Начало истории вычислительной техники и даты некоторых событий

В предыстории вычислительной техники практического использования достигли суммирующая машина французского математика Блеза Паскаля (1623-1662), складывавшая два числа. Машина Б. Паскаля (построена в 1642 г.) утвердила в общественном сознании идею возможности автоматизации умственного труда.

Созданная позже механическая машина немецкого философа и математика Готфрида Вильгельма Лейбница (1646-1716) могла выполнять все четыре арифметические операции. Она явилась началом создания подобных машин (арифмометров), которые в XIX в. стали выпускаться серийно.

Англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871) в 20-х гг. XIX в. создал разностную машину для составления таблиц логарифмов, тригонометрических и других функций. Эта машина выполняла ряд арифметических операций и могла напечатать результат. Реализована эта машина была только в 1834 г. шведскими изобретателями (отцом и сыном Шейцами).

Бэббиджем также разработан проект аналитической машины, использующей десятичную систему счисления и элементы управления вычислительным процессом, которые нашли воплощение в современных вычислительных машинах второй половины XX столетия. Структура машины Бэббиджа подобна структуре современной ЭВМ. Создатель кибернетики Норберт Винер так отозвался об этом проекте:

«Бэббидж имел удивительно современное представление о вычислительных машинах, однако имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений».

Первая в мире программа была написана для машины Бэббиджа дочерью великого английского поэта Джона Байрона леди Адой Августой Лавлейс (1815-1852). Ее программа содержала основные программные конструкции современного программирования.

В обширных примечаниях к своему переводу статьи о машине Бэббиджа итальянца Л. Ф. Менебреа (в два с половиной раза превысивших ее объем) Ада Лавлейс исследует вопросы применения двоичной системы счисления, высказывает ряд идей, реализованных только в наше время и фактически создает основы программирования универсальных (в современном смысле) машин. Не случайно один из самых мощных из современных языков программирования его создатели назвали ее именем - Ада.

Изобретения в области вычислительной техники и разработки в сфере программирования определили стремительный прогресс в развитии средств новых технологий, в том числе и аудиовизуальных. Его иллюстрирует список событий в этой области науки и техники:

Год	Автор	Событие
	Д. Флеминг	Изобретение электронной лампы - диода
	Л.де Форест	Изобретение электронной лампы - триода
	Г.А. Гамов	Создание теории квантового эффекта, предсказавшей возможность нанотехнологий
		Изобретение германиевого (полупроводникового) диода
	Фирма IBM	Первая промышленная ЭВМ IBM 701
	Д. Форрестер	Изобретение памяти на ферритовых сердечниках
	Л.Эсаки	Изобретение туннельного диода
		Первые ЭВМ 2-го поколения на транзисторах
		Первая ЭВМ 3-го поколения
	Фирма RCA	Память на интегральных схемах
	Д. Энгельбарт	Изобретение ручного манипулятора «мышь»
	Й. Накамацу	Начало производства (IBM) дискет для НГМД
		Создание КС ArpaNet (США)
	Э.Хофф	Создание микропроцессора i4004 фирмы Intel
	Фирма IBM	Создание винчестера - жесткого диска для хранения данных
	Э. Робертс	Первый ПК «Альтаир»
	С. Джобс, С. Возняк	Создание ПК Apple I
		ПК Apple II
	Фирма Intel	Микропроцессор i8088
	Фирма IBM	Выпуск IBM PC на основе i8088
	Фирма MicroSoft	Выпуск ОС для 16-разрядных ПК - MS-DOS
	Дж. Беннинг, Дж. Рорер	Создание сканирующих туннельного и атомно-си-лового микроскопов (Нобелевская премия 1992) -инструментов нанотехнологий
	Ассоциация производителей музыкальных центров	Принятие MIDI-стандарта для электронных музыкальных инструментов и компьютеров
	Фирмы Sony и Philips	Создание дисковой памяти на CD-ROM
	Г. Крото и др.	Открытие фуллеренов (Нобелевская премия 1996) - новой формы углерода, применяемых для создания сверхпрочных материалов, материалов со свойствами сверхпроводимости и др.
	Фирма MicroSoft	Выпуск ОС Windows 3/1
	Фирма MicroSoft	Выпуск 32-разрядного микропроцессора Pentium
	Фирма MicroSoft	Выпуск ОС Windows 95
	Фирма Intel	Выпуск микропроцессоров Pentium MMX, Pentium II
	Фирма MicroSoft	Выпуск ОС Windows 98
	Фирма Intel	Выпуск микропроцессора Pentium IV

