Развитие и модернизация информационных технологий в промышленности

Среднерусский гуманитарно - технологический институт.

 

 

Кафедра информационных технологий.

 

 

 

Реферат.

По дисциплине: Основы измерительных технологий

 

 

 

Тема работы : Развитие и модернизация информационных технологий в промышленности.

 

 

 

 

 

 

Работу выполнил : студент 4 курса

Молотков Р.В

факультет Приборостроения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014 г

 

1. Этапы становления измерительной  техники и технологии

 

 

  История возникновения и развития информационных технологий уходит своими корнями в глубокую древность. Первым этапом можно считать изобретение простейшего цифрового устройства — счетов. Счеты были изобретены совершенно независимо и практически одновременно в Древней Греции, Древнем Риме, Китае, Японии и на Руси, и именно их можно считать родоначальниками современных цифровых устройств. Однако если одни из объектов окружающего материального мира поддавались непосредственному счету, поштучному перечислению, то другие требовали предварительного измерения числовых величин. Соответственно исторически сложились два направления развития вычислительной техники: цифровое и аналоговое. 

Аналоговое направление, основанное на исчислении неизвестного физического объекта (процесса) по аналогии с моделью известного объекта (процесса), получило наибольшее распространение в период конца XIX - середины XX века. Основоположником аналогового направления является автор идеи логарифмического исчисления шотландский барон Джон Непер, подготовивший в 1614 г. научный фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов». Джон Непер не только теоретически обосновал функции, но и разработал практическую таблицу двоичных логарифмов.

Цифровое направление развития техники вычислений оказалось более перспективным и составляет сегодня основу компьютерной техники и технологии. Еще Леонардо да Винчи в начале XVI в. создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX в., все же реальность проекта-Леонардо да Винчи подтвердилась.  
В 1723 г. немецкий математик и астроном Христиан Людвиг Герстен создал арифметическую машину. Машина высчитывала частное и число последовательных операций сложения при умножении чисел. Кроме того, была предусмотрена возможность контроля за правильностью ввода данных. 

В 1751 г. француз Перера на основе идей Паскаля и Перро изобретает арифметическую машину. В отличие от предшествующих устройств она была компактнее, так как ее счетные колеса располагались не на параллельных осях, а на единственной оси, проходившей через всю машину.  
  В 1820 г. состоялся первый промышленный выпуск цифровых счетных машин-арифмометров. Первенство принадлежит здесь французу Тома де Кальмару. В России к первым арифмометрам данного типа относятся самосчеты Буняковского (1867 г.). В 1874 г. инженер из Петербурга Вильгорд Однер значительно усовершенствовал конструкцию арифмометра, применив для ввода чисел с выдвижными зубьями (колеса «Однера»). Арифмометр Однера позволял проводить вычислительные операции со скоростью до 250 действий с четырехзначными цифрами за один час.  
  Вполне возможно, что развитие цифровой техники вычислений так и осталось бы на уровне малых машин, если бы не открытие француза Жозефа Мари Жаккара, который в начале XIX века применил для управления ткацким станком карту с пробитыми отверстиями (перфокарту). Машина Жаккара программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока так, что при переходе к новому рисунку, оператор заменял одну колоду другой. Ученые попытались использовать это открытие для создания принципиально новой счетной машины, выполняющей операции без вмешательства человека. 

В 1822 г. английский математик Чарльз Бэббидж создал программно-управляемую счетную машину, представляющую собой прототип сегодняшних периферийных устройств ввода и печати. Она состояла из вращаемых вручную шестеренок и валиков.

В конце 80-х гг. XIX века сотрудник национального бюро переписи населения США Герман Холлерид сумел разработать статический табулятор, способный автоматически обрабатывать перфокарты. Создание табулятора положило начало производству нового класса цифровых счетно-перфорационных (счетно-аналитических) машин, которые отличались от класса малых машин оригинальной системой ввода данных с перфокарт. 

  В начале XX в. появились арифмометры с клавишами для ввода чисел. Повышение степени автоматизации работы арифмометров позволило создать счетные автоматы, или, так называемые, малые счетные машины с электроприводом и автоматическим выполнением за час до 3-х тысяч операций с трех- и четырехзначными цифрами. Разнообразностью малых машин являлись бухгалтерские счет- но-записывающие и счетно-тестовые машины. 

Основываясь на идеях и изобретениях Бэббиджа и Холлерита, профессор Гарвардского университета Говард Эйкен смог создать в 1937—1943 гг. вычислительную машину более высокого уровня под названием «Марк-1», которая работала на электромагнитных реле. В 1947 г. появилась машина данной серии «Марк-2», содержащая 13 тысяч реле.  
Примерно в этот же период появились теоретические предпосылки и техническая возможность создания более совершенной машины на электрических лампах. В 1943 г. к разработке такой машины приступили сотрудники Пенсильванского университета (США) под руководством Джона Мочли и Просперта Эккерта, с участием знаменитого математика Джона фон Неймана. Результат их совместных усилий - ламповая вычислительная машина ENIAC (1946 г.), которая содержала 18 тысяч ламп и потребляла 150 кВт электроэнергии. В процессе работы над ламповой машиной Джон фон Нейман опубликовал доклад (1945 г.), являющийся одним из наиболее важных научных документов теории развития вычислительной техники. В докладе были обоснованы принципы устройства и функционирования универсальных вычислительных машин нового поколения - компьютеров, которые вобрали в себя все лучшее, что было создано многими поколениями ученых, теоретиков и практиков. 

Это привело к созданию компьютеров, так сказать, первого поколения. Они характерны применением вакумноламповой технологии, систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанов и электронно-лучевых трубок Вильямса. Данные вводились с помощью перфолент, перфокарт и магнитных лент с хранимыми программами. Использовались печатающие устройства. Быстрота действия компьютеров первого поколения не превышала 20 тыс. операций в секунду. 

Далее развитие цифровой техники вычислений происходило быстрыми темпами. В 1949 г. по принципам Неймана английским исследователем Морисом Уилксом был построен первый компьютер. Вплоть до середины 50-х гг. в промышленном масштабе выпускались ламповые машины.    Однако научные исследования в области электроники открывали все новые перспективы развития. Ведущие позиции в этой области занимали США. В 1948 г. Уолтер Браттейн и Джон Бардингриз компании ATamp;T изобрели транзистор, а в 1954 г. Гордон Тил из компании Texas Instruments применил для изготовления транзистора кремний. С 1955 г. стали выпускаться компьютеры на транзисторах, имеющие меньшие габариты, повышенное быстродействие и пониженное потребление энергии по сравнению с ламповыми машинами. Сборка компьютеров проходила вручную под микроскопом.

Применение транзисторов ознаменовало переход к компьютерам второго поколения. Транзисторы заменили электронные лампы, и компьютеры стали более быстрыми и надежными (до 500 тыс. операций в секунду). Усовершенствовались и функциональные устройства — работы с магнитными лентами, памяти на магнитных дисках. 

В 1958 г. были изобретены: первая интегральная микросхема (Джек Килби — Texas Instruments) и первая промышленная интегральная микросхема (chip), автор которой Роберт Нойс основал в последствии (1968 г.) всемирно известную фирму Intel (INTegrated Electronics) компьютеры на интегральных микросхемах, выпуск которых был налажен с 1960 г., были еще более скоростными и малогабаритными. 

В 1959 г. исследователи фирмы Datapoint сделали важный вывод о том, что компьютеру необходим центральный арифметико-логический блок, который мог бы управлять вычислениями, программами и устройствами. Речь шла о микропроцессоре. Сотрудники Datapoint разработали принципиальные технические решения по созданию микропроцессора и совместно с фирмой Intel в середине 60-х гг. стали осуществлять его промышленную доводку. Первые результаты были не совсем удачными — микропроцессоры Intel работали медленнее, чем ожидалось.

В 1964 г. были разработаны компьютеры третьего поколения с применением электронных схем с малой и средней степенью интеграции (до 1000 компонентов на кристалл). С этого времени стали проектировать не отдельный компьютер, а скорее целое семейство компьютеров на базе применения программного обеспечения. Примером компьютеров третьего поколения можно считать созданные тогда американский IBM 360, а также советские ЕС 1030 и 1060. В конце 60-х гг. появились мини-компьютеры, а в 1971 г. — первый микропроцессор. Годом позже компания Intel выпускает первый широко известный микропроцессор Intel 8008, а в апреле 1974 г. — микропроцессор второго поколения Intel 8080. 
  С середины 70-х гг. были разработаны компьютеры четвертого поколения. Они характерны использованием больших и сверхбольших интегральных схем (до миллиона компонентов на кристалл). Первые компьютеры четвертого поколения выпустила фирма Amdahl Corp. В этих компьютерах использовались быстродействующие системы памяти на интегральных схемах емкостью несколько мегабайт. При выключении данные оперативной памяти переносились на диск. При включении проходила самозагрузка. Производительность компьютеров четвертого поколения — сотни миллионов операций в секунду. 

Также в середине 70-х появились первые персональные компьютеры.   Дальнейшая история развития компьютеров тесно связана с развитием микропроцессорной техники. В 1975 г. на основе процессора Intel 8080 был создан первый массовый персональный компьютер Альтаир. К концу 70-х гг., благодаря усилиям фирмы Intel, разработавшей новейшие микропроцессоры Intel 8086 и Intel 8088, возникли предпосылки для улучшения вычислительных и эргономических характеристик компьютеров. В этот период крупнейшая электротехническая корпорация IBM включилась в конкурентную борьбу на рынке и попыталась создать персональный компьютер на основе процессора Intel 8088. В августе 1981г. появился компьютер IBM PC, быстро завоевавший огромную популярность.

  С 1982 г. ведутся разработки компьютеров пятого поколения. Их основой является ориентация на обработку знаний. Ученые уверены в том, что обработка знаний, свойственная только человеку, может вестись и компьютером с целью решения поставленных проблем и принятия адекватных решений. 

В 1984 г. фирма Microsoft представила первые образцы операционной системы Windows. Американцы до сих пор считают это изобретение одним из выдающихся открытий XX в. 

Таким образом мы можем видеть что история развития информационных технологий огромна, но и сегодня нельзя сказать что информационные технологии пришли на пик своего развития.

   Модернизация и дальнейшее развитие не только производственного сектора но и самой науки, требуют в свою очередь все более точного и совершенного измерения не только физических параметров но и структуры материала в целом.

 

 

 

 

 

 2. Развитие и модернизация информационных технологий промышленности.

 

 Как уже было отмечено ранее информационные технологии получили свое развитие задолго до того как в мир пришел технический прогресс. Однако  с развитием производства и науки информационные технологии так и не получили своего совершенного развития.

До настоящего момента не возможно получить абсолютно точного измерения которое не имело бы погрешностей в измерении физической величины.

  Даже эталонные приборы имеют пусть самую не значительную, погрешность, а о приборах среднего класса и говорить не приходится. Что в свою очередь сказывается не только на производстве различных деталей и узлов, но и на создании более совершенных, точных машин. Однако этот аспект касается не только производства в целом, но и науки, ведь как известно наука и производство совершенно не разделимы.

  На сегодняшний день ведутся огромные разработки не только в получении новых материалов, но и  в изучении  уже полученных, их усовершенствование и модернизации. Что в свою очередь не возможно без высоко точного измерения параметров этих материалов.

Однако если оглянутся немного назад можно с легкостью увидеть, создавая информационные технологии , мы искали, изобретали лишь  способы, методы и инструменты для получения информации.

  По сути, что такое информация - это энергия, которая существует в разных формах, излучаемая самим материалом, но на сегодняшний  день нет определенного способа для получения этой энергии в не искаженном виде. Представим себе два мира, мир в котором живем мы - это макромир, и мир который нас окружает каждый день, но мы не можем видеть, что в нем происходит, это микромир. Однако если мы не видим микромира, это не говорит о том, что в нем не чего не происходит. Частицы этого мира каждый день рождаются, проживают свою жизнь и умирают, при этом они выделяют энергию, которая может рассказать нам, как они прожили эту жизнь.

  Хорошим примером может служить наше солнце. Вы спросите: что общего может быть между солнцем и измерением? Начнем с того что солнце - это, в первую очередь, газ водород; термоядерные реакции происходящие в нем рассказывают нам о том какие элементы в нем родились, какие были, какое количество энергии было выделено в тот или иной период, что говорит об активности.

Другим примером может служить нагревание стали в печи. Мы не раз наблюдали, как при повышении температуры цвет стали меняется , что говорит об активности в ее структуре. Однако на сегодняшний день мы по цвету нагреваемого метала и излучаемому спектру можем лишь сказать о температуре и составе этого метала, остальная информация для нас не досягаема.

  На сегодняшний день в сфере приборостроения разработано огромное количество различных приборов, датчиков и преобразователей которые заинтересуют огромный круг потребителей, но как не печально об этом говорить все они имеют свой класс точности. А так же ограничения по применению, это касается и температуры среды, влажности, давлению и т.д. Что само по себе подталкивает к нахождению другого способа для получения информации, таким способом может стать энергия излучаемая самим материалом.

  Однако это лишь часть огромного развития нового  направления, как уже было отмечено, существует огромное количество разнообразной техники, которая собирает, преобразует информацию. Да, они быстро действенны, и имеют не очень большую погрешность, но все же это имеет место быть, а технологии по созданию микросхем для измерительных машин сложны, не только в исполнении, но и в получении материала для микросхем.

  Это уже само по себе  говорит о  необходимости развития нового направления  в получения информации об объекте, а также усовершенствование методов преобразования энергии тела в цифру , так называемый параметр.