Microsoft Word doc

разделение
времени
центрального
процессора
между
многими
пользователями
и
зада
-
чами
. 
Появилось
семейство
программно
-
преемственных
машин
, 
идея
преемственности
впервые
была
реализована
фирмой
IBM 
в
семействе
IBM-360. 
Эпоха
машин
четвертого
 
поколения
связана
с
выпуском
больших
ИС
в
начале
70-
х
годов
. 
Характерной
чертой
данного
пе
-
риода
развития
средств
вычислительной
техники
является
форми
-
рование
двух
наиболее
интенсивно
развивающихся
направлений
: 
массового
выпуска
персональных
ЭВМ
(
ПЭВМ
) 
и
выпуска
супер
-
ЭВМ
сериями
в
десятки
и
сотни
штук
. 
В
первом
направлении
стремление
упростить
взаимоот
-
ношения
пользователя
с
ПЭВМ
привело
к
созданию
многоокон
-
ного
графического
интерфейса
, 
некоторой
внешней
оболочки
, 
в
которой
текстовое
меню
в
основном
заменено
графическими
символами
– «
иконками
», 
или
пиктограммами
, 
а
нажатие
кла
-

---

61 
виш
заменено
манипулированием
«
мышью
». 
Графический
ин
-
терфейс
с
широкими
возможностями
реализован
в
многочис
-
ленных
версиях
Windows-
оболочек
. 
Второе
направление
развития
, 
связанное
с
суперЭВМ
, 
ха
-
рактеризуется
появлением
крупных
серий
вычислительных
сис
-
тем
с
параллельной
 
обработкой
данных
, 
обладающих
огромной
производительностью
, 
исчисляемой
сотнями
миллионов
и
десят
-
ками
миллиардов
операций
в
секунду
. 
Распараллеливание
обработки
данных
, 
предоставляемое
структурной
организацией
суперЭВМ
, 
потребовало
разработки
совершенно
новых
алгоритмов
организации
вычислительного
процесса
, 
новых
языков
параллельного
программирования
и
но
-
вых
численных
методов
, 
т
.
е
. 
принципиально
новых
средств
ма
-
тематического
и
программного
обеспечения
. 
О
машинах
пятого
 
поколения
специалисты
заговорили
в
начале
80-
х
годов
. 
К
началу
разработки
проекта
машин
пятого
поколения
уже
существовали
экспертные
системы
, 
базы
знаний
, 
системы
машинного
логического
вывода
, 
языки
логического
программирования
, 
системы
распознавания
сложных
образов
, 
т
.
е
. 
все
то
, 
что
именуется
искусственным
интеллектом
. 
Это
по
-
зволило
общаться
с
ЭВМ
на
языках
, 
близких
к
естественным
, 
заставить
машины
решать
сложные
логические
задачи
, 
по
уров
-
ню
не
уступающие
тем
, 
которые
решаются
высококвалифици
-
рованными
специалистами
в
их
профессиональных
областях
, 
превратить
визуализацию
и
озвучивание
в
неотъемлемый
эле
-
мент
интерактивного
режима
. 
Начало
XXI 
века
знаменует
появление
машин
шестого
 
по
-
коления
. 
Эти
машины
должны
обслуживать
новейшие
информа
-
ционные
технологии
, 
которые
позволят
объединить
все
компью
-
теры
в
единое
информационное
пространство
, 
которое
предоста
-
вит
возможность
с
помощью
персональных
компьютеров
общаться
друг
с
другом
, 
получать
оперативную
информацию
лю
-
бого
интересующего
содержания
и
вида
, 
обращаться
к
базам
дан
-
ных
и
знаний
, 
распределенных
по
информационным
центрам
всего

