Desarrollo de aplicaciones informáticas

Capítulo 1 Descripción general del desarrollo informático y aplicaciones informáticas

1.1 Descripción general del desarrollo informático

En febrero de 1946, se creó la primera computadora ENIAC (Integrador numérico electrónico) del mundo y Computer) nació en la Universidad de Pennsylvania en Estados Unidos. Utiliza 18.000 tubos de electrones, 10.000 condensadores y 7.000 resistencias, cubre un área de 170 metros cuadrados, pesa 30 toneladas, consume 150 kilovatios de energía, puede realizar 5.000 sumas y restas por segundo y vale 400.000 dólares. En ese momento, fue diseñado para resolver el problema de cálculo de características balísticas para el Laboratorio Balístico del Ejército de EE. UU. Aunque no se puede comparar con las computadoras actuales, en ese momento podía acortar el tiempo para calcular una trayectoria de lanzamiento a menos de 30 segundos. haciendo que el diseño de ingeniería sea más eficiente. Esta fue una gran iniciativa en ese momento y marcó el comienzo de una nueva era de las computadoras.

En los más de 50 años transcurridos desde el nacimiento de la primera computadora, ha habido un gran avance en software y hardware cada pocos años. El desarrollo de las computadoras ha pasado por las siguientes cuatro generaciones.

La primera generación de ordenadores (1946~1955).

De 1946 a 1955, algunos ordenadores famosos aparecieron uno tras otro, y sus usos han pasado del militar al de los servicios públicos. Todos pertenecen a la primera generación de computadoras, las cuales se caracterizan por: utilizar tubos de electrones como componentes lógicos, memoria interna que inicialmente utiliza líneas de retardo de mercurio o memoria electrostática, y posteriormente utilizar núcleos magnéticos, y memoria externa que incluye cintas de papel, tarjetas, cintas magnéticas. , etc. La velocidad de cálculo puede oscilar entre miles y decenas de miles de operaciones por segundo. Los lenguajes de programación son lenguaje de máquina y lenguaje ensamblador expresados ​​en código binario. La primera generación de computadoras era relativamente grande, costosa de construir y de baja velocidad. Se utilizaba principalmente para cálculos científicos.

La segunda generación de ordenadores (1955~1964).

La primera computadora totalmente de transistores salió al mercado en 1955. A partir de 1958, las computadoras totalmente de transistores representadas por la serie 7000 de IBM se convirtieron en el producto principal de la segunda generación de computadoras. Las características principales de la computadora de segunda generación son: se utilizan todos los transistores, los núcleos magnéticos se utilizan como memoria principal y los discos o cintas magnéticas se utilizan como memoria externa. La velocidad de computación alcanza cientos de miles de veces por segundo. Los lenguajes de programación también lograron un gran desarrollo durante este período, como ALGO 60, FORTRAN, COBOL, etc., se pusieron en uso uno tras otro. La preparación de programas se ha vuelto más sencilla y se ha mejorado la versatilidad. Por ello, la aplicación de las computadoras también se ha expandido a aspectos como la gestión de transacciones y el control industrial.

La tercera generación de ordenadores (1964~1970).

En 1964, IBM de Estados Unidos anunció la serie de computadoras System/360 fabricadas con circuitos integrados, y también desarrolló el sistema operativo OS/360 para esta serie de computadoras, que movió a las computadoras de gama baja. en la serie a la gama alta Cuando se actualiza la máquina, se pueden seguir utilizando el sistema operativo y el software de aplicación originales, lo que convierte a la máquina de la serie 360 ​​en un producto principal de la tercera generación de computadoras. La tercera generación de computadoras se caracteriza por reemplazar componentes de transistores discretos con circuitos integrados de mediana y pequeña escala. La memoria comienza a utilizar memorias semiconductoras. La velocidad de cálculo puede alcanzar de cientos de miles a millones de veces, y algunas pueden alcanzar 10 millones de veces. La capacidad de almacenamiento puede alcanzar los megabytes. Durante este período, se propusieron las ideas de serialización, generalización y estandarización para el diseño de computadoras. Por ejemplo, la serie de máquinas se amplía a grandes, medianas y pequeñas para satisfacer las necesidades de diferentes niveles; en el diseño de hardware se utilizan chips de memoria semiconductores estándar y componentes de interfaz de entrada y salida. Abogar por el diseño modular y estructurado en el diseño de software, que no solo reduce el costo de las computadoras, sino que también amplía el alcance de las aplicaciones de las computadoras.

