Как бэббидж в словесном описании своего компьютера называл запоминающее устройство
Обновлено: 08.07.2024
Чарльз Бэббидж – английский математик и изобретатель, который спроектировал первый автоматический цифровой компьютер. Кроме того, он помог создать современную английскую почтовую систему и составил первые надежные актуарные таблицы, изобрел разновидность спидометра и железнодорожный путеочиститель.
| Вложение | Размер |
|---|---|
| vychislitelnaya_mashina_charlza_bebbidzha.docx | 22.88 КБ |
Предварительный просмотр:
Вычислительная машина Чарльза Бэббиджа. Биография, идеи и изобретения Чарльза Бэббиджа.
Затем он поступил в гимназию короля Эдуарда VI в Тотнесе, Саут-Девон, процветающую общеобразовательную школу, которая действует и по сей день, но состояние здоровья вынудило Чарльза на время обратиться к частным преподавателям. Наконец он попал в закрытую академию на 30 учеников, которой руководил преподобный Стивен Фриман. Учреждение располагало обширной библиотекой, которую Бэббидж использовал для самостоятельного изучения математики и научился любить ее. После ухода из академии у него было еще два личных наставника. Один из них был клириком Кембриджа, о преподавании которого Чарльз отозвался следующим образом: «Боюсь, что я не извлек всех преимуществ, которые мог бы получить». Другой был преподавателем Оксфорда. Он обучал Чарльза Бэббиджа классике, чтобы тот мог быть принят в Кембридж.
Учеба в университете В октябре 1810 года Бэббидж прибыл в Кембридж и поступил в Тринити-колледж. Он имел блестящее образование – знал Лагранжа, Лейбница, Лакруа, Симпсона и был серьезно разочарован доступными математическими программами. Поэтому он вместе с Джоном Гершелем, Джорджем Пикоком и другими друзьями решил сформировать Аналитической общество. Когда в 1812 году Бэббидж перевелся в кембриджский Петерхаус, он был лучшим математиком; но он не окончил его с отличием. Почетную степень он получил позже, даже не сдавая экзаменов, в 1814 году. В 1814-м Чарльз Бэббидж женился на Джорджиане Уитмор. Его отец по каким-то причинам так никогда и не благословил его. Семья жила в спокойствии в Лондоне, на Девоншир-стрит, 5. Только трое из их восьмерых детей дожили до взрослого возраста. Отец Чарльза, его жена и один из его сыновей трагически погибли в 1827 году. Проект компьютера Во времена Чарльза Бэббиджа при расчете математических таблиц часто допускались ошибки, поэтому он решил найти новый метод, который бы делал это механически, устраняя фактор человеческой ошибки. Эта идея зародилась у него его очень рано, еще в 1812 году. Три различных фактора повлияли на принятие им такого решения: он не любил неаккуратность и неточность; ему легко давались логарифмические таблицы; его вдохновили существующие работы по счетным машинам У. Шикарда, Б. Паскаля и Г. Лейбница. Основные принципы расчета устройства он обсудил в письме сэру Х. Дэви в начале 1822 года.
Разностная машина Бэббидж представил то, что он назвал «разностной машиной», Королевскому астрономическому обществу 14 июня 1822 года в работе, озаглавленной «Замечания о применении машинного вычисления астрономических и математических таблиц». Он мог вычислять многочлены с помощью численного метода, называемого разностным. Общество одобрило идею, и в 1823 году правительство предоставило ему 1500 фунтов на ее постройку. Бэббидж сделал в одной из комнат своего дома мастерскую и нанял Джозефа Клемента надзирать за постройкой устройства. Каждую часть нужно было делать вручную с помощью специальных инструментов, многие из которых разработал он сам. Чарльз совершил множество поездок по промышленным предприятиям, чтобы лучше понять производственные процессы. На основании этих путешествий и своего личного опыта создания машины в 1832 году Бэббидж опубликовал работу «Об экономике машин и производства». Это была первая публикация о том, что сегодня называется "научная организация производства". Личная трагедия и путешествие по Европе Смерть жены Джорджианы, отца Чарльза Бэббиджа и его малолетнего сына прервали строительство в 1827 году. Работа сильно обременяла его, и он был на грани срыва. Джон Гершель и несколько других друзей убедили Бэббиджа совершить поездку в Европу, чтобы восстановить силы. Он проехал через Нидерланды, Бельгию, Германию, Италию, посещая университеты и производства.
Смерть жены Джорджианы, отца Чарльза Бэббиджа и его малолетнего сына прервали строительство в 1827 году. Работа сильно обременяла его, и он был на грани срыва. Джон Гершель и несколько других друзей убедили Бэббиджа совершить поездку в Европу, чтобы восстановить силы. Он проехал через Нидерланды, Бельгию, Германию, Италию, посещая университеты и производства.
