Каково назначение моделей учебных компьютеров
Обновлено: 02.07.2024
Задание 1. Что общего и в чем различие понятий «математическая модель» и «компьютерная математическая модель»?
Математическая модель – описание моделируемого процесса на языке математики.
Компьютерная математическая модель – программа, которая проводит расчеты состояния моделируемой системы по ее математической модели.
Общее: в компьютерной математической модели проводятся расчеты по математической модели.
Различие: в компьютерной математической модели программно проводятся расчеты, а математическая модель является лишь описанием моделируемого процесса.
Задание 2. Расчет прогноза погоды на современном компьютере с быстродействием 1 млн операций в секунду длится 1 час. Замерьте, сколько в среднем времени вы затрачиваете на выполнение с помощью калькулятора одной математической операции с многозначными числами, и оцените ваши временные затраты на подобный прогноз при условии, что вы считали бы вручную (используя только калькулятор).
Замерим, сколько потребуется времени на вычисление одной математической операции (562*587). Примерно потребовалось 5 секунд на одну операцию и 1 секунда для перехода к следующей операции. Будем считать, что потребуется 6 секунд на операцию.
1 час = 3600 секунд
То есть за 1 час компьютер выполнит 3 600 * 1 000 000 = 3 600 000 000 операций.
Так как нам нужно выполнить столько же операций, умножим количество операций на время, которое нам потребуется выполнить одну операцию.
3 600 000 000 * 6 = 21 600 000 000 секунд = 6 000 000 часов = 250 000 дней ≈ 685 лет
Ответ: нам бы потребовалось примерно 685 лет, по сравнению с компьютером, который это выполнит за 1 час.
Задание 3. В чем состоит особенность компьютерного математического моделирования в процессе управления техническим устройством?
В процессе управления техническим устройством происходит расчёт по математическим моделям в режиме реального времени.
Задание 4. Самолет находится на высоте 5000 метров. Обнаружилась неисправность работы двигателя. Самолет начал быстро снижаться со скоростью 20 м/с. Бортовой компьютер производит диагностику неисправности и сообщает пилоту о необходимых действиях. Для решения этой задачи ему нужно выполнить 108 вычислительных операций. Быстродействие компьютера — 1 млн оп./с. Сколько времени займут компьютерные вычисления? Сколько времени будет у летчика на спасение самолета, если минимальная высота, на которой самолет можно вывести из аварийного снижения, — 2000 метров?
Дано:
Высота – 5000 метров
Скорость снижения самолета – 20 м/с
Необходимо выполнить 10 8 вычислительных операций для пилота
Быстродействие компьютера – 1 миллион операций в секунду
Решение:
Вычислим время на компьютерные вычисления:
Найдем время, которое есть у летчика на спасение самолета. Для этого мы вычтем из высоты, на которой находится самолет, высоту, с которой возможно вывести из аварийного снижения.
То есть летчик успеет спасти самолёт и пассажиров на борту.
Ответ: 100 секунд на компьютерные вычисления, 150 секунд на спасение самолёта.
Задание 5. В каких ситуациях используется имитационное моделирование?
Имитационное моделирование используется в ситуациях, поведение которых заранее предсказать нельзя.
Задание 6. Придумайте по одному примеру формы использования компьютерной графики для вычислительного эксперимента, для компьютерного управления и для имитационной модели.
Вычислительный эксперимент: график изменений.
Компьютерное управление: схема управления, блок-схема.
Имитационная модель: изображение модели.
В жизни каждого ребенка когда-нибудь обязательно наступает первое сентября – дата, отделяющая вольницу различной степени беззаботности от ученических будней. В школе ребенку предстоит изучать множество предметов, но в этом блоге, что логично, нам более всего интересна информатика. Давайте по случаю дня знаний, хоть и с небольшим опозданием, вспомним учебные компьютеры нашего школьного детства, а после, в следующем посте, поговорим о дне сегодняшнем – какие устройства можно увидеть в классе сейчас и о чем там рассказывают.
1. Позднесоветская эра (1985-1991)
Программа по реформированию советского образования 1984 года предусматривала, помимо прочего, введение в школах нового предмета – «Основы информатики и вычислительной техники» (ОИВТ). Внедрение программы в жизнь началось в 1985-м, тогда же десятки научно-исследовательских учреждений, включая биологические и химические, принялись конструировать персональные компьютеры (хотя такого сочетания слов еще не знали) для нужд образования. В результате за несколько лет было создано множество моделей ПК; некоторое подмножество их удалось запустить в массовое производство.
