Комп’ютери в медицині трохи історії
У давнину далекі предки сучасної людини винаходили різні інструменти рахунку. Можна припустити, що ранніми і найпростішими пристосуваннями були різноманітні предмети. Наприклад, дерева та каміння. Серед ранніх, зручних та універсальних інструментів рахунку давніх можна назвати і пальці рук. Використання їх заклало основу десятковій цифровій системі, що широко поширилася. Така примітивна «обчислювальна машина» знаходить застосування і в даний час.
Еволюція людини супроводжувалася винаходом найрізноманітніших предметів. Серед них були й лічильні прилади. Деякі з них досягли такої досконалості, простоти та надійності, що служать уже багато століть. Так, наприклад, у Китаї близько 4–5 тис. років тому було відоме пристосування, яке дуже нагадує українські рахунки. Хоча винахід останніх і відноситься до пізнішого періоду, датою їх народження можна вважати кінець XIII - початок XIV століття.
На початку XVII століття з'явилися перші пристрої, що полегшують рахунок. У тому числі палички, чи «кістки» Непера (1617). Вони дозволяли робити навіть множення. Прийнято вважати, що в цьому столітті були розроблені різні варіанти пристроїв, відомих як логарифмічні лінійки. Автора цього винаходу назвати важко. Відомо лише, що воно з'явилося одночасно в різних країнах, мало багато спільних рис, хоч і було створено різними людьми.
У XVII столітті робляться перші спроби конструювання складних механічних рахункових машин. Серед їхніх творців Г. Лейбніц та Б. Паскаль – визначні математики тієї епохи. Найбільшим внеском у розвиток обчислювальних машин стали інженерні рішення В. Шиккарда (1623). Його проект підсумовуючої машини можна сміливо назватипрообразом механічних та електромеханічних машин, що набули великого поширення в 50-70-ті роки нашого століття.
Механізація рахункових операцій удосконалювалася. Вже 1812 року Ч. Беббидж винаходить механічну обчислювальну різницеву машину. Однак він не зупиняється на досягнутому і з 1820 по 1856 продовжує пошуки оригінальних рішень. Його кінцева мета – створити машину, здатну як вирішувати складні математичні завдання, а й зберігати отримані дані, виконувати набори команд і навіть друкувати відповідь. На жаль, ідеї винахідника випереджали технічні можливості доби, в якій він жив. Особливо це виявилося під час його робіт над «аналітичною машиною». Ця машина мала автоматично проводити серію арифметичних дій у певній послідовності. Багато теоретичних розробок, елементів цього винаходу дуже близькі до конструкцій сучасних електронно-обчислювальних машин (ЕОМ). Хоча Ч. Беббідж не міг отримати реальних результатів, але понад сто років тому передбачав вимоги до їхньої архітектури.
Серед великих досягнень – винахід першого арифмометра 1874 року українським інженером В. Однером. Більше століття він був важливим засобом малої механізації обчислювальних робіт.
Серед винахідників минулого сторіччя особливе місце посідає Г. Холлеріт. Він розробив технічні основи, які й досі використовуються в табуляторах та лічильно-перфораційних машинах.
Безперечно, творці механічних лічильних та перфораційних машин заклали основи для розвитку сучасних електронно-обчислювальних. Механічні машини уособлювали все нове та передове своєї епохи. Однак їхня швидкодія повністю залежала від швидкості працюючих механічних частин. За один робочий день на цих машинах можна буловиконувати лише 1500–2000 арифметичних операцій.
Швидкість рахунку почала стрімко зростати з появою перших ЕОМ. Це стало можливим завдяки трьом важливим технічним нововведенням цього століття. По-перше, електронний перемикач, по-друге, цифрове кодування інформації, по-третє, створення пристроїв штучної пам'яті.
Датою народження перших цифрових ЕОМ вважається 1944 і 1945 роки, коли американцями були створені машини "Марк-I" та "Еніак".
Машина "Марк-I" була не тільки громіздкою, а й важкою. Важила вона більше 5 т. Набагато перевершувала її і перша електронно-лічильна машина «Еніак». Ось її коротка характеристика: маса 30 тонн, складається з 70 блоків, містить 19 тисяч вакуумних ламп, швидкодія – 5000 операцій на 1 с, ємність оперативної пам'яті – 20 десятизначних цифр. Застосування її для вирішення перших завдань розкрило перед дослідниками її гідності. Так, загальні витрати часу для їх вирішення склали 2 тижні, час на обчислення - 2 год. При традиційних формах рішення знадобилося б не менше 100 людино-років.
У нашій країні під керівництвом академіка З. А. Лебедєва вітчизняна ЕОМ було створено 1951 року. Мала електронна лічильна машина (МЕСМ) мала швидкодію 2–3 тисяч операцій в 1 с. Надалі швидкість операцій у ЕОМ першого покоління досягла 10-20 тисяч операцій на 1 с. Заміна електронних радіоламп, що використовувалися в цих машинах, на напівпровідники та тверді схеми дала новий імпульс у прискоренні їхньої швидкодії. ЕОМ другого покоління виконували вже до 100 тисяч операцій на 1 с. Вітчизняні машини «Урал-11, 14, 16», «Мінськ-32» та «БЕСМ-6» дозволяли вже вирішувати планово-економічні та управлінські завдання.
Після винаходом транзисторів з'явилися перші інтегральні мікросхеми.Вже перші крихітні платівки силікону (чіпи), що складаються із з'єднаних між собою транзисторів, резисторів та конденсаторів, зробили буквально революцію у конструкції комп'ютерів. Якщо перші інтегральні мікросхеми складалися лише з кількох транзисторів кожна, то стрімкий розвиток техніки дуже швидко дозволило розміщувати спочатку десятки, та був і сотні цих елементів на чіпі розміром кілька квадратних міліметрів.
Внаслідок таких удосконалень різко змінилися і технічні характеристики одного чіпа. Лише за одне десятиліття (1970-1980) обсяг пам'яті одного напівпровідникового чіпа зріс від 4 до 64 кілобайт. Наприкінці 80-х років американська фірма «ІБМ» сконструювала чіп ємністю 1 мегабіт (1 мільйон біт) і передбачає найближчим часом довести його ємність до 4 мегабіт.
Використання інтегральних схем дозволило довести швидкодію ЕОМ єдиної системи до 1 мільйона операцій на 1 с.
Головна особливість цих машин третього покоління – «родина». Окремі їх блоки виробляються різними країнами РЕВ у межах науково-технічного співробітництва та інтеграції. Так, наприклад, ЕОМ моделі ЄС-1020 розроблено фахівцями із Чехословаччини, а ЄС-1040 – НДР, ЄС-1060 – радянськими. Усі моделі між собою сумісні. Вони відрізняються один від одного тільки за продуктивністю, швидкодією та обсягом запам'ятовуючих пристроїв.
У 80-ті роки відкриття та досягнення фізики та хімії, матеріалознавства та математики, програмування та електроніки дозволили вченим підкорити ще зовсім недавно недоступну вершину. Група радянських учених розробила супер-ЕОМ «Ельбрус-2», здатну виконувати 100 мільйонів операцій на 1 с. Цю машину створили спеціалісти Інституту точної механіки та обчислювальної техніки ім. С. А. Лебедєва. Досвід,накопичений при її проектуванні, дозволив вже впритул підійти до реалізації ще більш фантастичного проекту – ЕОМ, здатної досягти швидкодії 1 мільярд операцій.
Звичайно, наша уява важко може уявити таку кількість операцій всього за 1 с. Однак і це не межа. Фахівці стверджують, що обчислювальна техніка вже найближчими роками буде здатна здійснювати до 10 мільярдів різноманітних математичних дій.
«До комп'ютерів зараз такі вимоги, що вони мають вирішувати свої завдання або дуже швидко, або не братися за них взагалі. Тому що насправді це не кількість для ЕОМ – мільярд, а якість. Тільки так швидкодіючі машини здатні виконувати такий обсяг операцій у так званому «реальному масштабі часу». Приклад? Завдання щодо обробки величезного обсягу метеорологічних даних, які мають бути вирішені блискавично. Адже нас задовольнить навіть абсолютно точний прогноз погоди, виданий ЕОМ, але. минулого тижня. Уявіть, що на запитання, скільки буде двічі по два, кишеньковий калькулятор відповідав би годину. Тоді він би нам був просто не потрібен».
Безперечно, створення таких супер-ЕОМ значно розширює горизонти використання обчислювальної техніки у науці та практиці. «Ельбруси» зможуть вирішувати складні завдання медицини та охорони здоров'я, дозволять точніше та швидше ставити діагноз, прогнозувати епідемії. Їхні технічні можливості особливо важливі при розробці загальнодержавної мережі ЕОМ, у створенні різноманітних національних банків інформації. Адже ЕОМ цього покоління задовольняють безлічі суперечливих умов.
Серед останніх досягнень творців комп'ютерної техніки слід назвати «Машину зв'язку», розроблену Хіллісом із Кембриджу. Цей комп'ютер може вироблятикілька мільярдів операцій на 1 с. «Машина зв'язку» має кілька безперечних переваг у порівнянні з іншими суперкомп'ютерами. По-перше, вона розміщується в пластиковому кубі з довжиною грані всього в 1,5 м, по-друге, дешевше майже в 4 рази і, по-третє, значно перевищує швидкість рахунку.