В Италии он узнал, что его назначили Лукасовским профессором математики Кембриджского университета. Первоначально он хотел отказаться, но друзья убедили его в обратном. По возвращении в Англию в 1828 году он переехал на Дорсет-стрит, 1. Возобновление работы Во время отсутствия Бэббиджа проект разностной машины попал под огонь критики. Распространились слухи, что он впустую потратил деньги правительства, что машина не работает и что она не имела бы никакого практического значения, если бы была сделана. Джон Гершель и Королевское общество публично защищали проект. Правительство продолжило свою поддержку, предоставив 1500 фунтов 29 апреля 1829 года, 3000 фунтов 3 декабря и столько же 24 февраля 1830 года. Работа была продолжена, но Бэббидж постоянно испытывал затруднения с получением денег из казны. Отказ от проекта Финансовые проблемы Чарльза Бэббиджа совпали с обострением разногласий с Клементом. Бэббидж за своим домом построил двухэтажную, 15-метровой длины мастерскую. У нее была стеклянная крыша для освещения, а также несгораемая чистая комната для хранения машины. Клемент отказался переезжать в новую мастерскую и потребовал денег на переезды по городу для наблюдения за работой. В ответ Бэббидж предложил ему получать плату непосредственно из казны. Клемент отказался и прекратил работу над проектом. undefined Более того, отказался передать чертежи и инструменты, используемые для создания разностной машины. После инвестирования 23 000 фунтов, в том числе 6000 фунтов собственных средств Бэббиджа, работа над незавершенным устройством прекратилась в 1834 г. В 1842 году правительство официально отказалось от этого проекта. Чарльз Бэббидж и его аналитическая машина В удалении от разностной машины изобретатель начал думать об ее улучшенном варианте. Между 1833 и 1842 годами Чарльз пытался построить устройство, которое можно бы было запрограммировать на производство любых вычислений, а не только относящихся к полиномиальным уравнениям. Первый прорыв произошел, когда он перенаправил вывод аппарата на его вход для решения дальнейших уравнений. Он описал это как машину, которая «ест свой собственный хвост». Ему не понадобилось много времени на определение основных элементов аналитического двигателя. Вычислительная машина Чарльза Бэббиджа для ввода данных и указания порядка необходимых вычислений использовала перфокарты, заимствованные у жаккардового ткацкого станка. Устройство состояло из двух частей: мельницы и хранилища. Мельница, соответствующая процессору современного компьютера, выполняла операции над данными, полученными из хранилища, которое можно считать памятью. Это был первый в мире компьютер общего назначения. Компьютер Чарльза Бэббиджа был спроектирован в 1835 году. Масштаб работы был поистине невероятным. Бэббидж и несколько помощников создали 500 крупных проектных чертежей, 1000 листов механических обозначений и 7000 листов описаний. Завершенная мельница была 4,6 м в высоту и 1,8 м в диаметре. Хранилище на 100 цифр простиралось на 7,6 м. Для своей новой машины Бэббидж построил лишь небольшие тестовые части. Полностью аппарат так и не был завершен. В 1842 году, после неоднократных неудачных попыток получить правительственное финансирование, он обратился к сэру Роберту Пилю. Тот отказал и вместо этого предложил ему рыцарское звание. Бэббидж отказался. Он продолжал изменять и совершенствовать конструкцию в течение многих последующих лет. undefined Графиня Лавлейс В октябре 1842 года Федерико Луиджи, итальянский генерал и математик, опубликовал статью об аналитической машине. Августа Ада Кинг, графиня Лавлейс, давний друг Бэббиджа, перевела работу на английский язык. Чарльз предложил ей снабдить перевод примечаниями. Между 1842 и 1843 годами пара совместно написала 7 заметок, суммарная длина которых в три раза превысила фактический размер статей. В одной из них Ада подготовила таблицу выполнения программы, которую Бэббидж создал для вычисления чисел Бернулли. В другой она писала об обобщенной алгебраической машине, которая может выполнять операции с символами так же, как с цифрами. Лавлейс была, пожалуй, первой, кто понял более общие цели устройства Бэббиджа, а некоторые считают ее первым в мире компьютерным программистом. Она начала работать над книгой, описывающей аналитическую машину более детально, но не успела ее закончить. Чудо машиностроения В период между октябрем 1846-го по март 1849-го Бэббидж приступил к проектированию второй разностной машины, используя знания, полученные им при создании аналитической. В ней использовалось лишь 8000 частей, в три раза меньше, чем в первой. Это было чудо машиностроения. В отличие от аналитической, которую он постоянно отлаживал и модифицировал, вторая разностная машина Чарльза Бэббиджа после завершения первоначального этапа разработки изменениям не подвергалась. В дальнейшем изобретатель не предпринимал никаких попыток построить устройство. 