Новые аудиовизуальные технологии (НАВТ) представляют ту часть современных информационных технологий (ИТ), которая предназначена для создания и воспроизведения АВИП. Новые ИТ относятся к цифровым технологиям, в которых обработку информации осуществляют электронные вычислительные машины (ЭВМ), исполняя введенную в ЭВМ программу. Каждая технологическая функция обеспечена программой, а совокупность программ называют программным обеспечением (ПО).

Новые ИТ и НАВТ имеют также технические и программные средства создания, фиксации, хранения, распространения и использования АВИП. К ним относятся устройства технической памяти, ввода и вывода информации, компьютерные сети и средства связи и разнообразные периферийные устройства обеспечения общения человека с ЭВМ.

Фиксация АВИП осуществляется как в памяти ЭВМ, так и с помощью внешних устройств, на внешней памяти - магнитной, оптической, магнитооптической или памяти на кремниевых кристаллах (флэш-памяти). Тиражирование записей АВИП на цифровых компакт-дисках обеспечивают их быстрое распространение. Другой путь распространения АВИП - глобальные компьютерные сети.

В современной информационной индустрии идут процессы адаптации технических средств к человеку, реализующиеся в постоянном совершенствовании ЭВМ, программного обеспечения, периферийных устройств и компьютерных сетей. Увеличивается «интеллектуальность» машин, интерфейса и программ ЭВМ, обеспечивая все более совершенные способы общения пользователя с ЭВМ. Идет давняя и длительная работа по речевому общению человека с ЭВМ.

Интеграция некоторых технологических функций периферийных устройств в одной установке, снабженной микропроцессором, что позволяет отделить ряд процессов подготовки и воспроизведения АВИП от ЭВМ, расширяет ресурсы ПК и способствует массовому внедрению цифровых фотографии и видеозаписи.

Появление компакт-дисков с большой емкостью памяти и увеличение быстродействия ЭВМ ведут к созданию новых АВИП, таких как, например, записи полнометражных художественных фильмов на одном компакт-диске.

Увеличение объемов и быстродействия всех видов памяти, совершенствование и появление новых видов внешних устройств для графики и звука (ввода, вывода, фиксации и т. п.) предоставляют массовому пользователю технические средства, ранее доступные только профессионалам творческого цеха. Мощные графические программы дают возможность любителям причаститься к компьютерной живописи. А современный «музыкальный компьютер» позволяет сочинять и аранжировать музыку человеку, не имеющему специального образования и даже не знающему нотной грамоты.

В целом, совершенствование технической базы НАВТ имеет определяющее значение для развития экранной культуры, влияющей на все стороны духовной и материальной жизни. Основное внимание при изучении экранной культуры сосредоточивается на таких аспектах НАВТ, которые связаны с их массовым применением в образовательной, просветительской, развлекательской и творческой сферах.

 

Вычислительная техника

Структура вычислительной техники. Современная вычислительная техника определяет состояние и пути развития экранной культуры, поэтому необходимо рассмотрение некоторых вопросов ее структуры в целом, структуры и функций ее массовых составляющих - компьютеров и компьютерных сетей, программного обеспечения, аудиовизуальных инструментов и интерфейсов «пользователь - ЭВМ».

Структурно парк вычислительной техники составляют цифровые ЭВМ (ЦВМ), аналоговые ВМ (АВМ) и гибридные ВМ (ГВМ), в которых интегрированы цифровые и аналоговые устройства (с целью наилучшего использования их различных свойств). АВМ приспособлены для решения задач моделирования (а не счета, как ЦВМ) объектов, описываемых, в основном, алгебраическими и дифференциальными уравнениями. АВМ чаще всего конструируются на электрической элементной базе, но имеются модели на механических и пневматически элементах.

В ГВМ элементы ЦВМ используются для выполнения различных функций (в зависимости от назначения конкретных ГВМ): для расчета масштабных коэффициентов, управления последовательностью решения задач и т. п., что образует некоторый ряд типов ГВМ.

