Конспект занятия
Тема: «Классификация компьютеров»
Цель: Познакомить воспитанников с основными событиями, открытиями,
изобретениями, связанными с развитием информатики как в период до появления
компьютеров, так и в компьютерную эпоху. Рассмотреть критерии классификации
компьютеров.
План занятия:
- По каким критериям классифицируются компьютеры?
- На чем основана классификация по поколениям?
- Какими должны быть компьютеры пятого поколения.
- Какие существуют типы портативных компьютеров?
- Обучающий тест.
- Вопросы для самоконтроля.
Ход занятия
Рассказ педагога:
1. По каким критериям классифицируются компьютеры?
по этапам развития (по поколениям);
по архитектуре;
по производительности;
по условиям эксплуатации;
по количеству процессоров;
по потребительским свойствам
Поколение первое
Рисунок 1
Компьютеры на электронных лампах.
Компьютеры на основе электронных ламп появились в 40-х годах XX века. Первая
электронная лампа - вакуумный диод - была построена Флемингом лишь в 1904 году,
хотя эффект прохождения электрического тока через вакуум был открыт Эдисоном в
1883 году. Вскоре Ли де Форрест изобретает вакуумный триод - лампу с тремя
электродами, затем появляется газонаполненная электронная лампа - тиратрон, пятиэлектродная
лампа - пентод и т. д. До 30-х годов электронные вакуумные и газонаполненные
лампы использовались главным образом в радиотехнике. Но в 1931 году англичанин
Винни-Вильямс построил (для нужд экспериментальной физики) тиратронный счетчик
электрических импульсов, открыв тем самым новую область применения электронных
ламп. Электронный счетчик состоит из ряда триггеров. Триггер, изобретенный М.
А. Бонч- Бруевичем (1918) и - независимо - американцами У. Икклзом и Ф.
Джорданом (1919), содержит 2 лампы и в каждый момент может находиться в одном
из двух устойчивых состояний; он представляет собой электронное реле. Подобно
электромеханическому, оно может быть использовано для хранения одной двоичной
цифры.
Использование электронной лампы в качестве
основного элемента ЭВМ создавало множество проблем. Из-за того, что высота
стеклянной лампы 7 см, машины были огромных размеров. Каждые 7-8 мин. одна из
ламп выходила из строя, а так как в компьютере их было 15 - 20 тысяч, то для
поиска и замены поврежденной лампы требовалось очень много времени. Кроме того,
они выделяли огромное количество тепла, и для эксплуатации
"современного" компьютера того времени требовались специальные
системы охлаждения.
Чтобы разобраться в запутанных схемах
огромного компьютера, нужны были целые бригады инженеров. Устройств ввода в
этих компьютерах не было, поэтому данные заносились в память при помощи
соединения нужного штеккера с нужным гнездом.
Примерами машин I-го поколения могут служить Mark 1, ENIAC, EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic
Calculator). Первая
машина с хранимой программой UNIVAC (Universal Automatic Computer). Первый
экземпляр Юнивака был передан в Бюро переписи населения США. Позднее было
создано много разных моделей Юнивака, которые нашли применение в различных
сферах деятельности. Таким образом, Юнивак стал первым серийным компьютером.
Кроме того, это был первый компьютер, где вместо перфокарт использовалась
магнитная лента.
Рисунок 2
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer).
Считается первым универсальным электронным
компьютером. Создан в 1945 -1946 гг. в Высшем техническом училище
Пенсильванского университета группой под руководством Д. Мочли (John Mauchly) и
П. Эккерта (Presper Eckert). Предназначался для вычисления баллистических
таблиц для нужд
артиллерии.
ENIAC состоял из 17468 электронных ламп и
соединительных проводов, смонтированных на 40 панелях в комнате площадью 9х15
квадратных метров (масса - 30 т., энергопотребление - 150 кВт).
Рисунок 3
Возможности ENIAC: тактовая частота - 100
кГц, время выполнения операции сложения - 0.2 мс, время выполнения операции
умножения - 2.8 мс., емкость внутреннего запоминающего устройства - 20
десятизначных чисел.
Каждое изменение программы ENIAC требовало переключения сотен кабелей и
установку в нужное положение приблизительно 6 тыс. переключателей, на что
уходило два дня кропотливой ручной работы.
В новой машине EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer, демонстрация - 1947 г.) Д. Мочли
и П. Эккерт в качестве внутренней памяти предложили использовать ртутные линии
задержки для увеличения объема внутренней памяти, а также
ориентироваться на работу с двоичными числами, что позволяло
упростить конструкцию арифметического устройства.
Автором этой программы была офицер ВМФ США
Г. Хоппер (Grace Hopper), которая назвала ее компилятором (compiler).
Поколение второе
Рисунок 4
Транзисторные компьютеры. 1 июля 1948 года
на одной из страниц "Нью-Йорк Таймс", посвященной радио и
телевидению, было помещено скромное сообщение о том, что фирма "Белл
телефон лабораториз" разработала электронный прибор, способный заменить
электронную лампу. Физик-теоретик
Джон Бардин и ведущий экспериментатор фирмы Уолтер Брайттен
создали
первый действующий транзистор. Это был точечно-контактный
прибор, в котором три металлических "усика" контактировали с бруском
из поликристаллического германия.
Первые компьютеры на основе транзисторов
появились в конце 50-х годов, а к середине 60-х годов были созданы более
компактные внешние устройства, что позволило фирме Digital Equipment выпустить
в 1965 г. первый мини-компьютер PDP-8 размером с холодильник (!!) и стоимостью
всего 20 тыс. долларов (!!) . Созданию транзистора предшествовала упорная,
почти 10-летняя работа, которую еще в 1938 году начал физик теоретик Уильям
Шокли.
Применение транзисторов в качестве
основного элемента в ЭВМ привело к уменьшению размеров компьютеров в сотни раз
и к повышению их надежности. И все-таки самой удивительной способностью
транзистора является то, что он один способен трудиться за 40 электронных ламп
и при этом работать с большей скоростью, выделять очень мало тепла и почти не
потреблять электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп
транзисторами совершенствовались методы хранения информации. Увеличился объем
памяти, а магнитную ленту, впервые примененную в ЭВМ Юнивак, начали
использовать как для ввода, так и для вывода информации. А в середине 60-х
годов получило распространение хранение информации на дисках. Большие
достижения в архитектуре компьютеров позволило достичь быстродействия в миллион
операций в секунду! Примерами транзисторных компьютеров могут послужить
"Стретч" (Англия), "Атлас" (США). В то время СССР шел в
ногу со временем и выпускал ЭВМ мирового уровня (например "БЭСМ-6").
Коммерческий успех UNIVAC послужил толчком
технологической революции, которая основывалась на прогрессе в разработке быстродействующей
электроники и непрерывном совершенствовании языка общения
человека с машиной.
UNIVAC (Universal Automatic Computer) был
разработан в период 1946-1951 гг. и перво-начально предназначался для
Национального бюро переписи населения США. Этот компьютер имел объем
запоминающего устройства - 1000 72-битных слов, время сложения - 120 мкс, время
умножения - 1800 мкс.
UNIVAC был оснащен программой-компоновщиком, который по заданному
идентифи-катору осуществлял выборку нужной подпрограммы из специальной
библиотеки.
Поколение третье
Интегральные схемы. Подобно тому, как
появление транзисторов привело к созданию второго поколения компьютеров,
появление интегральных схем ознаменовало собой новый этап в развитии вычислительной
техники - рождение машин третьего поколения. Интегральная схема, которую также
называют кристаллом, представляет собой миниатюрную электронную схему,
вытравленную на поверхности кремниевого кристалла площадью около 10 мм2.
Первые интегральные схемы (ИС) появились в 1964 году.
Сначала они
использовались только в космической и военной технике.
Сейчас же их можно обнаружить где угодно, включая автомобили и бытовые приборы.
Что же касается компьютеров, то без интегральных схем они просто немыслимы!
Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной
технике. Ведь она одна способна заменить тысячи транзисторов, каждый из
которых, в свою очередь, уже заменил 40 электронных ламп. Другими словами, один
крошечный кристалл обладает такими же вычислительными возможностями, как и
30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а
габариты значительно уменьшились.
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего
поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем
производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации
смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к
росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных
задач.
Большинство созданных до этого ЭВМ
являлись специализированными машинами, на которых можно было решать задачи
какого-то одного типа
Поколение четвертое
Большие интегральные схемы. Вы уже знаете,
что электромеханические детали счетных машин уступили место электронным лампам,
которые, в свою очередь, уступили место транзисторам, а последние -
интегральным схемам. Могло создастся впечатление, что технические возможности
ЭВМ исчерпаны. В самом деле, что же можно еще придумать?
Чтобы получить ответ на этот вопрос,
давайте вернемся к началу 70-х годов. Именно в это время была предпринята
попытка выяснить, можно ли на одном кристалле разместить больше одной
интегральной схемы. Оказалось, можно! Развитие микроэлектроники привело к
созданию возможности размещать на одном-единственном кристалле тысячи
интегральных схем. Так, уже в 1980 году, центральный процессор небольшого
компьютера оказалось возможным разместить на кристалле площадью всего в
четверть квадратного дюйма (1,61 см2). Началась эпоха
микрокомпьютеров.
Каково же быстродействие современной
микроЭВМ? Оно в 10 раз превышает быстродействие ЭВМ третьего поколения на
интегральных схемах, в 1000 раз - быстродействие ЭВМ второго поколения на
транзисторах и в 100000 раз - быстродействие ЭВМ первого поколения на
электронных лампах.
К тому же, почти 40 лет назад компьютеры типа Юнивак стоили
около 2,5 млн. долларов. Сегодня ЭВМ со значительно большим быстродействием,
более широкими возможностями, более высокой надежностью, существенно меньшими
габаритами и более простая в эксплуатации стоит примерно 2000 долларов. Каждые
2 года стоимость ЭВМ снижается примерно в 2 раза.
Очень большую роль в развитии компьютеров сыграли две ныне
гигантские фирмы: Microsoft® и Intel®. Первая из них очень сильно повлияла на
развитие программного обеспечения для компьютеров, вторая же стала известна
благодаря выпускаемым ею лучшим микропроцессорам.
Какими должны быть компьютеры пятого поколения?
- Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров,
устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны
воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с
человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с
одного языка на другой.
- В компьютерах пятого поколения произойдёт качественный
переход от обработки данных к обработке знаний.
- Архитектура компьютеров будущего поколения будет
содержать два основных блока. Один из них - это традиционный компьютер.
Но теперь он лишён связи с пользователем. Эту связь осуществляет блок,
называемый термином "интеллектуальный интерфейс". Его
задача - понять текст, написанный на естественном языке и содержащий условие
задачи, и перевести его в работающую программу для компьютера.
- Будет также решаться проблема децентрализации вычислений
с помощью компьютерных сетей; как больших, находящихся на значительном
расстоянии друг от друга, так и миниатюрных компьютеров, размещённых на одном
кристалле полупроводника.
2. На чем основана классификация по поколениям?
(Приложение1.
Просмотр презентации, в которой освещены вопросы классификации по поколениям,
по условиям, по производительности и характеру использования.)
И воспитанникам предлагается обучающий тест, где они еще
раз смогут повторить материал урока.
3. Итог занятия
Вопросы для самоконтроля
- По каким признакам можно разделять компьютеры на классы и
виды?
- Как эволюционировала элементная база компьютеров от
поколения к поколению?
- Когда микрокомпьютеры стали доступны для широкого
домашнего применения?
- На основе каких технических элементов создавались
компьютеры первого поколения?
- Какую основную проблему перед разработчиками и
пользователями выдвинул опыт эксплуатации компьютеров первого поколения?
- Какая элементная база характерна для второго поколения
компьютеров?
- На какой элементной базе конструируются машины третьего
поколения?
- Для каких поколений компьютеров характерно широкое
использование интегральных схем?
- Какое быстродействие характерно для
машин четвёртого поколения?
- Что подразумевают под
"интеллектуальностью" компьютеров?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.