Разработка открытого занятия по теме: «Поколения ЭВМ. Архитектура ЭВМ 5 поколения».

Министерство образования, науки и молодежи Республики Крым

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Республики Крым «Прудовский аграрный техникум»

Разработка открытого занятия по учебному предмету

ОУП.08 ИНФОРМАТИКА

Тема программы 1.3: « Компьютер и цифровое представление информации. Устройство компьютера»

Тема занятия №26: «Поколения ЭВМ. Архитектура ЭВМ 5 поколения».

Разработала:

Преподаватель Шаповал Е. А.

с. Пруды, 2024 г.

ПЛАН - КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО ЗАНЯТИЯ

Дата: 02.04.2024г.

Место проведения: учебный кабинет

Группа, профессия: 12гр, «Мастер садово-паркового и ландшафтного строительства».

Учебный предмет: Информатика

Преподаватель: Шаповал Е. А.

Тема программы 1.3: « Компьютер и цифровое представление информации. Устройство компьютера»

Тема занятия №26: «Поколения ЭВМ. Архитектура ЭВМ 5 поколения».

Тип занятия: комбинированный, формирования  и совершенствования  знаний, умений  и навыков.

Вид занятия: семинар.

Цели занятия:

Методическая цель: показать методику проведения комбинированного урока с использованием нетрадиционных методов обучения и информационно - коммуникационных технологий при формировании информационной компетентности.

Образовательные:

- продолжить систематизацию знаний об истории развития вычислительной техники;

- изучить классификацию ЭВМ по элементной базе;

- научить определять поколения ЭВМ по основным характеристикам.

Развивающие:

- развивать логическое мышление, умение анализировать, сопоставлять, выделять главное;

- развивать память.

Воспитательные:

- воспитывать интерес к изучению информатики;

- воспитывать организованность, активность, самостоятельность, дисциплинированность, аккуратность и бережное отношение к технике.

Обеспечение занятия:

Наглядные пособия: слайдовая презентация, обучающие стенды.

Раздаточный материал: методические указания по составлению опорного конспекта, задачи, оценочный лист, информационное лото.

Технические средства: мультимедиа проектор, экран, ПК.

Меж предметные связи: математика, компьютерная графика.

Основная литература: Информатика и ИКТ. Базовый уровень. Учебник для 10-11 классов.

Дополнительные источники: ресурсы интернета https://nsportal.ru/sites/default/files/2014/11/18/pokoleniya_evm.doc

План учебного заняти:

I.Организационный момент;

II. Актуализация полученных знаний;

III.Объяснение нового материала;

IV.Закрепление учебного материала;

V.Подведение итогов;

VI. Домашнее задание.

ХОД ЗАНЯТИЯ

I. Организационный момент: обычный. Проверка готовности группы к уроку.

II. Актуализация полученных знаний:

1.Работа с презентацией (устно)- Информационное лото. Каждый правильный ответ 1 бал.

Работа обучающихся с компьютером (заполнение таблицы «Информационное лото»)

Информационное лото

Ф.И.О. _______________________

2. Работа у доски - правильно решенная задача оценивается в 3 бала.

Задача 1:

Имеется два текста на разных языках. Первый текст использует 32-символьный алфавит и содержит 200 символов,

второй — 16-символьный алфавит и содержит 250 символов.

Какой из текстов содержит большее количество информации и на сколько битов?

Решение:

где i – количество информации в бит, N – количество символов, количество событий

Символом является и знак препинания, и цифра, и специальные знаки. И пробел!

По условию используется 32-х символьный алфавит, 16-ти символьный алфавит (т. е. мощность алфавита = 32 символа и мощностьалфавита= 16 символов).

Тогда  , отсюда i = 5 бит. Такое количество информации приходится на 1 символ 32-х символьного алфавита, в 16-символьный алфавит отсюда i = 4 бит.

32=2 ⁵ , 5*200=1000 бит

16=2 ⁴ , 4 *250 =1000 бит

Ответ: равное количество бит

Задача №2

Переведите 2 Мб в Кб, байты, биты.

Решение:

2 Мб * 1024 Кб * 1024 байт * 8 бит = бит

Задача№3

2)Максимальная скорость передачи данных в локальной сети 100Мбит /с. Сколько страницу книги можно передать за 1 сек, если одна страница текста содержит 50 строк и на каждой строке 70 символов.

допустим 1 символ = 1 байт

1)50*70*1 = 3500 байт  (одна страница)

2)100 Мбит / 8 = 12,5 Мбайт * 1024 =
 =12800 Кбайт * 1024 = 13107200 байт

3)13107200 / 3500 = 3745 страниц можно передать за 1 сек

III. Объяснение нового материала

«Поколения ЭВМ. Архитектура ЭВМ 5 поколения»

Чтобы показать стремительный рост в развитии вычислительной техники, журналистка Ж. Мегарри приводит любопытный пример:

“…Если бы автомобилестроение развивалось так же быстро, как и компьютерная индустрия с 1946 года, то “Роллс-Ройс”:

• стоил бы сейчас столько, сколько стоит обычная книга,

• был бы мощнее самого большого в мире электровоза,

• был бы способен объехать вокруг света 3000 раз на одной заправке топливного бака

• был бы так мал, что восемь машин можно было бы припарковать на стоянке, не превосходящий по площади точку, которой заканчивается это предложение”.

Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних и тех же научных и технических принципах.

Выступления обучающихся c использованием презентации:

За ранее подготовленное сообщение оценивается в 3 бала.

Обучающиеся заполняют таблицу на компьютере и в карточках заданиях по мере получения информации.

Резкий скачок в развитии вычислительной техники произошел в 40-х годах (в 1946 – 1955 гг.), Второй мировой войны, и связан он был с появлением качественно новых электронных устройств. Это были электронно-вакуумные лампы, возможно, вы их видели в старых радиоприемниках. Электрические схемы, построенные на этих лампах, работали значительно быстрее, чем схемы на электромеханических реле. Кроме того, значительно возросло быстродействие вычислительных машин. В результате релейные машины были очень быстро вытеснены более производительными и надежными электронными вычислительными машинами (ЭВМ). Применение ЭВМ значительно расширило круг решаемых задач. Стали доступны задачи, которые раньше просто не ставились, поскольку на арифмометрах они могли выполняться десятиле­тиями и веками.

Первая ЭВМ создавалась в 1943 - 46 гг. называлась она ЭНИАК (ENIAC - Electronic Numerical Integrator and Calculator - электронно-числовой интегратор и вычислитель). Эта машина содержала около 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических реле, причем ежемесячно выходило из строя около 2 тысяч ламп. У машины ЭНИАК, а также у других первых ЭВМ, был серьезный недостаток - исполняемая программа храни­лась не в памяти машины, а набиралась сложным образом с по­мощью внешних перемычек.,

В 1945 г. появилась знаменитая работа математика фон Неймана, в которой он сформулировал общие принципы работы универсальных вы­числительных устройств. Эти принципы, названные впоследствии «принципами фон Неймана», послужили созданию классической архитектуры ЭВМ. В основу построения ЭВМ был положен принцип программного управления с последовательным выполнением команд и принцип хранения в памяти исполняемой программы. Все последующие ЭВМ создавались с использованием принципов фон Неймана.

ЭВМ постоянно совершенствовались, благодаря чему к середине 50-х годов их быстродействие удалось повысить от нескольких сотен операций в секунду до не­скольких десятков тысяч операций в секунду. Однако, несмотря на это, элект­ронная лампа оставалась самым ненадежным элементом ЭВМ. Использование ламп стало тормозить дальнейший прогресс вычислительной техники.

Впоследствии на смену лампам пришли полупроводниковые приборы, тем самым завершился первый этап развития ЭВМ. Вычислительные машины этого этапа принято называть ЭВМ первого поколения. Однако деление различных ЭВМ на поколения может быть только условным, поскольку в одно и то же время выпускались машины разного уровня.

Характерные черты первого поколения.

• Элементная база – электронно-вакуумные лампы.

• Соединение элементов – навесной монтаж проводами.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде громадных шкафов. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, которые могли приобрести крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли большое количество электроэнергии и выделяли много тепла.

• Быстродействие – 10-20 тыс. операций в секунду.

