Персональный компьютер и персональные вычисления

Одна из статей о персональных компьютерах в научно-попу­лярном журнале начиналась со следующей аналогии. Если бы за последние четверть века самолетостроение развивалось в том же темпе, что и производство вычислительных машин, то пассажирский лайнер был бы в цене телевизора, и на нем можно было бы облететь земной шар за полчаса с одной канистрой горючего Эта аналогия, хо­тя и неточная, как всякая другая, хорошо подчеркивает фанта­стичность возможностей, открываемых ныне вычислительной тех­никой для личных надобностей каждого человека в переработке информации.
Появление персонального компьютера уже обросло типичной американской легендой. В ней рассказывается о том, как в на­чале 70-х годов два молодых калифорнийца, инженер Стивен Джобс и программист Стефен Возняк, запершись в своем гараже, сконструировали простой в употреблении домашний компьютер для хозяйственных и деловых нужд. Это и положило начало зна­менитой фирме "Эппл" с миллиардными доходами и собственной линией развития персональных компьютеров.
Разумеется, в дей­ствительности все было не так просто. Однако, глядя на фотографию их популярной модели "Лайза II", трудно отделаться от впечатления, что они изобрели портатив­ную пишущую машинку, которая подключается к бытовым телеви­зору и магнитофону и позволяет писать на экране вместо бумаги. Возможно, что это чисто внешнее "обытовление" компьютера, незамет­ность самого микропроцессора, встроенного внутрь привычных в домашнем обиходе устройств, сыграло определенную роль в прео­долении психологического барьера, отделявшего прежде компьютер от его пользовате­лей.
Что же представляет собой персональный компьютер? Академик А. П. Ершов определял его как массово выпускаемую организо­ван­ную совокупность средств ввода, обработки, хранения, передачи и воспроизведения информации, находящуюся в полном распоряже­нии своего пользователя. Эта совокупность включает микропро­цессор, основную память (постоянную и оперативную), внешнюю па­мять (накопители на жестком или гибких магнитных дисках), дисплей (монитор), клавиатуру, а также устройства для печати текстов и изображений (принтер) и для связи с дру­гими компьютерами по телефонным каналам (модем). В дешевых компьютерах дисплей и дисковод прежде могли заменяться бытовым телевизором и кассетным магнитофоном, а принтер – электрической пишущей машинкой.
Стоимость персонального компьютера непрерывно снижается и соразмерна со стоимо­стью такого бытового прибора, как телевизор. Поскольку дальше дается краткая характеристика каждого из основных устройств персонального компьютера, хочу оговориться, что к приводимым мною данным нужно отнестись критически. Они быстро стареют, поскольку электронная техника развивается стремительно, а издательские процессы в нашей стране пока еще неторопливы.
Микропроцессор, управляющий работой всех остальных компо­нентов, является центральным (хотя и малозаметным) устройст­вом компьютера. Его вычислительная мощность характеризуется разрядностью, т. е. размером информационного слова, как бы за­дающим ширину тракта передачи данных, и частотой тактового генератора, обеспечивающего скорость каждого шага выполняемых машиной операций. Первые персональные компьютеры имели 8-разрядный процессор, т. е. работали со "словом", равным 8 битам (или 1 байту). Другими словами, они передавали за один такт одну букву или две цифры. Сейчас распространены 16‑, 32-, 64‑разрядные микропроцессоры, а тактовая частота их работы за несколько лет возросла от 12 Гц до 2 МГц (млрд. периодов в сек.).
Основная память состоит из постоянного запоминающего уст­ройства и оперативной памяти (с произвольной выборкой). В постоянной памяти навсегда записаны самые основные программы, которые работают сразу после включения компьютера, преобразуют в ко­ды команды, связанные с нажатием определенных клавиш. По мере увеличения объема основной памяти в ее постоянную часть стре­мятся записать все большее число системных программ.
Запоми­нающее устройство с произвольной выборкой (оперативная память) служит для записи в основную память операционной системы, тран­слятора и прикладных программ, необходимых в данный момент для выполнения работы. Они считываются из внешней памяти на­копителей на магнитных дисках. Минимальный объем основной памяти в персональном компьютере – 64 Кбайт (что составляет 64х1024 байт, или 65536 алфавитных знаков, включая пробелы, или 36,4 машинописных страниц, или 1,6 авторского листа). Стандартные объемы оперативной памяти современного персонального компьютера варьируют от 16 до 512 Мбайт.
Внешняя память персональных компьютеров первоначально вы­полнялась на стандартной магнитофонной ленте в кассетах. Те­перь она реализуется накопителями на магнитных дисках, кото­рые подразделяются на жесткие и гибкие. Жесткие (твердые) диски обычно встраиваются в один корпус с процессором, являются несъемными и обеспечи­вают высокую плотность записи и объем хранимой информации от нескольких сотен Мбайт до нескольких десятков Гбайт. Их обычное название "винчестер" объясняют тем, что их первоначальное устройство – два диска по 80 Кбайт – напоминало английскую двустволку такого же калибра, а по другой версии, что технология их изготовления была разработана в г. Винчестере.
Гибкие получили наз­вание дискет (флоппи-дисков), представляют собой сменные маг­нитные диски размером 3,5 дюйма в пластмассовом корпусе. Они могут хранить файлы общим объемом до 1,4 Мбайт. Имеются специальные накопители на сменных дисках большего объема – от 100 Мбайт до нескольких гигабайт. Однако они быстро вытесняются более дешевыми компакт‑дисками CD‑ROM с возможностью записи (R) и перезаписи (RW) объемом до 700 Мбайт.
В настоящее время в качестве внешней памяти широко используются именно эти оптические компакт‑диски, позво­ляющие хранить десятки Гбайт информации. Они представляют собой две склеенных стеклянных пластины диаметром 30 см., на внутренние поверхности которых нанесен тончайший слой теллурового сплава. Лучом лазера на это покрытие наносится свыше 30 тыс. спиральных дорожек, раз­деленных на сектора для облегчения к ним доступа. На этих до­рожках затем выплавляются углубления изменяемой величины (около микрона) в зависимости от интенсивности лазерного лу­ча, которая модулируется сигналами компьютера. Так производится пер­воначаль­ная запись данных.
Считываются эти углубления лучом меньшей мощности, отражение которого воспринимается фотоэле­ментом, преобразующим световые импульсы в электрические сиг­налы. Обычные компакт-диски для компьютеров штампуются как аудио- или видеодиски, так что выдавленную на них информацию изменить нельзя. Записываемые и перезаписываемые на компьютере диски устроены более сложно и их тиражирование значительно дороже.
Дисплей (экран телевизора или монитора) – основное устрой­ство отображения информации, выводимой во время компьютера. Дисплеи бывают монохромными и цветными, отличаются по размерам, форматам (числу строк и символов в строке), разре­шающей способности (числу светящихся точек по горизонтали и вертикали), числу уровней яркости или цветов. Обычные дисплеи позволяют одновременно видеть на экране лишь часть страницы текста. В монохромных дисплеях оптимальным является адаптер "Hercules", в цветных последовательное повы­шение качества реализуют CGA, EGA, VGA и SVGA (Color‑, Extended-, Video-, Super Video‑Graphic Adapter).
В настоящее время все большее распространение получают жидкокристальные дисплеи, которые сначала встраивались в ноутбуки, а теперь применяются вместе с настольными компьютерами. Они занимают меньше места, потребляют меньше энергии, лучше используют поверхность экрана, у них меньше излучение, нет не замечаемого, но вредного для зрения подрагивания изображения. Но пока они вдвое дороже мониторов с лучевой трубкой.
Клавиатура служит средством ввода информации и управления работой компьютера путем нажатия клавиш, которые подразделяются на алфавитно-цифровые, функциональные, редактирующие и управля­ющие. Алфавитно-цифровые клавиши располагаются так же, как на пишущей машинке (по прежнему стандарту буквы латинского алфавита располагались по транслитерационному принципу, т. е. А-А, В-Б, С-С и т. д.). В отличие от терминалов больших вычислительных машин клавиатура персональных компьютеров передает в микропроцессор не код символа, а порядковый номер и интервал длитель­ности нажатия клавиши.
Функциональные клавиши могут менять значение других, управляют системными программами, вызывают на экран стандартные элементы графики. Редактирующие кла­виши управляют движением курсора (движущейся по экрану све­товой точки, прямоугольника или мигающей черты), который обо­значает позицию очередного символа. Курсором можно управлять также при помощи специальных устройств – "мыши" (полусферы, передвигаемой рукой по поверхности планшета), "джойстика" (используемого в динамических компьютерных играх) или "свето­вого пера" (позволяющего менять изображение путем прикосновения к любой точке экрана).
Принтеры (печатающие устройства) служат для вывода инфор­мации на бумагу. По способу действия они делятся на матрич­ные (головка с иглами, управляемыми матрицей знаков), ромаш­ковые (сменные лепестковые шрифтоносители), термографические (тепловое воздействие на специальную бумагу), струйные (распыление струи специальных чернил), лазерные (оп­тическая печать лучом лазера). Матричные принтеры первоначально получили наибольшее распространение, так как они быстрее ромашковых (до 200 зн/сек против 50 зн/сек) и позволяли печатать не только текст, но и любые изображения, неприхотливы к качеству бумаги и значительно дешевле других. В настоящее время наиболее распространены лазерные и струйные принтеры. Последние дешевле лазерных при покупке и в эксплуатации при почти таком же качестве печати и незначительно меньшей скорости.
Важной характеристикой персонального компьютера является надежность. Он предназначен для устойчивой работы в бытовых условиях, без особых требований к температуре, влажности и чистоте окружающего воздуха, к колебаниям напряжения или вы­ключению тока в электросети. При последнем, правда, уничто­жается содержание оперативной памяти (т. е. все наработанное с момента включения компьютера, если его периодически не сохранять). И при этом персональный компьютер обладает поч­ти всеми возможностями большой вычислительной машины, для которой упомянутые требования крайне существенны.
Нельзя не упомянуть о том, что появление персональных компьютеров не было предвидено профес­сионалами. Фирма IBM в начале 70‑х гг. заказала мозговому тресту "RAND Corporation" прогноз развития ЭВМ, который стоил десятки миллио­нов долларов. В нем не было упоминания о такой возможности, хотя Джобс и Возняк, вероятно, уже работали над своей "Лайзой". Идеологи отечественной информатики вынуждены были признать, что персональный компьютер вошел в вычислительное дело с чер­ного хода и взломал сложившиеся представления и в технологии и в программировании. Однако в настоящее время ряд компьютерных фирм разрабатывает идею «сетевого компьютера», который противопоставляется персональному, поскольку будет выполнять роль удаленного терминала больших машин в сети вычислительных центров с распределенным банком данных.
Появление и широкое распространение персональных компью­теров – явление революционное, вызвавшее к жизни феномен пер­сональных вычислений. Он заключается в том, что конечные пользователи – специалисты в самых разнообразных отраслях науки, техники, народного хозяйства, культуры получили непо­средственный доступ к машине, перестали нуждаться в профессио­нальных программистах. Существовавшее до сих пор положение, когда специалист, решавший свои задачи на машине, должен был объяснять их программисту, сильно сдерживало применение ЭВМ.
Как правило, существо решаемой задачи и ее особенности пол­ностью раскрываются в процессе решения. Поэтому предваритель­ная постановка задачи перед программистом всегда отличается неточностью и приблизительностью. Программист же, формализуя и уточняя задачу, стремится к краткости и изяществу программы, к экономии вычислительных ресурсов машины, пренебрегая дета­лями задачи, которые могут быть важными для ее решения. Поэтому неуклюжие и громоздкие программы, составленные конеч­ными пользователями, часто отличаются от стройных и лаконич­ных профессиональных программ тем, что они работают более эффективно, лучше решают задачи специалистов.
Таким образом, феномен персональных вычислений заставляет нас по-новому взглянуть на проблему взаимоотношений машины и пользо­вателя, которая существенна для решения таких глобаль­ных задач, как всеобщая компьютерная грамотность или инфор­матизация общества. Решение этих проблем, ставших в полном смысле социальными, требует не только и даже не столько ов­ладения средствами вычислительной техники и их программиро­вания. Они вызывают необходимость пересмотра отношения спе­циалистов к существу своего дела и решаемых в нем задач. Ведь их решение при помощи компьютера вынуждает формализовать эти задачи, искать алгоритмы выполнения многих процессов, включая и ин­теллектуальные.
Это новое явление Г. Р. Громов удачно назвал автоформализацией профессиональных знаний, и оно намечает тот путь, по которому информатика проникает во многие другие об­ласти знаний[49]. Особая ситуация складывается в программировании. Дело в том, что овладение основами информатики часто понимают как обучение началам программирования на одном из простых язы­ков, обычно на Бейсике.
Это создает у пользователя иллюзию умения программировать и подчас приводит его к большим затратам времени и сил с минимальным результатом при решении вычислительных задач, для которых имеются хорошие профессио­нальные программы. Поэтому компьютерная грамотность предпо­лагает в первую очередь хорошее знание всех типов приклад­ных программ, умение выбрать те конкретные программы, кото­рые адекватны решаемой задаче, и навыки в работе с ней. Тем не менее, общее представление о языках программирования и их эволюции необходимо каждому, приобщающемуся к интеллекту­альной коммуни­кации.