Цель урока: Познакомить учащихся 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 урока:
- 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 урока
Рассказ учителя:
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?
И учащимся предлагается обучающий тест, где они еще раз смогут повторить материал урока.
3. Итог урока
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?