Развитие науки и техники способствует возрастанию потребностей в вычислительной технике, а ее применение в свою очередь вызывает рост знаний и совершенствование технологий. Первоначально цель конструирования ВТ состояла в освобождении человека от однообразной рутинной работы, способствуя тем самым развитию в его деятельности творческого начала. Улучшение технологии производства позволило уже в 1821 году приступить к выпуску партиями в несколько сотен штук в год счетных машин, названных их создателем К. Томасом - арифмометрами. С томас-машин началось реальное практическое применение вычислительных устройств.
Значительное влияние на развитие вычислительной техники оказали изобретения и открытия, сделанные в России. Наиболее ранним из известных счетных устройств в России была машина Е. Якобсона, созданная в конце 18 века. В дальнейшем широкую известность получили счетные приборы Ф. Слободского (1828 г.), З. Слонимского (1845 г.), И. Штоффеля (1846 г.), счисслитель Куммера (1846 г.), самосчеты В. Бунявского (1867 г.), устройство Ю. Дьякова (1874 г.), арифмометр П. Чебышева (1878 г.). Особую роль сыграло изобретение арифмометра с зубчаткой с переменным числом зубцов В. Однером (1870-1880 гг.). Арифмометры Однера, выпуск которых был налажен в 90-х годах XIX века в России, получили распространение во всем мире и в первой четверти XX века были основными математическими машинами, которые применялись во многих областях деятельности человека.
Создание подобных устройств значительно облегчало труд человека при проведении вычислений. Однако уже в начале XIX века зарождались принципиально новые концепции вычислительных машин, осуществленные в достаточной степени лишь в следующем веке при создании электронной вычислительной техники. Это направление связано с именем крупного английского математика Ч. Бэббиджа. Он предвосхитил идею и принципы устройства программно - управляемой автоматической машины, предназначенной для выполнения различных вычислений.
С аналитической машиной Бэббиджа связано и зарождение программирования. Первые программы для одноадресной машины были разработаны леди Лавлейс. В ее работах были заложены многие идеи современного программирования. В 1888 г. Голлерит создал машину, в которой был применен электрический ток для расшифровки информации, нанесенной с перфокарты.
Первые универсальные цифровые вычислительные машины были созданы в 30-40-х годах нашего столетия. Наиболее значительные успехи в этот период связаны с именами К. Цуге, Г. Айкена, Дж. Стибица, Дж. Маучли, Дж. Эккерта.
В 1936 году немецкий инженер К. Цуге приступил к конструированию машины с программным управлением на механических элементах. В 1941 году такая машина была создана. Это была первая в мире универсальная цифровая вычислительная машина с программным управлением.
В период с 1939 по 1944 гг. Айкеном в США была сконструирована ЦВМ с программным управлением на релейных и механических элементах. В 1938 году было продемонстрировано дистанционное управление машиной на электромеханических реле (Белл-1), разработанной Д.Стибицем. В 1942 году им было сконструировано устройство с программным управлением (Белл-П).
В 1945 году в США были закончены работы под руководством Д. Маучли и Д. Эккерта по созданию первой электронной ЦВМ, получившей название ЭНИАК.
Анализ сильных и слабых сторон ЦВМ ЭНИАК позволил сформулировать основные концепции организации электронных ЦВМ. Основные рекомендации заключались в необходимости использования двоичной системы счисления, иерархической организации памяти машины, создания арифметического устройства на основе схем, реализующих операцию сложения и др. Одной из главных концепций был принцип хранимой программы - программа хранится в памяти машины точно так же, как и числа. Это позволяет оперировать с закодированной в двоичном коде программой так же, как с числами, что дает возможность модифицировать программу по ходу вычислений. Был также предложен принцип параллельной организации вычислений, когда операции над числом осуществляются одновременно по всем его разрядам.
Градацию развития цифровой электронной вычислительной техники можно проводить с различных позиций - технологической, структурных решений, уровня развития средств программирования и т. д. Обычно в целях упрощения классификации периодов развития электронной вычислительной техники применяют термин "поколение", в соответствии с которым эволюция ЭВМ делится на четыре этапа.
Так ЭВМ первого поколения работали на лампах (1955 - 1960 гг.). В них был заложен последовательный во времени порядок функционирования отдельных устройств. Каждое устройство выполняет свои функции только часть общего времени, остальное время находилось в ожидании. Быстродействие машин было низкое, исчислялось килогерцами, они были ненадежны и потребляли большую мощность.
ЭВМ второго поколения (1960 - 1965 гг.) строились на транзисторах, при этом существенно повысилась надежность и снизилась потребляемая мощность.
ЭВМ третьего поколения строятся уже ни ИС средней степени интеграции. В структуры ЭВМ введены информационные каналы сопряжения, осуществляющие обмен информации между УВВ и ЗУ. При этом разгружается процессор, существенно повышается быстродействие.
ЭВМ четвертого поколения строятся уже на сверхбольших ИС (CБИС), также на сверхскоростных интегральных схемах (CCИС).
Появились так называемые модульные конструкции. Под модулем понимается любое устройство ЭВМ, способное функционировать самостоятельно, имеющее собственные цепи управления. Такая структура резко повышает надежность ЭВМ благодаря резервированию ее конструкции модулями нужных устройств.
Повышение производительности и одновременно ускорения решения задач достигается разбиением их на отдельные независимые части и параллельной обработкой одновременно на нескольких процессорах.
Для компьютеров пятого поколения характерен переход от структуры классических ЭВМ с одним потоком последовательно выполняемых команд к новым архитектурам, в которых особый упор делается на параллельную обработку данных.
Существуют системы, имеющие десятки процессоров или потоков обработки, но в будущем технический прогресс в области разработки ЭВМ обеспечит одновременное функционирование сотен, тысяч процессоров в составе одной вычислительной системы. На первый план выдвигается еще одна особенность ЭВМ параллельной обработки информации, присущая машинам с многопроцессорной архитектурой - устойчивость к отказам. Хотя некоторые параллельные многопроцессорные системы создаются исключительно для получения высокого быстродействия, целый ряд систем этого типа предназначен для повышения производительности, для непрерывной обработки информации.
В настоящее время число ЭВМ, используемых на промышленных предприятиях и в учреждениях, быстро растет. Увеличиваются и информационно-вычислительные ресурсы этих машин. Активное использование компьютеров приводит к разобщению пользователей. Поскольку, люди, работающие в одной организации, часто используют ЭВМ для решения единого комплекса задач, возникает необходимость организации связи между этими машинами для совместного использования вычислительных ресурсов и данных. Одним из путей решения этой проблемы является объединение ЭВМ в локальные сети. В зависимости от поставленных задач, используются те или иные локальные сети.
Специфика современной ситуации в вычислительной технике заключается в том, что смена поколений программного обеспечения происходит существенно медленнее, чем смена аппаратуры. Сейчас широко используются компьютеры PENTIUM П - 350 и PENTIUM П - 400. Лимит скорости у них по сравнению с предыдущими компьютерами типа PENTIUM повысился с 66 до 100 МГц. Передача данных по новой шине занимает значительно меньше времени, поэтому приложения работают быстрее. На сегодняшний день отмечается стремительный рост аппаратных средств. Фирма INTEL выпустила PENTIUM Ш -500. Они имеют высокую производительность, кроме того, в него добавлено более 70 новых инструкций, которые предназначены для ускорения написанных в расчете на них игр, вспомогательных модулей INTERNET, графических приложений и программ распознавания речи. В перспективе готовятся к выпуску системы на базе 800 МГц процессоров.
В связи с дальнейшим совершенствованием вычислительной техники изменяются и требования к специалистам. Современный инженер должен обладать следующими качествами:
Первейшая задача инженерного образования развить эти четыре свойства. Фактические знания инженера. Физические науки - составляют существенную часть инженерного образования. Поэтому в программе обучения и существует несколько курсов физических наук. Для того, чтобы разработать комплекс приборов, устройств и технологических процессов инженер должен хорошо знать свойства материалов, законы движения, поведение жидкостей, превращения энергии и т.д. Знание основ физических наук лежит в основе инженерной технологии.
Знания, необходимые инженеру не ограничиваются физическими науками. Он должен знать инженерную технологию. Остановимся на двух наиболее важных частях этой области знаний - прикладные знания физических наук и систематизированные эмпирические знания.