---

62 
мира
. 
Иными
словами
, 
вычислительная
техника
вместе
с
ее
программным
обеспечением
должна
заменить
собой
телефон
, 
телефакс
, 
информационно
-
справочное
бюро
, 
собственный
архив
и
средства
массовой
информации
. 
Главный
акцент
делается
на
разработке
единого
глобального
информационного
пространства
, 
доступ
к
которому
должен
быть
обеспечен
большинству
людей
. 
Настоящее
время
характеризуется
быстрым
увеличением
тактовой
частоты
процессоров
, 
которая
преодолела
гигагерце
-
вый
рубеж
, 
и
позволила
на
одном
процессоре
достигать
гигаф
-
лопной
производительности
(10
9
операций
в
секунду
). 
Несмотря
на
столь
высокие
скоростные
характеристики
одиночного
про
-
цессора
, 
продолжает
бурно
развиваться
линия
суперЭВМ
с
мас
-
совым
параллелизмом
. 
Пущены
в
эксплуатацию
гиганты
с
пи
-
ковой
производительностью
в
десятки
терафлопс
(10
12
операций
в
секунду
), 
проектируются
вычислительные
системы
пентоф
-
лопной
(10
15 
операций
в
секунду
) 
производительности
. 
Основу
машин
массового
производства
составляют
мик
-
ропроцессоры
(
МП
). 
Они
также
делятся
на
поколения
, 
но
это
деление
основано
на
других
критериях
, 
хотя
и
связанных
со
сроком
появления
их
на
рынке
, 
однако
в
меньшей
степени
, 
чем
в
вышеприведенной
классификации
больших
ЭВМ
. 
Основу
та
-
кого
деления
для
МП
составляет
размер
их
разрядной
сетки
. 
Го
-
ворят
о
8-
разрядных
МП
, 
о
16-
разрядных
, 32-, 64- 
и
128-
разряд
-
ных
микропроцессорах
. 
Этот
формальный
критерий
отражает
рост
функциональных
возможностей
МП
. 
Рост
разрядности
сопровождается
ростом
объ
-
емов
оперативной
памяти
, 
доступной
МП
, 
резким
увеличением
адресного
пространства
, 
расширением
возможностей
по
способам
адресации
, 
ростом
логических
возможностей
арифметического
устройства
по
выполнению
логических
и
арифметических
опера
-
ций
. 
Например
, 64-
разрядный
процессор
, 
изготовленный
на
одном
кристалле
(
чипе
), 
содержит
несколько
миллионов
логически
ак
-
тивных
элементов
. 
Современное
поколение
МП
работает
на
часто
-
тах
, 
превышающих
гигагерцевый
рубеж
, 
имеет
развитый
внутрен
-
ний
параллелизм
и
логически
весьма
сложную
архитектуру
. 

---

63 
Однако
казавшиеся
неисчерпаемыми
возможности
разви
-
тия
электронной
вычислительной
техники
, 
быстродействие
ко
-
торой
начиная
с
70-
х
годов
удваивалось
практически
каждые
полтора
года
, 
исчерпывается
. 
Это
связано
с
фундаментальными
 
ограничениями
 
возможностей
 
микроэлектроники
. 
В
информационных
системах
ключевое
место
стала
занимать
оптоэлектроника
. 
Это
обусловлено
не
только
тем
, 
что
более
90 % 
информации
, 
которую
получает
человек
, 
составляет
видеоин
-
формация
. 
В
широком
спектре
получения
, 
обработки
, 
хранения
, 
пе
-
редачи
и
отображения
информации
ведущее
место
занимают
прибо
-
ры
оптоэлектроники
, 
включая
индикаторные
системы
, 
формирова
-
тели
сигналов
изображения
, 
волоконно
-
оптические
линии
передачи
информации
, 
преобразователи
солнечной
энергии
и
др
. 
Современ
-
ная
оптоэлектроника
характеризуется
большим
разнообразием
се
-
рийно
выпускаемой
продукции
(
рис
. 4.1), 
в
которой
в
стоимостном
выражении
доминирует
индикаторное
направление
. 
Рис
. 4.1.
Структура
мирового
рынка
производства
приборов
оптоэлектроники
в
денежном
исчислении
(%): 1 – 
индикаторные
компоненты
; 2 – 
пассивные
оптические
компоненты
; 3 – 
оптические
соединители
; 4 – 
солнечные
батареи
; 5 – 
волоконные
линии
;
6 – 
гибридные
приборы
; 7 – 
фотоприёмники
; 8 – 
оптические
волокна
;
9 – 
прочие
компоненты

---

64 
Качество
перспективной
оптоэлектронной
продукции
за
-
висит
от
успехов
технологии
создания
новых
высокоэффектив
-
ных
полупроводниковых
материалов
и
структур
на
их
основе
, 
включая
квантово
-
размерные
структуры
(
наноструктуры
с
кван
-
товыми
ямами
, 
квантовыми
нитями
и
квантовыми
точками
). 
Вместе
с
тем
, 
несмотря
на
значительные
успехи
оптоэлек
-
троники
, 
существует
точка
зрения
, 
что
ее
состояние
на
сегодняш
-
ний
день
можно
сравнить
с
уровнем
развития
электроники
до
изобретения
транзистора
. 
Как
правило
, 
в
настоящее
время
опто
-
электронная
продукция
продается
в
основном
в
виде
дискретных
элементов
. 
Резкое
расширение
оптоэлектронного
рынка
ожидает
-
ся
после
того
, 
как
произойдут
существенные
изменения
в
функ
-
циональных
характеристиках
приборов
. 
К
таким
качественно
новым
оптоэлектронным
изделиям
можно
отнести
оптоэлектронные
компьютеры
с
архитектурой
, 
подобной
человеческому
мозгу
; 
стереоскопические
системы
, 
имитирующие
характеристики
человеческого
зрения
с
автома
-
тическим
распознаванием
движущихся
объектов
. 
С
дальнейшим
развитием
технологии
оптоэлектронных
дат
-
чиков
становятся
реальными
обработка
и
отображение
не
только
видимых
, 
но
и
рентгеновских
, 
ультрафиолетовых
и
инфракрасных
изображений
, 
а
также
визуализация
ультразвуковых
полей
. 
Главным
недостатком
оптоэлектронных
устройств
явля
-
ются
значительные
потери
энергии
при
ее
обмене
между
элек
-
тронными
и
фотонными
приборами
. 
Стремление
уменьшить
эти
потери
приводит
к
информационно
-
телекоммуникационным
технологиям
только
на
оптических
принципах
. 
Несмотря
на
то
, 
что
на
данный
момент
еще
не
представляется
возможным
столь
же
эффективно
управлять
фотонами
, 
как
электронами
, 
уже
по
-
всеместно
применяются
волоконно
-
оптические
системы
связи
, 
скорость
передачи
информации
по
которым
тысячекратно
пре
-
вышают
предельные
скорости
в
электрических
линиях
. 
По
су
-
ществу
, 
без
оптоволоконных
систем
связи
немыслим
современ
-
ный
Интернет
. 

