Гладких Б.А. Информатика от абака до интернета. Введение в специальность

Подождите немного. Документ загружается.

§ 2.15] КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 171

произойдет фундаментальных открытий, закон Мура продержится еще

около полутора десятилетий.

§ 2.15. Контрольные вопросы

1. Кому принадлежит юридический приоритет изобретения элек-

тронной вычислительной машины?

2. Когда и где была создана первая работающая ЭВМ?

3. Как называлась первая ЭВМ?

4. Где хранилась программ в ЭВМ ENIAC?

5. Какой объем имела оперативная память ENIAC?

6. Каков вклад фон Неймана в архитектуру ЭВМ?

7. Когда и где была создана первая ЭВМ с хранимой програм-

мой? Как она называлась?

8. Когда и кем была выпущена первая американская серийная

ЭВМ для коммерческого использования? Как она называлась?

9. На какой элементной базе было построено первое поколение

ЭВМ?

10. На какой элементной базе было построено второе поколение

ЭВМ?

11. Когда появилось третье поколение ЭВМ?

12. Какая машина положила начало третьему поколению ЭВМ?

13. Каковы характерные черты архитектуры ЭВМ третьего поко-

ления?

14. Какая машина положила начало возникновению рынка мини-

ЭВМ?

15. Какова была стоимостная граница раздела между мэйнфрей-

мами и мини-ЭВМ в 1960-е годы?

16. Когда и где была создана первая советская ЭВМ? Как она на-

зывалась?

17. Каков вклад С.А. Лебедева в развитие отечественной вычис-

лительной техники?

18. Каков вклад И.С. Брука в развитие отечественной вычисли-

тельной техники?

19. Каков вклад Б.И. Рамеева в развитие отечественной вычис-

лительной техники?

20. Каков вклад В.М. Глушкова в развитие отечественной вычис-

лительной техники?

172 ЭЛЕКТРОННЫЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ [ГЛАВА 2

21. Какая из отечественных серийных ЭВМ первого-второго поко-

лений обладала наибольшей производительностью?

22. Когда и кем был создан первый микропроцессор?

23. Когда и кем был выпущен первый коммерческий микроком-

пьютер? Как он назывался?

24. Каковы характерные черты персональных компьютеров пер-

вого поколения?

25. В чем причина коммерческого успеха компьютера Apple-II?

26. Какой компьютер знаменует начало второго поколения персо-

нальных компьютеров? Кем и когда он был выпущен?

27. Каковы характерные черты персональных компьютеров вто-

рого поколения?

28. В чем основная причина коммерческого успеха IBM PC?

29. Каковы характерные черты персональных компьютеров

третьего поколения?

30. Когда и кем был изобретен манипулятор «мышь»?

31. Каков вклад PARC-центра фирмы Xerox в информатику?

32. Когда и кем был выпущен первый массовый персональный

компьютер третьего поколения? Как он назывался?

33. Каковы основные направления совершенствования вычисли-

тельной техники?

34. Что утверждает закон Мура?

35 . Каковы характеристики и основные секторы современного

рынка вычислительной техники?

§ 3.1] КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 173

Глава 3. Программное обеспечение

компьютеров

§ 3.1. Классификация и эволюция программного

обеспечения

Еще в 1930-е годы «великий вождь всех народов» товарищ Сталин

произнес крылатую фразу, которая долгое время не сходила с лозунгов

и транспарантов: «Техника без людей мертва. Техника во главе с людь-

ми, овладевшими техникой, может и должна давать чудеса». Адаптируя

это изречение к проблемам информатики, можно сказать, что вычисли-

тельная техника (hardware) без программ, олицетворяющих действия

людей по управлению ею, мертва и бездушна как всякое железо. И

только программное обеспечение (software) вдыхает жизнь в эти кри-

сталлы, разъемы и провода, заставляет компьютеры делать все те чуде-

са, которым мы не перестаем удивляться. Желая подчеркнуть приори-

тет программного обеспечения перед аппаратным, академик Глушков

как-то сказал, что в настоящее время они соотносятся друг с другом по

стоимости и вложенному интеллекту «как товар с упаковкой».

За пятьдесят лет развития многие поколения программистов созда-

ли гигантский объем программного обеспечения (ПО). Хотя он созда-

вался стихийно, под влиянием преходящих обстоятельств, в процессе

его формирования существуют определенные закономерности. Чтобы

их выяснить, нам понадобится некоторая классификация программного

обеспечения (см. схему).

Прежде всего, все программное обеспечение можно разделить на

общее и специальное. Общее ПО рассчитано на самый широкий круг

пользователей и используется почти на каждом компьютере. Специаль-

ное ПО разрабатывается для решения конкретной задачи, оно, как пра-

вило, уникально. В качестве примера укажем на разнообразные бухгал-

174 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

терские и банковские системы, которые часто разрабатываются под за-

каз, хотя есть и исключения.

Общее ПО, в свою очередь, подразделяется на системное, служа-

щее для разработки программ и поддержки вычислительного процесса

на компьютере (операционные системы, системы программирования,

различные вспомогательные программы) и прикладное, иначе называе-

мое пакетами прикладных программ (ППП). Типичными ППП являются

текстовые процессоры, системы управления базами данных (СУБД),

электронные таблицы, некоторые другие широко распространенные

программы.

Граница раздела между упомянутыми классами весьма условна и в

процессе эволюции постоянно передвигается в пользу общего ПО. На

заре компьютерной эры (первая коммерческая ЭВМ UNIVAC появи-

лась, как мы знаем, в 1951 году), когда машины были программно несо-

вместимы и каждая задача была уникальна, 100% программного обес-

печения было специальным. Этот факт наглядно представлен на схеме,

где по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат показана относи-

тельная доля каждого класса ПО. В дальнейшем, по мере освоения ти-

Бухгалтерские

системы

СУБД

Текстовые

процессоры

Операционные

системы

Банковские

системы

Электронные

таблицы

СпециальноеОбщее

Программное

обеспечение

Системное

Прикладное

(ППП)

Системы

программирования

Графические

системы

Системы

управления

производством

Служебные

программы

(утилиты)

Классификация программного обеспечения

§ 3.1] КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 175

повых классов задач и унификации вычислительных систем, все боль-

шее число программ стало переходить в разряд общего (системного или

прикладного) ПО. К концу XX века 90–95% всего ПО можно считать

общим, а следовательно, и общедоступным.

Общее программное обеспечение – это ценнейший интеллектуаль-

ный ресурс, накопленный человечеством за последние полвека. В его

разработку вложены миллионы человеко-лет труда нескольких поколе-

ний программистов, потрачены многие миллиарды долларов. Образова-

ние массива общего ПО из специального подобно отложению осадоч-

ных пород на дне океана, когда в каждую историческую эпоху из пла-

вающей, клубящейся мути отстаивается и выкристаллизовывается но-

вый геологический пласт. Много тысячелетий спустя геологи, пробури-

вая скважины, обнаруживают эти пласты и по ним восстанавливают

геологическую историю Земли.

Представим себя на месте геологов и произведем «разведочное бу-

рение» общего ПО. В нашем случае вся «геологическая» история дли-

лась всего 50 лет. Мы условно разделим ее на 5 эпох по 10 лет каждая.

Каждая эпоха оставила свой слой в общем ПО, который наглядно пока-

зан на рисунке и который мы кратко прокомментируем.

1950 1960 1970 1980 1990 2000

100%

Общее программное обеспечение

100%

СУБД

Диалоговые ОС

Специальное

программное

обеспечение

Компьютерные сети

Мультимедиа

Пакетные ОС

Языки и системы программирования

Настольные ППП

CASE-технологии

Библиотеки прикладных программ

ссемблеры

Эволюция программного обеспечения

176 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

Первые вычислительные машины вообще не имели

никакого общего программного обеспечения. Про-

граммы для решения конкретных задач писались с

нуля, в машинных двоичных кодах (для сокращения

записи использовалась восьмеричная или шестна-

дцатеричная система, но это не меняло сути) в абсо-

лютных адресах, они загружались в чистую оперативную память. Про-

цесс был мучительным и трудоемким. Приходилось помнить двоичные

коды всех операций, а любую подпрограмму выписывать из справочни-

ка в условных адресах, затем вручную привязывать к главной програм-

ме, распределять память и т.д. На каждом этапе возникали ошибки, по-

этому отладить программу даже в тысячу команд было уже очень труд-

но (я испытал все это на собственной шкуре, программируя на

«Урал-1»).

Первоочередной задачей программистов на данном этапе было соз-

дание библиотек, которые обеспечивали бы вызов стандартных про-

грамм из внешней памяти и автоматически подключали их к главной

программе. Идея использования подпрограмм была реализована Грейс

Хоппер еще до появления ЭВМ, на электромеханической Mark-I, а в

дальнейшем она стала общепринятой. Из-за программной несовмести-

мости у каждой ЭВМ были свои уникальные библиотеки. Например,

для отечественной машины М-20 Михаил Романович Шура-Бура с кол-

легами разработали прекрасную по тем временам интерпретирующую

систему ИС-2 с богатейшей коллекцией стандартных программ, охва-

тывающей все области вычислительной математики. Создание библио-

тек резко повысило производительность труда программистов, так как

появилась возможность опереться на труд предшественников и не про-

граммировать каждую новую задачу с нуля.

Вторая проблема была связана с мнемоническим кодированием и

автоматическим распределением памяти. Впервые она была решена в

Кембридже в Великобритании на ЭВМ EDSAC (1949 г.). Вместо того,

чтобы записывать коды операций двоичными цифрами, программист

писал текст программы на символическом языке, пользуясь мнемониче-

скими обозначениями операций и условными адресами, а специальная

программа (руководитель проекта Морис Уилкс назвал ее собирающей

системой – по-английски assembly system) автоматически преобразовы-

вала мнемонические коды в понятные машине двоичные и распределя-

ла память для выполнения программы. Идея оказалась столь продук-

50-е годы:

библиотеки

стандартных

программ

и ассемблеры

§ 3.1] КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 177

тивной, что все последующие поколения программистов на всех ЭВМ

отказались от абсолютного кодирования. Языки программирования

низкого уровня, в которых коды операций заменены мнемоническими

обозначениями, стали называться языками ассемблера или автокодами

(мнемокодами), а преобразующие программы – ассемблерами.

В 50-е годы ЭВМ были еще экзотической редкостью, они использо-

вались в основном в элитных академических учреждениях и военных

системах. Программисты также исчислялись единицами, и работать им

приходилось в очень стесненных условиях. Приходилось постоянно

изворачиваться, экономить каждую ячейку памяти и каждый машинный

такт, потому что возможности тех компьютеров были более чем скром-

ными. У машины Урал-1, например, ОЗУ имело всего 1024 слова при

быстродействии 100 оп./с. Зато каждая отлаженная, тем более стан-

дартная программа была своего рода шедевром.

В 60-е годы объем производства ЭВМ резко возрос, появились раз-

нообразные машины второго поколения, они вышли из узких стен на-

учных и военных учреждений, начали использоваться в бизнесе. Резко

расширился круг решаемых задач, соответственно возросло и число

людей, занятых программированием. Языки низкоуровневого кодиро-

вания, реализованные в ассемблерах, ненамного облегчили их тяжкий

труд. Голубой мечтой казалась возможность полной автоматизации

программирования, когда программист пишет математические форму-

лы на привычном символическом языке, а компьютер самостоятельно

преобразовывает их в тексты машинных программ.

Систематическая работа над созданием высокоуровневых языков

программирования и соответствующих компиляторов началась в конце

50-х годов и бурно развивалась все последующее десятилетие. В

1957 году был создан Fortran, в 1960 году – Cobol, Algol и Lisp, в

1964 году – Basic, Simula, PL/1, в 1970 году – Pascal и Smalltalk. Изобре-

тение новых языков превратилось в модное занятие, к концу 60-х годов

их число перевалило уже за тысячу. Практически все основные концеп-

ции – процедурное, логическое, объектно-ориентированное программи-

рование были предложены в это бурное десятилетие. В последующие

годы прогресс в автоматизации программирования шел не в сторону

создания новых языков, а, наоборот, по пути естественного отбора.

Языки программирования рождались и умирали, но только некоторые

из них – наиболее стойкие и жизнеспособные – дожили до конца

XX века и стали стандартными в международном сообществе програм-

178 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

мистов. Судьбу этих избранных языков мы обстоятельно обсудим в

следующем параграфе.

Другое достижение 60-х годов – создание пакетных операционных

систем (ОС). ЭВМ в это время были очень дорогими и громоздкими,

они размещались в специально построенных вычислительных центрах,

куда программисты приносили свои задачи в виде колод перфокарт.

Операторы сбивались с ног, пропуская эти колоды через машину, теря-

ли много драгоценного времени на анализ каждой нештатной ситуации

в программе. Пакетные ОС существенно облегчили их работу, а заодно

и повысили эффективность использования ЭВМ.

Разработка надежных и эффективных операционных систем и сис-

тем автоматизации программирования оказалась чрезвычайно трудоем-

ким делом. Никогда прежде в гражданской сфере не реализовывались

такие крупные программные проекты. Разработка общесистемного ПО

в 60-е годы была поставлена на промышленную основу, лидером здесь

оказалась IBM, имевшая опыт масштабных военных разработок, су-

мевшая сконцентрировать громадный потенциал научных исследований

и вложившая в это дело сотни миллионов долларов. Создав OS/360 и

систему программирования PL/1, компания стала флагманом новой за-

рождающейся отрасли нематериального производства – индустрии про-

граммного обеспечения.

70-е годы – время безраздельного господства унифи-

цированных машин из клона IBM 360/370. Компью-

теры по-прежнему были безумно дороги, но их мощ-

ность и надежность резко возросли. Начали созда-

ваться крупные информационные системы для промышленных и торго-

вых предприятий, банков, социальных учреждений. Пользователи пере-

стали бегать с колодами перфокарт – на их рабочих местах появились

дисплеи, подключенные к центральной ЭВМ, расположенной в вычис-

лительном центре фирмы.

Для организации вычислительного процесса в этих условиях пона-

добились операционные системы нового типа, позволяющие организо-

вать диалог большого числа пользователей в режиме разделения време-

ни. Родина таких систем – Массачусетский технологический институт

(МТИ), где, начиная с середины 60-х годов, проводились эксперимен-

тальные работы, но крупные промышленные диалоговые ОС разраба-

тывались фирмами – производителями аппаратуры.

70-е годы:

диалоговые

ОС и СУБД

§ 3.1] КЛАССИФИКАЦИЯ И ЭВОЛЮЦИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 179

Создание крупных информационных систем поставило перед разра-

ботчиками общего ПО проблему хранения больших массивов данных и

организации их обработки множеством независимых программ. Так

возникла концепция систем управления базами данных (СУБД). Разра-

ботка эффективных СУБД оказалась задачей не менее трудоемкой, чем

проектирование ОС. Первая промышленная СУБД IMS для IBM

360/370 была создана корпорацией IBM в 1969–1970 годах в рамках

проекта полета человека на Луну «Аполлон» и потребовала очень

больших капиталовложений.

Использование СУБД произвело настоящую революцию в индуст-

рии обработки данных. Многие заказные кустарные программы, осуще-

ствляющие стандартные операции над данными, оказались ненужными,

они были вытеснены надежными промышленными продуктами. Это –

характерный пример того, как специальное ПО становится общим.

Мы посвятим истории и современному состоянию рынка СУБД от-

дельный параграф, сейчас же остановимся на одном важном свойстве

крупномасштабного общего ПО – его инерционности. Вопреки бытую-

щему мнению о том, что все в компьютерном мире меняется очень бы-

стро, это далеко не так. Фирмы, вложившие в базовое ПО миллиарды

долларов, не могут ежегодно менять номенклатуру продукции. К этому

добавляется то обстоятельство, что на фундаменте общего ПО покоится

колоссальная пирамида специального программного обеспечения, пе-

ределать которое под новые стандарты немыслимо. В середине

60-х годов была в ходу шутка: «Америка не настолько богатая страна,

чтобы позволить себе разработку новой операционный системы взамен

OS/360». Инвестиции должны окупаться, и это обстоятельство объясня-

ет удивительно долгую жизнь общего ПО – по 10–15 лет и более. Более

того, для защиты инвестиций ведущие фирмы стараются делать свои

основные программные продукты относительно независимыми от аппа-

ратных платформ. Это позволяет программам, постоянно обновляясь и

модифицируясь, пережить не одно поколение компьютеров.

В конце 70-х – начале 80-х годов произошла,

как мы знаем, микропроцессорная революция,

и на рынок хлынули миллионы персональных

компьютеров. Из дорогостоящего производст-

венного оборудования компьютер превратился в бытовой прибор, дос-

тупный всем и каждому. Компьютерный джинн был выпущен из бу-

тылки и принялся осваивать все новые и новые области применения.

80-е годы:

настольные ППП,

CASE-технологии

180 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРОВ [ГЛАВА 3

Наступил золотой век софтверного бизнеса, мгновенно возникли тыся-

чи фирм и фирмочек, выбросивших на рынок необъятное море пакетов

прикладных программ для деловых применений и развлечений. Они в

корне отличались от «тяжелого» софта 70-х годов – были простыми,

дешевыми, играли на экранах всеми цветами радуги, упаковывались в

яркие коробки и продавались в магазинах как книги или грампластинки.

На невероятно расширившемся рынке программного обеспечения

возникла ожесточенная конкуренция. Как это бывает с товарами шир-

потреба, коммерческий успех того или иного продукта часто обуслав-

ливается не техническими параметрами, а широкой рекламой, проду-

манной маркетинговой политикой. Показательна в этом отношении

судьба фирмы Microsoft. Ее активная, даже агрессивная маркетинговая

стратегия привела к тому, что продукция Microsoft стала фактическим

стандартом на рынке офисного ПО, а операционная система Windows

сумела победить более прогрессивную по своим идеям систему OS/2

фирмы IBM.

Повальное увлечение домашними компьютерами и потребитель-

ским софтом как-то отодвинуло в тень работы по совершенствованию

серьезного общего программного обеспечения. По-видимому, самым

большим успехом в этом направлении в 80-е годы можно считать раз-

работку CASE-технологий (Computer Aided Software Engineering), то

есть технологий автоматизированного проектирования программного

обеспечения. Их необходимость возникла при создании информацион-

ных систем для крупных организаций, объединяющих сотни пользова-

телей и оперирующих с тысячами объектов и экранных форм. Даже

применение средств СУБД и языков высокого уровня, таких, как Cobol,

Pascal или C, не избавляет программиста от рутинной работы по проек-

тированию связанных информационных таблиц и организации диалога.

Автоматизированные технологии позволяют отказаться от большинства

механической работы. На специальных языках сверхвысокого уровня –

символьных или графических – (они часто называются языками четвер-

того поколения 4GL – 4th Generation Language) описывается содержа-

тельная постановка задачи, а система сама, пользуясь встроенными в

нее стандартными правилами проектирования, генерирует код на обыч-

ном языке программирования. Программисту остается подправить

текст, если он его почему-то не устраивает, пропустить через компиля-

тор и получить готовую программу.