Урок №5 Тема «Історія розвитку обчислювальної техніки»

Вид материала

Урок

Содержание 2. Механічні машини 3. Утопічний проект Ч. Бебиджа 4. Електромеханічні машини 5. Електронні машини 6. Покоління комп'ютерів (ЕОМ) Перше покоління Друге покоління Третє покоління Четверте покоління П'яте покоління Неможливе сьогодні стане можливим «завтра завдяки вам — сьогоднішнім школярам! Характеристики поколінь комп’ютерів Перспективні технології

Подобный материал:

• 2 історія розвитку обчислювальної техніки, 289.7kb.
• Історія розвитку обчислювальної техніки, 89.54kb.
• Історія розвитку обчислювальної техніки перші обчислювальні машини, 99.24kb.
• Тема : Історія розвитку обчислювальної техніки. Покоління еом, 111.45kb.
• Календарно-тематичне планування з інформатики, 39.19kb.
• «Історія обчислювальної техніки», 6.01kb.
• Робоча навчальна програма з дисципліни "Основи інформатики та обчислювальної техніки", 370.15kb.
• ПП. 58. Наведіть структурну схему еом, поясніть принцип її роботи. Дайте характеристику, 109.05kb.
• Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки І електронної техніки, 345.74kb.
• «Історія розвитку техніки», 10.76kb.

9 клас

Урок № 5

Тема «Історія розвитку обчислювальної техніки»

Якщо ви не думаєте про майбутнє,

у вас його не буде.

Джон Голсуорсі

Десять пальців рук — природний обчислювальний засіб пер­вісної людини й маленької дитини. У цьому параграфі просте­жимо еволюцію обчислювальних пристроїв від абака до сучас­ного комп'ютера.

1. Абак і рахівниця

Найпростішими технічними пристроями для обчислень у давнину були дерев'яні палички із зарубками, які називали бірками, шкіряні ремені та шнурки з вузликами. Первісні форми торгівлі зумовили виникнення перших пристроїв для перетворення інформації — різних видів рахівниць. Найдавнішим пристроєм уважають абак.

Найпоширеніший різновид давнього абака — це дошка, вкрита по­рохом, на якій легко було робити позначки. Таку дошку, на відміну від бірок, використовували багаторазово. Деякі різновиди абака мали заглиблен­ня, куди вкладали камінці. Заповнюючи пристрій камінцями й переміщуючи їх, виконували дії додавання та віднімання. Згодом у Китаї за цим принципом були створені рахівниці, де на декілька стрижнів, що символізували розряди, нанизували по 10 кісточок, які означали одиниці. Лише декілька десятків років тому рахівниці були витіснені калькуляторами.

Обчислювальні пристрої поділяють на механічні, електромеханічні й електронні (ЕОМ — електронні обчислювальні машини).

2. Механічні машини

Першу механічну обчислювальну машину сконструював 1642 р. француз Блез Паскаль (1623—1662). Ця машина давала змогу додавати багатозначні числа. Наприкінці XVII ст. німецький учений Готфрид Ляйбніц (1646—1716) удосконалив пристрій Паскаля. Його машина виконувала також операції множення та ділення. Головним елементом цих машин була система з'єднаних десятизубчастих коліс. Модер­нізована багатьма винахідниками ця механічна машина дійшла до наших днів у вигляді арифмометра. Арифмометри використовували до 70-х років XX ст.

Чи знаєте ви, що Блез Паскаль у віці 12-16 років зробив важливі від­криття в галузі математики і фізики. В 19 років, спостерігаючи за працею батька — королівського податківця, створив для нього меха­нічну обчислювальну машину і спробував її ко­мерційно поширювати. Зазначимо, що на рівні ідей, креслень і описів обчислювальні пристрої були згадані ще раніше в працях Леонардо да Вінчі та інших вчених, проте машина Паскаля стала першою, копії якої збереглися до наших днів. На честь Паскаля названо кратер на Місяці, одиницю тиску в фізиці, а також мову програмування.


3. Утопічний проект Ч. Бебиджа

Перший крок до створення сучасних комп'ютерів зробив англійсь­кий математик Чарльз Бебидж (1792—1871). З 1820 по 1856 р. він розробляв обчислювальну машину, яку назвав аналітичною. Машина мала розв'язувати складні арифметичні задачі, виконуючи необхідні дії з даними.

Мети Ч. Бебидж досягти не зумів, оскільки проект значно випередив свій час. Однак іншими обчислювальними пристроями, які він створив, послуговувалися чимало років.

Ідеї Ч. Бебиджа щодо будови та роботи машини — пристрої введення-виведення, пам'ять та арифметичний пристрій (вдало названі, відповідно, «складом» та «млином»), дані на перфокартах, умовна пере­дача керування залежно від одержаного результату — були фун­даментальними. Перший комп'ютер, що з'явився через 100 років, дуже нагадував аналітичну машину.


Чи знаєте ви, що учениця Ч. Бебиджа Ада Лавлейс (1815— Ш 1852), дочка англійського поета Джорджа Байрона, сформу­лювала принцип програмної роботи аналітичної машини. Ось чому А. Лавлейс слушно вважають першим у світі програ­містом. На її честь названо одну із сучасних мов програ­мування — Ада.


4. Електромеханічні машини

Наприкінці XIX — на початку XX ст. винайдено електромеханічні обчислювальні машини. Американець Герман Голерид (1860—1929) сконструював машину-табулятор, яка опрацьовувала інформацію, занесену на перфокарти. Опрацювання результатів перепису населення СІЛА 1890 р, за допомогою таких табуляторів засвідчило їхню високу ефективність. Після цього Г. Голерид заснував фірму, що виготовляла табулятори. А на початку XX ст. на її базі виникла фірма IBM, яка зробила значний внесок у розвиток сучасної обчислювальної техніки.

У 1936 р. англійський учений Алан Тюринг (1912—1954) теоре­тично довів можливість створення універсальної цифрової обчислю­вальної машини, винахідником якої став німецький вчений Конрад Цузе. У Німеччині машину на базі електромагнітних реле побудували 1941 р. Аналогічна машина «Марк 1» невдовзі була створена в США.

5. Електронні машини

Під час Другої світової війни Джон Атанасов та Кліфорд Бері (СІЛА) для побудови логічних схем з успіхом використали електронні радіолампи і створили першу електронну обчислювальну машину — «ABC». Ця машина могла розв'язувати лише специфічні задачі. Вона ще не була універсальною.

Першу універсальну електронну обчислювальну машину (ЕОМ «ЕНІАК») сконструювали 1946 р. під керівництвом Джона Моучлі та Преспера Екерта в СІЛА. Власне з цього часу й почалася доба комп'ю­терів. З латинської слово комп'ютер перекладають як «обчислювач». Універсальність означає, що машина призначена для розв'язування різноманітних класів задач.

Чи знаєте ви, що перший комп'ютер в Україні (і в неострівній Європі) сконструювали в Києві 1951 р. Його назвали «МЭСМ» (у перекладі з російської — мала електронна обчислювальна машина). У1952 р. побу­дували машину «БЭСМ» (велику електронну обчислювальну машину). Цими проектами керував академік Сергій Лебедев. Машини класу «БЭСМ-6» тривалий час уважали найкращими в Європі.

6. Покоління комп'ютерів (ЕОМ)

Жоден технічний пристрій не удосконалювали так швидко, як комп'ютер. Кожні декілька років відбувалися суттєві зміни в їхніх кон­струкціях і способах виробництва. Нові моделі швидко витісняли заста­рілі. Можливості та сфери їхнього застосування щоразу розширюва­лись, а на відміну від інших пристроїв, наприклад, телевізорів чи автомобілів, собівартість і ціна постійно знижувались.

Розрізняють п'ять поколінь комп'ютерів. Кожне покоління харак­теризують елементною базою (видом елементів-пристроїв, з яких побудовано оперативну пам'ять і процесор) та розвитком програмного забезпечення.

Перше покоління (50-ті роки XX ст.). Елементна база комп'ютерів першого покоління — вакуумні електронні лампи. Тисячі ламп були в металевих шафах, які займали багато місця. Маса такої машини — десятки тонн. Для її роботи була потрібна невелика, електростанція. Охолодження машини забезпечували потужні вентилятори. Програ­мування виконували в кодах машини. Доступ до машини мали тільки спеціалісти-професіонали. Швидкодія становила декілька тисяч операцій за секунду. Ці машини мали невелику оперативну пам'ять.

Друге покоління (60-ті роки). Елементна база комп'ютерів другого покоління — транзистори, які є значно менші від ламп і споживають мало енергії. Тому розміри комп'ютера зменшилися. Можливості ж збільшилися, оскільки з'явилися мови програмування високого рівня та програмне забезпечення. Програмування стало доступним для непрофесіоналів у галузі комп'ютерів. Швидкодія машин досягла сотень тисяч операцій за секунду. Значно збільшилася оперативна пам'ять.