24 чертежа оставались в архивах музея науки, пока идеи Чарльза Бэббиджа не были реализованы в 1985-1991 годах созданием полноразмерной реплики по случаю 200-й годовщины со дня его рождения. Размеры устройства составили 3,4 м в длину, 2,1 м в высоту и 46 см в глубину, а его вес – 2,6 тонны. Пределы точности были ограничены значениями, которых можно было достичь в то время. Достижения В 1824 году Бэббидж получил Золотую медаль Королевского астрономического общества «за его изобретение машины для вычисления математических и астрономических таблиц». С 1828 по 1839 г. Бэббидж был Лукасовским профессором математики в Кембридже. Он много писал для ряда научных периодических изданий, а также сыграл важную роль в создании Астрономического общества в 1820 году и Статистического общества в 1834 году. В 1837 году, отвечая на 8 официальных Бриджуотерских трактатов «О силе, мудрости и благости Бога, проявляющегося в творении», он опубликовал девятый Бриджуотерский трактат, выдвинув тезис о том, что Бог, обладая всемогуществом и дальновидностью, создал божественного законодателя, производящего законы (или программы), которые затем в соответствующие моменты времени создавали виды, тем самым устраняя необходимость совершать чудеса каждый раз, когда требовалось сотворить новый вид. Книга содержит отрывки из переписки автора с Джоном Гершелем на эту тему. Чарльз Бэббидж также добился заметных результатов в криптографии. Он сломал шифр с автоключом, а также значительно более слабый шифр, который сегодня носит название шифра Виженера. Открытие Бэббиджа была использовано английскими военными и было опубликовано лишь через несколько лет. В результате право первенства перешло к Фридриху Касиски, который пришел к тому же результату на несколько лет позже. В 1838 г. Бэббидж изобрел путеочиститель, металлический каркас, прикрепляемый к передней части локомотивов, очищающий пути от преград. Он также провел ряд исследований Большой западной железной дороги Изамбарда Кингдома Брюнеля. Он лишь однажды попытался заняться политикой, когда в 1832 году участвовал в выборах в местечке Финсбери. По результатам голосования Бэббидж занял последнее место. Математик и изобретатель умер 18 октября 1871 года в возрасте 79 лет. Части созданных им незавершенных механизмов вычислительных устройств доступны для посещения в музее науки в Лондоне. В 1991 году была построена разностная машина Чарльза Бэббиджа на основании его первоначальных планов, и она функционировала отлично.
Оборудование: компьютеры, проекторы, экраны.
Место проведения: актовый зал.
– Сегодня у нас Информатический бой между командами 10б и 11б классов. Темы, затронутые в заданиях это: информатика, текстовый процессор Microsoft Word,
создание презентации в среде Microsoft Power Point. Из каждого класса участвуют по 9 человек.
– Оба класса подготовили домашние задания, первое из которых визитная карточка команды. Каждая команда представляет своих участников в виде представления-презентации. Слово для представления – 11б классу. (Представление 11б класса.)
Жюри оценивает по 10 балльной системе.
– Сейчас слово 10б классу. (Представление 10б класса).
2. Отгадывание кроссворда
Для обеих команд включаем кроссворды.
– А сейчас очень интересный конкурс: команда, которая быстрее ответит на все вопросы кроссворда, получит столько баллов, сколько вопросов в кроссворде. Если будет ошибка хотя бы в одной букве, ответ не засчитывается.
3. Индивидуальное задание
– Каждому участнику задаётся по одному вопросу, если вы все ответите, то каждая команда получит по 9 баллов.
Вопросы команде 11б класса:
1) Что означает слово кибернетика (греч.)?
а) Искусство управления.
б) Быстрый счет.
в) Божественное знание.
г) Направленное действие.
2) Как Бэббидж в словесном описании своего компьютера называл запоминающее устройство, способное хранить исходные данные и промежуточные результаты?
3) Как называют все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технологических процессах?
4) Как называется наука о защите информации?
а) Криптология.
б) Семиотика.
в) Нумерология.
г) Криминология.
5) В какой системе счисления запись одного и того же десятичного числа будет самой короткой?
а) В двоичной.
б) В пятеричной.
в) В восьмеричной.
г) В 16-ричной.
6) Как называется единица емкости магнитного диска?
7) Какой процесс необходимо осуществить для ускорения доступа к хранящимся на диске данным?
а) Депиляция.
б) Деформация.
в) Демонополизация.
г) Дефрагментация.
8) Какое из предложенных слов является синонимом имени файла?
9). В каких файлах используется самый эффективный способ сжатия графической информации (цветное фото)?
Вопросы команде 10б класса:
1) Какой первоначальный смысл английского слова «компьютер»?
а) Телескоп.
б) Электронный аппарат.
в) Электронно-лучевая трубка.
г) Человек, производящий расчеты.
2) Когда появилась первая ЭВМ?
а) В 1823 году.
б) В 1946 году.