La cuarta generación de ordenadores (1971~presente).

En 1971, Intel produjo el microprocesador de primera generación, que integraba un circuito compuesto por 2.250 transistores. Marca que el desarrollo de las computadoras ha entrado en la era de la aplicación de circuitos integrados a gran escala. La aplicación de circuitos integrados a gran escala es una característica básica de la cuarta generación de computadoras. En esta generación de computadoras, se utilizan chips semiconductores más integrados como memoria y la velocidad de la computadora puede alcanzar de varios millones a cientos de millones de veces por segundo. .

Los sistemas operativos mejoran constantemente y el software de aplicación aparece sin cesar. En términos de estructura de sistemas informáticos, se han desarrollado computadoras distribuidas, tecnología de procesamiento paralelo y redes informáticas. Durante este período, el desarrollo de las computadoras entró en una era caracterizada por las redes informáticas.

mi país comenzó a desarrollar computadoras en 1956. La primera computadora se desarrolló con éxito en 1958, y la primera computadora de transistores desarrollada por mi país también salió al mercado en 1964. En 1971 se desarrolló con éxito una computadora con circuito integrado. En 1985 se desarrolló el primer microordenador IBM compatible con PC. En 2001, se desarrolló con éxito el primer chip de CPU de uso general "Loongson" de mi país y en 2002 se lanzó el servidor "Longteng" con derechos de propiedad intelectual completamente independientes.

Las microcomputadoras pertenecen a la cuarta generación de computadoras, pero solo desde la perspectiva de las microcomputadoras, se puede dividir en cinco eras en los últimos 30 años de desarrollo.

La primera generación fue un microordenador de 4 bits a partir de 1971. Su chip integraba 2000 transistores y tenía una frecuencia de reloj de 1MHz.

La segunda generación es un microordenador de 8 bits iniciado en 1973. Su nivel de integración de chip es de 4000-9000 transistores y la frecuencia de reloj es de 4MHz. Sus productos típicos son el 8080 de Intel, el M6800 de Motorola, etc.

La tercera generación es un microordenador de 16 bits iniciado en 1978. El nivel de integración del chip es de 20.000 a 70.000 transistores y la frecuencia de reloj es de 5MHz a 10MHz. Los productos típicos son los Intel 8086 y 80286. IBM utilizó esta generación de chips para desarrollar IBMPC, IBMPC/XT e IBM PC/AT.

La cuarta generación es un microordenador de 32 bits iniciado en 1981. El nivel de integración del chip es de 100.000 a 1 millón de transistores. Frecuencia de reloj 10MHz~33MHz. El rendimiento de los microordenadores fabricados con este microprocesador alcanza o supera al de los ordenadores grandes y medianos de los años 1970.

La quinta generación es un microordenador de 64 bits iniciado en 1993. El nivel de integración del chip es de más de 1 millón de transistores y cada año aparecen diferentes tipos de nuevos productos.

El desarrollo de microprocesadores ha promovido en gran medida el desarrollo de las computadoras. En la actualidad, la relación rendimiento-precio ha aumentado significativamente. Las computadoras mainframe que utilizan tecnología multiprocesador se han serializado utilizando docenas de chips de microprocesador. El sistema operativo de nueva generación utiliza una interfaz gráfica amigable para facilitar a los usuarios el aprendizaje y el uso de las computadoras. El uso de lenguajes de programación orientados a objetos permite a los programadores diseñar software de alta calidad de forma más rápida y mejor. La tendencia de desarrollo de las computadoras en el futuro se reflejará en los siguientes aspectos:

1. Multipolarización

Aunque las computadoras personales han arrasado en el mundo hoy en día, debido a la continua profundización de las aplicaciones informáticas , la necesidad de computadoras y supercomputadoras a gran escala también está creciendo de manera constante. Las computadoras gigantes, grandes, pequeñas y microcomputadoras tienen cada uno sus propios campos de aplicación, formando una situación multipolar.