Персональный компьютер БК-0010
Технологический разрыв в области кибернетики между двумя сторонами «железного занавеса» в то время достигал уже значительной величины, поэтому все модели «социалистических ПК» были в той или иной (обычно значительной) мере копиями зарубежных. В табличке ниже я попытался нарисовать общую картину советского компьютеростроения на примере самых известных его представителей (сюда же добавлены ПК производства соц. стран, которые поставлялись в СССР). Если вы заметили в ней неточности, просьба написать в комментарии или ЛС.
| Стандарт/оригинал | Процессор | Модели |
|---|---|---|
| DEC PDP-11 | КМ1801ВМ1/2 | ДВК-1 |
| ДВК-2 | ||
| БК-0010 | ||
| Электроника МС 0511 | ||
| Intel i8080 | КР580ВМ80А | Корвет ПК8010/ПК8020 |
| Микроша | ||
| Ириша | ||
| Zilog Z80 | Т34ВМ1 | Компаньон |
| Квант БК МС0530 | ||
| U880 | Robotron KC 85/KC 87 (ГДР) | |
| Intel i8086/8088 | КМ1810ВМ86 | Ассистент-128 |
| ЕС-1840, ЕС-1841 | ||
| КМ1810ВМ88 | Поиск | |
| Электроника МС 1502 | ||
| 6502 | MOS Technology 6502 | Агат |
| CM630 | Правец 8 (Болгария) |
Рабочее место учителя КУВТ «УК-НЦ»
Помимо отечественной продукции, в классах наиболее продвинутых школ можно было встретить и непосредственно их зарубежные оригиналы. В первую очередь это КУВТ «Ямаха» на базе японских компьютеров стандарта MSX Yamaha YIS-503/805. Встречались также корейские MSX Daewoo, отличавшиеся отсутствием русских букв на клавиатуре и повсеместной иероглифизацией. Здесь же невозможно не вспомнить о легендарном Sinclair ZX Spectrum – для многих именно он или его клоны стали не только первым учебным, но и первым домашним компьютером. Ну и, кроме того, существовало некоторое количество импортных ПК на платформе Intel (например, IBM PC/XT) – правда, тогда в общей массе их было относительно немного.
КУВТ «Ямаха», ученический ПК
Что представляли из себя ПК первого (для СССР) поколения? Процессор от 1 до 10 МГц, стандартный объем ОЗУ – от 32 до 128 Кб. В качестве носителя информации – магнитофонная кассета или дискета 5 (8) дюймов. Монохромный черно-белый или черно-зеленый монитор. Если повезет – матричный принтер на месте учителя. С позиций нынешних гигагерцев такие характеристики усваиваются плохо, но это определенно лучше, чем листочек бумаги или программируемый калькулятор, а ведь именно с них начиналась информатика во многих школах. К слову сказать до нашей школы в Нижнем Новгороде КУВТ «УК-НЦ» добрался лишь в 1993 году, а ОИВТ сама по себе – годом раньше.
Несмотря на примитивную даже для того времени элементную базу советские ПК часто ломались, а система гарантийного ремонта была нетороплива, говорили – не хватает запчастей. Помнится, из 13 ученических рабочих мест у нас работало обычно 10-11. Тем не менее это было откровение, определившее для многих из нас, хабраюзеров, направление движения по жизни. Первые программы по информатике были довольно отвлеченными: изучались теоретические вопросы (системы счисления, дискретная математика), построение алгоритмов и блок-схем, абстрактные системы команд и т.д. Вот, например, скан из сурового советского учебника 1990 года — все серьезно, никаких «нажмите правой кнопкой мыши»:
До языков программирования добирались не сразу, обычно дело ограничивалось Бейсиком, в школах с углубленным изучением давался еще и Паскаль.
2. Раннероссийская эра (1991-2000)
К моменту разрушения Союза ССР компьютерный класс имелся почти в каждой школе крупных городов; неохваченные ученики проходили компьютерную практику в учебно-производственных комбинатах (УПК). Так, по крайней мере, было у нас в регионе. А как было у вас? Расскажите!