в) В 1949 году.
г) В 1951 году.
3) Элементную базу какого поколения ЭВМ составляют полупроводниковые элементы, транзисторы?
4) Что в компьютерном мире называют «Голубым гигантом»?
а) Оболочку Norton Commander (NC).
б) ЭВМ БЭСМ.
в) Фирму IBM.
г) Основателя Microsoft Билла Гейтса.
5) Отраслью какой науки является информатика?
а) Кибернетика.
б) Бионика.
в) Кинематика.
г) Филология.
6) Как называется наука о законах и формах мышления?
7) В какой системе счисления таблица умножения состоит всего из четырех строк?
а) В двоичной.
б) В пятеричной.
в) В десятичной.
г) В 16-ричной.
8) Сколько бит в слове «байт»?
9) Без кристаллов какого удивительного химического элемента не было бы персональных компьютеров?
– Сколько же баллов набрала каждая команда? Слово жюри.
4. Презентация-поздравление
– Каждая команда приготовила презентацию-поздравление с 8 Марта. Поздравление можно было посвятить любимой маме, учительнице, девочке или вообще женщинам.
– Первым покажет и прокомментирует свою презентацию 10б класс.
(Выступление 10б класса)
– Сейчас слово 11б классу.
(Выступление 11б класса.)
(Слово жюри.)
5. Найдите ошибки
– Один мальчик написал два рассказа о том, как он работает с компьютером. По ходу чтения этих рассказов, исправляйте ошибки.
- «Для работы за компьютером я обязательно включаю монитор и сканер, набираю буквы с помощью мыши, а если мне необходимо нарисовать картинку, использую сканер. Чтобы ввести в компьютер текст, не набирая его вручную, применяю джойстик, а для распечатки текста вставляю в системный блок бумагу. Музыку прослушиваю с помощью принтера, а сохраняю документы на графопостроителе, который иногда называют колонками». (8 ошибок)
- «Я люблю рисовать на компьютере. На мой взгляд, самой лучшей программой для рисования изображений является графический редактор Word. С его помощью я умею не только рисовать картинки, но и выполнять закраску любой части объектов. Например, недавно я нарисовал снеговика и закрасил его левую сторону желтым цветом, а правую – зелёным. С помощью инструмента «карандаш» у меня потрясающе получается строить прямоугольники и окружности, они получаются такие ровные, как будто я использовал транспортир. Кроме того, в данной программе можно сохранять изображения. Результаты своей работы я сохраняю в векторном формате .BMP, хотя можно использовать и растровый формат .GIF, но качество изображения при этом ухудшается». (6 ошибок)
6. Попробуйте сформулировать известную русскую пословицу по её блок-схеме.
(Куй железо, пока горячо.)
(С глаз долой – из сердца вон.)
7. Теперь каждой команде задается по две анаграммы. Расшифруйте их. (Выводятся на экран <Приложение 4>).
9. Назовите слова, подходящие к данным почти как антонимы. (Выводятся на экран <Приложение 6>).
10. Назовите лишнее высказывание. Команда назвавшая быстрее и правильно, получает балл. (Выводятся на экран <Приложение 7>).
Развить интерес у учащихся к информатике, к информационным технологиям, повторить и одновременно проверить усвоение пройденного материала, формирование умений и навыков, которые носят в современных условиях общенаучный, общеинтеллектуальный характер, выявить лучших игроков-эрудитов.
Воспитательная – развитие познавательного интереса, логического мышления.
Учебная – углубление, обобщение и систематизация знаний по составу и программному обеспечению компьютеров.
Развивающая – развитие алгоритмического мышления, памяти, внимательности.
Оборудование: компьютеры, проекторы, экраны.
Место проведения: актовый зал.
-Сегодня у нас Информатический бой между командами 10б и 11б классов. Темы, затронутые в заданиях это: информатика, текстовый процессор Microsoft Word ,
создание презентации в среде Microsoft Power Point .
Из каждого класса участвуют по 9 человек.
- Оба класса подготовили домашние задания, первое из которых визитная карточка команды. Каждая команда представляет своих участников в виде представления-презентации. Слово для представления – 11б классу.
(Жюри оценивает по 10 балльной системе.)
(Представление 11б класса.)
-Сейчас слово 10б классу.
(Представление 10б класса).
2).- А сейчас очень интересный конкурс: отгадывание кроссворда. Для обеих команд включаем кроссворды. Какая команда быстрее отгадает ответы на все вопросы, получит столько баллов, сколько вопросов в кроссворде. Если будет ошибка хотя бы в одной букве, ответ не засчитывается.
(На экраны выводятся кроссворды) <Приложение1> и <Приложение2>
На листах раздаются вопросы. <Приложение3>
3) Индивидуальное задание.
Каждому участнику задаётся по одному вопросу, если вы все ответите, то каждая команда получит по 9 баллов. Приглашается команда 11б класса.
