Четвертое поколение

Этапы эволюции взаимоотношения «человек-машина» представляются следующими: от прямого использования ЭВМ одним программистом, в рас­поряжении которого представлены все ресурсы машины, – через мульти­программирование, когда программист полностью отстранен от машины, – к системам разделения времени и разговорному режиму, когда много прог­раммистов, сидя за своими индивидуальными пультами, управляют ходом решения своих задач независимо друг от друга и одновременно используют мощности ЭВМ.

Особенности ЭВМ четвертого поколения позволяют значительно расширить состав программного обеспечения и перейти к программному обеспечению (ПО), позволяющему отказаться от традиционного программирования и организовать работу с машиной в форме диалога между потребителем и ЭВМ. Это дает возможность значительно расширить круг решаемых задач, включив в него проектирование предприятий, тех­нологических линий больших систем. При этом результаты решения выдаются в виде комплектов чертежей, технологических карт, инструк­ций и описаний.

Поставлена задача о необходимости как можно скорее переходить к практике разработки, поставки, сборки и наладки у потребителей полных комплексов технических и программных средств, составляющих законченные автоматизированные системы обработки данных различного класса. Одним из наиболее перспективных направлений в развитии общего программного обеспечения ЭВМ этого поколения является разработка пакетов прог­рамм, расширяющих функции операционных систем. С этих позиций следует отметить разработанные в 1976 г. пакеты KAMA (для управления телеобра­боткой данных) и ОКА (для управления базами данных). В ВЦ АН СССР разработана диалоговая информационно-логическая система ДИЛОС.

Эффективность использования средств вычислительной техники в значи­тельной степени зависит от того, насколько совершенны способы разработки программ. Особого внимания заслуживает разработанный в 1976 году пакет программ, позволяющий автоматизировать технологию разработки программ – пакет RTK.

Структурные особенности машин четвертого поколения должны обеспечи­вать возможность объединения ЭВМ в многомашинные комплексы с развитыми устройствами обмена информацией внутри системы с большим количеством внешних каналов, с телефонными и телеграфными линиями, прямой связью с источниками информации. Они будут способствовать дальнейшему развитию понятий виртуальной памяти и усложнению ее структуры, улучшению способов отображения вир­туальной памяти на физическую. Встают задачи создания архивов данных и средств визуального отображения, организации сложных операционных систем, организации поиска, хранения и зашиты данных.

Программное обеспечение усложняется в связи с повсеместным введением интерактивных вычислений – использование режима разделения времени,

В целом, программное обеспечение четвертого поколения предусматривает обеспечение телеобработки, разработку диалоговых систем коллективного пользования, совершенствование систем управления данными путем обеспечения создания банка данных, обеспечения типовых многопроцессорных и многомашинных систем. Программное обеспечение содержит программы автоматичес­кого программирования. То есть специалист будет задавать задачу машине примерно так, как он ее обычно задает программисту, и не будет знать истинного алгоритма решения. Истинный алгоритм ее решения будет строить машина.

От поколения к поколению ЭВМ, стоимость электронных компонентов в вычислительных системах постоянно уменьшается, а затраты на программную часть неуклонно возрастают. По данным американских специалистов в 1965 году доля программного обеспечения составляла 5% от общей стоимости вычислительной системы, в 1976 г. – 75%, а к 1985 г., порой, превышала 90%. Стоимость выполнения одной команды за 10 лет, начиная с 1977г., снизилась на два порядка, а произ­водительность программистов по-прежнему возрастала мало: примерно на З% в год.

Стала проявляться обратная тенденция замена как можно большей части программных средств аппаратными средствами. Простые и часто повторяющиеся программные процедуры оказываются кандидатами на аппаратную реализацию. Системы программного обеспечения, базирующиеся на новом, более сложном оборудовании, также постоянно усложняются, поскольку в них включаются все новые и новые возможности. Поначалу аппаратная часть новых поколений вычислительных машин росла за счет блоков деления, арифметики с плавающей запятой, косвенной адресации и каналов внешних устройств. В последующий период были добавлены:

• схемы для преобразования адресов по описателям (дескрипторам);

• средства для мультипрограммирования и многопроцессорности;

• разнообразные (реализованные, как правило, микропрограмм образом) макрокоманды;

• аппаратное управление памятью иерархической структуры;

• аппаратура для примитивного планирования.

Вопросы системного программирования достигли предела сложности и трудоемкости, что начинает тормозить создание современных вычислительных комплексов. Поэтому принимается единый интегральный подход к проектированию новых ЭВМ и их программного обеспечения. Главная зада­ча состоит в оптимальном сбалансировании аппаратных и программных возможностей для обеспечения наибольшей производительности работы системы «человек-машина». Основным путем сокращения затрат и сроков создания программного обеспечения является усиление технических возможностей самих ЭВМ за счет аппаратной реализации более сложных элементов алгоритмических процессов.

В ЭВМ иногда стала чаще использоваться интерпрета­ция, при которой программа, в процессе ее выполнения, остается записан­ной в исходном языке, а специальная программа-интерпретатор просматри­вает кусок за куском исходную программу и формирует последовательности машинных команд, выполняющих работу.

Преимущества интерпретации проявляются особенно заметно, когда интерпретирующая система встраивается в конструкцию ЭВМ, а не приклады­вается к ней в виде специальных программ. Были сконструированы в ЭВМ серии «Мир». При создании 4-го поко­ления ЭВМ это направление становится все более популярным. Его реализации фактически приводит к тому, что машинные языки подтягиваются на уровень языков пользователя, открывая новые возможности их развития.

Основным средством общения с ЭВМ являются алгоритмические языки. Их количество и разнообразие неуклонно возрастает: уже в 1977 г. их было несколько тысяч. Все больше сил уделяется созданию программных процессоров реализации языков. Наиболее крупным проектом является проект многоязыковой системы программирования БЕТА, разработанной коллективом ВЦ СО АН СССР под руководством А.П. Ершова. Система ориентирована на языки Алгол-68, PL/1, SIMULA и др.

В производстве ЭВМ освоен и широко применяется метод микропрограм­мной реализации команд высокого уровня. Бурно развивается система памяти ЭВМ, претерпела существенные изменения их общая архитектура и ор­ганизация. Введена и реализована во многих ЭВМ виртуальная память наряду со страничной (сегментной) ее организацией. От программной страничной организации памяти постепенно идет переход к ее аппаратной реализации.

В целом, совершенствование программного обеспечения ставит перед собой следующие задачи:

• диалог человек-машина на любом языковом уровне;

• автоматическое исправление ошибок пользователей;

• получение пользователем информации любой степени подробности о состоянии вычислительного процесса и обрабатываемых данных;

• широкое использование принципа самоопределяемости данных;

• почти полное отсутствие ограничений на выбор удобного для пользо­вателей представления предложений языка;

• объединение и упрощение языков программированием, их ориентация на структурное программирование;

• схемная реализация программного обеспечения (его наиболее часто используемой части);

• изменение структуры операционной системы с целью создания ее иерархической конфигурации, включающей ядро;

• использование проблемно-ориентированных систем программирования;

• генерация программного обеспечения для решения классов задач;

• оптимизация программного обеспечения;

• комплексное рассмотрение проблем предприятия.

Все это значительно упрощает работу программиста, сокращая время трансляции, позволяет создавать многопультовый режим объединения, от­ладки и составления программы непосредственно за пультом. Время на от­ладку в машинах 4-го поколения сокращается примерно в 4 раза.

Подводя итоги, можно отметить следующие основные особенности поколений ЭВМ и их программного обеспечения. Первое поколение характеризуется решением одной задачи в данный момент времени в пассивном режиме (без вмешательства в процесс ее ре­шения пользователя). Алгоритм решения задачи – последовательный с фиксированной структурой. Второе поколение – решением набора задач в пассивном режиме. Третье – решением набора задач в активном режиме. Второе и третье поколения реализуют последовательно-параллельный алго­ритм (т.е. допускается совмещение операций ввода-вывода с другими операциями).

Появление четвертого поколения связано с переходом от решения одной задачи (или их набора) к решению сложной задачи-системы, т.е. совокуп­ности задач, связанных друг с другом, которые не допускают представле­ния в виде набора простых задач, и задача может быть решена лишь цели­ком. Вычислительные средства реализуют параллельно-последовательный алгоритм с автоматическим изменением их структуры. Изменение структуры вычислительных средств задается до начала решения задачи.

Пятое поколение позволяет решать еще более сложные системные задачи, известные под названием проблем искусственного интеллекта. Для их решения требуются вычислительные средства, способные обес­печить функционирование самоорганизующихся алгоритмов. Струк­тура вычислительных средств должна допускать изменения алгоритма управ­ления процессом вычислений в течение времени решения задачи.