Конспект урока на тему «Информатика и информация»
Скачать 2.44 Mb.
|
Тема №2. История ЭВМ.Цель: получить представление об элементной базе ЭВм, принципах построения и этапах развития ЭВМ, поколениях ЭВМ, основных классификациях.
2. Методы классификации компьютеров. 2.1. Классификация по назначению. 2.2. Классификация по уровню специализации. 2.3.Классификация по типоразмерам. 1.1. Принцип действия компьютера. Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются элек тронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автомати ческой или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной тех никой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычисли тельной системой. Центральным устройством большинства вычислительных сис тем является компьютер. Компьютер — это электронной прибор, предназначенный для автоматизации созда ния, хранения, обработки и транспортировки данных. В определении компьютера как прибора мы указали определяющий признак -электронный. Однако автоматические вычисления не всегда производились элек тронными устройствами. Известны и механические устройства, способные выпол нять расчеты автоматически. Анализируя раннюю историю вычислительной техники, некоторые зарубежные исследователи нередко в качестве древнего предшественника компьютера называют механическое счетное устройство абак. Подход «от абака» свидетельствует о глубо ком методическом заблуждении, поскольку абак не обладает свойством автомати ческого выполнения вычислений, а для компьютера оно определяющее. Абак — наиболее раннее счетное механическое устройство, первоначально представ лявшее собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались камни, пред ставляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячелетию до н. э. Местом появления считается Азия. В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вычисления с их помощью называли счетом на линиях, а в России в XVI— XVII веках появилось намного более передовое изобретение, применяемое и поныне, — русские счеты. В то же время, нам хорошо знаком другой прибор, способный автоматически выпол нять вычисления, — это часы. Независимо от принципа действия, все виды часов (песочные, водяные, механические, электрические, электронные и др.) обладают способностью генерировать через равные промежутки времени перемещения или сигналы и регистрировать возникающие при этом изменения, то есть выполнять автоматическое суммирование сигналов или перемещений. Этот принцип просле живается даже в солнечных часах, содержащих только устройство регистрации (роль генератора выполняет система Земля — Солнце). В основе любого современного компьютера, как и в электронных часах, лежит так товый генератор, вырабатывающий через равные интервалы времени электриче ские сигналы, которые используются для приведения в действие всех устройств компьютерной системы. Управление компьютером фактически сводится к управле нию распределением сигналов между устройствами. Такое управление может про изводиться автоматически (в этом случае говорят о программном управлении) или вручную с помощью внешних органов управления — кнопок, переключателей, пере мычек и т. п. (в ранних моделях). В современных компьютерах внешнее управле ние в значительной степени автоматизировано с помощью специальных аппаратно-логических интерфейсов, к которым подключаются устройства управления и ввода данных (клавиатура, мышь, джойстик и другие). В отличие от программного управ ления такое управление называют интерактивным. 1.2. Механические первоисточники. Первое в мире автоматическое устройство для выполнения операции сложения создано на базе механических часов. В 1623 году его разработал Вильгельм Шикард. В 1642 году французский механик Блез Паскаль (1632 - 1662) разработал боле компактное суммирующее устройство, которое стало первым в мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом для нужд парижских ростовщиков и менял) В 1673 году немецкий математик и философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал меха нический калькулятор, который мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторения операций сложения и вычитания. Идея программирования вычислительных опе раций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские ба шенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм, связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким — одна и та же операция выполнялась в одно и то же время. Идея гибкого программирования механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке Жаккарда, после чего оставался только один шаг до программного управления вычислитель ными операциями. Этот шаг был сделан выдающимся английским матема тиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая, к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве. Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитическая машина содержала два крупных узла — «склад» и «мельницу». Данные вводились в меха ническую память «склада» путем установки блоков шесте рен, а потом обрабатывались в «мельнице» с использова нием команд, которые вводились с перфорированных карт. Идея Чарльза Бэббиджа о раздельном рассмотрении команд и данных оказалась необычайно плодотворной. В XX в. она была развита в принципах Джона фон Ней манна. В 1945 году математик Джон фон Нейман опубликовал принципы функционирования компьютеров. Согласно фон Нейману, компьютер должен состоять из следующих устройств [1, стр. 14]:
1.3. Математические первоисточники Если мы задумаемся над тем, с какими объектами работали первые механические предшественники современного электронного компьютера, то должны признать, что числа представлялись либо в виде линейных перемещений цепных и реечных механизмов, либо в виде угловых перемещений зубчатых и рычажных механизмов. И в том и в другом случае это были перемещения, что не могло не сказываться на габаритах устройств и на скорости их работы. Только переход от регистрации пере мещений к регистрации сигналов позволил значительно снизить габариты и повы сить быстродействие. Однако на пути к этому достижению потребовалось ввести еще несколько важных принципов и понятий. Двоичная система Лейбница. В механических устройствах зубчатые колеса могут иметь достаточно много фиксированных и, главное, различимых между собой поло жений. Количество таких положений, по крайней мере, равно числу зубьев шесте рни. В электрических и электронных устройствах речь идет не о регистрации поло жений элементов конструкции, а о регистрации состояний элементов устройства. Таких устойчивых и различимых состояний всего два: включен — выключен; открыт — закрыт; заряжен - разряжен и т. п. Поэтому традиционная десятичная система, использованная в механических калькуляторах, неудобна для электронных вычис лительных устройств. Возможность представления любых чисел (да и не только чисел) двоичными цифрами впер вые была предложена Готфридом Вильгельмом Лейбницем в 1666 году Он пришел к двоич ной системе счисления, занимаясь исследова ниями философской концепции единства и борьбы противоположностей. Попытка представить мироздание в виде непрерывного взаимодействия двух начал («черного» и «белого», мужского и женского, добра и зла) и приме нить к его изучению методы «чистой» матема тики подтолкнули Лейбница к изучению свойств двоичного представления данных с помощью нулей и единиц. 1.4. Поколения ЭВМ. Первый компьютер на основе электронных ламп был создан в 1946 г. и назывался ENIAC (электронный числовой интегратор и компьютер) с производительностью 5000 операций в секунду. Компьютеры на электронных лампах относятся к I поколению ЭВМ. Подобные ЭВМ занимали несколько комнат. А некоторые - отдельные здания. Управление подобными машинами производилось посредством специальных переключателей. В 1948 г. ученые в лаборатории Bell Labs изобрели транзистор. В течение следующих 10 лет появились ЭВМ на транзисторах, что уменьшило их размеры и повысило быстродействие до 1 млн. операций в секунду. Это ЭВМ II поколения. Первая отечественная электронная цифровая вычислительная машина МЭСМ была разработана в период с 1946 по 1950 г. в Институте электрохимии АН УССР . Машина содержала порядка 6000 электронных ламп. Первый компьютер фирмы IBM был создан в 1953 г. и назывался IBM 701. Ввод программы осуществлялся с помощью перфокарт. В 1967 г. в СССР разработана самая мощная вычислительная машина семейства БЭСМ - БЭСМ 6. По данным считается последней успешной отечественной разработкой. Быстродействие БЭСМ 6 равно 1 млн. операций в секунду. III поколение ЭВМ работало на интегральных схемах. На одной схеме могло помещаться несколько транзисторов и соединений между ними. Коммерческое распространение интегральных схем началось в 1961 г. Первым компьютером на интегральных схемах считается компьютер «Аполлон», разработанный NASA в 1968 г. Устанавливался на космических кораблях. Участвовал в первом полете на Луну. IV поколение ЭВМ основано на БИС - больших интегральных схемах. Количество транзисторов на одной БИС стало таким большим, что одна БИС могла выполнить все функции арифметического - логического устройства, т.