1) Что означает слово кибернетика (греч.)?
а) Искусство управления
в) Божественное знание
г) Направленное действие.
2) Как Бэббидж в словесном описании своего компьютера называл запоминающее устройство, способное хранить исходные данные и промежуточные результаты?
3) Как называют все типы и модели ЭВМ, построенные на одних и тех же научных и технологических процессах?
4) Как называется наука о защите информации?
5) В какой системе счисления запись одного и того же десятичного числа будет самой короткой?
в) В восьмеричной
6) Как называется единица емкости магнитного диска?
7) Какой процесс необходимо осуществить для ускорения доступа к хранящимся на диске данным?
8) Какое из предложенных слов является синонимом имени файла?
9). В каких файлах используется самый эффективный способ сжатия графической информации (цветное фото)?
Команде 10б класса.
1)Какой первоначальный смысл английского слова «компьютер»?
г)Человек, производящий расчеты
2)Когда появилась первая ЭВМ?
3)Элементную базу какого поколения ЭВМ составляют полупроводниковые элементы, транзисторы?
4)Что в компьютерном мире называют «Голубым гигантом» ?
а) Оболочку Norton Commander (NC).
г) Основателя Microsoft Билла Гейтса.
5) Отраслью какой науки является информатика?
6) Как называется наука о законах и формах мышления?
7) В какой системе счисления таблица умножения состоит всего из четырех строк?
8)Сколько бит в слове «байт»?
9) Без кристаллов какого удивительного химического элемента не было бы персональных компьютеров?
-Сколько же баллов набрала каждая команда? Слово жюри.
- Первым покажет и прокомментирует свою презентацию 10б класс.
( Выступление 10б класса)
-Сейчас слово 11б классу.
(Выступление 11б класса.)
5). Найдите ошибки.
- Один мальчик написал два рассказа о том, как он работает с компьютером. По ходу чтения этих рассказов, исправляйте ошибки.
Первый рассказ 10б классу.
«Для работы за компьютером я обязательно включаю монитор и сканер, набираю буквы с помощью мыши, а если мне необходимо нарисовать картинку, использую сканер. Чтобы ввести в компьютер текст, не набирая его вручную, применяю джойстик, а для распечатки текста вставляю в системный блок бумагу. Музыку прослушиваю с помощью принтера, а сохраняю документы на графопостроителе, который иногда называют колонками».(8 ошибок)
Второй рассказ 11б классу.
«Я люблю рисовать на компьютере. На мой взгляд, самой лучшей программой для рисования изображений является графический редактор Word . С его помощью я умею не только рисовать картинки, но и выполнять закраску любой части объектов. Например, недавно я нарисовал снеговика и закрасил его левую сторону желтым цветом, а правую – зелёным. С помощью инструмента «карандаш» у меня потрясающе получается строить прямоугольники и окружности, они получаются такие ровные, как будто я использовал транспортир. Кроме того, в данной программе можно сохранять изображения. Результаты своей работы я сохраняю в векторном формате . BMP , хотя можно использовать и растровый формат . GIF , но качество изображения при этом ухудшается».
6) Попробуйте сформулировать известную русскую пословицу по её блок-схеме.
- Для 10б класса:
(Куй железо, пока горячо.)
- Для 11б класса.
(С глаз долой – из сердца вон.)
7. Теперь каждой команде задается по две анаграммы. Расшифруйте их.
(Выводятся на экран.) < Приложение4 >
9. Назовите слова, подходящие к данным почти как антонимы.
(Выводятся на экран.) < Приложение6 >
10. Назовите лишнее высказывание. Команда назвавшая быстрее и правильно, получает балл.
Чарльз Бэббидж (1791-1871- человек, которого называют пионером компьютерной науки. А связано это с разработанными им машинами - разностной и, в большей степени, аналитической.
Поговорим о первом изобретении Бэббиджа - разностной машине.
Идея разностной машины пришла в голову Иогану Мюллеру в 1788 году, но принято считать, что Бэббидж основывался в своем изобретении на работы Гаспара де Прони. В 1822 году он сконструировал первую модель разностной машины, на которой можно было показать принцип для создания большого настоящего механизма.
Метод, который использует разностная машина для расчетов – называется метод конечных разностей. Простота метода заключается в том, что он использует только арифметическое сложение и устраняет необходимость применять деление или умножение (их намного сложнее реализовать механически).
Разностная машина считала числа только так, как заложил изобретатель. Она не могла использоваться для других математических расчетов. Зато машина, по замыслу, могла бы вычислять значения многочленов до 6 степени с точностью до 18 знака.
Механизм разностной машины - десятичный, то есть для расчетов используются знакомые десять чисел от 0 до 9. Каждой шестеренке в механизме соответствовала своя цифра, разряд цифры определялся колесом, на котором она закреплена. Интересно реализованы ошибки в расчетах – машина просто застревала. Десятичная система была выбрана Бэббиджем не случайно – он посчитал, что так людям будет проще работать. А сама машина потребует меньше деталей.
