли на разработку концепта). С собой вы его вряд ли будете таскать, применение такому гаджету найдется, скорее, дома или в офисе.

При помощи Чашки можно делится информацией, в буквальном смысле переливая ее, как воду, в такую же чашку или синхронизировать ее с любым устройством. Кроме того, Чашка в опрокинутом положении проецирует голографический интерфейс установленной на нее операционной системы - никакой клавиатуры или монитора.

• Кружка-компьютерПри создании этого чуда использована технология электронной бумаги: концепт кружки-компьютера от дизайнера Джейсона Фарсаи. Согласно ему, при помощи Yuno PC вы сможете получить все, что вам нужно от компьютера по утрам, не отвлекаясь при этом от завтрака. Проверить электронную почту, почитать блог, наметить маршрут на работу или посмотреть сводку погоды – в скором будущем не надо будет приносить за обеденный стол ноутбук и рисковать залить его утренним кофе.Какую информацию по утрам вы хотите получить в первую очередь? В кружку Yuno PC встроены e-mail-клиент, браузер и некоторое количество приложений от Google. А еще она чем-то похожа на стакан термос из Starbucks, фетиш модных барышень.

• Хочу все знатьЭто концептуальное мобильное устройство, разработанное дизайнером Маком Фунамицу. В нем есть Wi-Fi, сканнер, встроенная камера, браузер изображений, приложения Google. Но главная отличительная черта - это функция продвинутого поиска, суть которой заключается в следующем: вы наводите устройство на интересующее вас здание и сразу получаете информацию о нем. И это еще не все.При помощи этой функции вы можете получить буквально любую информацию: что за насекомое ползет у вас под ногами, как переводится слово в газете, какая машина проехала мимо, кто проживает на таком-то этаже такого-то дома - достаточно лишь навести устройство на интересующий вас объект. Данное устройство, можно сказать, просто находка для сотрудников спецслужб и тех, кто любит поиграть в Джеймса Бонда.

• Кольцо-визитка• Рукопожатие - общепринятый практически во всем мире способ

приветствия, будь то встреча друзей или деловой ужин. Среди мужчин, вынуждены уточнить. Дизайнер Хидеаки Матсуи нашел этой традиции отличное применение: он спроектировал концепт так называемого информационного кольца, которое может заменить визитную карточку.

• Принцип прост: информация о вас (имя, фамилия, телефон, компания и прочее) записаны на информационное кольцо, которое вы носите. При рукопожатии информация автоматически передается человеку, которому вы пожимаете руку, если у него, конечно, есть такое же кольцо. Для того, чтобы просмотреть информацию о людях, которых вы недавно встретили, необходимо вставить кольцо в специальную карточку, оснащенную дисплеем. Источником питания обоим устройствам служит тепло человеческого тела.

Ссылки на интернет - ресурсы

• http://www.retropc.info/info/pages/4/index.shtml

• http://uchebnikionline.ru/informatika/informatsiyni_sistemi_i_tehnologiyi_na_pidpriyemstvah_-_pleskach_vl/aparatne_zabezpechennya.htm

• http://www.principcomp.ru/obzori-tehniki/490-protsessor-eto-glavnaya-chast-apparatnogo-obespecheniya-lyubogo-kompyutera.html

• www.computerra.ru/93943/kompyuteryi-blizhayshego-budushhego-5-kontseptualnyih-proektov/

• www.wday.ru/dom-eda/interer/top-7ustrojstva-budushhego/6/

• http://compulenta.computerra.ru/tehnika/computers/10010990/

• http://robotics.com.ua/news/prototypes/3315-real_robot_police_telebot_developed_in_discovery_lab

• http://robotics.com.ua/news/events/3301-robot_sculptor_produced_a_bust_of_darwin