е. центрального процессора. Это случилось в 1970 г. Термин БИС в настоящее время применяется довольно редко. Вместо него используют термин - микропроцессор. Подобные микропроцессоры выпускались тысячами. Вначале любители, а затем и фирмы начали создавать на их основе небольшие ЭВМ. Это позволило снизить цены на них. Подобные ЭВМ, предназначенные для 1-2 пользователей, называют персональными. Этим они отличаются от больших или суперЭВМ, у которых десятки пользователей. 2.1. Классификация по назначению Классификация по назначению — один из наиболее ранних методов классифика ции. Он связан с тем, как компьютер применяется. По этому принципу различают большие ЭВМ электронно-вычислительные машины), мини-ЭВМ, микро-ЭВМ и персональные компьютеры, которые, в свою очередь, подразделяют на массовые деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции. Большие ЭВМ. Это самые мощные компьютеры. Их применяют для обслуживания очень крупных организаций и даже целых отраслей народного хозяйства. За рубежом компьютеры этого класса называют мэйнфреймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ. Штат обслуживания большой ЭВМ дости гает многих десятков человек. На базе таких суперкомпьютеров создают вычисли тельные центры, включающие в себя несколько отделов или групп. Центральный процессор —основной блок ЭВМ, в котором непосредственно и про исходит обработка данных и вычисление результатов. Обычно центральный про цессор представляет собой несколько стоек аппаратуры и размещается в отдель ном помещении, в котором соблюдаются повышенные требования по температуре, влажности, защищенности от электромагнитных помех, пыли и дыма. Группа системного программирования занимается разработкой, отладкой и внедрением программного обеспечения, необходимого для функционирования самой вычислительной системы. Работников этой группы называют системными програм мистами. Они должны хорошо знать техническое устройство всех компонентов ЭВМ, поскольку их программы предназначены в первую очередь для управления физиче скими устройствами. Системные программы обеспечивают взаимодействие программ более высокого уровня с оборудованием, то есть группа системного программиро вания обеспечивает программно-аппаратный интерфейс вычислительной системы. Группа прикладного программирования занимается созданием программ для выполнения конкретных операций с данными. Работников этой группы называют прикладными программистами. В отличие от системных программистов им не надо знать техническое устройство компонентов ЭВМ, поскольку их программы работают не с устройствами, а с программами, подготовленными системными программистами. С другой стороны, с их программами работают пользователи, то есть конкретные исполнители работ. Поэтому можно говорить о том, что группа прикладного программирования обеспечивает пользовательский интерфейс вычислительной системы. Группа подготовки данных занимается подготовкой данных, с которыми будут работал программы, созданные прикладными программистами. Во многих случаях сотрудники этой группы сами вводят данные с помощью клавиатуры, но они могут выполнять и преобразование готовых данных из одного вида в другой. Например, они могут получать иллюстрации, нарисованные художниками на бумаге, и преобразовывал их в электронный вид с помощью специальных устройств, называемых сканерами Группа технического обеспечения занимается техническим обслуживанием всей вычислительной системы, ремонтом и наладкой устройств, а также подключением новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений. Группа информационного обеспечения обеспечивает технической информацией все прочие подразделения вычислительного центра по их заказу. Эта же группа создает и хранит архивы ранее разработанных программ и накопленных данных. Такие архивы называют библиотеками программ или банками данных. Отдел выдачи данных получает данные от центрального процессора и преобразует их в форму, удобную для заказчика. Здесь информация распечатывается на печата ющих устройствах (принтерах) или отображается на экранах дисплеев. Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью оборудования и обслуживания, поэтому работа таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу. Наиболее трудоемкие и продолжительные вычисления планируют на ночные часы, когда количество обслуживающего персонала минимально. В дневное время ЭВМ исполняет менее трудоемкие, но более многочисленные задачи. При этом для повы шения эффективности компьютер работает одновременно с несколькими задачами и, соответственно, с несколькими пользователями. Он поочередно переключается с одной задачи на другую и делает это настолько быстро и часто, что у каждого пользователя создается впечатление, будто компьютер работает только с ним. Такое распределение ресурсов вычислительной системы носит название принципа раз деления времени. Мини-ЭВМ От больших ЭВМ компьютеры этой группы отличаются уменьшенными размерами и, соответственно, меньшей производительностью и стоимостью. Такие компьютеры используются крупными предприятиями, научными учреждениями и некоторым высшими учебными заведениями, сочетающими учебную деятельность с научной. Мини-ЭВМ часто применяют для управления производственными процессами. Например, в механическом цехе компьютер может поддерживать ритмичность подачи заготовок, узлов и комплектующих на рабочие места; управлять гибкими автоматизированными линиями и промышленными роботами; собирать информа цию с инструментальных постов технического контроля и сигнализировать о необ ходимости замены изношенных инструментов и приспособлений; готовить данные для станков с числовым программным управлением; а также своевременно инфор мировать цеховые и заводские службы о необходимости выполнения мероприятий по переналадке оборудования. Тот же компьютер может сочетать управление производством с другими задачами. Например, он может помогать экономистам в осуществлении контроля над себесто имостью продукции, нормировщикам в оптимизации времени технологических операций, конструкторам в автоматизации проектирования станочных приспособ лений, бухгалтерии в осуществлении учета первичных документов и подготовки регулярных отчетов для налоговых органов. Для организации работы с мини-ЭВМ тоже требуется специальный вычислительный центр, хотя и не такой многочис ленный, как для больших ЭВМ. Микро-ЭВМ Компьютеры данного класса доступны многим предприятиям. Организации, исполь зующие микро-ЭВМ, обычно не создают вычислительные центры. Для обслужива ния такого компьютера им достаточно небольшой вычислительной лаборатории в составе нескольких человек. В число сотрудников вычислительной лаборатории обязательно входят программисты, хотя напрямую разработкой программ они не занимаются. Необходимые системные программы обычно покупают вместе с микро-ЭВМ, а разработку нужных прикладных программ заказывают более крупным вычислительным центрам или специализированным организациям. Программисты вычислительной лаборатории занимаются внедрением приобретен ного или заказанного программного обеспечения, выполняют его доводку и настройку, согласовывают его работу с другими программами и устройствами компьютера. Хотя программисты этой категории и не разрабатывают системные и прикладные программы, они могут вносить в них изменения, создавать или изменять отдельные фрагменты. Это требует высокой квалификации и универсальных знаний. Программисты, обслуживающие микро-ЭВМ, часто сочетают в себе качества системных и прикладных программистов одновременно. Несмотря на относительно невысокую производительность по сравнению с боль шими ЭВМ, микро-ЭВМ находят применение и в крупных вычислительных цент рах. Там им поручают вспомогательные операции, для которых нет смысла исполь зовать дорогие суперкомпьютеры. К таким задачам, например, относится предварительная подготовка данных. Персональные компьютеры (ПК) Эта категория компьютеров получила особо бурное развитие в течение последних Двадцати лет. Из названия видно, что такой компьютер предназначен для обслу живания одного рабочего места. Как правило, с персональным компьютером работает один человек. Несмотря на свои небольшие размеры и относительно невысокую стоимость, современные персональные компьютеры обладают немалой про изводительностью. Многие современные персональные модели превосходят боль шие ЭВМ 70-х годов, мини-ЭВМ 80-х годов и микро-ЭВМ первой половины 90-х годов. Персональный компьютер (Personal Computer, PC) вполне способен удов летворить большинство потребностей малых предприятий и отдельных лиц. Особенно широкую популярность персональные компьютеры получили после 1995 года в связи с бурным развитием Интернета. Персонального компьютера вполне достаточно для использования всемирной сети в качестве источника научной, спра вочной, учебной, культурной и развлекательной информации. Персональные ком пьютеры являются также удобным средством автоматизации учебного процесса по любым дисциплинам, средством организации дистанционного (заочного) обучения и средством организации досуга. Они вносят большой вклад не только в производ ственные, но и в социальные отношения. Их нередко используют для организации надомной трудовой деятельности, что особенно важно в условиях ограниченной трудозанятости. До последнего времени модели персональных компьютеров условно рассматривали в двух категориях: бытовые ПК я профессиональные ПК. Бытовые модели, как правило, имели меньшую производительность, но в них были приняты особые меры для работы с цветной графикой и звуком, чего не требовалось для профессиональных моделей. В связи с достигнутым в последние годы резким удешевлением средств вычислительной техники границы между профессиональными и бытовыми моделями в значительной степени стерлись, и сегодня в качестве бытовых нередко используют высокопроизводительные профессиональные модели, а профессиональные модели, в свою очередь, комплектуют устройствами для воспроизведения мультимедийной информации, что ранее было характерно для бытовых устройств. Под термином мультимедиа подразумевается сочетание нескольких видов данных в одном документе (текстовые, графические, музыкальные и видеоданные) или совокупность устройств для воспроизведения этого комплекса данных. | С 1999 по 2002 год в области персональных компьютеров действовали международные сертификационные стандарты — спецификации РС99-РС2002. Они регламентировали принципы классификации персональных компьютеров и оговаривали минимальные и рекомендуемые требования к каждой из категорий. Стандарты устанавливали следующие категории персональных компьютеров:
Каждая категория имела свои особенности: для портативных ПК обязательным было наличие средств компьютерной связи, в категории рабочих станций предъяв лялись повышенные требования к устройствам хранения данных, а в категории развлекательных ПК — к средствам воспроизведения графики и звука. Одна из целей такой стандартизации состояла и в том, чтобы наметить пути даль нейшего развития и совершенствования персональных компьютеров. Однако раз витие аппаратных средств персонального компьютера привело к постепенному размытию границ между разными категориями, а планы развития часто не оправ дывались. Поэтому обновление этих стандартов было прекращено, хотя при приоб ретении компьютера для конкретных задач классификацию, введенную этими стан дартами, все еще полезно держать в голове. Классификация по уровню специализации. По уровню специализации компью теры делят на универсальные и специализированные. На базе универсальных ком пьютеров можно собирать вычислительные системы произвольного состава (состав компьютерной системы называется конфигурацией). Так, например, один и тот же персональный компьютер можно использовать для работы с текстами, музыкой, графикой, фото- и видеоматериалами. Специализированные компьютеры предназначены для решения конкретного круга задач. К таким компьютерам относятся, например, бортовые компьютеры автомо билей, судов, самолетов, космических аппаратов. Бортовые компьютеры управляют средствами ориентации и навигации, осуществляют контроль состояния бортовых систем, выполняют некоторые функции автоматического управления и связи, а также большинство функций по оптимизации параметров работы систем объекта (например, оптимизацию расхода топлива в зависимости от конкретных условий движения объекта). Специализированные мини-ЭВМ, ориентированные на работу с графикой, называют графическими станциями. Их используют при подготовке кино- и видеофильмов, а также рекламной продукции. Специализированные компьютеры, объединяющие компьютеры предприятия в одну сеть, называют файловыми серве рами. Компьютеры, обеспечивающие передачу информации между различными участниками всемирной компьютерной сети, называют сетевыми серверами. Во многих случаях с задачами специализированных компьютерных систем могут справляться и обычные универсальные компьютеры, но считается, что использова ние специализированных систем все-таки эффективнее. Критерием оценки эффек тивности выступает отношение производительности оборудования к величине его стоимости. Классификация по типоразмерам. Персональные компьютеры можно классифи цировать по типоразмерам. Так, различают настольные (desktop), портативные (notebook) и карманные (palmtop) модели. Настольные модели распространены наиболее широко. Они являются принадлеж ностью рабочего места. Эти модели отличаются простотой изменения конфигура ции за счет несложного подключения дополнительных внешних приборов или уста новки дополнительных внутренних компонентов. Достаточные размеры корпуса настольном исполнении позволяют выполнять большинство подобных работ без привлечения специалистов, а это позволяет настраивать компьютерную систему оптимально для решения именно тех задач, для которых она была приобретена Портативные модели удобны для транспортировки. Их используют бизнесмены, коммерсанты, руководители предприятий и организаций, проводящие много времени в командировках и переездах. С портативным компьютером можно работать при отсутствии рабочего места. Особая привлекательность портативных компьютеров связана с тем, что их можно использовать в качестве средства связи. Подключив такой компьютер к телефонной сети, можно из любой географической точки установить обмен данными между ним и центральным компьютером своей организации, Так производят обмен данными, передачу приказов и распоряжений, получение коммерческих данных, докладов и отчетов. Для эксплуатации на рабочем месте портативные компьютеры не очень удобны, но их можно подключать к настольным компьютерам, используемым стационарно. Карманные модели выполняют функции «интеллектуальных записных книжек» Они позволяют хранить оперативные данные и получать к ним быстрый доступ, Некоторые карманные модели имеют жестко встроенное программное обеспечение, что облегчает непосредственную работу, но снижает гибкость в выборе прикладных программ. Мобильные вычислительные устройства сочетают в себе функции карманных моделей компьютеров и средств мобильной связи (сотовых радиотелефонов). Их отличительная особенность — возможность мобильной работы с Интернетом, а в ближайшем будущем и возможность приема телевизионных передач. Дополнительно МВУ комплектуют средствами связи по инфракрасному лучу, благодаря которым эти карманные устройства могут обмениваться данными с настольными ПК и друг с другом. I Классификация по совместимости. В мире существует множество различных видов и типов компьютеров. Они выпускаются разными производителями, собираются из разных деталей, работают с разными программами. При этом очень важным вопросом становится совместимость различных компьютеров между собой. От совместимости зависит взаимозаменяемость узлов и приборов, предназначенных для разных компьютеров, возможность переноса программ с одного компьютера на другой и возможность совместной работы разных типов компьютеров с одними и теми же данными. Аппаратная совместимость. По аппаратной совместимости различают так называемые аппаратные платформы. В области персональных компьютеров сегодня наиболее широко распространены две аппаратные платформы — IBM PC и Apple Macintosh. Кроме них существуют и другие платформы, распространенность которых ограничивается отдельными регионами или отдельными отраслями. Принадлежность компьютеров к одной аппаратной платформе повышает совместимость между ними, а принадлежность к разным платформам — понижает. Кроме аппаратной совместимости существуют и другие виды совместимости: совместимость на уровне операционной системы, программная совместимость, совместимость на уровне данных. I Классификация по типу используемого процессора. Процессор — основной компонент любого компьютера. В электронно-вычислительных машинах это специальный блок, а в персональных компьютерах — специальная микросхема, которая выпол няет все вычисления в компьютере. Даже если компьютеры принадлежат одной аппаратной платформе, они могут различаться по типу используемого процессора. Основные типы процессоров для платформы IBM PC мы рассмотрим в соответст вующем разделе, а здесь укажем на то, что тип используемого процессора в значи тельной (хотя и не в полной) мере характеризует технические свойства компьютера. Вопросы для самоконтроля:
Рекомендуемая литература:
|
Похожие:
 | Цель: обучающиеся смогутнастроиться на эффективную работу, сравнить представленные изображения и на основе полученных выводов сконструировать... |  | ... |
| Цели урока: ввести понятие основного свойства дроби, научить учащихся применять это свойство на практике (сокращать дроби и приводить... | | Рассказывает этапы проведения урока-игры, основные моменты и оценку результатов проведения |
| Конспект урока по общей биологии в 11 классе по программе Сонина Н. И. «Горизонты гибридизации» | | Краткое описание: Технология построения урока – проблемно-диалогическая. Урок предполагает работу в парах |
| Технические средства обучения: компьютер Pentium 4, проектор, презентация Microsoft Office Power Point 2003 «Технология вышивки в... | | Цель урока: создать условия для формирования умения учащихся различать наклонения |
| «Организация работы с документами. Регистрация документов в программе субд access» | | Развивать коммуникативные ууд на основе формирования учебной деятельности средствами устной и письменной речи |