Тем не менее, даже так разностная машину имеющая восемнадцать цифр и шесть разрядов состояла бы из 25 000 частей – половина для вычислений, другая для показа результатов. Если бы этот механизм был построен, он бы весил четыре тонны и имел бы два с половиной метра в высоту.
Изобретатель не представлял с какими трудностями он столкнется во время постройки своего устройства. И, как следствие этому: не помогли даже государственные субсидии (а это не мало – 17000 фунтов) – дело застопорилось.
Тогда же, в 1834 году, Бэббидж задумал более амбициозную машину, позже названную аналитической, и она была уже самым настоящим компьютером - программируемым вычислительным механизмом.
Несмотря на то, что машины так и не были построены Бэббиджем, их разработка и описание оценивается как одно из потрясающих интеллектуальных достижений 19- го века.
К 200-летию со дня рождения Чарльза Бэббиджа (и с использованием его разработок) построена действующая копия разностной машины, хранящаяся в Лондонском музее науки.
Основные части первого компьютера, разработанного Ч. Бэббиджем. Принципы работы вычислительной машины, предложенные американским ученым Джоном фон Нейманом. Этапы создания современной вычислительной техники, развитие поколений ЭВМ. Объединение ЭВМ в сети.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.06.2012 |
| Размер файла | 111,0 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
- ВВЕДЕНИЕ
- 1. МАШИНА БЭББИДЖА
- 2. ПРИНЦИПЫ ФОН НЕЙМАНА
- 3. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Как известно, изобретение ЭВМ является одним из выдающихся достижений XX века. Немногим более чем за полвека вычислительная техника прошла путь от идеи создания и первых, достаточно простых с современной точки зрения, устройств до сложнейших систем. Это касается как технической и технологической базы, так и способов организации этих систем и управления ими, которое осуществляется с помощью программного обеспечения. В развитие вычислительных систем вложена интеллектуальная мощь самых высокоразвитых стран мира.1. МАШИНА БЭББИДЖА
В первой половине XIX в. англичанин Чарльз Бэббидж (1791-1871) разработал конструкцию машины, которую можно было бы назвать первым компьютером. Но он не был построен, так как машина должна была быть механической, а необходимая точность изготовления деталей для этой машины в середине XIX в. была недостижима. Устройство компьютера по чертежам Бэббиджа было описано Августой Адой Лавлейс. Она же разработала теорию программирования, написала несколько программ для еще не существующей вычислительной машины. Загружать программу надо было при помощи карточек с пробитыми дырочками - перфокарт.Основные части первого компьютера были теми же, что и в любой современной ЭВМ:
Приборы, которые можно отнести к программируемым устройствам:
2. ПРИНЦИПЫ ФОН НЕЙМАНА
Первая вычислительная машина и подавляющее большинство последующих машин были основаны на принципах, которые были предложены американским ученым Джоном фон Нейманом. Укажем эти принципы в современной трактовке.
Вычислительная машина состоит из следующих основных блоков:
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти (концепция хранимой программы). Команды представляются в числовой форме и хранятся в том же запоминающем устройстве, что и данные для вычислений. Таким образом, команды можно посылать в арифметическое устройство и преобразовывать как обычные числа. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять самих себя.
Устройство управления и арифметическое устройство (обычно объединенные в центральный процессор) определяют действия подлежащие выполнению путем считывания команд из оперативной памяти (концепция последовательного потока команд управления). При этом:
программа состоит из набора команд, которые выполняются одна за другой,
адрес очередной ячейки памяти, из которой следует брать команду, указывается счетчиком команд в устройстве управления,
в зависимости от полученных результатов имеется возможность менять последовательность вычислений (условный переход),
данные, с которыми работает программа, могут включать переменные (т.е. имена). Области памяти могут быть также поименованы, так что к запомненным в них значениям можно впоследствии обращаться или менять их во время выполнения программы с использованием присвоенных имен.
Первые вычислительные машины были предназначены только для производства вычислений. Дальнейшее развитие вычислительных средств диктовалось все расширяющимся кругом задач, решение которых и определило развитие технических и программных средств.
3. ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ СОВРЕМЕННО Й ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
беббидж нейман компьютер вычислительный
Развитие поколений ЭВМ рассмотрим по схеме: задачи, структура и режим работы, программное обеспечение и технология.
ЭВМ I поколения
Задачи: - обработка числовой информации
Процессор является основным элементом ЭВМ. Он включает в себя арифметико-логическое устройство (АЛУ) и устройство управления. АЛУ выполняет арифметические операции, логические операции и операции сдвига. С помощью этих операций выполняются все действия, которые производит ЭВМ.
