Geum.ru

Конспект лекций Для специальности -100100 з/о сокращенной формы обучения Киров 2002

Вид материалаКонспект

Содержание


3.4 Понятие о файловой структуре
4 История развития средств вычислительной техники
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   26
^

3.4 Понятие о файловой структуре



Требование уникальности имени файла очевидно – без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически – создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, не может ни пользователь, ни автоматика.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в данном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога-1>\...\<имя каталога-М>\<собственное имя файла>

Более подробная информация, включающая виды файловых структур, типы файловых систем, правила записи имен файлов, операции с файлами, рассматривается в разделе 8.

^

4 История развития средств вычислительной техники



Становление и развитие информатики как самостоятельной науки тесно связано с развитием средств вычислительной техники. В определении вычислительной техники определяющим признаком является способность автоматической обработки данных.

Одним из первых приборов, способных автоматически выполнять вычисления, можно считать часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит тактовый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электрические сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы.

Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения было создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работоспособность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими часами».

В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал более компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял). В 1673 году немецкий математик и философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал арифмометр, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже очень сложные расчеты, например расчеты баллистических таблиц для артиллерийских стрельб. Существовала и специальная профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такую последовательность инструкций впоследствии стали называть программой). Но многие расчеты производились очень медленно – даже десятки счетчиков должны были работать по несколько недель и месяцев. Причина проста – при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

Идея программирования вычислительных операций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские башенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким – одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислительными операциями.

В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство – Аналитическую машину, которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (в современной терминологии – память). Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию Аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени.

В первых механических вычислительных устройствах числа представлялись либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов, либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов. И в том и в другом случае это были перемещения, что не могло не сказываться на габаритах устройств и на скорости их работы. Только переход от регистрации перемещений к регистрации сигналов позволил значительно снизить габариты и повысить быстродействие.

В механических устройствах зубчатые колеса могут иметь достаточно много фиксированных и, главное, различимых между собой положений. Количество таких положений, по крайней мере, равно числу зубьев шестерни. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации положений элементов конструкции, а о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых и различимых состояний всего два: включен – отключен; открыт – закрыт; заряжен – разряжен и т. п. Поэтому традиционная десятичная система, использованная в механических калькуляторах, неудобна для электронных вычислительных устройств.

В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе электромеханических реле смог построить на одном из предприятий фирмы IBM вычислительную машину под названием «Марк–1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

К этому времени потребность в автоматизации вычислений (в том числе для военных нужд – баллистики, криптографии и т.д.) стала настолько велика, что над созданием машин типа построенных Эйкеном и Цузе одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать подобную машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем Марк–1, однако для задания ее программы приходилось в течение нескольких часов или даже нескольких дней подсоединять нужным образом провода.

В 1945 г. знаменитый математик Джон фон Нейман подготовил доклад, в котором были сформулированы общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. Согласно этому докладу компьютер должен иметь следующие устройства:
  • арифметическо-логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции;
  • устройство управления, которое организует процесс выполнения программ;
  • запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных;
  • внешние устройства для ввода-вывода информации.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом. С той поры компьютеры стали гораздо более мощными, но подавляющее большинство из них сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своем докладе в 1945 г. Джон фон Нейман.

Вычислительные машины 40-х и 50-х годов были очень большими устройствами – огромные залы были заставлены шкафами с электронным оборудованием. Первый шаг к уменьшению размеров компьютеров стал возможен с изобретением в 1948 г. транзисторов, которые ко второй половине 50-х годов смогли заменить в компьютерах электронные лампы.

Следующим шагом в развитии компьютеров было изобретение интегральных схем. В 1958 г. Джек Килби придумал, как на одной пластине полупроводника получить несколько транзисторов. В 1959 г. Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрел более совершенный метод, позволивший создавать на одной пластине и транзисторы, и все необходимые соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами, или чипами. В дальнейшем количество транзисторов, которое удавалось разместить на единицу площади интегральной схемы, увеличивалось приблизительно вдвое каждый год.

В 1970 г. фирма Intel начала продавать интегральные схемы памяти. В том же году был сделан еще один важный шаг на пути к персональному компьютеру – Маршиан Эдвард Хофф из той же фирмы Intel сконструировал интегральную схему, аналогичную по своим функциям центральному процессору большой ЭВМ. Так появился первый микропроцессор Intel–4004, который был выпущен в продажу в конце 1970 г. В 1973 г. фирма Intel выпустила 8-битовый микропроцессор Intel–8008, а в 1974 г. – его усовершенствованную версию Intel–8080, которая до конца 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии.

В 1975 г. появился первый коммерчески распространяемый компьютер Альтаир–8800, построенный на основе микропроцессора Intel–8080. Хотя возможности его были весьма ограничены (оперативная память составляла всего 256 байт, клавиатура и экран отсутствовали), его появление было встречено с большим энтузиазмом. В первые же месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины. Покупатели этого компьютера снабжали его дополнительными устройствами: монитором для вывода информации, клавиатурой, блоками расширения памяти и т.д. В конце 1975 г. Пол Аллен и Билл Гейтс (будущие основатели фирмы Microsoft) создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка Basic, что позволило пользователям достаточно просто общаться с компьютером и легко писать для него программы.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров.

Однако руководство фирмы недооценило будущую важность этого рынка и рассматривало создание компьютера всего лишь как мелкий эксперимент – что-то вроде одной из десятков проводившихся в фирме работ по созданию нового оборудования. Чтобы не тратить на этот эксперимент слишком много денег, руководство фирмы предоставило подразделению, ответственному за данный проект, невиданную в фирме свободу. В частности, ему было разрешено не конструировать персональный компьютер «с нуля», а использовать блоки, изготовленные другими фирмами. И это подразделение сполна использовало предоставленный шанс.

Прежде всего, в качестве основного микропроцессора компьютера был выбран новейший тогда 16-разрядный микропроцессор Intel–8088. В компьютере были использованы и другие комплектующие различных фирм, а его ПО было поручено разработать небольшой фирме Microsoft.

В августе 1981 г. новый компьютер под названием IBM PC (читается – Ай-Би-Эм Пи-Си) был официально представлен публике и вскоре после этого он приобрел большую популярность у пользователей. Через один-два года компьютер IBM PC занял ведущее место на рынке, вытеснив модели 8-битовых компьютеров. Фактически IBM PC стал стандартом персонального компьютера. Сейчас такие компьютеры («совместимые с IBM PC») составляют более 90% всех производимых в мире персональных компьютеров.

Если бы IBM PC был сделан так же, как другие существовавшие во время его появления компьютеры, он бы устарел через два-три года, и мы давно бы уже о нем забыли. В IBM PC была заложена возможность усовершенствования его отдельных частей и использования новых устройств. Фирма IBM сделала компьютер не единым неразъемным устройством, а обеспечила возможность его сборки из независимо изготовленных частей аналогично детскому конструктору. При этом методы сопряжения устройств с компьютером IBM PC не только не держались в секрете, но и были доступны всем желающим. Этот принцип, называемый принципом открытой архитектуры, наряду с другими достоинствами обеспечил потрясающий успех компьютеру IBM PC, но лишил фирму IBM возможности единолично пользоваться плодами этого успеха.

Наибольшую выгоду от открытости архитектуры IBM PC получили, естественно, пользователи. Они могли самостоятельно расширять возможности своих компьютеров, покупая соответствующие устройства и подсоединяя их в свободные разъемы на системной плате. При этом они не были связаны ассортиментом моделей, предлагаемых фирмой IBM, так как могли покупать дополнительные устройства, производимые независимыми фирмами. Они могли сэкономить деньги, ориентируясь при покупке компьютеров на свои сегодняшние, а не будущие потребности – ведь при необходимости компьютер можно модернизировать.

На первых порах открытость архитектуры IBM PC была выгодна фирме IBM. Она обеспечила коммерческий успех компьютеру и позволила фирме сравнительно легко выпускать новые модели, сохраняя совместимость со старыми, чтобы все программы и все устройства, разработанные для старых моделей IBM PC, работали и с новыми. В 1983 г. был выпущен компьютер IBM PC XT, имеющий встроенный жесткий диск, в 1985 г. – компьютер IBM PC AT на основе нового микропроцессора Intel–80286, работающий в 3–4 раза быстрее IBM PC XT.

Однако очень скоро другие фирмы перестали довольствоваться ролью производителей комплектующих и начали сами собирать компьютеры, совместимые с IBM PC. Они стали перенимать все разработки фирмы IBM, а за счет того, что им не приходилось нести огромных издержек фирмы IBM, они смогли продавать свои компьютеры значительно дешевле (иногда в 2–3 раза) аналогичных компьютеров фирмы IBM. Более того, эти фирмы стали реализовывать многие технические достижения быстрее, чем IBM. Так, первые компьютеры на основе микропроцессоров Intel–80386 были выпущены уже не IBM. И очень скоро IBM оказалась не монополистом в выпуске разработанных ею компьютеров, а одной из сотен конкурирующих фирм, каждая из которых стремится сделать компьютеры быстрее, производительнее, надежнее и, естественно, дешевле.

Так что теперь название «IBM PC» вовсе не означает, что компьютер сделан самой фирмой IBM. Сейчас большинство выпускаемых компьютеров платформы IBM PC делается в Юго-Восточной Азии (Тайвань, Сингапур, Южная Корея и т.д.), там их производство обходится дешевле. Впрочем, некоторые наиболее «престижные», надежные и дорогие марки персональных компьютеров собираются в США и Европе, хотя многие компоненты для них все равно завозятся из Юго-Восточной Азии.

Наибольшее влияние на развитие компьютеров платформы IBM PC в настоящее время оказывает не IBM, а фирмы Intel, AMD – производители микропроцессоров и фирма Microsoft – разработчик ОС. При этом в среднем один раз в полтора года удваиваются основные технические параметры аппаратных средств, один раз в два-три года меняются поколения ПО, и один раз в пять-семь лет меняется база стандартов, интерфейсов и протоколов.