---

65 
Создаются
оптические
 
системы
 
сверхплотной
 
записи
 
ин
-
формации
. 
Пока
далекие
от
совершенства
, 
но
созданы
и
элемен
-
ты
цифровых
оптических
компьютеров
. 
Их
архитектура
более
причудлива
и
богата
дополнительными
возможностями
, 
отсут
-
ствующими
у
электронного
аналога
. 
Но
самым
многообещаю
-
щим
вкладом
оптики
в
информатику
может
стать
создание
оп
-
тического
компьютера
и
искусственного
интеллекта
. 
Чтобы
использовать
уникальные
возможности
оптики
в
информационных
технологиях
, 
необходимо
совершенствовать
технологии
создания
наноразмерных
устройств
генерации
, 
де
-
тектирования
оптических
сигналов
, 
а
также
оптических
логиче
-
ских
элементов
, 
управляемых
светом
. 
Элементарная
оптическая
ячейка
должна
потреблять
энергии
меньше
, 
чем
элемент
микро
-
чипа
, 
быть
интегрируемой
в
большие
массивы
и
иметь
возмож
-
ность
связи
с
большим
числом
подобных
элементов
. 
Создание
такой
ячейки
является
основной
задачей
оптоинформатики
на
ближайшие
десятилетия
. 
Отметим
ближайшие
цели
, 
которые
могут
быть
достигну
-
ты
в
системах
оптоинформатики
: 
– 
оптические
телекоммуникационные
системы
со
скоро
-
стью
передачи
данных
до
40 
терабит
в
секунду
по
одному
каналу
(
бит
– 
единица
количества
информации
в
двоичной
системе
); 
– 
оптические
голографические
запоминающие
устройства
сверхбольшой
емкости
до
1,5 
терабайт
на
диск
стандартных
размеров
; 
– 
многопроцессорные
компьютеры
с
оптической
межпро
-
цессорной
связью
; 
– 
оптический
компьютер
, 
в
котором
свет
управляет
светом
. 
Максимальная
тактовая
частота
такого
компьютера
может
состав
-
лять
10
12
–10
14
Гц
, 
что
на
3–5 
порядков
выше
существующих
элек
-
тронных
аналогов
; 
– 
фотонные
кристаллы
– 
новые
искусственные
кристаллы
, 
имеющие
гигантскую
дисперсию
и
рекордно
низкие
оптические
потери
(0,001 
дБ
/
км
, 
Белл
– 
единица
логарифмического
уровня

---

66 
интенсивности
света
Р
2
относительно
начального
уровня
Р
1
,
x = 
lg(P
2
/
Р
1
), x = 1 
Б
, 
если
P
2
= 10
Р
1
). 
Телевидение
сверхвысокого
разрешения
, 
трехмерная
ком
-
пьютерная
графика
для
систем
виртуальной
реальности
и
другие
продукты
становятся
с
развитием
оптоинформатики
доступны
-
ми
для
многих
потребителей
. 
Возникновение
 
и
 
развитие
 
фотоники
 
и
 
оптоинформатики
 
стало
 
возможным
 
благодаря
 
фундаментальным
 
достижениям
 
в
 
области
 
современной
 
квантовой
 
физики
. 
Чтобы
разобраться
в
принципе
действия
оптоэлектронных
и
оптических
устройств
, 
необходимо
изучить
основы
квантовой
механики
. 
Поэтому
сле
-
дующие
параграфы
пособия
посвящены
повторению
и
некото
-
рому
расширению
элементарных
представлений
о
квантовой
природе
окружающего
нас
мира
, 
полученных
из
курса
физики
средней
школы
.