Ядром АЛУ является сумматор, который позволяет выполнять операцию сложения. С помощью сложений и сдвигов выполняются операции умножения и деления. Операция вычитания так же выполняется с помощью сложения, предварительно видоизменив вычитаемое (вычитаемое представляется в так называемом дополнительном коде).
Память представляет устройство для хранения информации. Память состоит из ячеек, каждая из которых предназначена для хранения одного двоичного числа и имеет определенный адрес. По этому адресу из ячейки может быть извлечено число (снята копия), либо в эту ячейку записано другое число, заместив предыдущее. Ячейки памяти пронумерованы, и номер ячейки является ее адресом. Как указывалось выше, это двоичное число может представлять собой либо данные, либо команду, либо иной код.
За пультом управления работал человек, который был одновременно поставщиком задачи, алгоритмистом, программистом, оператором, инженером-наладчиком и т.п., т.е. человеком, который знает машину в совершенстве и умеет работать на ней.
Язык: - машинный язык (цифровые коды), который умеет выполнять арифметические операции, логические операции, операции передачи управления, операции изменения команд.
Программное обеспечение: - библиотеки стандартных подпрограмм на машинном языке (вычисление элементарных функций, организация ввода-вывода и т.п.); программы включения этих подпрограмм в нужное место исполняемой программы.
Технология: - машины изготовлены на электронных лампах, уникальны. Малы память и быстродействие. Велика потребляемая мощность. Машины огромны.
ЭВМ II поколения
Задачи: - к существующим добавились задачи экономической обработки, обработки текстовой информации.
Как видно из структуры ЭВМ, произошла дифференциация памяти, и она разделилась на оперативную память и внешнюю память.
Внешняя память, как правило, выполнялась на магнитных барабанах. Магнитный барабан представляет собой вращающуюся цилиндрическую поверхность, на которой нанесен магнитный слой. С помощью магнитных головок читается или записывается информация на дорожках, расположенных на поверхности барабана.
однопрограммный пакетный режим
В составе ЭВМ появились регистры. Регистр - это устройство для хранения информации и обеспечения быстрого доступа к ней. Регистр состоит из элементов, которые, как правило, имеют два устойчивых состояния. Эти состояния интерпретируются как «0» и «1». Таким образом, каждый элемент регистра может хранить 1 бит информации. Бит - это наименьшая «порция» информации, содержащая либо 1, либо 0. В регистре, состоящем из n элементов, можно запомнить слово. Слово (или машинное слово) - это совокупность битов, рассматриваемая аппаратной частью вычислительной машины, как единое целое. Число битов в слове называется длиной слова, или размером слова. Сейчас обычно это 16 или 32.
Часто регистр имеет тот же размер, что и машинное слово, однако, при необходимости он может иметь длину в байтах или битах, отличающуюся от длины слова. Информация, хранящаяся в регистре, может интерпретироваться как двоичное число, команда, буквенно-цифровой знак и т.д. Регистры служат для ускорения работы ЭВМ в целом, адресации памяти, согласования работы быстрых и медленных устройств и т.п.
В машинах второго поколения изменился и режим взаимодействия человека-пользователя и ЭВМ. Поскольку скорость работы человека и ЭВМ несоизмеримы, было предложено организовать пакетный режим, когда несколько задач объединялись в пакет. Каждая задача обрамлялась указаниями по ее выполнению и готовилась на внешних носителях информации (перфокартах или перфолентах). Такие пакеты затем загружались в ЭВМ (считывались во внешнюю память) и выполнялись в порядке определенном в заданиях согласно приоритетом и специальном алгоритмам. При таком режиме присутствие пользователя-программиста (универсала) стало необязательным, поскольку он не мог вмешаться в работу ЭВМ, и его место занял профессионал-оператор, формирующий пакеты и в общем случае не знающий какие решаются задачи и какие предположительно должны быть получены результаты.
Язык: - алгоритмические языки (языки высокого уровня - ЯВУ); машинный язык, к которому добавились операции работы с символами, операции работы с регистрами; язык управления заданиями.
Программное обеспечение: - библиотеки программ на машинных языках и языках высокого уровня; трансляторы (компиляторы, интерпретаторы); диспетчеры (понимают язык управления заданиями, обеспечивают смену заданий и т.п.)
Технология: - основными элементами ЭВМ являются транзисторы. Машины стали серийными, более компактными.
В целом можно сказать, что, несмотря на улучшение характеристик, во втором поколении пользователя оттеснили от ЭВМ, усложнив его общение с машиной вследствие введения пакетного режима и языка управления заданиями.
ЭВМ III поколения
Задачи: - в третьем поколении особенно остро стал вопрос обработки больших массивов информации
В структуре ЭВМ произошла еще большая дифференциация памяти. Появилось сверхоперативное запоминающее устройство (СОЗУ) для хранения микропрограмм выполнения операций, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для хранения жизненно важных для работы ЭВМ программ. Значительно увеличился объем оперативного запоминающего устройства.
