Коллеги - педагогический журнал Казахстана
Учительские университеты
| Главная » Статьи » В помощь учителю » Компьютер-бум |
История развития вычислительной техники. Поколения электронно-вычислительных машин
| Тема: История развития вычислительной техники. Поколения электронно-вычислительных машин . ЦЕЛЬ УРОКА: Знакомство с историей вычислительной техники и с эволюцией ЭВМ. Задачи: 1. Учащиеся должны знать: этапы развития техники вычисления;основные особенности ручного, механического и электромеханического этапов развития ВТ;- основные даты и достижения электронного этапа развития ВТ;- принципы Дона фон Неймана; - поколения ЭВМ и их характеристики;- этапы развития персональных компьютеров. Учащиеся должны уметь: приводить примеры ЭВМ разных поколений и их характеристики; 2. развитие умения публичного выступления, обратить внимание на роль компьютера при работе с информацией 3. развивать умение анализировать и обобщать ПЛАН-СОДЕРЖАНИЕ УРОКА Развитие вычислительной техники (техники вычислений), следуя общепринятой классификации, можно разделить на следующие этапы: 1. Ручной - с 50-го тысячелетия до н.э. 2. Механический - с средины 17-го века 3. Электромеханический - с 90-х года 19-го века 4. Электронный - с 40-х годов 20-го века. При этом, хорошо зарекомендовавшие себя средства всех четырех этапов развития ВТ используются и в настоящее время. Ручной период развития ВТ базируется на использовании для вычислений различных частей тела человека, в первую очередь пальцев, и для фиксации результатов счета различные предметы, например, счетные палочки, узелки, нанесение насечек. Ручной этап: * Пальцевой счет в десятичной или двенадцатиричной системе счисления (четыре пальца руки, в каждой по три фаланги - всего двенадцать). * Узелковый счет у народов доколумбовой Америки. * Счет с помощью группировки и перекладывания предметов (предшествовал появлению счет). * Счет на счетах (Абак - первый развитый счетный прибор). Появились в 15 веке. Последняя попытка усовершенствовать счеты путем объединения их с таблицей умножения относится к 1921 году. * Открытие логарифмов и логарифмических таблиц Дж. Непером в начале 17 века и внедрение счетных палочек и счетной доски Дж. Непера. Механический этап: * Создание вычислительных устройств и приборов, использующих механический принцип вычислений. 1623 г. - первая машина Шиккарда для выполнения арифметический операций над 6-разрядными числами. Она состояла из независимых устройств: суммирующего, множительного и записи чисел. * Построенная в 1642 г. Блез Паскалем, машина механически выполняющая арифметические операции над 10-разрядными числами. * Г.В. Лейбниц сконструировал первый арифмометр в 1673 г. Арифмометры получили широкое распространение, неоднократно модифицировались. К ним можно отнести: арифмометр Томаса (томас-машина), машину Болле, арифмометры Орднера и т.д. В связи с появление арифмометром появилась профессия - счетчик, т.е. человек считающий на арифмометре. В 1969 г. выпуск арифмометров в СССР достиг максимума (300 тыс.шт.). Полностью их смогли вытеснить только в 70-х годах 20-го века калькуляторы, элементной базой которых стали интегральные схемы. * Попытка в первой половине 19 в. Чарльзом Бэббиджем построить универсальную вычислительную машину (аналитическую). Эта машина должна была использовать программы на п/картах. Беббидж разработал основные идеи построения аналитической машины, предназначенной для решения любого алгоритма, с использованием программного принципа управления. Это должна была быть чисто механическая машина, аналогичная ткацкому станку Жаккарда. Однако развитие техники того времени не позволило осуществить данный проект. Электромеханический этап: * Первый счетно-аналитический комплекс был создан в США в 1887 г. с использованием идей Беббиджа и Джоккарда, Г. Холлеритом (табулятор Холлерита). Он использовался для переписи населения в России (1897 г.), США (1890 г.) и Канаде (1897 г.), для обработки отчетности на железных дорогах США, в крупных торговых фирмах. * В 1941 г. Конрад Цузе построил аналогичную машину, с программным управлением и запоминающим устройством. * В 1944 г. Айкен на предприятии фирмы IBM, с помощью работ Бэббиджа, построил аналитическую машину "МАРК-1" на электромеханическом реле. Скорость вычислений этой машины была в 100-крат быстрее арифмометра с электроприводом. Было создано несколько модификаций этой машины. * В СССР в 1957 г. была построена релейная вычислительная машина (РВМ-1). Это был последний, крупный проект релейной ВТ. В этот период создаются машинно-счетные станции, которые являлись предприятиями механизированного счета. Электронный этап: * С 1943- 45 г. группа под руководством Мочли и Эккерта в США создает первую ЭВМ ENIAC на основе ЭКЕКТРОННЫХ ЛАМП. Это была универсальная машина для решения разного рода задач. Эта ЭВМ превосходила производительностью машину МАРК-1 в 1000 раз и была больше неё в 2 раза (вес- 30 т.). ENIAC содержала 18000 электронных ламп, 150 реле, 70000 резисторов, 10000 конденсаторов, потребляя мощность в 140 кВт. Но у нее не было памяти и для задания программы надо было соединить определенным образом провода. * В 1945 г. Джон фон Нейман разработал общие принципы построения цифровой вычислительной машины, которые до сих пор используются в современных ПК. Согласно этим принципам Джона фон Неймана, компьютер должен иметь: * арифметическо - логическое устройство, выполняющее арифметические и логические операции; * устройство управления, которое организует процесс выполнения программ; * запоминающее устройство, или память для хранения программ и данных; * внешнее устройство для ввода-вывода информации и работать по схеме: Согласно приведенной схеме сначала с помощью какого-либо внешнего устройства в память компьютера вводится программа. Устройство управления считывает содержимое памяти, где находится первая команда (инструкция) программы и организует ее выполнение. После выполнения первой команды, устройство управление считывает следующую команду и т.д. Принципы Джона фон Неймана: 1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека. 2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины. 3. Принцип адресности. Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими. Поколения ЭВМ: * Первое поколение ЭВМ - 1949 -1958 г.г.: * 1949 г. Морис Уилксом (Англия) создан первый компьютер EDVAC. Это универсальная ЭВМ с хранимыми в памяти программами, которая положила начало первому поколению универсальный ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН. * В 40-50-х годах ЭВМ были огромны и примитивны. В качестве элементной базы использовались электронные лампы и реле; оперативная память - на триггерах, позднее на ферритовых сердечниках; быстродействие - в пределах 5-30 тыс. арифметических операций в секунду. Программирование для таких ЭВМ велось в машинных кодах, позднее появились автокоды и ассемблеры. Использовались для научно-технических расчетов. Типичные представители - EDSAC, ENIAC, UNIVAC, БЭСМ, Урал. * Второе поколение ЭВМ - 1959 - 1963 гг.: * 1948 г. - изобретен транзистор и во второй половине 50-х годах появились ЭВМ на транзисторах. * 1959 г., США - создана ЭВМ второго поколения RCA-501. * 1960 г. - IBM 7090, LARC. * 1961 - Stretsh. * 1962 - ATLAS. * В СССР ЭВМ второго поколения представлены такими машинами как РАЗДАН, Наири, Мир, МИНСК, Урал-11, М-220, БЭСМ-4, М-4000. * ЭВМ второго поколения характеризуются элементной базой на транзисторах (полупроводники), оперативной памятью на миниатюрных ферритовых сердечниках, объемом до 512 Кб, производительностью до 3 000 000 операций в секунду. Они обеспечивают совмещение функциональных операций (режим разделенного времени) и режим мультипрограммирования, т.е. одновременную работу центрального процессора и каналов ввода/вывода. По габаритам ЭВМ делятся на малые, средние, большие и специальные. Параллельно с совершенствованием ЭВМ, развивается программное обеспечение, появляются алгоритмические языка программирования, АСУ, диспетчеры. * Третье поколение ЭВМ - 1964 - 1976 г.г.: * 1958 г. - Джек Килби придумал, как на одной пластине разместить несколько транзисторов. * 1959 г. - Роберт Нойд сконструировал первые чипы (интегральные схемы). * Первой ЭВМ третьего поколения можно считать серию моделей IBM/360 (1964 г., США). * К ЭВМ третьего поколения можно отнести PDP-8 (Первый мини-компьютер, был создан в 1965 г. и стоил 20 тыс. $), PDP-11,B-3500, серию ЕС-ЭВМ. * ЭВМ третьего поколения характеризуются элементной базой на ИС и частично БИС, оперативной памятью полупроводниковой на интегральных схемах и объёмом 16 Мб, производительностью до 30 млн. операций в секунду. По габаритам ЭВМ делятся на большие, средние, мини и микро. Типичные модели поколения - ЕС-ЭВМ, СМ-ЭВМ, IBM/360, PDP, VAX. Характерной особенностью ЭВМ третьего поколения явилось наличие операционной системы, появление возможности мультипрограммирования и управление ресурсами (периферийными устройствами) самой аппаратной частью ЭВМ или непосредственно операционной системой. Программное обеспечение ЭВМ усложняется за счет появления ОС, ППП, СУБД, САПР, новых алгоритмических языков высокого уровня (ПЛ-1, АЛГОЛ, КОБОЛ…). * Четвертое поколение ЭВМ - 1977 - наши дни: * Наиболее известная серия первых ЭВМ четвертого поколения - IBM/370. * Конструктивно - технологической основой ВТ четвертого поколения стали большие интегральные схемы (БИС) и сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), созданные в 70-80 годах, быстродействующие запоминающие устройства.. ЭВМ рассчитываются на эффективное использование ЯВУ, упрощение процесса программирования для проблемного программиста. * Парк машин четвертого поколения можно разделить на микро-ЭВМ, ПК, мини-ЭВМ, ЭВМ общего назначения, специальные ЭВМ, супер-ЭВМ. * Оперативная память машин четвертого поколения - полупроводниковая на СБИС и объёмом 16 Мб и более. * Типичные представители этого поколения - IBM/370, SX-2, IBM PC/XT/AT, PS/2, Cray. * Персональные компьютеры: * ПК - наиболее распространенные ЦЭВМ в настоящее время. Их появление восходит к первой мини-ЭВМ PDP-8. * 1970 г. - фирма INTAL начала продавать интегральные схемы памяти и в августе - интегральную схему, аналогичную центральному процессору большой ЭВМ (микропроцессор Intel - 4004). * 1975 г. - появился первый персональный компьютер Альтаир-8800 с микропроцессором Intel 8080. * 1981 г. - фирма IBM начинает выпуск персональных компьютеров IBM PC. * 1983 г. - выпущен компьютер IBM PC XT c жестким диском. * 1985 г. - начат выпуск ПК IBM PC AT . | |
| Просмотров: 2833 | Комментарии: 2 | |
Среда, 2024-12-18, 9:12 PM
Приветствую Вас Гость
Приветствую Вас Гость
Форма входа |
|---|
Социальные закладк |
|---|
Поиск |
|---|
Друзья сайта |
|---|
Теги |
|---|
Статистика |
|---|