Разработка урока История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ 7 класс

Тема урока: История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ
Цели урока:
Тип урока: объяснительно – дискуссионный (демонстрационный), с элементами практикума;
Ход урока: I. Организационный момент
II . Проверка домашнего задания
III. Устный опрос
IV. Объяснение нового материала
Для работы были использованы сайты:
http://museum.comp-school.ru - музей истории вычислительной техники; http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/index.htm- виртуальный музей информатики на странице московской школы №444.
1. Доэлектронные вычислительные устройства.
С древности предпринимались попытки создания устройств, облегчающих вычисления. История вычислительной техники началась с попыток автоматизировать расчетные операции с помощью механических приспособлений. Полагают, что первыми "вычислительными" машинами были абак и счеты. Абак – механический «компьютер» (от англ.computer – вычислитель, расчетчик). Он имел память – костяшки на счетах, и процессор – человека, производившего вычисления, двигая костяшки. Откройте сайт http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/index.htm и посмотрите устройство и принцип действия этих приспособлений.Следующим этапом развития было создание суммирующей машины. Принято считать, что «биографии» механических счетных машин ведутся от Блеза Паскаля (1623-1662), великого французского философа, математика, физика. 17-летний юноша очень хотел облегчить работу своему отцу, сборщику налогов, который просиживал дни и ночи над однообразными и утомительными расчетами. Первая модель машины оказалась неудачной. Паскаль создал еще около 50-ти моделей, работал над созданием счетной машины в течении 5-ти лет и завершил работу в 1645 году. Эта машина выполняла лишь одно арифметическое действие- сложение. Называлась она –«Паскалина».
Посмотрите на сайте устройство машины Блеза Паскаля. Суммирующая машина представляет собой систему взаимодействующих колесиков, каждое из которых соответствует одному разряду десятичного числа и содержит цифры от 0 до 9. Когда колесико совершает полный оборот, следующее сдвигается на одну цифру.
Вопрос: На что похож принцип действия суммирующей машины?Предполагаемый ответ: На принцип ручных счетов. С помощью суммирующей машины можно складывать многозначные числа. Механические арифмометры и первые машины с программным управлением были созданы в 19 в. усилиями ученых разных стран: П.Л. Чебышевым в России и Ч. Бэббиджем в Англии. Чарльз Бэббидж - английский математик и изобретатель. Более 40 лет он работал над проектом программируемой вычислительной машины, которую назвал аналитической. Бэббиджу принадлежала сама идея программирования вычислений, а также способ ее реализации - ввод программ в машину с помощью перфокарт. Это изобретение опередило эпоху на 100 лет! Однако его проект остался незавершенным из-за невозможности изготовления высокоточных деталей и недостаточного финансирования. Автор работал над своей машиной до последних лет своей жизни, потратив все свои средства. Сын изобретателя Генри Беббидж посвятил несколько лет изучению наследия и с успехом продолжил работу над машиной. Машина Беббиджа оказалась работоспособной, но изобретатель этого уже не увидел.
Вопрос: Какие устройства входили в состав программно-управляемой машины Бэббиджа? Используйте известные вам адреса.Предполагаемый ответ: Арифметическое устройство, устройство управления, устройства ввода и печати.Вопрос: Если провести аналогию с компьютером, то какие современные названия соответствуют перечисленным устройствам?Предполагаемый ответ: арифметическое устройство и устройство управления объединены в микропроцессоре, основное устройство ввода - клавиатура, устройство печати - принтер.2. Поколения ЭВМ.
Эра электронных вычислительных машин началась в 30-х гг. 20 в из-за потребности в автоматизации сложных вычислений. Ведь они оказались нужны и при проектировании самолетов, и в атомной физике, а с началом Второй мировой войны - для многих военных целей: расчетах при артиллерийских стрельбах, расшифровки кодов разведки противника, разработки атомной бомбы и т.д.Идеи создания ЭВМ возникли независимо друг от друга в четырех промышленно развитых странах: США, Великобритании, Германии и СССР.Найдите на сайте материал об А. Тьюринге, Э. Посте, К. Цузе, Д. Атанасове.
Вопрос: Каков их вклад в развитие вычислительной техники?Предполагаемый ответ: Тьюринг и независимо от него Пост выдвинули и разработали концепцию абстрактной вычислительной машины, Цузе построил первый чисто механический компьютер, Атанасов создал прототип вычислительной машины на базе двоичных элементов.
Первое поколение ЭВМ (1945-1956 гг.).
Уже в 1946 г. в США коллектив, руководимый Дж. Моучли и Д. Эккертом, создал первую в мире ЭВМ "Эниак". К машинам I поколения относят ЭВМ, основным элементом которых служила электронная лампа. Машины этого поколения были очень громоздкими. Например, вес машины ЭНИАК составлял 30 тонн, занимала площадь 170 кв.м, содержала 18 000 электронных ламп. Найдите и изучите материал по этой теме.Вопрос: Совершенна ли была такая машина?Предполагаемый ответ: Нет, т.к. элементной основой этого класса машин были электронные лампы, а им свойственно быстро перегорать. Следовательно, много времени уходит на ремонт и замену. Кроме того, они сильно разогреваются, что требует специального охлаждения. Тем не менее, такие машины позволяли в десятки раз уменьшить трудоемкость проведения математических операций (до 5000 опер/с).Развитие электронно-вычислительной техники в СССР тесно связано с именем академика С.А. Лебедева. Познакомьтесь с материалом об этом ученом на сайте http://museum.comp-school.ru/ Под его руководством в 1951 г. была создана первая советская ЭВМ - "МЭСМ".
Вопрос: Какую основную проблему перед разработчиками и пользователями выдвинул опыт эксплуатации компьютеров первого поколения?Предполагаемый ответ: Эти машины были огромными, неудобными и очень дорогими. К тому же существовал большой разрыв между временем разработки программ и временем счета. Новую структуру ЭВМ, которая в основных чертах сохранилась до сих пор, предложил в 1946 г. математик Джон фон Нейман. Вопрос: Какова главная идея его проекта?Предполагаемый ответ: принцип хранимой программы, т.е. программы, которая хранится в памяти машины наряду с данными и промежуточными результатами.
Второе поколение ЭВМ (1957-1967 гг.).
Учитель: Второе поколение ЭВМ своим рождением обязано миниатюрному полупроводниковому прибору - транзистору. Ко II поколению относятся машины, элементная база которых - полупроводниковые транзисторы. В 32 раза возрос объем памяти у этих машин и в 10 раз увеличилось быстродействие. Эти машины не требовали огромного количества электроэнергии, уменьшились их размеры и масса. Названия серий сохранились, менялись лишь их порядковые номера.Вопрос: Как повлияло появление транзисторов на характеристики и структуру ЭВМ?Предполагаемый ответ: уменьшились их размеры, снизилась энергоемкость, повысилось быстродействие и время безотказной работы. Рассмотрим основных представителей машин этого поколения."БЭСМ-6": лучшая в мире ЭВМ второго поколения, уровень которой на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов. Самая распространенная ЭВМ для научных расчетов. Она широко использовалась при разработке и реализации отечественных космических программ.
Третье поколение ЭВМ (1968-1973 гг.).
На рубеже 70-х годов в Советском Союзе был освоен выпуск интегральных микросхем, которые и стали сердцем машин III поколения. Скорость работы этих машин достигла миллиона операций в секунду. Первая серийная машина этого поколения «Наири» была создана в 1970 г. Элементная основа ЭВМ третьего поколения стала микроэлектронной. В ее основе лежат интегральные схемы - схемы, реализованные на одном кристалле кремния. Несколько транзисторов размещались на одной основе и соединялись без проволоки. Первая ИС содержала 6 транзисторов.Вопрос: Чем машины третьего поколения отличались от первых двух?Предполагаемый ответ: третье поколение дало возможность перерабатывать не только числа, но и алфавитно-цифровую информацию; в качестве основной единицы информации принят байт; несколько пользователей могут работать на ЭВМ одновременно, параллельно и независимо друг от друга; появились дополнительные устройства ввода и вывода информации. ЭВМ третьего поколения стали выпускаться целыми семействами: IBM-360, ЕС-ЭВМ. Посмотрите НАИРИ-2, ЕС-1050.
Четвертое поколение (1974 - 1982 гг.).
В ЭВМ четвертого поколения элементная база совершенствовалась за счет повышения степени интеграции, т.е. увеличения числа элементов в одном кристалле. Большие интегральные схемы - БИС - содержали до 100000 элементов и заменяли сотни интегральных схем.Посмотрите материал об этом периоде на сайте http://museum.comp-school.ru/Вопрос: Какое быстродействие характерно для машин четвертого поколения?Предполагаемый ответ: До 120 миллионов операций в секунду.Вопрос: Перечислите основных представителей этого поколения, выпускаемых в нашей стране.Предполагаемый ответ: Эльбрус, Электроника, Искра и др.В это время был создан микропроцессор, который является основной конструкцией ЭВМ четвертого поколения.
Оставаясь на сайте http://museum.comp-school.ru/, ответьте на следующие вопросы:Вопрос: Когда и где был создан первый микропроцессор?Предполагаемый ответ: В 1971 г. фирмой INTEL (США).Вопрос: Когда был создан и как назывался первый персональный компьютер?Предполагаемый ответ: В1974 г. фирмой MITS (США) был создан первый ПК ALTAIR.Вопрос: Как изменился облик ЭВМ третьего поколения?Предполагаемый ответ: Облик ЭВМ кардинально изменился: она стала очень надежной и дружественной.Вопрос: Почему появление ПК считают грандиозной научно-технической революцией, сравнимой с изобретением радио? Ведь вычислительная техника к моменту рождения ПК уже существовала четверть века?Предполагаемый ответ: Старые ЭВМ были отделены от массового пользователя, с ними работали только специалисты. Рождение ПК сделало ЭВМ массовым инструментом.
Пятое поколение (1983 - ... гг.).Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе сверхбольших интегральных схем повышенной степени интеграции (СБИС). Развитие идет также по пути "интеллектуализации" компьютеров, устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний. Вопрос: Что понимают под интеллектуальностью компьютера?Предполагаемый ответ: Способность компьютера понимать текст, написанный на естественном языке и содержащий условие задачи, и переводить его в работающую программу для компьютера.
Учитель: Подведем итоги.
Сейчас насчитывается уже несколько поколений ЭВМ. К одному поколению относят все типы и модели машин, сконструированные на одних научно-технических принципах. Смена поколений происходит с появлением новых элементов, изготовленных по принципиально иным технологиям.
Первое поколение (1946-середина 50-х годов): Элементная база: Электронно-вакуумные лампы, резисторы и конденсаторы. Габариты: Громадные шкафы, которые занимали целые машинные залы. Скорость работы: 10-20 тыс. операций в секунду. Эксплуатация: частая замена ламп, перегрев машины. Программирование: в машинных кодах.
Второе поколение (конец 50-х – конец 60-х годов): Элементная база: полупроводниковые элементы. Габариты: стойки чуть выше роста человека. Устанавливались в специальных залах. Скорость работы: до 1 млн. операций в секунду. Эксплуатация: стала проще. Появился штат обслуживающего персонала. Программирование: появились первые алгоритмические языки.
Третье поколение (конец 60-х – конец 70-х годов):Элементная база: интегральные схемы. Габариты: Схожи с ЭВМ второго поколения, не нуждались в специальном помещении . Скорость работы: до нескольких млн. операций в секунду. Эксплуатация: требуется большой штат сотрудников: операторов, электронщиков. Большую роль тграет системный программист. Программирование: примерно такие же, как и на предыдущем этапе. Больше алгоритмических языков.
Четвертое поколение ( от конца 70-х по 1982 год): Элементная база: большие интегральные схемы. Габариты: Персональный компьютер, занимающий часть письменного стола. Скорость работы: до млрд. операций в секунду. Эксплуатация: удобная работа пользователя, дружественный интерфейс, компактность оборудования, возможность подключения дополнительных устройств. Программирование: новые языки и среды программирования. Развитие операционных систем, а также широкого класса программ прикладного характера.
Пятое поколение (1983г - ….): Элементная база: Сверхбольшие интегральные схемы. Габариты: Как и предыдущие. Скорость работы: до нескольких млрд.. операций в секунду. Эксплуатация: очень сложная, частая замена ламп, перегрев машины. Программирование: в машинных кодах.
V. Закрепление материала. Практическая работа
(по заданию учителя)
VI. Итог урока
(оценивание учащихся за работу на уроке).
VII. Домашнее задание:
Сведите изученные характеристики компьютеров всех поколений в итоговую таблицу.
По лекции.