Третє покоління (70-ті роки). Елементна база комп'ютерів третього покоління — інтегровані пристрої (інші терміни — інтегральні схеми, чипи). Інтегрований пристрій — це невелика пластинка з чистого кремнію, на якій нанесено мініатюрні електронні елементи: транзисто­ри, резистори тощо. Таких елементів на квадратному сантиметрі спо­чатку було декілька тисяч. Значно збільшилися швидкодія (до кількох мільйонів операцій за секунду) процесора та ємність оперативної пам'яті. Розвинулось програмне забезпечення. Користувачам не було потреби працювати безпосередньо за пультом керування. їм надавали термінали (клавіатура, дисплей та інші пристрої введення-виведення), які могли бути віддалені від комп'ютера на чималі відстані. Це дало поштовх до створення комп'ютерних мереж. Для зберігання інформації використовували магнітні стрічки та великогабаритні магнітні диски. Магнітні носії інформації витіснили паперові: перфокарти і перфострічки. Почався перехід до безпаперової інформатики. На одному кристалі кремнію стало можливим обладнати пристрій, який відтворює роботу процесора. Такі однокристальні процесори одержали назву мікропроцесорів. На їхній базі почали створювати ПК.

Великих успіхів у цей час досягли українські вчені. Створені у Києві під загальним керівництвом академіка Віктора Глушкова машини серії «Мир» були першими в світі, які могли розв'язувати математичні задачі точно, а не наближено. За характеристиками це були повноцінні перші персональні комп'ютери, хіба що не настільні. Машина «Мир» — перша й остання оригінальна вітчизняна розробка, яку офіційно купила американська компанія IBM.

Четверте покоління (80-ті роки). Елементною базою стали великомасштабні інтегровані пристрої, де на малому кристалі кремнію містились елементи зі щільністю десятки тисяч на квадратний санти­метр. Збільшилися швидкодія (до мільярда операцій за секунду), ємність оперативної пам'яті, поліпшилася зручність у користуванні. Масове виробництво та збут забезпечили різке зниження цін на комп'ютерну техніку. Користувач знову сів за пульт керування, але вже ПК.

На рівні четвертого покоління відбувся поділ комп'ютерів на обчис­лювальні машини-мейнфрейми для виконання складних робіт та настільні ПК для застосування в побуті та офісах. Час великогабаритних обчислюва­льних машин швидко минув. їм на зміну прийшли потужні малогабаритні комп'ютери з тими ж функціями і ще більшими можливостями.

П'яте покоління (90-ті роки). Елементною базою комп'ютерів п'ятого покоління стали надвеликомасштабні інтегровані пристрої, які містять сотні тисяч елементів на квадратному сантиметрі. Швидкодія комп'ю­терів і ємність оперативної та дискової пам'яті стали вражаючими. Подолано рубіж 1 мільярда операцій за секунду для однопроцесорного комп'ютера і 1 трильйона операцій — для багатопроцесорної системи.

Характерною ознакою 90-х років став бурхливий розвиток мікро-електроніки, масовий випуск і використання потужних ПК, комп'ютерів-серверів та периферійної техніки. Створено нові операційні системи з дружнім графічним інтерфейсом і ефективні за можли­востями прикладні програми, здатні автоматизувати практично всі види робіт у найрізноманітніших сферах діяльності людини.

Мільйони комп'ютерів були з'єднані в мережі. Інформація перетво­рилася на цінний продукт сучасного суспільства. На зламі тисячоліть людство розпочало інформаційну добу розвитку.

7. Перспективи розвитку комп'ютерів

Сучасна обчислювальна техніка наблизилась до межі можливостей електронних схем. Це зумовлене обмеженою швидкістю поширення електричного сигналу та збільшенням негативного впливу теплових ефектів унаслідок зменшення розмірів мікросхем.

Відомо, що під час роботи всіх електричних приладів виділяється тепло. Сучасні комп'ютери обладнані вентиляторами для охолодження системи. Виділення тепла в мікросхемах уникнути не можна, а венти­лятор у них не вмонтуєш. Тепло «надійно охороняє» підходи до мікро­світу. Чим менша мікросхема, тим вищий рівень теплових шумів і тим важче їх уникнути. З деякого рівня мініатюризації витрати на боротьбу з шумами стануть надто великими й ефект збільшення швидкодії не окупиться. Це і є межа для мікросхем, сьогодні визначена природою.

Перехід до надпровідних елементів і глибокого охолодження елект­ронних схем, волоконно-оптичних, вакуумних і самоорганізаційних технологій, біотехнологій, де вчені мають наміри вирощувати біопроцесори в пробірках, дещо віддалить цю межу, але не усуне її. Ще можна збільшити швидкодію у сто-тисячу разів, але коштуватиме це дорого.

