Вычислительная техника

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА,

1) совокупность технических и математических средств, методов и приёмов, используемых для механизации и автоматизации решения задач вычислений и обработки информации;

2) область науки, изучающая принципы проектирования, построения и функционирования таких технических средств; область техники, занимающаяся их разработкой, изготовлением и эксплуатацией.

Счёт и вычисления являются одним из древнейших видов человеческой деятельности. За сотни лет до нашей эры необходимость в решении достаточно сложных задач, связанных с исчислением времени, определением площадей земельных участков, торговыми расчётами и др., привела к созданию простейших устройств для механизации вычислений (абака и др.). С развитием строительства, навигации, картографии, баллистики, страхового дела, усложнением финансовых расчётов и др. расширился круг задач, для решения которых требовался большой объём вычислений, что, в свою очередь, способствовало появлению разнообразных счётных инструментов и устройств. Например, пропорциональный циркуль и сектор (конец 16 века), созданные практически одновременно в разных странах, позволяли выполнять операции умножения, деления, извлечения квадратных, кубических корней, а также вычисления площадей, объёмов и так далее. В конце 16 века был разработан математический метод, значительно упростивший выполнение сложных астрономических вычислений путём замены операции умножения более простой операцией сложения согласно соотношению 2sin (а) sin (b) = cos (а-b) - cos (а + b).

Ключевым событием в истории вычислений стало изобретение логарифмов Дж. Непером (около 1594, опубликован в 1614). Для упрощения и ускорения вычислений стали создаваться математические таблицы (логарифмов, тригонометрических функций и др.), что стимулировало работы по механизации вычислений. Были изобретены логарифмические шкалы (Э. Гантер, 1620), затем различные конструкции логарифмических линеек. Однако до середины 19 века развитие вычислительной техники было связано главным образом с созданием специализированных вычислительных машин и инструментов, как правило аналоговых, предназначенных для приближённого решения узкоспециальных задач (планиметр, интеграф и так далее).

С середины 19 века наибольшее развитие получили цифровые устройства вычислительной техники, в первую очередь механические арифмометры и суммирующие машины. Этому способствовали улучшение способов ввода данных (клавишный ввод) и вывода результатов (печать), появление электрического привода. В 1834 году впервые была сформулирована идея универсальной вычислительной машины (проект аналитической машины Ч. Бэббиджа).

Важным этапом развития вычислительной техники стала разработка счётно-перфорационных машин (Г. Холлерит, 1889) с автоматизированным вводом данных с перфокарт и табулятором на основе простейших электромеханических реле. С середины 1930-х годов начался переход от реле к электронным лампам, завершившийся созданием ЭВМ (1940-е годы). Первые ЭВМ использовались для масштабных расчётов (баллистические таблицы, расчёты в ядерной физике и др.).

В середине 19 века математики А. де Морган (Великобритания), Дж. Буль и У. С. Джевонс (Великобритания) заложили основы математической логики. Её аппарат был применён (1-я половина 20 века) для создания теории релейно-контактных схем (А. Накашима, 1936, Япония; К. Шеннон, 1938, США; В. И. Шестаков, 1938, Россия), ставшей основой проектирования средств вычислительной техники. Исключительное значение имела формализация понятия алгоритма в работах Э.Л. Поста (США) и А. М. Тьюринга (1936). В дальнейшем большой вклад в развитие теории и практики вычислительной техники (архитектура вычислительных машин, программирование, операционные системы) внесли Дж. фон Нейман, С. А. Лебедев, А. М. Тьюринг, А. А. Ляпунов, В. М. Глушков, М. Уилкс и другие учёные.

В середине 1950-х годов были разработаны высокопроизводительные ЭВМ на полупроводниковой элементной базе, позволившие создать различные информационные и планово-экономические системы для промышленности (планирование производства, бухгалтерия и др.), транспорта (диспетчерские системы, системы бронирования и продажи билетов), торговли (складской учёт, обработка заказов), финансово-кредитной сферы (ведение счетов, учёт чеков и др.), а также автоматизированных систем управления (АСУ). Новое применение вычислительных машин повлекло расширение и развитие сопутствующего оборудования (средства ввода-вывода, внешняя память и др.), во многом определяющего качество интерфейса пользователя с ЭВМ и возможности обработки информации.

С конца 1960-х годов в результате дальнейшего совершенствования элементной базы (изобретение интегральных схем, БИС и СБИС) существенно повышается быстродействие и надёжность ЭВМ, расширяются функциональные возможности, уменьшаются габариты и потребляемая мощность, удешевляется производство. Разработка мини-ЭВМ и микро-ЭВМ расширила круг задач, успешно решаемых вычислительной техникой. Создаются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР), совершенствуются АСУ; большое внимание уделяется разработке пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. Появляются новые и развиваются существующие языки и системы программирования. Автоматизация интеллектуального труда способствовала возникновению новых разделов математики (особенно математического моделирования), логики, лингвистики и психологии.

Началом подлинной революции в вычислительной технике стало изобретение микропроцессора (1970-е годы). Функциональные блоки, которые в обычных вычислительных системах находились на отдельных интегральных схемах (процессор, оперативная и постоянная память, порты ввода-вывода, таймеры, контроллеры прерываний и др.), стали размещать на одном кристалле, что позволило наладить массовое производство персональных компьютеров (ПК). В середине 1980-х годов созданы высокопроизводительные многомашинные и многопроцессорные вычислительные системы и суперЭВМ, реализующие принцип параллельной обработки информации, вычислений и управления. Постоянно расширяется сфера применения вычислительной техники. Встроенные устройства на основе микропроцессоров (контроллер или микроконтроллер) нашли широкое применение в промышленной автоматике, контрольно-измерительной технике, аппаратуре связи, бытовой технике и др. Большое внимание уделяется созданию компьютерных систем для решения задач искусственного интеллекта (задачи робототехники, машинного перевода текстов с одного языка на другой, моделирования сложных процессов и явлений и др.), а также проблеме обеспечения надёжности вычислительной техники.

Совершенствование телекоммуникационной обработки информации и развитие средств связи привели к созданию больших информационно-вычислительных сетей, объединяющих различные классы и типы ЭВМ, а также развитых информационно-интеллектуальных систем различного назначения (например, Интернет). Пользователь ПК получил доступ ко всем ресурсам информационной сети, а также возможность организовывать общение любого уровня между удалёнными абонентами сети (переписка, видеоконференция и др.). Всё это привело к радикальным изменениям во многих видах деятельности человека и позволило говорить о начале компьютеризации человеческого общества в целом (смотри Виртуализация общества). Переход человечества от постиндустриальной фазы развития к информационной привёл к существенным изменениям в структуре общества, изменению характера труда, вызвал к жизни новые виды профессиональной деятельности.

Смотри также Вычислительная машина, Виртуальная реальность, Информационные технологии.

Лит.: Апокин И. А., Майстров Л. Е. История вычислительной техники: От простейших счетных приспособлений до сложных релейных систем. М., 1990; Williams М. R. А history of computing technology. 2nd ed. Los Alamitos, 1997; Rheingold Н. Tools for thought: the history and future of mind-expanding technology. Camb., 2000; The history of mathematical tables: from Sumer to spreadsheets / Ed. by М. Campbell-Kelly а. о. Oxf., 2003; Yost J. R. The computer industry. Westport, 2005; Шилов В. В. Хроника вычислительных и информационных технологий. Люди. События. Идеи. М., 2005-2006. Ч. 1-2.