2. Redes

Utilice la tecnología informática y de comunicación moderna para interconectar computadoras distribuidas en diferentes ubicaciones y comunicarse entre sí de acuerdo con protocolos de red para disfrutar de software, hardware y recursos de datos. Internet es el producto de la combinación de tecnología informática y tecnología de comunicación. Aunque existe desde hace casi 30 años, sólo ha comenzado a hacerse popular en los últimos años y ha comenzado a llegar a las familias.

3. Multimedia

La multimedia es una nueva tecnología desarrollada a finales de los 80 y principios de los 90. En el pasado, el medio para la interacción persona-computadora era sólo texto, mientras que la tecnología multimedia lo es. Basado en gráficos, imágenes, sonidos, textos y otros medios se utilizan para la interacción persona-computadora. En tan sólo unos años, la tecnología multimedia ha madurado y el vigoroso desarrollo de la enseñanza asistida por computadora depende enteramente del apoyo de la tecnología multimedia. La tecnología multimedia se considera una revolución en el campo de la información en la década de 1990.

4. Inteligencia

La inteligencia es el objetivo de la nueva generación de ordenadores. El mencionado plan de desarrollo de ordenadores de quinta generación anunciado por Japón es desarrollar ordenadores inteligentes. Las computadoras de redes neuronales y las computadoras biológicas enfatizan que las computadoras tienen la capacidad de escuchar, hablar y pensar lógicamente como los humanos. Las principales áreas de investigación de la inteligencia son: reconocimiento de patrones, robots, sistemas expertos, generación y comprensión del lenguaje natural, etc.

En la actualidad, se han logrado diversos grados de progreso en estos campos. En el futuro, con el nacimiento de la quinta generación de computadoras, la tecnología informática se desarrollará a un nivel más alto y avanzado.

El componente central más importante de una computadora es el chip de la CPU. Actualmente se cree que el desarrollo de la tecnología de fabricación de chips basada en obleas de silicio no es ilimitado. que puede desencadenar la próxima Las tecnologías de una revolución tecnológica informática incluyen principalmente: nanotecnología, tecnología óptica, tecnología cuántica y biotecnología. La dirección futura del desarrollo informático es: computadoras ópticas, computadoras biológicas, computadoras moleculares y computadoras cuánticas.

La dirección de desarrollo de las computadoras ópticas es combinar rayos láser extremadamente delgados con chips rápidos para resolver principalmente el problema de la transmisión de datos entre chips. Debido a la velocidad de propagación extremadamente rápida de los fotones, la velocidad de transmisión de datos de las computadoras actuales es de hasta mil millones de bytes por segundo. Con el uso de tecnología óptica, la velocidad de transmisión puede alcanzar un billón de bytes por segundo. Además, los fotones no interactúan como los electrones cargados, por lo que se pueden transmitir más datos a través del mismo espacio estrecho. Al mismo tiempo, la transmisión de luz no requiere conexiones físicas. La tecnología clave para el desarrollo de las computadoras ópticas es la creación de convertidores optoelectrónicos y sistemas ópticos de posicionamiento de computadoras que consuman menos energía, sean pequeños, fáciles de fabricar y baratos.