Передбачають, що в майбутньому архітектура обчислювальних машин буде далекою від фоннейманівської.

Для створення комп'ютера третього тисячоліття потрібні прин­ципово нові ідеї та винаходи, які зроблять прорив у розвитку електро­ніки. Структура комп'ютера третього тисячоліття нагадуватиме будову мозку людини — найдосконалішої обчислювальної системи, яку техніч­ними засобами перевершити неможливо. Завдання полягає в тому, щоб якомога повніше відтворити (змоделювати) його функції технічно.

Неможливе сьогодні стане можливим «завтра завдяки вам — сьогоднішнім школярам!


Опорний конспект

Бірки, абак, рахівниця, арифмометр – давні обчислювальні пристрої.

Історичні види обчислювальних машин: механічні, електромеханічні, електронні.

ЕОМ – електронна обчислювальна машина.

1642 р. – Блез Паскаль створив першу механічну обчислювальну машину, яка виконувала дії додавання і віднімання багато розрядних десяткових чисел.

1673 р. – Готфрид Ляйбніц створив машину, що могла також перемножувати і ділити числа (прообраз арифмометра).

1820-1856 р. – Чарльз Бебидж працював над проектом створення механічної універсальної обчислювальної машини.

1890 р. – Герман Голерид створив і ефективно застосував електро-механічний обчислювальний пристрій – табулятор.

1936 р. – Ален Тюринг теоретично довів можливість створення універсальної цифрової обчислювальної машини.

1946 р. – почалася ера сучасних комп’ютерів зі створення першої електронної універсальної цифрової обчислювальної машини.

1951 р.- перший комп’ютер створено в Україні.

Характеристики поколінь комп’ютерів: елементна база, програмне забезпечення; інші характеристики: швидкодія процесора, ємність оперативної пам’яті, види носіїв зовнішньої пам’яті тощо.

50 – ті роки ХХ ст.. – перша покоління (електронні, лампи, ручне керування, програмування в кодах машини).

60 – ті роки ХХ ст.. – друге покоління (транзистори, сучасні мови програмування, одноосібне керування).

70 – ті роки – третє покоління (інтегровані пристрої, багатокористувацький підхід до використання машин за принципом одна машина – багато користувачів).

Термінал – віддалений засіб керування машиною (клавіатура, монітор).

80 – ті роки – четверте покоління (великомасштабні інтегровані пристрої, дружні програмні середовища,повернення до принципу – один користувач на рівні ПК).

90 – роки і донині – п’яте покоління (над великомасштабні інтегровані пристрої,розвиток середовищ візуального програмування і технологій використання машин у мережі,повернення до багатокористувацького підходу, але за новим принципом: один сервер – багато клієнтів.

Перспективні технології: надпровідні елементи, глибоке охолодження електронних схем, волоконно-оптичні, вакуумні та самоорганізаційні технології, біотехнології, нейронні технології.

Питання

1. Як називали перший обчислювальний пристрій?
   
2. На які види історично поділяють обчислювальні пристрої?
   
3. Кого вважають винахідником першої механічної обчислювальної машини, яка збереглася до наших днів?
   
4. Хто зробив перший крок до створення сучасних обчислювальних машин?
   
5. Чому Ч.Бебидж не зумів досягти мети на шляху створення універсальної обчислювальної машини?
   
6. Що таке «склад» і «млин» у розумінні Ч.Бебиджа?
   
7. Кого символічно вважають першим у світі програмістом?
   
8. Яка заслуга Г.Голерида на шляху створення сучасних обчислювальних машин ?
   
9. Кого вважають винахідником універсальної цифрової обчислювальної машини? Чи була ця машина електронною?
   
10. Коли і хто створив першу універсальну електронну обчислювальну машину, від якої веде відлік ера сучасних обчислювальних машин?
    
11. В якій країні материкової (у сенсі без островів) Європи створений перший комп’ютер?
    
12. Скільки поколінь сучасних обчислювальних машин розрізняють?
    
13. Які риси стали основою класифікації комп’ютерів за поколіннями?
    
14. Що було елементною базою комп’ютерів першого покоління?
    
15. Яка елементна база комп’ютерів другого покоління?
    
16. Що таке інтегрований пристрій? Коли його почали застосовувати?
    
17. Що таке термінал?
    
18. Що таке мікропроцесор?
    
19. Чим характеризують комп’ютери четвертого покоління?
    
20. Що таке над великомасштабний інтегрований пристрій? Чи справді він дуже великий?
    
21. Що ви знаєте про перспективні технології в розвитку комп’ютерів?