Научная организация инженерного труда

Размещено на http://www.allbest.ru

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана»

(МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Факультет «Информатика и системы управления»

Кафедра «Компьютерные системы и сети»

Аналитический обзор проблемной области элементная база ЭВМ 5-го поколения

«Научная организация инженерного труда»

Руководитель,

к.т.н., доц. В.С. Маслов

Исполнитель,

студ. гр. ИУ6-32 М.С. Тимченко

Москва, 2014

Реферат

ДЗ 20 с., 2 рис., 5 источников

ЭВМ, ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ, РАЗЛИЧИЯ, ТРУДНОСТИ СОЗДАНИЯ ЭВМ ПЯТОГО ПОКОЛЕНИЯ.

В данной работе рассмотрены различные типы ЭВМ. Целью данной работы являлось рассмотрение основных подходов создания ЭВМ 5-го поколения.

В обзоре были рассмотрены различные виды ЭВМ, а именно первое - пятое поколение ЭВМ.

Обзор разделен на 3 раздела. Первый их них посвящен понятию ЭВМ, второй - различиям ЭВМ 5-го поколения от ЭВМ предыдущих поколений, а третий - трудности создания ЭВМ 5-го поколения.

Определения, обозначения, сокращения

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) -- первый электронный цифровой компьютер общего назначения, который можно было перепрограммировать для решения широкого спектра задач.

EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator) - первая машина с хранимой программой.

UNIVAC (Universal Automatic Computer) - первый коммерческий компьютер

эвм япония интеллект вычислительный

Введение

Основанием для данного обзора является учебный план кафедры ИУ 6.

Основной целью является рассмотрение понятия ЭВМ 5-го поколения, ее архитектуры, а также проблем ее создания.

К задачам данного обзора можно отнести рассмотрение следующих вопросов:

1) Что такое ЭВМ?

2) Что отличает ЭВМ 5-го поколения от ЭВМ остальных поколений?

3) Какие существуют трудности создания ЭВМ 5-го поколения?

Пятое поколение ЭВМ это правительственная программа в Японии по развитию вычислительной техники и искусственного интеллекта.

Япония начала свою широкомасштабную программу в начале 80-х. Их цель не изменять элементную базу компьютеров. А изменить и усовершенствовать, технические подходы, методы программирования и развивать научное направление в области искусственного интеллекта. На начало своего проекта Япония вложила пол миллиарда долларов США. На тот момент она не была настолько технически развита как США, Европа. Министерство международной торговли и промышленности Японии поставило четкую цель - пробиться в лидеры. Именно в то время зародился термин «пятое поколение компьютеров». ЭВМ пятого поколения должны достигнуть сверхпроводимости и в них должно быть интегрировано огромное количество процессоров на одной подложке.

1. ЭВМ

1.1 Общие сведения об ЭВМ

Электронная вычислительная машина, ЭВМ -- комплекс технических средств, где основные функциональные элементы (логические, запоминающие, индикационные и др.) выполнены на электронных элементах, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

ЭВМ используется как один из способов реализации компьютера. В настоящее время термин ЭВМ, как относящийся больше к вопросам конкретной физической реализации компьютера, почти вытеснен из бытового употребления и в основном используется инженерами цифровой электроники, как правовой термин в юридических документах, а также в историческом смысле -- для обозначения компьютерной техники 1940--1980-х годов и больших вычислительных устройств, в отличие от персональных.

Электронная вычислительная машина подразумевает использование электронных компонентов в качестве её функциональных узлов, однако компьютер может быть устроен и на других принципах -- он может быть механическим, биологическим, оптическим, квантовым и т. п., работая за счёт перемещения механических частей, движения электронов, фотонов или эффектов других физических явлений. Кроме того, по типу функционирования вычислительная машина может быть цифровой (ЦВМ) и аналоговой (АВМ).

С другой стороны, термин «компьютер» предполагает возможность изменения выполняемой программы (перепрограммирования). Многие электронные вычислительные машины могут выполнять строго определенную последовательность операций, содержат устройства ввода и вывода или состоят из похожих на используемые в электронном компьютере конструктивных элементов (например, регистры), но не предполагают возможность перепрограммирования.

1.2 Поколения ЭВМ

1.2.1 Первое поколение

Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году, хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в 1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин Винни-Вильямс построил тиратронный счетчик электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно электромеханическому счетчику, он может быть использован для хранения одной двоичной цифры.

Использование электронной лампы в качестве основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота стеклянной лампы - 7см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того, они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации "современного" компьютера того времени требовались специальные системы охлаждения.

Чтобы разобраться в запутанных схемах огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи соединения нужного штекера с нужным гнездом.

Примерами машин I-го поколения могут служить ENIAC, EDSAC, UNIVAC. Первый экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером. Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась магнитная лента.

1.2.2 Второе поколение

Элементной базой машин этого поколения были полупроводниковые приборы. Машины предназначались для решения различных трудоемких научно-технических задач, а также для управления технологическими процессами в производстве. Появление полупроводниковых элементов в электронных схемах существенно увеличило емкость оперативной памяти, надежность и быстродействие ЭВМ. Уменьшились размеры, масса и потребляемая мощность. С появлением машин второго поколения значительно расширилась сфера использования электронной вычислительной техники, главным образом за счет развития программного обеспечения. Появились также специализированные машины, например ЭВМ для решения экономических задач, для управления производственными процессами, системами передачи информации и т.д.

1.2.3 Третье поколение

Подобно тому, как появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров, появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему, вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 квадратных миллиметров.

Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году. Сначала они использовались только в космической и военной технике. Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы. Что же качается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!

Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из которых в свою очередь уже заменил 40 электронных ламп. Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.

Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач. Большинство созданных до этого ЭВМ являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи какого-то одного типа.

1.2.4 Четвертое поколение

Электромеханические детали счетных машин уступили место электронным лампам, которые в свою очередь уступили место транзисторам, а последние - интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что технические возможности ЭВМ исчерпаны. Что же можно еще придумать?

Чтобы получить ответ на этот вопрос, давайте вернемся к началу 70-х годов. Именно в это время была предпринята попытка выяснить, можно ли на одном кристалле разместить больше одной интегральной схемы. Оказалось, можно! Развитие микроэлектроники привело к созданию возможности размещать на одном единственном кристалле тысячи интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого компьютера оказался возможным разместить на кристалле, площадью всего в четверть квадратного дюйма. Началась эпоха микрокомпьютеров.

1.2.5 Пятое поколение

В соответствии с идеологией развития компьютерных технологий, после четвёртого поколения, построенного на сверхбольших интегральных схемах, ожидалось создание следующего поколения, ориентированного на распределенные вычисления, одновременно считалось, что пятое поколение станет базой для создания устройств, способных к имитации мышления.

Широкомасштабная правительственная программа в Японии по развитию компьютерной индустрии и искусственного интеллекта была предпринята в 1980-е годы. Целью программы было создание «эпохального компьютера» с производительностью суперкомпьютера и мощными функциями искусственного интеллекта.[1]. Начало разработок -- 1982, конец разработок -- 1992, стоимость разработок -- 57 млрд. Ґ (порядка 500 млн. $).

В настоящий момент термин «пятое поколение» является неопределенным и применяется во многих смыслах, например при описании систем облачных вычислений.

2. Отличительные черты ЭВМ пятого поколения

2.1 Идеология ЭВМ пятого поколения

На ЭВМ пятого поколения ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколений стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютер теперь используется и дома, это компьютерные игры, прослушивание высококачественной музыки, просмотр фильмов. Уже сейчас компьютеры способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволяет общаться с компьютерами всем пользователям, даже тем, кто не имеет специальных знаний в этой области.

2.2 Реализация

По мнению Японских ученых компьютеры пятого поколения должны обладать не микро-составляющей (ведь основное стремление последних 20 лет - миниатюризация компьютерных систем), компьютеры нового поколения должны строиться по принципу совмещения огромного количества процессоров. Сама конечная цель ученым представлялась так:
Первичный компьютер под воздействием анализа исполняемых им задач будет сам себя совершенствовать. Причем конечный результат и принципы, которые будут заложены в этот компьютер, заранее неизвестны. Принципы планировалось вырабатывать в процессе первичной работы начальной работы первичных компьютеров. Кроме того, исследователи и разработчики имели свои планы по поводу развития искусственного интеллекта суперкомпьютера:

Ограничить ввод текста. Компьютер должен набирать символы под диктовку. Эта проблема особенно остро стояла в Японии, где существовала определенная сложность с набором иероглифов.

Перевод с любого языка на любой другой, что способствовало бы устранению языкового барьера на международной арене. И, конечно же, все это должно осуществляться под диктовку.

Поиск смысла в статьях, категоризация и автоматическое реферирование.

Также планировалось внедрение многих криптографических, анализаторских, распознавательных и дешифровальных функций.

Но все-таки для решения поставленной задачи предлагались следующие направления:

Разработка простого интерфейса, позволяющего конечному пользователю вести диалог с компьютером для решения своих задач. Подобный интерфейс может быть организован двумя способами: естественно-языковым и графическим. Поддержка естественно-языкового диалога - очень сложная и не решенная пока задача. Реальным является создание графического интерфейса, что и сделано в ряде программных продуктов, например, в ОС Windows XP. Этот интерфейс обладает наглядностью, не требует специальных знаний. Однако разработка доступных интерфейсов решает проблему только наполовину - позволяет конечному пользователю обращаться к заранее спроектированному программному обеспечению, не принимая участие в его разработке;

Привлечение конечного пользователя к проектированию программных продуктов. Это направление позволило бы включить заказчика непосредственно в процесс создания программ, что в конечном итоге сократило бы время разработки программных продуктов и, возможно, повысило бы их качество. Подобная технология связана с автоформализацией профессиональных знаний конечного пользователя и предполагает два этапа проектирования программных продуктов:

программистом создается «пустая» универсальная программная оболочка, способная наполняться конкретными знаниями и с их использованием решать практические задачи. Например, эту оболочку можно было бы заполнить правилами составления квартальных и иных балансов предприятий, и тогда она могла бы решать задачи бухгалтерского учета. Либо можно было внести туда правила зачисления абитуриентов, которые изложены ранее и использованы в примерах;

конечный пользователь заполняет созданную программистом программную оболочку, вводя в нее знания, носителем которых (в некоторой предметной области) он является. Здесь может использоваться понятный интерфейс. После этого программный продукт готов к эксплуатации.

Таким образом, предлагаемая в проекте ЭВМ пятого поколения технология подготовки прикладных задач к решению на компьютере включает два этапа и представлена на рисунке:

Рисунок 1 Программист создает пустую программную оболочку

Рисунок 2 Заказчик (конечный пользователь) наполняет оболочку знаниями

Наполненная знаниями конечного пользователя программная оболочка готова к решению тех прикладных задач, правила решения которых внес в нее конечный пользователь. Таким образом, начинается эксплуатация программного продукта.

Предлагаемая технология имеет много серьезных проблем, связанных с представлением и манипулированием знаниями. Тем не менее, с ней связывают прорыв в области проектирования прикладных программных продуктов.

2.3 Требования к ЭВМ пятого поколения

Считалось, что архитектура компьютеров пятого поколения будет содержать два основных блока. Один из них -- собственно компьютер, в котором связь с пользователем осуществляет блок, называемый «интеллектуальным интерфейсом». Задача интерфейса -- понять текст, написанный на естественном языке или речь, и изложенное таким образом условие задачи перевести в работающую программу.

Основные требования к компьютерам 5-го поколения:

создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов);

развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта;

создание новых технологий в производстве вычислительной техники;

создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.

Новые технические возможности вычислительной техники должны были расширить круг решаемых задач и позволить перейти к задачам создания искусственного интеллекта. В качестве одной из необходимых для создания искусственного интеллекта составляющих являются базы знаний (базы данных) по различным направлениям науки и техники. Для создания и использования баз данных требуется высокое быстродействие вычислительной системы и большой объем памяти. Универсальные компьютеры способны производить высокоскоростные вычисления, но не пригодны для выполнения с высокой скоростью операций сравнения и сортировки больших объемов записей, хранящихся обычно на магнитных дисках. Для создания программ, обеспечивающих заполнение, обновление баз данных и работу с ними, были созданы специальные объектно-ориентированные и логические языки программирования, обеспечивающие наибольшие возможности по сравнению с обычными процедурными языками. Структура этих языков требует перехода от традиционной фон-неймановской архитектуры компьютера к архитектурам, учитывающим требования задач создания искусственного интеллекта.

3. Трудности создания ЭВМ пятого поколения

3.1 Программные трудности

Данный проект Япония планировала завершить за 10 лет и к началу 90-х выйти на новый уровень технического развития.

Однако реализация проекта «компьютер пятого поколения» оказалось сложнее, чем предполагалась изначально и не осуществима за десять лет. В качестве базового языка для ЭВМ пятого поколения, был выбран функциональный язык программирования «Пролог». Но он не поддерживал параллельные вычисления. Его работа в мультипроцессорной среде оказалась не эффективна, не смотря на все попытки модернизировать его. Было принято решение по созданию новых типов языков программирования. Данная задача оказалась весьма сложной. Корпорациями, занимающимися разработкой программного обеспечения были предложены новые языки, но каждый из них обладал существенными недостатками, что не позволяло в полной степени использовать параллельные вычисления.

3.2 Аппаратные трудности

Возникли и аппаратные трудности для создания ЭВМ пятого поколения. Техническое развитие быстро преодолело те трудности, которые перед началом проекта считались не выполнимыми. Параллельная работа нескольких процессоров не давала той высокой производительности, на которую изначально рассчитывали. Разработанные в лаборатории машины быстро устаревали. Появлялись коммерческие компьютеры, которые по скорости уже превосходили их. Проект под названием «ЭВМ пятого поколения» оказался не удачным, т.к. развитие информационных технологий пошло по другому пути.

3.3 Прочие трудности

Появился графический интерфейс пользователя, который изначально не был предусмотрен в компьютерах пятого поколения. Появился Интернет, который изменил представления о структуре хранения и обработки информации. Развивались поисковые машины, которые использовали новые методы обработки данных.

В начале проекта «пятое поколение ЭВМ» планировали полный переход на логические языки программирования типа Пролог. Но они себя не оправдали. Главная идея была в том, чтобы система самообучалась. Система доходила до своего пика, а затем падала. И все обучение нужно было повторять.

Планы замены программных средств их аппаратными аналогами, был неудачен. Такое виденье у инженеров было в предыдущем поколении компьютеров. Но на сегодняшний день ситуация изменилась в корне. Процесс развития информационных технологий пошел по обратному пути. Аппаратное обеспечение упрощалось, предоставляя универсальность. А все задачи перекладывались на программное обеспечение.

Заключение

В результате проведенного обзора было выявлено следующее:

Появление ЭВМ или компьютеров - одна из существенных примет современной научно-технической революции. Широкое распространение компьютеров привело к тому, что все большее число людей стало знакомиться с основами вычислительной техники, а программирование постепенно превратилось в элемент культуры.

Основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машин, развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером.

Идеи Японских ученых были не удачными. Изначально был неверно выбран вектор развития компьютеров. Перспектива развития аппаратных средств была недооценена. Возможности в развитии искусственного интеллекта были переоценены. Даная область оказалась сложнее, чем рассчитывали. Многие теоретические разработки в данной области так и не нашли своего практического применения. Искусственный интеллект так и не вышел за рамки академических задач.

Список использованных источников

1. Поколения ЭВМ. - Интернет

2. http://www.lyceum95.ru/computer/index.htm

3. V поколение ЭВМ и суперкомпьютеры. - Интернет

4. http://istrasvvt.narod.ru/evm_5pok.htm

5. Пятое поколение ЭВМ (1990-…). - Интернет

6. http://infoshkola.info/evm/5-pokolenie/

7. Пятое поколение ЭВМ 1982 - наши дни. - Интернет

8. http://chernykh.net/content/view/233/249/

9. Компьютеры пятого поколения. - Интернет

10. http://wiki.iteach.ru/index.php/%D0%9A%D0%BE%D0%BC%D0%BF%D1%8C%D1%8E%D1%82%D0%B5%D1%80%D1%8B_%D0%BF%D1%8F%D1%82%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%BF%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Размещено на Allbest.ru