Las computadoras biológicas son más difíciles de implementar que las computadoras ópticas. Son biochips fabricados utilizando moléculas de proteínas producidas mediante tecnología de bioingeniería como principal materia prima. No sólo tiene una enorme capacidad de almacenamiento, sino que también puede difundir información en forma de ondas. Su velocidad de procesamiento es un millón de veces más rápida que la de las computadoras más rápidas de la actualidad y utiliza sólo una milmillonésima parte de la energía de las computadoras modernas. Muchos científicos creen que el siglo XXI probablemente será la era de las computadoras biológicas.

La base de los ordenadores moleculares es crear una única molécula, cuyas funciones sean iguales o similares a las de los transistores, diodos y otros componentes importantes de los microcircuitos actuales, para luego conectar firmemente cientos de millones de dispositivos moleculares en algún tipo de superficie de sustrato. Todavía queda un largo camino por recorrer en este sentido.

Las computadoras cuánticas se encuentran actualmente entre la teoría y la implementación. La mayoría de los científicos creen que las computadoras cuánticas aparecerán en las próximas décadas. Se trata de una computadora basada en los principios de la mecánica cuántica y que utiliza un modelo de computación profunda. El patrón está determinado únicamente por el comportamiento de un átomo en el mundo físico, en lugar de dividir la información en ceros y unos, que corresponden al encendido y apagado de los transistores, como en las computadoras binarias tradicionales. Su modelo informático es muy beneficioso para la computación paralela. Se están desarrollando prototipos de computadoras cuánticas que requieren años de ardua investigación, pero los científicos prevén que algún día habrá supercomputadoras en la punta de una aguja.

1.2 Características y clasificación de los ordenadores

1.2.l Características de los ordenadores

1. Velocidad de computación rápida

Velocidad de computación rápida Es el objetivo principal para que las personas utilicen las computadoras desde su aparición hasta el presente. Las computadoras modernas han alcanzado velocidades de decenas a billones de operaciones por segundo. Muchas cosas que antes eran imposibles ahora se pueden lograr utilizando computadoras de alta velocidad. Por ejemplo, como todos sabemos en el pronóstico del tiempo, sin el uso de computadoras de alta velocidad, es imposible hacer predicciones más precisas de los cambios climáticos en unos pocos días. Además, el censo de más de mil millones de personas en nuestro país no se puede completar sin ordenadores.

2. Alta precisión de cálculo

Las computadoras utilizan operaciones con números binarios. La precisión del cálculo se puede obtener aumentando el número de dígitos que representan números binarios. Ciertas técnicas también se pueden utilizar en programación. hacer La precisión del cálculo cumple con los requisitos requeridos por las personas. Un matemático estadounidense tardó 15 años en calcular la conocida relación pi p con 707 dígitos, y el uso de computadoras ha alcanzado ahora cientos de millones de dígitos después del punto decimal.

3. Tener capacidad de memoria y juicio lógico

La memoria de la computadora no solo puede almacenar datos originales y resultados de cálculo, sino que, lo que es más importante, puede almacenar programas compilados por los usuarios. Su capacidad se calcula en megabytes y puede almacenar de cientos de miles a decenas de millones de datos o documentos cuando sea necesario, y se pueden recuperar de forma rápida, precisa y sin errores. Cuando la computadora está en funcionamiento, recupera programas y datos de la memoria a alta velocidad y los ejecuta automáticamente de acuerdo con los requisitos del programa.

Las computadoras también tienen capacidades de juicio lógico, que les permiten resolver una variedad de problemas diferentes.

Por ejemplo, puede determinar si una condición es verdadera o falsa y, en función del resultado del juicio, determinar automáticamente qué hacer a continuación. Por ejemplo, ¿el famoso problema de las matemáticas? El problema de los 4 colores significa que para cualquier mapa de terreno, si se desea hacer que las áreas adyacentes tengan diferentes colores, ¿es suficiente usar 4 colores? En 1976, los matemáticos estadounidenses utilizaron decenas de miles de millones de colores. sentencias y tres computadoras ***Se necesitaron 1200 horas para resolverlo.