Аналоговые ВМ практически не применяются в сфере производства и потребления аудиовизуальной продукции, хотя возможности их использования для моделирования явлений культуры не исключаются. Основой новых аудиовизуальных технологий стали ЦВМ - цифровые ВМ.

Поколения ЭВМ. Началом развития вычислительной техники считаются 40-е гг. XX в., когда были созданы первые сначала электромеханические и релейные, а затем -электронно-ламповые вычислительные машины. Создаваемые в дальнейшем модели ЭВМ принято относить к поколениям вычислительной техники. Разделение ЭВМ по поколениям определяется совершенствованием элементной базы, развитием архитектуры ЦВМ и программных систем и рядом других признаков.

В ЭВМ первого поколения, разработанных в 1950-е гг., в качестве элементной базы использовались электровакуумные приборы. Второе поколение - 1960-е гг. - основывалось на полупроводниковых приборах (транзисторах). Машины 1970-х гг., работавшие на интегральных схемах, относятся к третьему поколению. Четвертое поколение с 1980-х гг. использует большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС).

Микропроцессоры. Микропроцессором (МП), который составляет основу современных ЭВМ, называют специализированную ЭВМ, выполненную на одном кремниевом кристалле и имеющую набор команд, ориентированный на решение какого-либо узкого класса задач. К таким задачам относятся управление кинокамерой, фотоаппаратом, магнитофоном, ракетным или автомобильным двигателем, автоматизированной игрушкой и т.д., в которых они применялись еще до создания ПК.

В начале 1970-х был создан первый универсальный МП Intel-4004 и на его основе - первая микроЭВМ, по мощности равная большим ЭВМ первого поколения (1950-е гг.). Для минимальной комплектации ЭВМ к МП, как центральному процессору (ЦП), необходимо добавить четыре микросхемы, выполняющих функции устройства памяти, устройства управления, интерфейса ввода и интерфейса вывода (данных).

За период существования четырех поколений ЭВМ оперативная память увеличилась от нескольких десятков килобайт у машин первого поколения до нескольких гигабайтов (гигабайт равен миллиарду байтов) у четвертого, а быстродействие возросло от 100 тысяч до миллиардов операций в секунду.

Начало работам по созданию ЭВМ пятого поколения было положено «Отчетом японского Комитета по научным исследованиям в области ЭВМ пятого поколения», опубликованным в 1981 г.

Несмотря на ориентацию на актуальные проблемы японского общества, проект, изложенный в отчете, имеет огромное значение для развития информатики и вычислительной техники во всем мире. Он поставил цели и наметил задачи создания систем аудиовизуального ввода и вывода информации (голосом и изображением), использования естественных языков для общения с ЭВМ и программирования, достижения высокого уровня интеллектуализации ЭВМ.

Решение других задачи, поставленных проектом, должны привести к существенному упрощению программирования путем синтеза программ по описаниям (спецификациям) на естественном языке, к усовершенствованию интерфейса программистов с вычислительными средствами. Поставлены также цели улучшения соотношения «затраты -результат», увеличения быстродействия ЭВМ, достижения легкости и компактности их моделей и высокой эксплуатационной надежности и адаптируемости к приложениям.

Результатами реализации проекта ЭВМ пятого поколения является внедрение проектов глобальных информационных систем, оказывающих существенное влияние на все стороны современной жизни.

Виды ЭВМ. Парк ЭВМ четвертого поколения составляют специальные ЭВМ, микроЭВМ, персональные ЭВМ, миниЭВМ, машины общего назначения, суперЭВМ и машины нетрадиционной архитектуры[18].

Последние применяются в научных исследованиях, в частности, в исследованиях сверхсложных природных систем в метеорологии, геологии и др., а также в обеспечении функционирования систем управления сверхсложными объектами - железными дорогами, крупными нефтепромыслами и т. п. Можно предположить, что в будущем возможно применение таких машин в исследованиях культуры, как сверхсложной системы.

Среди классов ЭВМ, помимо вышеназванных, в настоящее время наиболее распространенными являются рабочие станции, персональные ЭВМ и карманные компьютеры.

Рабочие станции - это миниЭВМ, мощность которых выше мощности самых высокопроизводительных ПК. Они применяются в качестве серверов в компьютерных сетях, в системах автоматизированного проектирования, в качестве рабочих мест локальных вычислительных сетей анимационных студий, рекламных агентств, в других организациях, выпускающих АВИП.

С ростом производительности микропроцессоров ПК, связывающиеся в ЛВС, вытеснили из многих сфер деятельности большие вычислительные комплексы, отличавшихся от суперЭВМ более высокой мощностью каналов ввода и вывода информации.

Вместе с развитием вычислительных устройств совершенствуются внешние устройства ЭВМ - дисплеи и принтеры, устройства внешней памяти на магнитных и лазерных дисках, цифроаналоговые преобразователи, устройства межмашинной передачи данных и др., обеспечивающие взаимодействие ЭВМ с внешней средой (приемниками и источниками информации).

В соответствии с возможностями элементной базы от поколения к поколению совершенствуются периферийные устройства (ввода, вывода, отображения данных и др.) устройства памяти, операционные системы и системы программных средств разработки программ - языков программирования и трансляторов. Возрастают также функциональные возможности и сложность прикладных программ и программных систем, систем управления базами данных и знаний и др., повышается уровень интеллектуальности интерфейса разработчика и пользователя и т. д.

2. К ЦВМ нетрадиционной архитектуры относятся транспьютеры — многопроцессорные ЦВМ, осуществляющие параллельную обработку данных, оптические и оптоэлектронные, а также нейрокомпьютеры, принципы работы которых подобны принципам работы нервной сети человека или нейронных ансамблей мозга.

 

Персональные компьютеры

Отличия ПК от ЭВМ общего и специального назначения. Структура современного настольного ПК, в основном повторяющая структуру универсальной ЭВМ, отличается от последней большим разнообразием конфигураций узлов и периферийного оборудования. Это разнообразие отражает реализацию принципа открытой архитектуры. Не только фирма, но и сам пользователь может составить любую необходимую для его целей конфигурацию ПК в пределах возможностей системной платы ПК.

ПК отличают также выбор центрального процессора, количество и типы портов, представляющих собой ответные части разъемов, с помощью которых к ПК подключается периферия - устройства внешней памяти и разнообразные технические средства ввода и вывода информации (монитор, мышь, клавиатура и т. п.), наличие аудиовизуальных компонентов конфигурации - звуковой и видеоплаты, наличие устройств беспроводной ультразвуковой или инфракрасной связи и др.

Внимательное обследование современного рынка ПК и периферии (выставок, торговых организаций и т. п.) показывает, что все ПК оснащены совершенными устройствами. Оперативная память достигает сотен и тысяч мегабайт, внешняя памяти - десятков и сотен гигабайт. ПК оснащены мощными процессорами (быстродействие - от одного до трех и более гигагерц), материнскими платами с большим количеством портов (более десяти), мощными видео-и звуковыми картами, сетевыми картами, модемами и факс-модемами и т. п. В материнские платы часто интегрированы функции видео-, звуковой и сетевой карты, что за счет сокращения разъемных соединений узлов ПК повышает надежность его функционирования.

По сравнению с ПК конца прошлого века ПК первых лет нового тысячелетия по мощности, степени миниатюризации, эргономического совершенства (размеры, вес, дизайн) достигли показателей, прогнозировавшихся для ЭВМ пятого поколения. Переносные ПК (ноутбуки) стали позиционироваться как заменители настольных ПК. Промышленность выпускает в формате ноутбука полномасштабные графические станции, а также настольные ПК, в которых все узлы, включая монитор, интегрированы в одном блоке, занимающем столько же места, как и ноутбук.

Конкретная современная графическая станция в формате ноутбука может иметь очень высокие параметры и широкий набор периферии: внутренний модем, порт беспроводной связи для выхода в локальную сеть (и через нее - в Интернет), встроенные видеокамера, микрофон и два динамика. Набор портов позволяет: подключить второй монитор или вместо него - телевизор, а также -внешние микрофон и аудиоколонки, печатающее устройство, сканер, внешние фото- и видеокамеру, игровые манипуляторы, вторую клавиатуру и ряд других устройств, большинство которых оснащает графическую станцию одновременно, а не в режиме замены. При насыщении этого ПК программными приложениями она может интерпретироваться не только как графическая, но и мультимедийная, музыкальная станция - рабочее место композитора, дизайнера, проектировщика и т. п.

В настоящее время пользователи вооружаются не требующей электропитания флэш-памятью большого объема (до 1-2 Гбайт). Первоначально эта память на кремниевом кристалле использовалась для записи музыки в миниатюрных МР3-плеерах. Сегодня на флэш-память записываются не только звук (память Memory Strick фирмы Sony -до 80 минут музыки), но и изображения и тексты. Она также включается в принтеры, цифровые видеокамеры, фотоаппараты и множество других изделий с элементами автоматики.

Факторы, определившие массовость ПК. Особая роль ПК в становлении и функционировании современной экранной культуры определяется их доступностью для широкой публики, массовым распространением, совершенством устройства и разнообразием моделей и программного обеспечения. Конечно, основной причиной массовости ПК являются рыночные механизмы капиталистической экономики. Однако некоторые особенности конструкции ПК и архитектуры ПО в немалой степени способствуют их распространению и совершенствованию.

Ограничимся двумя принципами конструирования, впервые введенными фирмой IBM при создании своих ПК (1981), которые обеспечили массовое производство и распространение ПК.

Принцип открытой архитектуры, когда IBM «просто перенесла» модульность конструкции ЭВМ на ПК, стал мощным двигателем их развития и распространения. Узлы ПК стали разрабатываться множеством фирм, а не одной, как это обычно для ЭВМ с закрытой (монолитной) архитектурой. Стала возможной полная сборка ПК любой фирмой и даже отдельным пользователем. ПК других фирм стали вдвое-втрое дешевле IBM-овских. Модели ПК в архитектуре IBM сегодня выпускаются множеством фирм. Эти модели полностью совместимы с ПК IBM. Имеется термин: «IBM-совместимые ПК».

Вторым принципом, использовавшимся в логике построения программных приложений, был принцип «совместимости сверху вниз» узлов ПК и его самого в целом. Этот принцип означает, что каждая следующая версия (модель) ПК или отдельного его компонента только прибавляет новые технические возможности ПК. Появившаяся возможность «запускать» старые программы на новых версиях ПК (но не наоборот) также явилась мощным двигателем его распространения.

Периферийное оборудование ПК. К нему относятся технические средства ввода и вывода информации, устройства внешней памяти и технические средства телеобработки данных. Периферия ЭВМ развивается чрезвычайно быстро. Она существует в огромном разнообразии моделей и типов, определяя как функциональные возможности ПК, так и способы общения пользователя с ПК непосредственно и на расстоянии.

К устройствам ввода информации в ПК относятся клавиатура, мышь, сканер, микрофон, игровые манипуляторы, регистраторы, цифровые фото- и видеокамеры, видео- и аудиомагнитофоны с преобразователем аналогового сигнала в цифровой и др., связанных с ПК кабелями, которые все шире заменяются так называемыми беспроводными соединениями на различной физической основе.

Основным устройством ввода информации в ПК является клавиатура. Имеет значение эргономичность клавиатур, выпускаемых в нескольких модификациях. Исключительно «мягкие» клавиатуры с пластмассовыми штырями были вытеснены клавиатурами со щелчком, четко фиксирующими нажатие клавиши.

Существуют сенсорные клавиатуры без механических элементов, обычно применяемые в промышленности из-за исключительной долговечности и по причине невозможности попадания «между клавиш» (вместо которых используются площадки из сенсорной фольги) посторонних предметов (канцелярских скрепок, сигаретного пепла и т. п.).

Клавиатуры содержат разное число клавиш. Клавиатура XT имеет 83 клавиши (иногда - 85). В клавиатуре AT добавлена клавиша «опрос системы». Клавиатура MFII (Multifunction) имеет 102 клавиши. Специальные клавиатуры содержат дополнительные устройства для считывания штрихового кода, с устройством вывода символов азбуки Брайля для слепых пользователей и др.

Другим важнейшим средством ввода информации в ЭВМ является манипулятор «мышь». Координаты курсора поступают от мыши по кабелю либо без провода от миниатюрного радиопередатчика, или по световому лучу оптической мыши. Левой кнопкой мыши осуществляется выбор (щелчком) объекта - пиктограммы или другого и «протаскивание» (не отпуская кнопки) его по экрану. Двойной щелчок активизирует объект - запускает символизируемую иконкой команду или программу.

Джойстик - это игровой манипулятор, служащий, в основном, для управления компьютерной игрой. Обычно предусматривают два порта для джойстиков, если ПК ориентирован, как игровой.

Для рисования на экране существует графический планшет и графическое перо (карандаш). В планшет «зашита» активная координатная сетка, так что графическое перо, аналогичное мыши, выводит сигнал - рисующую точку или другой инструмент на экран. Для работы планшета в ПК должна быть загружена специальная программа.

Цифровая видеокамера, иначе называемая Web-камерой, часто встраивается в ноутбуки и используется при проведении сетевых видеоконференций. Качество изображения от Web-камеры пока оставляет желать лучшего.

Изображение в цифровой фотокамере воспринимается матрицей фотодатчиков, передающей сигналы в память фотокамеры. Эти изображения могут затем воспроизводиться на экране ПК, или печататься автономно на струйном фотопринтере.

Сканерами в ПК вводятся тексты, фото и графические изображения, штрих-коды и т. п. Другой тип ввода осуществляется с промежуточного носителя с большой флэш-памятью - переносного винчестера, компакт-дисков магнитных или оптических; в этом случае устройством ввода служит дисковод.

Устройства вывода информации из ЦВМ включают в свой состав средства вывода алфавитно-цифровых данных, средства вывода графики и интегрированные. С самого начала развития вычислительной техники - перфорационные и печатающие устройства, графопостроители (плоттеры) множества типов, мониторы (дисплеи), являющиеся также средством управления вводом данных (средством общения), получают мощное развитие. Матричные принтеры 1970-х и 1980-х гг. в большей части ЦВМ сменили струйные, а также лазерные, основанные на принципах электрографии, подобные копировальному аппарату типа ксерокса.

Мониторы на основе электронно-лучевой трубки начали интенсивно вытесняться «тонкими» моделями дисплеев: LCD на базе жидкокристаллических элементов, PDP на базе плазменных, что существенно снижает габариты и повышает эргономичность настольных ПК. LCD-дисплеями оборудуются переносный (ноутбук), карманный компьютер и виртуальный шлем. (PDP-дисплеи в них не применяются из-за высокого энергопотребления.)

Технология мультимедиа. Технология мультимедиа (многосредовая) объединяет в ПК текст, графику, музыку, речь и движущиеся изображения. Торговая сеть и фирмы, производящие и собирающие ПК, для своих целей разделяют их на офисные, домашние и мультимедийные (центры). В свете стремительного роста параметров ПК и их возможностей, в том числе - объединение всех видов информационных сред (медий), всякое подобное разделение теряет смысл, поскольку все мультимедийные функции становятся доступными даже недорогому ПК.

ПК как техническое средство виртуальной реальности. Мощность современных ПК стала достаточной для погружения в полную или частичную виртуальную реальность (ВР). Для полной ВР, помимо специального программного обеспечения, необходимо специальное оборудование -«многоэкранная комната» (или сферический экран). Другой тип ВР использует «спецкостюм» в составе шлема с очками-ЖКД, силового жилета с датчиками положения тела, перчаток и сапог также с датчиками. В ЭВМ для воспроизведения ВР, возможно, потребуется, дополнительная мощность и специальные порты. Частичной ВР, позволяющей блуждать по залам музеев или рассматривать помещения будущего здания, мощности современного ПК вполне достаточно.

 

Программное обеспечение ЭВМ

Определение понятия «программное обеспечение». ЭВМ представляют интегрированное целое - аппаратную часть и программное обеспечение. ЭВМ основана на принципе программного управления - последовательного выполнения записанных в памяти кодов команд, состоящих из кодов операций и кодов адресов данных. Операция изменяет данные (величину, логическое значение и др.) ячейки памяти с адресом, указанным в команде, - это команды арифметики и логики. Устройство, выполняющее такие команды, так и называется - АЛУ (арифметико-логическое или просто -арифметическое устройство).

Другой класс команд, обеспечивающий изменение адреса очередной исполняемой команды, исполняет устройство управления - УУ Арифметико-логическое и устройство управления обмениваются данными для определения адреса следующей исполняемой команды, зависящей от результатов счета.

Поскольку ЦП имеет разные дополнительные устройства, система команд ЭВМ содержит множество других команд, в основном пересылки данных между устройствами и команд управления ими.

Программа представляет собой машинный алгоритм решения задачи - вычислительной, логической, обработки символов или смешанной. ЭВМ исполняет только программу, записанную в машинных кодах, называемую исходным кодом. Часть программы, решающую подзадачу в составе программы, называют подпрограммой.

Программным обеспечением (ПО) конкретной ЭВМ называют всю совокупность программ, хранящуюся в ее памяти, а также - все программы, написанные для ЭВМ с данной системой команд, все программы для всех ЭВМ.

Программы редко бывают небольшими, и основной их массив представлен программными системами (ПС). Их создание - трудоемкая задача. Поэтому существуют системы записи программ в символическом коде на том или ином языке программирования.

Программа, записанная на языке программирования для исполнения, переводится (транслируется) в машинный код. Это также сложная алгоритмическая задача, и программы перевода (трансляторы) представляют собой сложные ПС в сотни тысяч команд.

В мире существуют многие миллионы ПС, которые разбиваются на небольшое число классов: системное ПО, инструментальное ПО и прикладное ПО. В их характеристике различают как на программно-аппаратном, так и на чисто программных (нескольких) уровнях ядро и оболочку программно-аппаратной или программной системы. Используется также понятие платформы, в качестве которой берется как аппаратная часть ЭВМ, так и ее та или иная ПС.

Системное ПО. Важнейшей оболочкой ЭВМ, являющейся интерфейсом самого нижнего уровня между ЭВМ и пользователем, является операционная система (ОС). ОС прошли длительный путь развития от простых программ управления вводом и выводом данных ЭВМ первого поколения, встраиваемых программистами «вручную» в свои программы, до сложных современных ПС, обеспечивающих всесторонний и удобный доступ ко всем аппаратным ресурсам современных неизмеримо более сложных ЭВМ четвертого поколения, обладающих некоторыми чертами ЭВМ пятого поколения. При этом сохраняется свойство совместимости -прикладная программа, написанная в ранней версии ОС, исполняется в среде более поздней ОС.

Наиболее распространенной на ПК является ОС MS Windows, которая прошла путь развития от графической оболочки для практически первой массовой ОС MS-DOS (Disc Operation System) до современных версий Widows (уже не «оболочек», так как от MS-DOS к этому времени отказались), ориентированных как на серверы компьютерных сетей, так и на профессиональные работы и потребности массового пользователя.

Для массового пользователя интерес представляет версия Windows ME (Millennium Edition - «ОС тысячелетия»), приуроченная к началу нового тысячелетия, которая насыщена разнообразным ПО. Например, она включает в свой состав программу Media Player 7 - универсальный проигрыватель, воспроизводящий, помимо музыки, видео, анимацию, панорамы и др., программу Windows Movie Maker оцифровки и монтажа любительского видео и множество других.

К системному ПО относятся также утилиты (буквально - «полезные») - программы диагностики и тестирования ЭВМ и др.

Современные ОС, отдаляя программиста от аппаратного ядра ЭВМ, существенно повышают интеллектуальность интерфейса «ЭВМ - пользователь».

Инструментальное ПО. Оно предназначено для создания программных систем всех трех классов. Оно включает в свой состав компиляторы (трансляторы) с языков программирования, интерпретаторы (исполняют программы в процессе их трансляции), программы редактирования программ, записанных на символьном языке программирования, библиотеки стандартных программ и др. Основной массив инструментального ПО представлен средствами программирования на языках высокого уровня, число которых переваливает за три тысячи.

Прикладное ПО. Оно объединяет программы, созданные для решения тех или иных задач пользователя, и пакеты прикладных программ (ППП), ориентированных на решение массовых научных, инженерных, издательских, экономических и многих других. ППП упрощают интерфейс пользователя с ЭВМ.

ППП разделяют на ППП общего назначения (I); ППП, расширяющие функции ОС (II); проблемно-ориентированные (III) и интегрированные (IV). ППП расширения функций ОС охватывают широкий набор ПС узкого назначения: антивирусные, работы с файлами, сопряжения ЭВМ с приборным оборудованием и др. ППП общего назначения ориентированы на широкий круг задач различных проблемных областей. Проблемно-ориентированные ППП имеют приложение в достаточно узких специфических областях. Интегрированные пакеты объединяют функционально-ориентированные ППП, в основном общего назначения.