Для того чтобы обслуживать перемещение информации между различными устройствами ЭВМ в состав машин третьего поколения были включены специализированные процессоры (каналы), которые решают весь комплекс задач для обеспечения синхронной работы внешних устройств (форматирование, буферизация и т.п.). Введение дополнительных процессоров разгрузило центральный процессор от рутинных операций и позволило более рационально организовать работу медленных внешних устройств, обеспечив увеличение производительности ЭВМ в целом.
Организация многопрограммного режима путем разделения времени центрального процессора между различными задачами позволило, во-первых, вновь приблизить пользователей к ЭВМ, а во-вторых, породила ряд проблем, главная из которых заключалась в том, что задачи стали мешать друг другу. Эти проблемы были решены путем организации системы прерываний (аппаратно-программной), повлекшей включение специальных регистров прерывания, регистров маскирования (блокировка реакции ЭВМ на те или иные события), таймеров.
В третьем поколении значительно выросла номенклатура внешних устройств. Это терминалы, телетайпы, экранные пульты, графопостроители, устройства печати и т.п. Внешняя память в основном была организована на различных магнитных дисках (стационарных, съемных, гибких, винчестерских и т.п.) и магнитных лентах.
Язык: - к существующим языкам добавился язык привилегированных команд, которые выполняются только в режиме операционной системы.
в III поколении сформировалась в современном представлении операционная система (ОС) - комплекс программ, которые совместно управляют ресурсами системы и процессами, использующими эти ресурсы при вычислениях.
системы управления базами данных (СУБД)
системы программирования (СП) (трансляторы, редакторы, отладчики)
пакеты прикладных программ (ППП)
Технология: - основными элементами ЭВМ являются интегральные схемы (БИС). Оформились семейства совместимых машин (малы с
10 тыс. опер./сек, средние
100 тыс. опер./сек, большие
1 млн. опер/сек). Повсеместно стало использоваться микропрограммирование для реализации операций машинного языка.
В целом в III поколении в основном оформились все основные черты архитектуры современных ЭВМ.
ЭВМ IV поколения
Задачи: - ЭВМ стали использоваться практически во всех областях человеческой деятельности, поэтому круг задач резко расширился.
в структуре ЭВМ можно выделить следующие направления:
Многопроцессорность - когда несколько центральных процессоров работают с общим полем оперативной памяти
Шинная организация - когда все устройства ЭВМ подключены к общей шине, через которую осуществляется обмен информацией между устройствами
В структуре ЭВМ появляются сопроцессоры (СП), расширяющие возможности ЭВМ.
Сопроцессор - вычислительное устройство, которое дополняет функциональные возможности основного (центрального) процессора (например, высокоскоростная арифметика с плавающей точкой, вычисление тригонометрических функций и т.п.) и может иметь свой набор команд.
Разделение спектра быстродействия
В четвертом поколении произошло разделение ЭВМ на суперЭВМ и микроЭВМ
Интеллектуальные терминалы - это микроЭВМ, предназначенные для осуществления обмена информацией с более крупной вычислительной системой и осуществляющие предварительную обработку информации.
Следует отметить, что микроЭВМ IV поколения зачастую имеют лучшие характеристики (объем памяти, быстродействия и т.п.), чем большие ЭВМ III поколения.
Объединение ЭВМ в сети.
Сети ЭВМ возникли в III поколении. Для IV поколения их использование типично. Идет бурное развитие сетевых технологий и топологий сетей.
Язык: - в IV поколении определилась тенденция повышения уровня машинного языка и приближения его к языкам высокого уровня.
Программное обеспечение: - получили мощное развитие проблемно-ориентированные системы (ПОС), ориентированные на пользователя - непрофессионального программиста.
Технология: - основными элементами ЭВМ являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Из новых принципов построения вычислительных систем последующих поколений можно выделить организацию вычислительных систем с программируемой архитектурой (создание некоторой виртуальной вычислительной системы на базе имеющихся технических средств для решения определенного класса задач), управление потоком данных вместо потока команд, отказ от классических принципов построения вычислительных систем, в том числе от неймановского принципа программного управления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бауэр, Ф. Л. Информатика. Вводный курс: В 2 ч. / Ф. Л. Бауэр, Г. Гооз.- М.: Мир, 1990. - 202 с.
2. Водовозов , В .. Введение в вычислительную технику и компьютерные технологии.- Вологда : ВоГТУ , 2000 .- 108 с.
3. Заварыкин В.М., Основы информатики и вычислительной техники, М: Просвещение, 1987 г.
4. Каган , Б .. Электронные вычислительные машины и системы : Учеб . пособие для вузов. - М .:Энергоатомиздат , 1985.-552 с.
Читайте также: