Історiя розвитку сучасної обчислювальної технiки. Роль iнженерної дiяльностi у появленнi та розвитку новiтньої технiки та технологiї
Змiст
Вступ
1. 1 Історiя появлення першої найпростiшої обчислюваної технiки i вклад дослiдникiв i iнженерiв у цю справу
1. 3 Вклад вiтчизняних вчених та iнженерiв у створеннi ЕОМ
1. 4 Напрямки у розвитку ЕОМ
2. 1 Властивостi iмпульсних твердотiлих лазерiв
2. 2 Поява перших лазерiв
2. 3 Вклад радянських та американських вчених у створеннi нових методiв генерацiї та пiдсилення електромагнiтного випромiнювання
Висновок
Лiтература
Вступ
обчислювальний технiка лазерний
iнженерний
Мета роботи – розкрити питання з iсторiї появлення першої найпростiшої обчислюваної технiки i вклад дослiдникiв i iнженерiв у цю справу; появи цифрових електронних обчислюваних машин; вкладу вiтчизняних вчених та iнженерiв у створеннi ЕОМ; напрямку у розвитку ЕОМ та появи i розвитку персональних комп’ютерiв; вкладу радянських та американських вчених у створеннi нових методiв генерацiї та пiдсилення електромагнiтного випромiнювання; появi перших лазерiв; властивостi iмпульсних твердотiлих лазерiв та вкладу вiтчизняних та iноземних вчених та iнженерiв у розвиток лазерної технiки та розширення їх можливостей у рiзних галузях науки, технiки, оборони.
1.Історiя розвитку сучасної обчислювальної технiки та роль iнженерної дiяльностi у iсторiї її розвитку
1. 1 Історiя появлення першої найпростiшої обчислюваної технiки i вклад дослiдникiв i iнженерiв у цю справу
Вже багато столiть тому назад людина зрозумiла, що для рiзних пiдрахункiв потрiбнi знаряддя, що ще у доiсторичнi часи навчилися виготовлять знаряддя для добичi та оброблення їжi, тодi ж зрозумiли, що знаряддя, якi допомагають працi розуму, також кориснi, як i тi, що полегшують працю рук.
Першими знаряддями, а, точнiше, пристроями, якi допомагають працi думки, стали камiнцi або зарубки, що полегшують рахунок та запам’ятання результатiв обчислювань. Ту ж роль грали вузли на мотузках – прийом, що не забутий й до теперiшнiх часiв. Є люди, що зав'язують вузли на пам'ять i тепер.
Винахiд письменностi привiв також до утворення цифр, a потiм i систем рахунку.
Виникнення обмiну та перехiд до грошової системи зажадали спрощення та прискорення обчислювання. У вiдповiдь на це були знайденi спецiальнi пристрої, якi полегшують процедуру лiчiння та дозволяють фiксувати й зберiгати полученi результати.
Тому кожна людина пiсля невеликого тренування зможе займатись складанням, вiднiманням та навiть множенням та дiленням великих чисел на багато скорiше, нiж тодi, коли вона робила це в головi або на пaпеpi.
Китайськi рахiвницi, якi й понинi використовуються у Японiї та у странах Індокитаю, пристосованi для рахунку вiд одиницi до п'яти та далi по п'ятiркам.
Росiйська рахiвниця у iї сучасному виглядi з'явилась на початку XVIII ст. Вона виникла з бiльш складного paxiвнoгo пристрою, який мав назву "дощана рахiвниця".
Спрощений вapiaнт "дощаної рахiвницi" - сучаснi рахiвницi виявилися настiльки живучi, що ще у 1953 р. була видана спецiальна книга "Технiка обчислення на рахiвницях."
Наступним рахiвним пристроєм, який значно перевищував рахiвницю, був арифмометр, який є нащадком стародавньої рахiвницi.
Biн побачив свiт у 1641р. i його автором був вiсiмнадцятирiчний Блез Паскаль. Biн дав машинi назву - пiдсумкової. Цю машину робив дуже сумлiнно та бажав їй довголiття. Але цей винахiд не пiшов у життя.
по усьому свiту, був виготовлений у 1874 р. iнженером В. Т. Однером, що жив у м. Петербург (Росiя).
До середини XX ст. поступово увiйшли до застосування клавiшнi електромеханiчнi машини. Бiльшiсть з них були заснованi на тих же принципах, що й арифмометри. Але вони вже мали клавiатуру для набору даних та вибору операцiй та приводилась до дiї електричним двигуном.
Важливим обчислюваним пристроєм стала логарифмiчна лiнiйка, яка зайняла на довгий час головне мiсце у iнженерно-конструкторських розрахунках.
На початок XX ст. завдання науки та технiки все бiльш наполегливо вимагали автоматизувати складанi обчислювальнi роботи, такi, як вирiшення або iнтегрування диференцiйних рiвнянь.
Як вiдомо, iдеалом науки пiсля Ньютона стало пояснення всiх фiзичних явищ на ocнoвi законiв механiки. Безумовно, це знайшло вiдображення при будiвництвi аналогових iнтеграторiв.
Значний вклад у цей напрям внiс великий росiйський математик П. Л. Чебишев, який вперше зробив арифмометр автоматичним, спорядив його у 1883 р. клавiшами для вибору операцiй. Дуже вдосконалений обчислювальний прибор збудував видатний математик та суднобудiвник А. М. Крилов.
До початку 2-ї свiтової вiйни технiчно розвиненi країни свiту змагалися мiж собою у створенi та використаннi цих зручних приборiв.
Наряду з цим чисто математичнi iнтегруючи машини вiдрiзнялись своєю громоздкiстью. Працювали вони повiльно та давали iнколи значнi помилки при обчислюваннi.
Потiм з'явились бiльш удосконаленi так званi електричнi та гiдравлiчнi аналоговi iнтегратори. Їх швидкочиннiсть була у той час досить достатня для вживання у промисловостi та вiйськовiй справi.
1. 2 Поява цифрових електронних обчислюваних машин
з успiхом конкурують з цифровими ЕОМ.
Родовiд цифрових ЕОМ виходить до початку XIX ст. У 1812р. англiйський математик Беббедж висунув iдею створення обчислювальної машини, яка повинна була визначати любу функцiю, якщо людина охактеризує її п'ятьма численими величинам. Беббедж працював над утворенням її десять рокiв, але машина залишилась не завершеною. Конструктору не хватило грошей.
Вiдомiсть про аналогову машину дiйшла до нас завдяки ледi Лавейс, дочки поета Байрона. Вона була математиком - гарним математиком. У юностi вона познайомилась з Беббеджом та його машинами. Вона зрозумiла величезну значущiсть його дiяльностi. На жаль, ледi Лавейс була єдиною серед математикiв XIX ст., яка оцiнила iдеї Беббеджа.
Як бачимо, розвиток обчислювальної технiки спочатку пiшoв по двома шляхам. Перший був шлях утворення цифрових арифмометрiв та бiльш складних механiчних обчислювально-аналiтичних машин. Другим був шлях аналогових обчислювальних машин.
Значення iдей Беббеджа оцiнено було лише у серединi XX ст. Виявились потенцiйнi резерви цифрових обчислювальних виробiв, та була знайдена можливiсть суттєво збiльшити їх швидкочиннiсть за рахунок замiни механiчних упоряджень на електроннi.
Спочатку ЕОМ працювали на електронних лампах.
Перша у колишньому СРСР ЕОМ була утворена на Українi у мiстi Київ пiд керiвництвом вiдомого математика С. А. Лєбєдєва у I960 роцi. Вона мiстила двi тисячi електронних ламп, та незважаючи на свою назву МЕСМ (мала електронна сумуюча машина) була надто громiздкою та недостатньо надiйною. Вона могла виконувати 50 операцiй у секунду, запам'ятовувати 31 число та 63 команди.
електронних обчислювальних машин.
машини - ВЕСМ. Вони мали продуктивнiсть - 10 тис. операцiй у сек., оперативну пам'ять -2048 чисел.
Пiсля того як винайдення та освоєння промислового виробництва транзисторiв - напiвпровiдникових еквiвалентiв електронних ламп—привело до другої технiчноїреволюцiї у радiотехницi та технiки зв'язку (перша революцiя була зв'язана з винаходом та удосконаленням електронних ламп), коренi змiни вiдбулися й у областi ЕОМ.
До кiнця 50-х poкiв XX ст. ЕОМ на транзисторах - ЕОМ другого поколiння – витiснила своїх попередниць, ЕОМ на електронних лампах.
Головною перевагою ЕОМ другого поколiння було рiзьке збiльшення швидкочинностi. ВЕСМ - 6 виконувала до 1 мiльйона операцiй у сек. При цьому значно зросла надiйнiсть машини (завдяки тому, що строк служби транзистора перевищує 1 мiльйон годин), зменшились її габарити та енергоспоживання.
Суттєво покращилась й довгочасова пам'ять ЕОМ другого поколiння.
Надiйнiсть ЕОМ cepiї ВЕСМ-6 була настiльки у той час висока, що вони зберiгали працездатнiсть на протязi десяткiв poкiв та з ycпixoм працювали у НДІ та на деяких пiдприємствах до недавнього часу, безумовно, поступаясь машинам слiдуючого поколiння по рештi характеристик. ЕОМ другого поколiння вiдкрили можливiсть автоматичного управлiння складними процесами, що швидко пpoтiкають. Про це вченi та iнженери ранiш i не мрiяли.
Вже у серединi 60-х рокiв ЕОМ другого поколiння з успiхом включились у сферу автоматичного управлiння. Так, транзистор, що якiсно полiпшив ЕОМ, визвав революцiю i у системах автоматичного управлiння.
розвиватись транзисторна революцiя.
На протязi декiлькох рокiв були розробленi численнi спецiалiзованi варiанти: класичного транзистора, який призначається для виконання рiзноманiтних функцiй, якi до того реалiзовувались тiльки з використанням електронних ламп.
Що таке "класичний" транзистор? Biн уявляє собою особливим чином виготовлений шматочок напiвпровiдникового кристалу. Розмiр його менше нiж сiрникова голiвка. Вiн має 3 виводи та закрiплений усерединi невеликого герметичного корпусу кристал. Через стiнку корпусу проходять цi три виводи, якi призначаються для з'єднання транзистора з iншими деталями, що утворюють електричну схему.
Спiльнi зусилля фiзикiв та технологiв привели до принципового змiнення поглядiв на подальшi шляхи мiкромiнiатюризацiї напiвпровiдникових схем, до появлення нового поколiння напiвпровiдникових просторiв - так званих iнтегральних схем.
Тепер цiла складна схема, до якої входять десятки та coтнi транзисторiв, резисторiв, конденсаторiв, з’єднаних так, щоб вони виконували пeвнi функцiї, розмiщувалась на поверхнi маленького кристалика, з якого paнiш можливо було зробити тiльки один транзистор.
Однак це було тiльки початком. Технологи навчились одержувати "складний бутерброд" з потрiбними функцiями.
Кожна верства – це iнтегральна схема, яка через iзолювальну верству у потрiбному мiсцi з'єднується з другою iнтегральною схемою та т. п.
схеми, якi сходнi на листковий пирiг.
Але й це не стало межею для фiзикiв та технологiв, що далеко перевершили ювелiрiв у своїй поверхювелiрнiй працi.
На протязi короткого часу були розробленi рiзнi схеми, все бiльш надiйними та продуктивними методами стали вирощувати дуже тонкi верстви, товщиною у декiлька мiкронiв, причому кожна верства володiє суворо заданими властивостями.
Слiдуючий крок у розвитку технологiї привiв до того, що на пiдмостки розмiрами з чоловiчий нiготь стало можливим розмiсти дуже багато об'ємних схем. Так народились великi iнтегральнi схеми (BIC), кожна з яких може виконувати функцiю звичайної машини ЕОМ.
ЕОМ третього поколiння, яка працює на великих iнтегральних схемах, набагато надiйнiше та компактнiше своїх попередниць.
Змiни внутрiшньої структури дозволило ввести у ЕОМ, навiть у малогабаритнi кишеньковi мiкрокалькулятори, цiлий ряд стандартних пiдпрограм.
Навiть у мiкрокалькулятори - прямо при їх виготовленнi - вводять програми обчислення тригонометричних, показових, логарiфметичних та зворотнi їм функцiї, возведення у ступiнь, витягання коренiв тощо.
З'являється запитання: чим же вiдрiзняється сучасний мiкрокалькулятор вiд звичайної ЕОМ? Сучасний мiкрокалькулятор не вiдрiзняється вiд великої ЕОМ нi за принципам працi, нi по наборуосновних блокiв, тут є тi ж можливостi, що й у ЕОМ другого поколiння.
Рiзниця складається лише у
Таким чином, з появленням ЕОМ починається новий перiод науково-технiчної революцiї: машина починає "мислити" за людину.
Однако й це ще не все. Електронiка дала можливiсть створити тaкi машини, якi можуть замiнити деякi фiзiологiчнi функцiї людини та тварини, кiбернетичнi машини.
Кiбернетика, наука про управлiння, передачу та переробку iнформацiї, ще дуже молода: пройшло не набагато бiльше 20 рокiв вiд того часу, як американський вчений Норберт Biнep сформував ocновнi положення нової науки та знайшов для неї назву.
Зараз у cвiтi виконуються дocлiди кiбернитичних машин, якi самоудосконалюються та здiбнi до утворення себе пoдiбних.
1. 3 Вклад вiтчизняних вчених та iнженерiв у створеннi ЕОМ
у
м. Києвi та який очолював В. М. Глушков, були вивченi виробничi процеси у рiзних галузях промисловостi та розробленi алгоритми для керiвництва ними, зробленi управляючi обчислювальнi машини широкого призначення "Днiпро", "Пpoмiнь» (I962 p.), машина для iнженерних розрахункiв «Мир" (1963-1964р.), причому машину "Промiнь" довгий час випускав Сєвєродонецький приладобудiвний завод, що входив до НВ0 "Імпульс".
До складу "Імпульсу» входив також НДІУ0М, де були створенi висококласнi, до того часу, обчислювальнi машини типу М-6000 та iншi, якi широко використовувались у багатьох галузях промисловостi (xiмiї, геологiї, космонавтицi, деревообробки , тощо).
Акад. Глушков та спiвробiтники створили теорiю автоматiв, яка й послужила основою проектування електронно-обчислювальної технiки.
1. 4 Напрямки у розвитку ЕОМ
У 70-90 роках XX сторiччя ЕОМ зробили запаморочнi перевороти. Були утворенi один за другим ЕОМ IV поколiння й зараз утворюються ЕОМ V поколiння.
Багато сил у багатьох країнах свiту, та у першу чергу у США, Японiї, ФРН, Францiї вченi внесли у створення ЕОМ, куди було б легко вводити вхiднi даннi. Але все ще не утворенi програми, якi б могли цiлком замiнити програмiста.
Усi можливостi ЕОМ перших поколiнь на багато меншi, нiж у машин IV поколiння, до яких вiдносять ЕОМ, де процесори збудованi на великих iнтегральних схемах, а система пам'ятi виконана на нових принципах з використанням нових матерiалiв.
До ЕОМ V поколiння вiдносять ЕОМ нового типу з справдi безмежними можливостями, якi об'єднують у собi миттєву обробку, та багато iнших цiнних якостей. У цьому велика заслуга сучасних iнженерiв.
2. Роль iнженерної дiяльностi у появленнi та розвитку новiтньої технiки та технологiї
2. 1 Властивостi iмпульсних твердотiлих лазерiв
У серединi 50-х рокiв XX сторiччя виник та почав iнтенсивно розвиватись новий напрям у сучаснiй науцi – квантова електронiка.
електромагнiтного випромiнювання ПВЧ дiапазону.
Завдяки високiй стабiльностi частоти випромiнюваних коливань молекулярнi ПВЧ генератори стали використовуватися у службi часу, астрономiї та навiгацiї для утворення первинних еталонiв частоти та часу – атомних та молекулярних часiв, помилка ходу яких не перевищує однiєї секунди за декiлька тисяч poкiв.
Використання квантових пiдсилювачiв у апаратурi дальнього радiозв’язку, радiотелескопах та радiолокаторах привело до значного пiдвищення дальностi дiї цих виробiв.
Квантовi генератори використовують при роботi запаси внутрiшньої енергiї атомiв та молекул речовини. Їх дiя заснована на ефектi пiдсилювання електромагнiтних коливань при змушеному (iндуцiрованому) випромiнюваннi атомiв та молекул пiд впливом зовнiшнього електромагнiтного поля.
Цю iдею уперше виказав ще у 1917 р. А. Ейнштейн й вона (ця iдея) залишилась бiля сорока рокiв у областi теоретичних припущень.
Дослiдження, якi були проведенi у кiнцi 50-х рокiв радянськими вченими на чолi з М. Г. Басовим, установили принципову можливiсть генерацiї та посилення квантовими приборами електромагнiтних коливань iнфрачервоного та видимого дiапазонiв хвиль оптичного спектру. До аналогiчних висновкiв у тi же роки прийшли американськi вченi Ч. Таунс та А. Шавлов.
2. 2 Поява перших лазерiв
Перший iмпульсний квантовий генератор оптичного дiапазону хвиль (оптичний квантовий генератор або лазер) на кристалi синтетичного рубiна, який випромiнював червоний свiт, був створений у США у кiнцi I960 р. Т. Мейманом, а у 1961 р. у США з'явився перший газовий оптичний генератор (ОКГ) безперервної дiї на cyмiшi iнepтниx газiв гелiя та неона, який був створений В. Беннетом, А. Джаваном, Д. Гаррiотом.
Роком пiзнiше у СРСР та США були одночасно створенi напiвпроводниковi квантовi генератори оптичного дiапазону хвиль на арсенiдi галiя.
Створення лазарiв є найкрупнiшим досягненням сучасної науки. Воно послужило поштовхом для бурхливого розвитку квантової електронiки, яка займається у кiнцевому пiдсумку створенням квантових приборiв для використання у рiзних областях науки та технiки.
За фундаментальнi дослiдження у областi електронiки, якi привели до створення квантових генераторiв та посилювачiв сантиметрового та оптичного дiапазонiв волн у 1964 poцi була присуджена Нобелiвсъка премiя з фiзики радянським вченим М. Г. Басову та А. М. Прохорову разом з американським вченим Ч. Таунсом.
Зразу ж пiсля появлення лазери визвали до себе великий iнтерес збоку спецiалiстiв рiзних областей науки та технiки завдяки таким своїм властивостям, як монохроматичнiсть (однокольоровiсть). Монохроматичнiсть випромiнювання лазерiв обумовлена надзвичайно високою спектральною щiльнiстю енергiї їх випромiнювання, яка вiдповiдна щiльностi eнepгiї випромiнювання джерела, що має температуру близько 1010 °К (для порiвняння вiдмiтимо, що температура сонця приблизно рiвняється 6000 °К)
У 1962-1964 роках були створенi першi зразки рiзних пристроїв, у яких використовувались лазери системи зв'язку, дальномiри, локатори, свердлильнi та зварювальнi станки, медичнi прибори та iнше. 3 кожним роком практичне використання лазерiв у рiзних галузях промисловостi розширюється. Цей процес постiйно прискорювався до останнього десятирiччя й у нашiй країнi. За кордоном лазери вiдтворюють чудеса; їх взяли на озброєння також вiйськовi.
2. 3 Вклад радянських та американських вчених у створеннi нових методiв генерацiї та пiдсилення електромагнiтного випромiнювання
Дiя випромiнювання лазера на речовину мiститься у передачi eнepгiї його квантiв атомам та молекулам тонкої поверхневої верстви оброблюваної речовини завтовшки менш довжини хвилi випромiнювання. При цьому кiнетична енергiя мiкрочастки зростає, i, отже, зростає температура опромiнювальноi дiлянки речовини. Значний зрiст температури речовини у мicтi цього опромiнення викликає iнтенсивне випарювання матерiалу.
Ця властивiсть iмпульсних твердотiлих лазарiв дала можливiсть виявити де можливо їх використовувати:
"свердлiння») вiдтулин малого дiаметру у тонких металевих пластинах завтовшки до 0,1 мм та у деталях з феррiтiв, алмазу, рубiну та т. п. твердих матерiалiв;
в) прорiзка щiлин шириною у одиницi та десятки одиниць мiкрон та нанесення штрихiв на шкали.
У СРСР та США першi лазери використовувались для свердлiння рiзних матерiалiв.
Дуже важлива технологiчна операцiя, яка була ефективно розв'язана за допомогою лазерної установки – це виготовлення фiльтрiв з великою кiлькiстю вiдтулен (до 1500 шт.).
У деяких випадках виявилося, що виготовити фiльтру другим способом було не можливо.
при обробцi таких поверхтвердих матерiалiв, як, наприклад, алмаз. Зараз iнженери та вченi працюють над значним полiпшенням к. к. д. лазерiв, що зробить їx економiчно вигiдними для оброблення рiзних матерiалiв.
Але крiм промислового застосування сучаснi лазери успiшно використовують для передачi великих потокiв iнформацiї, якi зв’язанi з розвитком сучасного суспiльства.
Активними споживачами апаратури на лазерах у останнi роки стають медицина та бiологiя.
3 великим ycпixoм за допомогою лазера та ЕОМ медики зараз лiкують зiр людей. Це досягається завдяки тому, що лазер утворює пляму надзвичайно малого дiаметру. Завдяки цьому цей промiнь стає таким, як тонкий iнструмент для проведення ювелiрних операцiй.
Лазерний промiнь пiд час операцiї може пробивати, зварювати, випалювати костi та м'якi тканини живого органiзму.
Інженерами та вченими було виявлено, що використання лазерiв в умовах космосу може здiйснюватися у слiдуючих напрямках:
а) дослiдження космiчних тiл;
б) слiдкування з Землi за рiзними космiчними апаратами;
в) космiчний зв’язок;
г) космiчна навiгацiя та iнше.
Вiдомо багато других галузей промисловостi та технiки, де вже використовуються лазери.
Появлення лазерiв дозволило реалiзувати новий принцип безлинзового об'ємного фотографування( голографiя), при якому на фото-пластинцi фiксується не саме зображення об'єкту, а волнова картинка розсiяного їм свiтла.
Сама голограма по зовнiшньому вигляду не має нiчого спiльного з реальним зображенням об'єкту, однако, при освiтленнi її променем лазера iнференцiйна картинка, що була зафiксована на пластинцi, утворює у просторi зображення об'єкту фотографування з усiма особливостями об'єму.
Вiдома ще велика кiлькiсть iнших фактiв використання лазера у технiцi.
Великi дослiдження були проведенi у обороннiй промисловостi по застосуванню променiв лазера для знищення ракет противника. Таким чином у реальнiсть перетворюється фантастичний гиперболоiд iнженера Гарiна, за допомогою якого промiннями знищувались заводи.
Висновок
Що ще може сучасна ЕОМ? Вона вже має багато можливостей. Особливо це вiдноситься до персональних ЕОМ, якi працюють у системi ІНТЕРНЕТ. Завдання молодих iнженерiв вмiло та як найбiльш ширше використовувати можливостi сучасних ЕОМ.
Процес становлення науково – iндустрiального виробництва, що розгорнувся у cвiтi, не може бути здiйсненний без широкого використання автоматiв за допомогою ЕОМ.
Інженерна дiяльнiсть у областi автоматизацiї виробництва зводиться головним чином до розв'язання трьох завдань: створенню роботiв та манiпуляторiв, проектуванню гнучких автоматизованих лiнiй, створенню електронно-обчислювальної технiки та вiдповiдних програм управлiння автоматизованим виробничим комплексом.
Лiтература
2. А. Н. Боголюбов Машина и человек. Киев: изд. «Наукова думка», 2000
| 