4. Alta confiabilidad y gran versatilidad

Debido al uso de circuitos integrados a muy gran escala, las computadoras modernas tienen una confiabilidad muy alta y pueden usarse de manera segura en todos los ámbitos de la vida, especialmente Es una industria como la bancaria que requiere una alta confiabilidad. Debido a que las computadoras tienen funciones de cálculo y juicio lógico, las computadoras no solo se pueden usar para cálculos numéricos, sino también para procesar información que no es de datos, como procesamiento de gráficos e imágenes, edición de texto, reconocimiento de idiomas, recuperación de información y otros aspectos. La aplicación de las computadoras puede ejercer su eficacia en todos los ámbitos de la vida.

l.2.2 Tipos de Computadoras

Hay muchas formas de clasificar las computadoras según los principios de las computadoras, se dividen en tres categorías: computadoras digitales, computadoras analógicas y computadoras híbridas. ; también los hay Se dividen en dos categorías: computadoras de uso general y computadoras de propósito especial según sus usos aquí seguimos el informe de 1989 sobre la clasificación de computadoras del Comité Científico de Supercomputadoras del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos ( IEEE) para clasificar varios tipos de computadoras. Preséntelas por separado. Según este método de clasificación, las computadoras se dividen en seis categorías: supercomputadora, pequeña supercomputadora, mainframe, minicomputadora, estación de trabajo y computadora personal. Se presentan de la siguiente manera:

1. Supercomputadora

La supercomputadora es la más poderosa entre los seis tipos de computadoras. Por supuesto, también es la más cara. Súper computadora. La computadora, que tiene alta velocidad y gran capacidad, puede procesar animaciones de alta calidad en tiempo real. Las métricas de las supercomputadoras generalmente se expresan en términos de operaciones de punto flotante por segundo. La supercomputadora de primera generación de la década de 1970 era capaz de realizar 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo; la supercomputadora de segunda generación de la década de 1980 era capaz de realizar 10 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo; una velocidad de 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo. Muchas supercomputadoras actuales adoptan una estructura multiprocesador y utilizan procesamiento paralelo a gran escala para mejorar las capacidades de procesamiento de toda la máquina.

Actualmente, los supercomputadores se utilizan principalmente en campos como la tecnología espacial, la previsión meteorológica a medio y largo plazo, la exploración petrolera y el control en tiempo real de armas estratégicas. Los países que producen supercomputadoras son principalmente Estados Unidos y Japón, Rusia, Reino Unido, Francia y Alemania también han desarrollado sus propias supercomputadoras. Mi país desarrolló la supercomputadora Galaxy I en 1983, con una velocidad de 100 millones de operaciones de punto flotante por segundo. La supercomputadora Galaxy II se desarrolló en 1992 y tiene una velocidad de mil millones de operaciones de punto flotante por segundo. La supercomputadora Galaxy III lanzada en 1997 es un modelo con 10 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo. China lanzó con éxito la supercomputadora Sugon 3000 con una velocidad de 400 mil millones de operaciones por segundo. El Lenovo Shenteng 6800 lanzado en diciembre de 2003 alcanzó 4 billones de operaciones por segundo y el "Shuguang 4000A" lanzado en junio de 2004 alcanzó 11 billones de veces por segundo. y ha entrado entre los diez primeros del mundo.

2. Supercomputadora pequeña

La supercomputadora pequeña se debe a que, aunque el rendimiento de la supercomputadora es alto, es costosa para satisfacer las necesidades del mercado. Los fabricantes mantienen o reducen ligeramente el rendimiento del superordenador. Un tipo de modelo formado reduciendo significativamente el precio bajo la premisa. El desarrollo de pequeñas supercomputadoras consiste en, en primer lugar, combinar microprocesadores de alto rendimiento en un sistema multiprocesador paralelo y, en segundo lugar, introducir alguna tecnología de supercomputadora en computadoras ultrapequeñas para hacer que sus funciones sean gigantes. Las pequeñas supercomputadoras populares actuales tienen una velocidad de procesamiento de 25 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo y el precio es solo una décima parte del de una supercomputadora.