Количество и разнообразие ППП постоянно увеличиваются и не поддаются какой-либо классификации. Поэтому целесообразно просто выделить группы ППП в рамках указанных классов:

Класс ППП	Группа ППП	Некоторые представители ППП
(I) Общего назначения	Текстовые процессоры	MS Word, Лексикон
Электронные таблицы	MS Excel, SuperCalc
Системы управления базами данных (СУБД)	MS Access, dBase, Paradox, Clipper
Класс ППП	Группа ППП	Некоторые представители ППП
	ППП деловой графики	MS Chart, GRAF Lotus
Телекоммуникационные	CrossTalk, QL2Fax, Комета
(II) Расширяющие функции ОС	Антивирусные	Turbo Antivirus, Norton Antivirus, Доктор Веб, «Лаборатория Касперского»
Работы с файлами и архивами	Norton Commander, WinZip, WinRAR
Поддержки систем интеграции ППП	ИСПАК, САТУРН
(III) Проблемно-ориентированные	Графические	CorelDraw, Adobe Photoshop, Freelance Plus
Музыкальные	BAND-IN-A-BOX, Спецификация XG, Visual Arranger for Windows
Экспертные системы	MYCIN (медицинская), TOPSI (принятия решений), Expert Choice (оптимизации решений)
Системы автоматизации проектирования (САПР)	Palasm (проектирование матриц ПЗУ), AUTRA DSP (комплексная: машиностроение, строительство и др.)
Системы автоматизации моделирования	MatLab, MathCAD, Statistica, Stat Graf, Statan ППП САПР, отдельные ППП I, II и III классов
Автоматизированные рабочие места (АРМ)	ППП САПР, отдельные ППП I, II и III классов
Издательские (верстальщики)	MS Publisher, QuarkXPress, Corel Ventura, Macromedia FreeHand
(IV) Интегрированные	Объединение нескольких ППП	MS Office, Framework, Symphony, MS Works

Данная группировка ППП субъективна и может быть расширена. Имеются и другие классификации программных средств ЭВМ, например, по видам программ.

Технические средства речевого общения с ЭВМ. Речевые технологии образуют особое направление НАВТ Они складываются из задач автоматического распознавания живой речи и автоматического синтеза машинной речи. Целью решения этих задач являются: речевое управление техническими устройствами, многоязычный ввод устной речи для перевода, преобразование устной речи в печатный текст и в тест в азбуке Брайля, создание фонетических тренажеров и др.

Речевые технологии создаются также для изучения процессов порождения и понимания речи человеком для исследования в области искусственного интеллекта, создания математических методов цифровой обработки речевых сигналов, в собственно фонетических и других исследованиях в лингвистике.

В области синтеза речи в настоящее время в стадии разработки находятся системы TTS - Text-To-Speech («Текст -Речь»). TTS состоит из подсистемы лингвистического анализа и подсистемы акустического синтеза речи. Созданы системы MITALK и DECTALK для английского языка и многоязычная система INFOVOX. В России подобные работы ведутся в МГУ и СПбГУ. Однако приемлемых результатов пока добиться не удалось нигде в мире[19].

Исследовательские и конструкторские работы по распознаванию слитной речи, несмотря на большие научные достижения, не привели еще к практически значимым результатам. Большего достигли работы в решении более простой задачи распознавания отдельных слов. Так в ПО фирмы Microsoft включаются программы распознавания речи для подачи команд компьютеру и диктовки текста на английском языке (Windows XP, Office XP и др.).

Музыкальный компьютер. Для превращения ПК в многофункциональный музыкальный компьютер необходимо дополнение его звуковой картой, внешним MIDI-устройством и MIDI-клавиатурой. Необходимы также специфический аппаратный интерфейс и программа - музыкальный редактор. MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - цифровой интерфейс музыкального инструмента, является стандартом, принятым во всем мире. Этим стандартом организация производителей музыкальной аппаратуры (NAMM, США) в 1982 г. установила требования к аппаратным и программным средствам сети электронных инструментов.