Время на уроке информатики пролетало незаметно. Игра Laser Squad на ПК ZX Spectrum
Зоопарк несовместимых платформ компьютерных классов затруднял обмен опытом и программным обеспечением между школами, и тем не менее он имел место в полный рост. Больше всего ценились, конечно, игрушки – они существовали для любых, даже самых примитивных ПК. За хорошей игрой не грех было сбегать в школу другого района города, ее записывали сразу на несколько дискет, поскольку те частенько выходили из строя. В цене были также программы автоматического тестирования знаний учащихся, часто самописные, и софт для обучения другим предметам школьной программы (для демонстрации восхищенным коллегам). Тот же период стал временем расцвета литературы по информатике: выходило с десяток различных журналов, как общих, типа «Информатика и образование», так и посвященных конкретным платформам. Примерно столько же было учебников по информатике, что создавало определенный хаос и в результате многие учителя не пользовались вообще никаким.
IBM PS/2 — один из первых массовых х86 в стране Советов
Парк советских КУВТ со временем дряхлел, но эксплуатировался до победного конца; несмотря на все возрастающие трудности с ремонтом старой техники, отсутствие средств на покупку новой вынуждало изворачиваться. В том числе благодаря школьному спросу появились кооперативы по ремонту компьютерной техники, некоторые из них впоследствии разрослись в крупные фирмы. Такая ситуация продолжалась вплоть до глобальной компьютеризации начала этого века; имеются проверенные сведения, что даже в 2001 году некоторое количество советских ПК еще работало в школах.
Параллельно с вымиранием советских ПК в школы неорганизованно закупались новые, почти на 100% — на платформе х86, которая к тому времени стала мировым стандартом. Внедрение 286, а затем и 386 со стандартной ОС DOS (пусть и в разных диалектах) позволило начать стандартизацию программ и средств разработки. В учебных программах появились первые темы для пользователей ПК, описывающие конкретный софт; первым, по моим сведениям, этой чести удостоились знаменитые «окна Нортона» (Norton Commander). Народный страх перед программированием значительно сократился после появления в классах оконных средств разработки (здравствуй, Turbo Pascal!).
Тот самый Turbo Pascal
Следующая страница истории связана с Intel Pentium и Windows 95. Легкая настройка сети в новом Windows привела к массовому появлению компьютерных классов в их современном виде – группы компьютеров, объединенных в локальную сеть. Связанность компьютеров – это не только средство передачи вирусов (которых в ту пору было еще немного), но и возможность удаленного контроля за учеником, передачи по сети материалов и программ. О новых методиках работы в компьютерных классах мы продолжим разговор в следующем посте, посвященном новейшей эре – от 2000 до наших дней.
1. Перечислите обязательный минимальный набор сведений об устройстве компьютера, которые должны знать учащиеся.
2. Какие общие сведения об архитектуре компьютера должны получить учащиеся?
3. Каково назначение моделей учебных компьютеров?
4. Приведите названия моделей учебных компьютеров.
5. Какой методический приём следует использовать при изучении принципов функционирования компьютера?
6. Сформулируйте основные положения принципа программного управления компьютером.
7. Какую аналогию можно привести при изучении различия между данными и программой?
8. Какие преимущества и недостатки имеет открытая архитектура персонального компьютера?
9. Какую аналогию можно привести при изучении понятия тактовой частоты?
10. Какие аналогии можно использовать при изучении принципов организации внешней и внутренней памяти компьютера?
Содержание работы:
Задание №1.Составьте перечень внешних устройств, подключённых к вашему компьютеру
Задание №2.Заполнить таблицу:
| Выполняемое действие | Применяемая команда |
| 1. Открыть Главное меню. Указать команду. | |
| 2. Перечислить пункты обязательного раздела Главного меню. | |
| 3. Перечислить пункты произвольного раздела Главного меню. |
Выполнить практическую работу
Практическая работа. Поиск в сети Интернет
Цель:изучение информационной технологии организации поиска информации на государственных образовательных порталах.
Теоретические сведения к практической работе
В настоящее время существует множество справочных служб Интернет, помогающих пользователям найти нужную информацию. В таких службах используется обычный принцип поиска в неструктурированных документах– по ключевым словам.
Поисковая система– это комплекс программ и мощных компьютеров, способные принимать, анализировать и обслуживать запросы пользователей по поиску информации в Интернет. Поскольку современное Web-пространство необозримо, поисковые системы вынуждены создавать свои базы данных по Web- страницам. Важной задачей поисковых систем является постоянное поддержание соответствия между созданной информационной базой и реально существующими в Сети материалами. Для этого специальные программы (роботы) периодически обходят имеющиеся ссылки и анализируют их состояние. Данная процедура позволяет удалять исчезнувшие материалы и по добавленным на просматриваемые страницы ссылкам обнаруживать новые.
Наиболее популярными русскоязычными поисковыми системами являются:
Специализированные поисковые системы позволяют искать информацию в специализированных слоях Интернета. К ним можно отнести поиск файлов на серверах FTP и систему поиска адресов электронной почты WhoWhere.
Служба World Wide Web (WWW)– это единое информационное пространство, состоящее из сотен миллионов взаимосвязанных электронных документов.
Отдельные документы, составляющие пространство Web, называют Web-страницами.
Группы тематически объединенных Web-страниц называют Web-узлами (сайтами).
Программы для просмотра Web-страниц называют браузерами (обозревателями).
К средствам поисковых систем относится язык запросов.
Используя различные приёмы можно добиться желаемого результата поиска.
!– запрет перебора всех словоформ.
+– обязательное присутствие слов в найденных документах.
-– исключение слова из результатов поиска.
&– обязательное вхождение слов в одно предложение.
– требование присутствия первого слова в предложении без присутствия второго.
|– поиск любого из данных слов.
«»– поиск устойчивых словосочетаний.
$title– поиск информации по названиям заголовков.
$anchor–поиск информации по названию ссылок.
Невозможно копирование сведений с одной Web-страницы на другую. Не бойтесь повторять свой запрос на разных поисковых серверах. Зачастую один и тот же запрос на другом сервере дает совершенно иные результаты.
Ответить на вопросы:
1. Что понимают под поисковой системой?
2. Перечислите популярные русскоязычные поисковые системы.
3. Что такое ссылка и как определить, является ли элемент страницы ссылкой
4. Возможно ли копирование сведений с одной Web-страницы на другую?
5. Каким образом производится поиск картинок и фотографий в поисковых системах Интернет?
Содержание работы:
Задание №1.
1. Загрузите Интернет.
2. С помощью строки поиска найдите каталог ссылок на государственные образовательные порталы.
3. Выпишите электронные адреса шести государственных образовательных порталов и дайте им краткую характеристику. Оформите в виде таблицы:
| № | Название портала | Электронный адрес портала | Характеристика портала |
Задание №2.
1. Откройте программу Enternet Explorer или любой другой браузер.
3. Из раскрывающегося списка выберите Русско-английский словарь (Русско-Немецкий).
4. В текстовое поле Слово для перевода: введите слово, которое Вам нужно перевести.
5. Нажмите на кнопку Найти.
6. Занесите результат в следующую таблицу:
| Слово | Русско-Английский | Русско-Немецкий |
| Информатика | ||
| Клавиатура | ||
| Программист | ||
| Монитор | ||
| Команда | ||
| Винчестер | ||
| Сеть | ||
| Ссылка | ||
| Оператор |
Задание №3.
2. В текстовое поле Поиск по словарю: введите слово, лексическое значение которого Вам нужно узнать.
3. Нажмите на кнопку Искать. Дождитесь результата поиска.
4. Занесите результат в следующую таблицу:
| Слово | Лексическое значение |
| Метонимия | |
| Железо | |
| Папирус | |
| Скальпель | |
| Дебет |
Задание №4.С помощью одной из поисковых систем найдите информацию и занесите ее в таблицу:
Каждый современный человек, живущий в 21-ом веке, имеет возможность взаимодействовать с электронно-вычислительными машинами (ЭВМ) четвёртого поколения. На сегодняшний день, электроника добилась значительных результатов и продолжает двигаться в направлении совершенствования изделий и технологических процессов их изготовления. Однако существует ряд неразрешённых проблем, в число которых входит физический предел уменьшения размеров и увеличение плотности упаковки элементов интегральных схем, которые не позволяют перейти к ЭВМ пятого поколения. Но даже ЭВМ четвёртого поколения, базирующиеся на принципах фон Неймана, которые были заложены им в учение об архитектуре вычислительных машин в 1944 году, позволяют решать огромный спектр задач. Важной задачей в обучении является рассмотрение архитектуры ЭВМ и принципов работы микропроцессора.
В своём учебнике по информатике А.В. Могилев, Н.И. Пак и Е.К. Хеннер упоминают учебную модель ЭВМ «Е97», созданную Е.А. Ерёминым. Эта модель версий 1.1 и 1.2 разработана для MS DOS, а версия 2.1 для Windows в стадии разработки. Так как большая часть современных компьютеров работают под управлением операционной системы Windows, по нашему мнению, в процессе обучения удобнее использовать учебную модель ЭВМ «ЛамПанель» К.Ю. Полякова [3]. Данная программа моделирует виртуальную ЭВМ, которая имеет процессор, оперативную память (ОЗУ), постоянную память (ПЗУ) и устройство вывода – панель лампочек размером 8×16. Работу всех виртуальных элементов можно отследить в соответствующих областях окна программы, так, например, в окне данной программы отображается семь регистров, из которых четыре (R1, R2, R3, R4) можно использовать для обработки данных, и область с пронумерованными ячейками памяти ОЗУ.
Фон Нейман в 1945 году сформулировал основные принципы логической архитектуры в документе «Первый проект отчёта о EDVAC»: принцип однородности памяти, принцип адресности, принцип программного управления, принцип двоичного кодирования. Один из важных принципов – принцип однородности памяти, который заключается в том, что команды и данные хранятся в одной и той же памяти и внешне в памяти неразличимы. Распознать их можно только по способу использования; то есть одно и то же значение в ячейке памяти может использоваться и как данные, и как команда, и как адрес в зависимости лишь от способа обращения к нему. Это позволяет производить над командами те же операции, что и над числами [1]. Для рассмотрения принципа однородности памяти воспользуемся программой-тренажёром «ЛамПанель» и покажем способы размещения данных в памяти ЭВМ.
В ходе работы ЭВМ процессор обменивается информацией с памятью, обращаясь к ячейкам ОЗУ по их номерам (адресам). «Способы задания требуемых адресов в командах ЭВМ принято называть методами адресации» [2]. От выбора метода адресации и его вида зависит эффективность работы программы с данными, особенно если данные организованы в определённые структуры. Таким образом, если команда содержит в себе адрес, то мы имеем дело с прямой адресацией. Если команда содержит не сам адрес, а ссылается на регистр, в котором этот адрес храниться, то данный метод называется косвенной адресацией.
Разберём наиболее распространённые варианты ссылок на исходную информацию:
1. Данные находятся в одном из регистров микропроцессора (пример прямой адресации).
Занести данные в регистры процессора можно вручную до исполнения программы, открыв соответствующий регистр на редактирование данных, выбрав вкладку «Регистры» и указав его номер. А также разместить данные в регистрах можно в ходе исполнения программы, что представляется возможным благодаря специальным командам. За запись данных отвечает команда «mov», которая присваивает указанному значение заданному регистру, так, например, команда «mov 25, R0» записывает в регистр R0 число 25 в 16-ой системе счисления. Кроме записи числа в регистр, возможна запись данных из одного регистра в другой. Команда «mov R1, R0» присваивает регистру R0 данные, хранящиеся в регистре R1. «in» - команда, позволяющая прочитать значение одного из 8 портов ламповой панели в регистр. Пример: «in P1, R2» присваивает регистру R2 прочитанное из первого порта Р1 ламповой панели значение. И обратная «in» команда «out», отвечающая за вывод значения из указанного регистра в указанный порт («out R0, P3»).
2. Данные входят непосредственно в состав команды, т.е. размещаются после кода операции (пример непосредственная адресации).
Согласно принципу однородности памяти фон Неймана, данные размещаются в той же области памяти, что и программа (обычно сразу после команды «stop»). В тренажере «ЛамПанель» данные – это 16-битные слова (вводятся как числа в шестнадцатеричной системе счисления) или символьные строки, заключенные в двойные кавычки. Для размещения данных в памяти применяется команда «data» [3] (см. табл.1).
Читайте также: