Методическая разработка учебного занятия по информатике "История развития ЭВМ"

Методическая разработка учебного занятия по общеобразовательной дисциплине «Информатика»

по теме «История развития ЭВМ»

(для специальности 09.02.06 Сетевое и системное администрирование)

Технологическая карта учебного занятия

Учебная дисциплина: Информатика

Курс: 1

Тема занятия: История развития ЭВМ

Тип занятия: урок усвоения знаний на основе имеющихся.

Форма проведения: комбинированный урок.

Образовательные цели:

• сформировать систему теоретических знаний, раскрывающих понятие электронно-вычислительной машины, персонального компьютера, поколения ЭВМ, историю развития персональных компьютеров в России;

• активизировать познавательную деятельность студентов;

• продолжить формирование навыков самостоятельной работы на уроке;

• продолжить формирование знаний на основе использования межпредметных связей.

Развивающие цели:

• продолжить развитие креативного мышления, внимательности, речи, памяти, умения делать выводы;

• продолжить развитие интеллекта будущего специалиста;

• продолжить формирование мировоззренческой, социально-адаптированной личности.

Воспитательные:

• продолжить формирование профессионального самосознания;

• продолжить формирование личности конкурентоспособного специалиста.

Планируемые результаты:

Личностные результаты: формирование ответственного отношения к обучению на основе мотивации к обучению и познанию; формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками и взрослыми в процессе учебной деятельности

Метапредметные результаты: умение определять понятия, создавать обобщения, классифицировать, строить рассуждение, умозаключение и делать выводы; умение создавать, применять различные продукты для решения учебной задачи; умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности её решения; развитие ИКТ–компетенции.

Предметные результаты: знать: о развитии электронно-вычислительной техники; уметь: определять поколения ЭВМ по техническим характеристикам.

ОК.02. Осуществлять поиск, анализ и интерпретацию информации, необходимой для выполнения задач профессиональной деятельности.

ОК.09. Использовать информационные технологии в профессиональной деятельности.

ПК.1.2. Осуществлять выбор технологии, инструментальных средств и средств вычислительной техники при организации процесса разработки и исследования объектов профессиональной деятельности.

Основные методы обучения, используемые на занятии:

I этап – проверка готовности к уроку, сообщение темы и целей урока.

II этап – Актуализация опорных знаний:

– фронтальный опрос (выполнение проверочного тестирования).

III этап – Организация деятельности по изучению нового материала.

IV этап – Закрепление и обобщение изученного материала.

1. Перцептивные:

• словесный;

• наглядный;

• логический;

• индуктивный;

• дедуктивный.

1. Гностические:

   • репродуктивный;

   • частично-поисковый.

V этап – Заключение, подведение итогов.

Использование данных методов побуждают студентов к активному воспроизведению изученного материала по теме «История развития ЭВМ», более глубокому осмыслению и систематизации знаний по данной теме с учётом приобретенных знаний по дисциплине «Информатика» в рамках школьной программы.

Учебная деятельность организована с использованием тетрадей для работы с понятиями, таблицами, схемами. Это активизирует обучающихся к мыслительной деятельности, формирует навыки самостоятельной работы, что является важнейшим условием повышения качества усвоения нового материала и формирования профессиональных качеств личности будущего специалиста.

В процессе объяснения нового материала студенты должны быть чрезмерно внимательны, т.к. для выполнения практического задания им необходима будет информация, изученная на занятии.

Материально-техническое и учебно-методическое оснащение занятия:

• ноутбук;

• персональный компьютер;

• раздаточный дидактический материал – тестовые задания, рабочая тетрадь, теоретический материал;

• рекомендации по контролю и оценке знаний студентов.

Межпредметные связи: Архитектура аппаратных средств, Технические средства информатизации.

Ход занятия

Приложение 1

Тестовые задания для актуализации знаний по теме «Требования охраны труда и техники безопасности при работе с персональным компьютером, периферийным, мультимедийным

оборудованием и компьютерной оргтехникой»

Вариант №1

Тестовые задания для актуализации знаний по теме «Требования охраны труда и техники безопасности при работе с персональным компьютером, периферийным, мультимедийным оборудованием и компьютерной оргтехникой»

Вариант №2

Эталоны ответов

Критерии оценки

Правильный ответ – 1 балл, неверный – 0 баллов

• 8-10 баллов – 80-100% – оценка 5 «отлично»;

• 6-7 баллов – 60-70% – оценка 4 «хорошо»;

• 5 баллов – 50% – оценка 3 «удовлетворительно»;

• 1-4 балла – ниже 50% – оценка 2 «неудовлетворительно».

Приложение 2

Вводный тест: «Верите ли Вы, что…» по теме «Поколения ЭВМ»

Вводный тест: «Верите ли Вы, что…» по теме «Поколения ЭВМ»

П риложение 3 Путеводитель по предыстории компьютеров

Путеводитель

«Предыстория

компьютеров»

Экспонат №1 «______________________»

______________ – первое счетное приспособление, которое стал применять человек.

Первое письменное упоминание об абаке появилось в ___________ у древнегреческого историка _______________.

Виды абака:

– римский абак – камешки перекладывали на глиняной доске;

– китайский суан-пан – представлял собой раму с нанизанными косточками: в одной части пять косточек (единицы), в другой – две косточки (пятерки);

– японский соробан – содержал соответственно одну и четыре косточки;

– русские счеты – использовалось десять костяшек.

Э кспонат №9 «____________________________»

Разработчиком первых электромеханических машин был немецкий инженер ____________ _____. Цузе понял, что вычисление – универсальное понятие, что это просто преобразование данных, которые можно представить в виде комбинации двоичных разрядов. Выбор двоичной системы позволял использовать реле, принимающие только два положения – «открыто» и «закрыто».

П ервая полностью механическая машина Z1 была построена в 1936-1938 гг. Управление ею осуществлялось от перфоленты, на которую записывались команды программы. Память имела объем 16 чисел по 24 бит.

В 1939 году Цузе построил небольшую машину Z2, оперировавшую с 16-разрядными двоичными числами с фиксированной точкой.

В 1941 году была разработана машина Z3, работавшая уже на электромеханических реле. Исходные данные задавались с клавиатуры, а результаты вычислений высвечивались на специальном табло. Z3 использовалась для весьма трудоемких расчетов, связанных с определением прочности конструкций самолетов.

В 1942-1945 гг. Конрад Цузе разрабатывает машину Z4. Память на 1024 слова была в ней механической, но длина чисел увеличивалась до 32 бит. До 1950 года Z4 оставалась единственным работающим компьютером в Европе.

Экспонат №2 «____________________________»

_ __________________________ – аналоговое вычислительное устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций, в том числе ____________ и __________ чисел, возведение в степень, вычисление квадратных и кубических корней, вычисление тригонометрических функций и логарифмов.

Первый вариант линейки разработал английский математик-любитель ____________________ в 1622 году.

Виды логарифмической линейки

Экспонат №3 «____________________________»

Желая помочь отцу в сложных расчетах, ________________ в 1642-43 гг. разработал ________________ __________________, позволяющую складывать числа в десятичной системе счисления.

Механический ________________ осуществлял сложение чисел на дисках-колесиках.

Десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами дисков, на которых были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошках. Диски имели один удлиненный зуб, что позволяло учесть при сложении перенос единицы в следующий разряд.

Всего было разработано около ______ экземпляров машин, и только несколько штук он смог продать.

Вид арифметической машины Блез Паскаля

Экспонат №8 «____________________________»

В 1887 году инженер __________________________________ опробовал первый табулятор в статистическом бюро Балтимора.

Машина Холлерита включала:

– клавишный ___________________, позволяющий пробивать (перфорировать) около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах;

- машину для сортировки, которая представляла собой набор ящиков с крышками;

- _____________, который работал аналогично сортировке, только замыкание электрической цепи приводило к увеличению показаний соответствующего счетчика на единицу.

Перфокарты были размером с долларовую бумажку и имели 12 рядов по 20 позиций для перфорации.

В ______ году Герман Холлерит основал фирму по производству табуляторов, которая позже после слияния с другой фирмой стала называться IBM и сегодня является одним из наиболее успешных предприятий в области компьютерной техники.

Экспонат №7 «____________________________»

_ ______________________(дочь поэта лорда Джорджа Байрона) – соратница Чарльза Бэббиджа по разработке Аналитической машины.

Ада Лавлейс – первый в истории программист – составляла программы на перфокартах. Предложила способ возврата одной или нескольких «отработанных» перфокарт из ящика-приёмника обратно в ящик-источник для последующего считывания и выполнения действий. Таким образом, стало возможно многократно повторять целые участки программ, т.е. организовывать программные циклы.

В честь Ады Лавлейс был назван один из языков программирования – язык ______.

INCLUDEPICTURE "http://www.krona.org.ua/assets/images/news/Ada-Lavlece-Bebidj.jpg" \* MERGEFORMATINET INCLUDEPICTURE "http://www.krona.org.ua/assets/images/news/Ada-Lavlece-Bebidj.jpg" \* MERGEFORMATINET

Экспонат №4 «____________________________»

Н емецкий математик Готфрид Вильгельм _____________ в _____ году изобрел собственное устройство, которое не только складывало, но и умножало числа.

В машине каждый разряд имел собственный механизм, связанный с механизмами соседних разрядов. Лейбниц использовал шаговые _____________ – цилиндры с девятью зубцами разной длины (длина зубца увеличивалась по возрастающей). Когда барабан поворачивался, связанное с ним передаточное колесо с 10 зубцами поворачивалось от 0 до 9 в зависимости от его позиции по отношению к барабану (колесо могло перемещаться по оси вдоль шагового барабана). Так Лейбниц использовал операцию «________» для поразрядного умножения чисел. Данный метод лег в основу всех механических ________________ последующих веков.

Вид арифметической машины Лейбница

Экспонат №5 «____________________________»

В 1801 году во Франции сын лионского ткача ________________ _________________________ создал автоматический ткацкий станок, управляемый ___________________. Наличие или отсутствие отверстий в карте заставляло нить подниматься и опускаться при каждом ходе челнока. Таким образом, поперечная нить могла обходить продольную с той или иной стороны в зависимости от программы на перфокарте. Этот станок был первым массовым промышленным устройством, работающим по заданной программе.

Идея перфокарт произвела переворот не только в ткацком деле, но и в дальнейшей разработке счетных машин.

Вид арифметической машины Лейбница

Экспонат №6 «____________________________»

_______________________, английский математик и изобретатель в 1823 году начал разработку Разностной машины. Машина должна была автоматизировать процесс составления таблиц разностей многочленов.

В _____ году Бэббидж задумал создать принципиально новую машину, способную выполнять различные действия в соответствии с предварительно составленным планом работ – программой.

В ____ году Бэббидж представил схему аналитической машины, она состояла из трех блоков:

– ________ – память для хранения чисел на регистрах, состоящих из механических колес;

– ___________ – блок для выполнения арифметических операций;

– устройство для ______________________________, осуществления выборки чисел из памяти, выполнения вычислений и вывода результатов.

По сути, Бэббидж описал архитектуру машины, практически соответствующую архитектуре современных ЭВМ.

Вид аналитической машины Беббиджа

Приложение 4 Описание поколений ЭВМ

I поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1946-1955 гг.

Первое поколение ЭВМ – ламповые машины 50-х годов. Скорость счета самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), то они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчетов, не связанных с переработкой больших объемов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим. Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех.

Принято считать, что первое поколение ЭВМ появилось в ходе Второй мировой войны после 1943 года, хотя первым работающим представителем следовало бы считать машину V-1 (Z1) Конрада Цузе, продемонстрированную друзьям и Гг родственникам в 1938 году. Это была первая электронная (построенная на самодельных аналогах реле) машина, капризная в обращении и ненадёжная в вычислениях. В мае 1941 года в Берлине, Цузе представил машину Z3, вызвавшую восторг у специалистов. Несмотря на ряд недостатков, это был первый компьютер, который, при других обстоятельствах, мог бы иметь коммерческий успех.

Однако первыми ЭВМ считаются английский Colossus (1943 г.) и американский ENIAC (1945 г.). ENIAC был первым компьютером на вакуумных лампах.

ЭВМ первого поколения в качестве элементной базы использовали электронные лампы и реле; оперативная память выполнялась на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках. Элементная база первых вычислительных машин – электронные лампы – определяла их большие габариты, значительное энергопотребление, низкую надежность и, как следствие, небольшие объемы производства и узкий круг пользователей, главным образом, из мира науки. В таких машинах практически не было средств совмещения операций выполняемой программы и распараллеливания работы различных устройств; команды выполнялись одна за другой, АЛУ простаивало в процессе обмена данными с внешними устройствами, набор которых был очень ограниченным. Объем оперативной памяти БЭСМ-2, например, составлял 2048 39-разрядных слов, в качестве внешней памяти использовались магнитные барабаны и накопители на магнитной ленте. Очень трудоемким и малоэффективным был процесс общения человека с машиной первого поколения. Как правило, сам разработчик, написавший программу в машинных кодах, вводил ее в память ЭВМ с помощью перфокарт и затем вручную управлял ее выполнением. Электронный монстр на определенное время отдавался в безраздельное пользование программисту, и от уровня его мастерства, способности быстро находить и исправлять ошибки и умения ориентироваться за пультом ЭВМ во многом зависела эффективность решения вычислительной задачи. Ориентация на ручное управление определяла отсутствие каких бы то ни было возможностей буферизации программ.

ЭВМ первого поколения отличались невысокой надежностью, требовали системы охлаждения и имели значительные габариты. Процесс программирования требовал значительного искусства, хорошего знания архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Сначала использовалось программирование в кодах ЭВМ (машинный код), затем появились автокоды и ассемблеры, в определенной мере автоматизирующие процесс программирования задач. ЭВМ первого поколения использовались для научно-технических расчетов. Процесс программирования больше напоминал искусство, которым занимался весьма узкий круг математиков, электроников и физиков.

Все ЭВМ I-го поколения функционировали на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Притом для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок.

Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в структуре компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров.

1. Элементная база: электронно-вакуумные лампы.

2. Соединение элементов: навесной монтаж проводами.

3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.

4. Быстродействие: 10−20 тыс. операций в секунду.

5. Эксплуатация: сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.

6. Программирование: машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики-программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.

7. Оперативная память: до 2 Кбайт.

8. Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.

II поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1955-1965 гг.

В 1949 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надежнее, менее энергоемкими. Быстродействие большинства машин достигло десятков и сотен тысяч операций в секунду. Объем внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Благодаря этому появилась возможность создавать на ЭВМ информационно-справочные, поисковые системы (это связано с необходимостью длительно хранить на магнитных носителях большие объемы информации). Во времена второго поколения активно стали развиваться языки программирования высокого уровня. Первыми из них были ФОРТРАН, АЛГОЛ, КОБОЛ. Программирование как элемент грамотности стало широко распространяться, главным образом среди людей с высшим образованием.

Второе поколение ЭВМ – это переход к транзисторной элементной базе, появление первых мини-ЭВМ.

Компьютеры второго поколения обычно состояли из большого количества печатных плат, каждая из которых содержала от одного до четырёх логических вентилей или триггеров. В частности, IBM StandardModularSystem определяла стандарт на такие платы и разъёмы подключения для них. В 1959 году на основе транзисторов IBM выпустила мейнфрейм IBM 7090 и машину среднего класса IBM 1401. Последняя использовала перфокарточный ввод и стала самым популярным компьютером общего назначения того времени: в период 1960–1964 гг. было выпущено более 100 тыс. экземпляров этой машины. В ней использовалась память на 4000 символов (позже увеличенная до 16 000 символов). Многие аспекты этого проекта были основаны на желании заменить перфокарточные машины, которые широко использовались, начиная с 1920-х до самого начала 1970-х гг. В 1960 году IBM выпустила транзисторную IBM 1620, изначально только перфоленточную, но вскоре обновлённую до перфокарт. Модель стала популярна в качестве научного компьютера, было выпущено около 2000 экземпляров. В машине использовалась память на магнитных сердечниках объёмом до 60 000 десятичных цифр.

В том же 1960 году DEC выпустила свою первую модель – PDP-1, предназначенную для использования техническим персоналом в лабораториях и для исследований.

В 1961 году BurroughsCorporation выпустила B5000, первый двухпроцессорный компьютер с виртуальной памятью. Другими уникальными особенностями были стековая архитектура, адресация на основе дескрипторов, и отсутствие программирования напрямую на языке ассемблера.

Компьютер второго поколения IBM 1401, выпускавшийся в начале 1960-х, занял около трети мирового рынка компьютеров, было продано более 10 000 таких машин.

Применение полупроводников позволило улучшить не только центральный процессор, но и периферийные устройства. Второе поколения устройств хранения данных позволяло сохранять уже десятки миллионов символов и цифр. Появилось разделение на жёстко закреплённые (fixed) устройства хранения, связанные с процессором высокоскоростным каналом передачи данных, и сменные (removable) устройства. Замена кассеты дисков в сменном устройстве требовала лишь несколько секунд. Хотя ёмкость сменных носителей была обычно ниже, но их заменяемость давала возможность сохранения практически неограниченного объёма данных. Магнитная лента обычно применялось для архивирования данных, поскольку предоставляла больший объём при меньшей стоимости.

Во многих машинах второго поколения функции общения с периферийными устройствами делегировались специализированным сопроцессорам. Например, в то время как периферийный процессор выполняет чтение или пробивку перфокарт, основной процессор выполняет вычисления или ветвления по программе. Одна шина данных переносит данные между памятью и процессором в ходе цикла выборки и исполнения инструкций, и обычно другие шины данных обслуживают периферийные устройства. На PDP-1 цикл обращения к памяти занимал 5 микросекунд; большинство инструкций требовали 10 микросекунд: 5 на выборку инструкции и ещё 5 на выборку операнда.

«Сетунь» была первым компьютером на основе троичной логики, разработана в 1958 году в Советском Союзе. Первыми советскими серийными полупроводниковыми ЭВМ стали «Весна» и «Снег», выпускаемые с 1964 по 1972 год. Пиковая производительность ЭВМ «Снег» составила 300 000 операций в секунду. Машины изготавливались на базе транзисторов с тактовой частотой 5 МГц. Всего было выпущено 39 ЭВМ.

Лучшей отечественной ЭВМ 2-го поколения считается БЭСМ-6, созданная в 1966 году.

Получает дальнейшее развитие принцип автономии – он реализуется уже на уровне отдельных устройств, что выражается в их модульной структуре. Устройства ввода-вывода снабжаются собственными УУ (называемыми контроллерами), что позволило освободить центральное УУ от управления операциями ввода-вывода.

Совершенствование и удешевление ЭВМ привели к снижению удельной стоимости машинного времени и вычислительных ресурсов в общей стоимости автоматизированного решения задачи обработки данных, в то же время расходы на разработку программ (т.е. программирование) почти не снижались, а в ряде случаев имели тенденции к росту. Таким образом, намечалась тенденция к эффективному программированию, которая начала реализовываться во втором поколении ЭВМ и получает развитие до настоящего времени.

Начинается разработка на базе библиотек стандартных программ интегрированных систем, обладающих свойством переносимости, т.е. функционирования на ЭВМ разных марок. Наиболее часто используемые программные средства выделяются в ППП для решения задач определенного класса.

Совершенствуется технология выполнения программ на ЭВМ: создаются специальные программные средства - системное ПО.

Цель создания системного ПО – ускорение и упрощение перехода процессором от одной задачи к другой. Появились первые системы пакетной обработки, которые просто автоматизировали запуск одной программ за другой и тем самым увеличивали коэффициент загрузки процессора. Системы пакетной обработки явились прообразом современных операционных систем, они стали первыми системными программами, предназначенными для управления вычислительным процессом. В ходе реализации систем пакетной обработки был разработан формализованный язык управления заданиями, с помощью которого программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий, как правило, в виде колоды перфокарт, получила название пакета заданий. Этот элемент жив до сих пор: так называемые пакетные (или командные) файлы MS DOS есть не что иное, как пакеты заданий (расширение в их имени bat является сокращением от английского слова batch, что означает пакет).

К отечественным ЭВМ второго поколения относятся Проминь, Минск, Раздан, Мир.

В 1948 году Джон Бардин, Уильям Шокли, Уолтер Браттейн изобрели транзистор, за изобретение транзистора они получили Нобелевскую премию в 1956 г.

1 транзистор заменял 40 электронных ламп, был намного дешевле и надёжнее.

В 1958 году создана машина М-20, выполнявшая 20 тыс. операций в секунду – самая мощная ЭВМ 50−х годов в Европе.

В 1963 году сотрудник Стэндфордского исследовательского центра Дуглас Энгельбарт продемонстрировал работу первой мыши.

1. Элементная база: полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).

2. Соединение элементов: печатные платы и навесной монтаж.

3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.

4. Быстродействие: 100−500 тыс. операций в секунду.

5. Эксплуатация: вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.

6. Программирование: на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.

7. Оперативная память: 2−32 Кбайт.

8. Ввод и вывод данных – магнитная лента.

Уже начиная со второго поколения, машины стали делиться на большие, средние и малые по признакам размеров, стоимости, вычислительных возможностей.

Так, небольшие отечественные машины второго поколения («Наири», «Раздан», «Мир» и др.) были в конце 60-х годов вполне доступны каждому вузу, в то время как упомянутая выше БЭСМ-6 имела профессиональные показатели (и стоимость) на 2−3 порядка выше.

III поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные в 1965-1975 гг.

Третье поколение ЭВМ создавалось на новой элементной базе – интегральных схемах: на маленькой пластине из полупроводникового материала, площадью менее 1 см² монтировались сложные электронные схемы. Их назвали интегральными схемами (ИС). Первые ИС содержали в себе десятки, затем – сотни элементов (транзисторов, сопротивлений и др.). Когда степень интеграции (количество элементов) приблизилась к тысяче, их стали называть большими интегральными схемами – БИС; затем появились сверхбольшие интегральные схемы – СБИС. ЭВМ третьего поколения начали производиться во второй половине 60-х годов, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая Система ЭВМ). Переход к третьему поколению связан с существенными изменениями архитектуры ЭВМ. Появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств – магнитные диски. Широко используются новые типы устройств ввода-вывода: дисплеи, графопостроители. В этот период существенно расширились области применения ЭВМ. Стали создаваться базы данных, первые системы искусственного интеллекта, системы автоматизированного проектирования (САПР) и управления (АСУ). В 70-е годы получила мощное развитие линия малых (мини) ЭВМ.

Элементная база ЭВМ – малые интегральные схемы (МИС), содержавшие на одной пластинке сотни или тысячи транзисторов. Управление работой этих машин происходило с алфавитно-цифровых терминалов. Для управления использовались языки высокого уровня и Ассемблер. Данные и программы вводились как с терминала, так и с перфокарт и перфолент. Машины предназначались для широкого использования в различных областях науки и техники (проведение расчетов, управление производством, подвижными объектами и др.). Благодаря интегральным схемам удалось существенно улучшить технико-эксплуатационные характеристики ЭВМ и резко снизить цены на аппаратное обеспечение. Например, машины третьего поколения по сравнению с машинами второго поколения имеют больший объем оперативной памяти, увеличенное быстродействие, повышенную надежность, а потребляемая мощность, занимаемая площадь и масса уменьшились.

Интегральная схема, чип –«микроэлектронное изделие, имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и рассматриваемое как единое конструктивное целое». (Горохов П.К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины. М.: Русский язык, 1993). До изобретения интегральной микросхемы (в 1958 г.) каждый компонент электронной схемы изготавливался отдельно, а затем компоненты соединялись посредством пайки. Появление интегральных микросхем изменило всю технологию. При этом электронная аппаратура стала более дешевой. Микросхема представляет собой многослойное хитросплетение сотен схем, настолько крошечных, что их невозможно разглядеть невооруженным глазом. В этих схемах есть и пассивные компоненты – резисторы, создающие сопротивление электрическому току, и конденсаторы, способные накапливать заряд. Однако самыми важными компонентами интегральных микросхем являются транзисторы – приборы, способные как усиливать напряжение, так и включать и выключать его, «разговаривая» на двоичном языке.

Третье поколение связывается с появлением ЭВМ с элементной базой на интегральных схемах (ИС). В январе 1959 г. Д. Килби была создана первая интегральная схема, представляющая собой тонкую германиевую пластинку длиной в 1 см. Для демонстрации возможностей интегральной технологии фирма TexasInstruments создала для ВВС США бортовой компьютер, содержащий 587 интегральных схем и объемом в 150 раз меньшим, чем у аналогичной ЭВМ старого образца. Но у интегральной схемы Килби был ряд существенных недостатков, которые были устранены с появлением в том же году планарных интегральных схем Р. Нойса. С этого момента ИС-технология начала свое триумфальное шествие, захватывая все новые разделы современной электроники и, в первую очередь, вычислительную технику.

Первые специальные бортовые ЭВМ по ИС-технологии проектируются и строятся по заказам военного ведомства США. Новая технология обеспечивала большие надежность, технологичность и быстродействие вычислительной техники при существенном уменьшении ее габаритов. На одном квадратном миллиметре интегральной схемы оказалось возможным размещать тысячи логических элементов. Однако не только ИС-технология определила появление нового поколения ЭВМ – ЭВМ третьего поколения, как правило, образуют серии моделей, программно-совместимых снизу-вверх и обладающих возрастающими от модели к модели возможностями. Вместе с тем, данная технология позволяла реализовывать намного более сложные логические архитектуры ЭВМ и их периферийного оборудования, что существенно расширяло функциональные и вычислительные возможности ЭВМ.

Наиболее важным критерием различия ЭВМ второго и третьего поколений является существенное развитие архитектуры ЭВМ, удовлетворяющей требованиям как решаемых задач, так и работающих на них программистов. С разработкой экспериментальных ЭВМ Stretch фирмы IBM и Atlas Манчестерского университета подобная концепция архитектуры ЭВМ стала реальностью; воплотила ее уже на коммерческой основе фирма IBM созданием широко известной серии IBM/360. Частью ЭВМ становятся операционные системы, появились возможности мультипрограммирования; многие задачи управления памятью, устройствами ввода/вывода и другими ресурсами стали брать на себя операционные системы или же непосредственно аппаратная часть ЭВМ.

Первой такой серией, с которой принято вести отсчет третьего поколения, является широко известная серия моделей IBM Series/360 (или кратко IBM/360), серийный выпуск которой был начат в США в 1964 г; а уже к 1970 г. серия включала 11 моделей. Данная серия оказала большое влияние на дальнейшее развитие ЭВМ общего назначения во всех странах в качестве эталона и стандарта для многих проектных решений в области вычислительной техники. Среди других ЭВМ третьего поколения можно отметить такие модели как PDP-8, PDP-11, B3500 и целый ряд других. В СССР и других странах СЭВ с 1972 г. было начато производство Единой серии ЭВМ (ЕС ЭВМ), копирующей (насколько это было технологически возможно) серию IBM/360. Наряду с серией ЕС ЭВМ в странах СЭВ и СССР с 1970 г. было начато производство серии малых ЭВМ (СМ ЭВМ), совместимой с известной PDP-серией.

Если модели серии IBM/360 не полностью использовали ИС-технологию (применялись и методы миниатюризации дискретных транзисторных элементов), то новая серия IBM/370 была реализована уже по 100%-й ИС-технологии, сохраняла преемственность с 360-й серией, но ее модели имели значительно более лучшие технические характеристики, более развитую систему команд и ряд важных архитектурных новшеств.

Значительно более мощным становится программное обеспечение, обеспечивающее функционирование ЭВМ в различных режимах эксплуатации. Появляются развитые системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР) различного назначения, совершенствуются АСУ, АСУТП и др. Большое внимание уделяется созданию пакетов прикладных программ (ППП) различного назначения. По-прежнему появляются новые и развиваются существующие языки и системы программирования, количество которых достигает уже порядка 3000. Наиболее широкое применение ЭВМ третьего поколения нашли в качестве технической основы создания больших и сверхбольших информационных систем. Важную роль в решении данной проблемы сыграло создание программного обеспечения (СУБД), обеспечивающего создание и ведение баз и банков данных различного назначения. Разнообразие вычислительных и программных средств, а также периферийного оборудования поставило на повестку дня вопросы эффективного выбора комплексов программно-вычислительных средств для тех или иных приложений.

О развитии ВТ третьего поколения в СССР следует сказать особо. Для выработки единой технической политики в области вычислительной техники в 1969 г. по инициативе Союза была создана Межправительственная комиссия с Координационным центром, а затем и Советом главных конструкторов. Было принято решение о создании аналога серии IBM/360 в качестве основы вычислительной техники стран СЭВ. Для этого были сконцентрированы усилия больших научно-исследовательских и проектно-конструкторских коллективов, привлечено более 20 тыс. ученых и высококвалифицированных специалистов, создан крупный научно-исследовательский центр вычислительной техники (НИЦЭВТ), что позволило в начале 70-х годов наладить серийное производство первых моделей ЕС ЭВМ. Сразу же следует отметить, что модели ЕС ЭВМ (особенно первые) являлись далеко не лучшими копиями соответствующих оригиналов серии IBM/360.

Конец 60-х годов в СССР характеризуется большим разнообразием несовместимых средств вычислительной техники, серьезно уступающим по основным показателям лучшим зарубежным моделям, что потребовало выработки более разумной технической политики в данном стратегически важном вопросе. Принимая во внимание весьма серьезное отставание в этом вопросе от развитых в компьютерном отношении стран (и в первую очередь, от извечного конкурента - США) и было принято вышеуказанное решение, выглядевшее весьма заманчиво - использовать отработанную и апробированную в течение 5 лет и уже хорошо зарекомендовавшую себя IBM-серию с целью быстрого и дешевого внедрения ее в народное хозяйство, открывая широкий доступ к весьма богатому программному обеспечению, созданному к тому времени за рубежом. Но все это являлось лишь тактическим выигрышем, стратегии же развития отечественной вычислительной техники был нанесен мощный нокаутирующий удар.

1. Элементная база: интегральные схемы.

2. Соединение элементов: печатные платы.

3. Габариты: ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

4. Быстродействие: 1−10 млн. операций в секунду.

5. Эксплуатация: вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность – системный программист.

6. Программирование: алгоритмические языки, операционные системы.

7. Оперативная память: 64 Кбайт.

8. Ввод данных – диск.

При продвижении от первого к третьему поколению радикально изменились возможности программирования. Написание программ в машинном коде для машин первого поколения (и чуть более простое на Ассемблере) для большей части машин второго поколения является занятием, с которым подавляющее большинство современных программистов знакомятся при обучении в вузе.

Появление процедурных языков высокого уровня и трансляторов с них было первым шагом на пути радикального расширения круга программистов. Научные работники и инженеры сами стали писать программы для решения своих задач.

Уже в третьем поколении появились крупные унифицированные серии ЭВМ. Для больших и средних машин в США это прежде всего семейство IBM 360/370. В СССР 70-е и 80-е годы были временем создания унифицированных серии: ЕС (единая система) ЭВМ (крупные и средние машины), СМ (система малых) ЭВМ и «Электроника» (серия микро-ЭВМ).

В их основу были положены американские прототипы фирм IBM и DEC (Digital Equipment Corporation). Были созданы и выпущены десятки моделей ЭВМ, различающиеся назначением и производительностью. Их выпуск был практически прекращен в начале 90-х годов.

IV поколение ЭВМ: ЭВМ, сконструированные начиная с 1975 г. по настоящее время

Очередное революционное событие в электронике произошло в 1971 году, когда американская фирма Intel объявила о создании микропроцессора. Микропроцессор – это сверхбольшая интегральная схема, способная выполнять функции основного блока компьютера – процессора. Первоначально микропроцессоры стали встраивать в различные технические устройства: станки, автомобили, самолеты. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера: микроЭВМ.

МикроЭВМ относятся к машинам четвертого поколения. Существенным отличием микроЭВМ от своих предшественников являются их малые габариты (размеры бытового телевизора) и сравнительная дешевизна. Это первый тип компьютеров, который появился в розничной продаже.

Самой популярной разновидностью ЭВМ сегодня являются персональные компьютеры (ПК). Первый ПК появился на свет в 1976 году в США. С 1980 года «законодателем мод» на рынке ПК становится американская фирма IBM. Ее конструкторам удалось создать такую архитектуру, которая стала фактически международным стандартом на профессиональные ПК. Машины этой серии получили название IBM PC (PersonalComputer). Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже становится невозможным обойтись в большинстве областей человеческой деятельности. Другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения, это – суперкомпьютер. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду. Суперкомпьютер – это многопроцессорный вычислительный комплекс.

Элементная база ЭВМ – большие интегральные схемы (БИС). Наиболее яркие представители четвертого поколения ЭВМ – персональные компьютеры (ПК). Связь с пользователем осуществлялась посредством цветного графического дисплея с применением языков высокого уровня.

Четвёртое поколение – это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров.

В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см².). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как «Иллиак», «Эльбрус», «Макинтош». Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) – ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBMPC.

Машины предназначались для резкого повышения производительности труда в науке, производстве, управлении, здравоохранении, обслуживании и быту. Высокая степень интеграции способствовала увеличению плотности компоновки электронной аппаратуры, повышению ее надежности, что привело к увеличению быстродействия ЭВМ и снижению ее стоимости. Все это оказывает существенное воздействие на логическую структуру (архитектуру) ЭВМ и на ее ПО. Более тесной становится связь структуры машины и ее программного обеспечения, особенно операционной системы (ОС) (или монитора) – набора программ, которые организуют непрерывную работу машины без вмешательства человека.

В 1975 году IBM первой начинает промышленное производство лазерных принтеров.

В 1976 году фирма IBM создает первый струйный принтер.

В 1976 году создана первая ПЭВМ.

Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению персональных компьютеров «Apple», предназначенных для большого круга непрофессиональных пользователей. Продавался Apple1 по весьма интересной цене – 666,66 доллара. За десять месяцев удалось реализовать около двухсот комплектов.

В 1976 году появилась первая дискета диаметром 5,25 дюйма.

В 1982 году фирма IBM приступила к выпуску компьютеров IBM РС с процессором Intel 8088, в котором были заложены принципы открытой архитектуры, благодаря которому каждый компьютер может собираться как из кубиков, с учётом имеющихся средств и с возможностью последующих замен блоков и добавления новых.

В 1988 году был создан первый вирус-«червь», поражающий электронную почту.

В 1993 году начался выпуск компьютеров IBM РС с процессором Pentium.

1. Элементная база: большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).

2. Соединение элементов: печатные платы.

3. Габариты: компактные ЭВМ, ноутбуки.

4. Быстродействие: 10−100 млн. операций в секунду.

5. Эксплуатация: многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.

6. Программирование: базы и банки данных.

7. Оперативная память: 2−5 Мбайт.

8. Ввод данных – гибкий диск, flash-карты.

Приложение 5 Таблица для заполнения характеристик поколений ЭВМ

Поколения ЭВМ

Поколения ЭВМ

Приложение 6 Домашнее задание

Домашнее задание

Найти в сети Интернет информацию и затем заполнить таблицу в тетради.