• Эксплуатация – сложная из-за частого выхода из строя электронно-вакуумных ламп.

• Программирование – машинные коды. При этом надо знать все команды машины, двоичное представление, архитектуру ЭВМ. В основном были заняты математики – программисты. Обслуживание ЭВМ требовало от персонала высокого профессионализма.

• Оперативная память – до 2 Кбайт.

• Данные вводились и выводились с помощью перфокарт, перфолент.

Так сложилось, что разработчики ЭВМ никогда не знали покоя, поскольку вынуждены были вслед за прогрессом в электронной технике заменять элементы в вычислительных машинах на более новые и совершенные элементы. Когда в сере дине 50-х годов на смену электронным лампы пришли полупроводниковые приборы, начался перевод ЭВМ на полупроводники. Полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды) были, во-пер­вых, значительно компактнее своих ламповых предшественников. Во-вторых, они обладали значительно большим сроком службы. В-третьих, потребление энергии у ЭВМ на полупроводниках было существенно ниже. С внедрением цифровых элементов на полупровод­никовых приборах началось создание ЭВМ второго поколения.

ЭВМ второго поколения отличаются применением полупроводниковых элементов и использованием алгоритмических языков программирования.

Наиболее распространенными машинами второго поколения были в СССР разработаны и широ­ко использовались «Раздан-2», серия машин «Минск», «Урал», «Наири», «Мир». Наиболее совершенной машиной этого поколения была БЭСМ-6, созданная коллективом академика С.А. Лебедева. Эта машина выполняла свыше 1 млн. операций в секунду.

Характерные черты второго поколения.

• Элементная база – полупроводниковые элементы (транзисторы, диоды).

• Соединение элементов – печатные платы и навесной монтаж. Печатные платы представляли собой пластины из изолирующего материала, на который наносился токопроводящий материал. Для крепления транзисторов имелись специальные гнезда.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек, чуть выше человеческого роста, но для размещения требовался специальный машинный зал.

• Быстродействие – 100 – 500 тыс. операций в секунду.

• Эксплуатация – вычислительные центры со специальным штатом обслуживающего персонала, появилась новая специальность – оператор ЭВМ.

• Программирование – на алгоритмических языках, появление первых операционных систем.

• Оперативная память – 2 – 32 Кбайт.

• Введен принцип разделения времени – совмещение во времени работы разных устройств, например, одновременно с процессором работает устройство ввода-вывода с магнитной ленты. Принцип управления стал микропрограммным и в ЭВМ возникла необходимость наличия постоянной памяти, в ячейках которой присутствуют коды, соответствующие управляющим сигналам.

• Недостаток – несовместимость программного обеспечения.

Очередная смена поколений ЭВМ произошла в конце 60-х годов при замене полупроводниковых приборов в устройствах ЭВМ на интегральные схемы. Интегральная схема, или, другими словами, микросхема - это небольшая пластинка кри­сталла кремния, на которой размещаются сотни и тысячи элементов: диодов, транзисторов, конденсаторов, резисторов и т.д. В 1968 г. был выпущен первый компьютер на интегральных схемах.

Применение интегральных схем позволило увеличить количество электронных элементов в ЭВМ без увеличения их реальных размеров. Быстродействие ЭВМ возросло до 10 миллионов операций в секунду. Кроме того, очень важно, что составлять программы для ЭВМ стало по силам простым пользователям, а не только специалистам-электронщикам.

Характерные черты третьего поколения.

• Элементная база – интегральные схемы.

• Соединение элементов – печатные платы.

• Габариты – ЭВМ выполнена в виде однотипных стоек.

• Быстродействие –1-10 млн. операций в секунду.

• Эксплуатация – вычислительные центры, дисплейные классы, новая специальность - системный программист.

• Программирование - алгоритмические языки, операционные системы.

• Оперативная память – 64 Кбайт.

• Введен принцип разделения времени, принцип микропрограммного управления, принцип модульности – ЭВМ состоит из набора модулей: конструктивно и функционально законченных блоков в стандартном исполнении, принцип магистральности – способ связи всех модулей ЭВМ, входные и выходные устройства соединены одинаковыми проводами – шинами, появление магнитных дисков, дисплеев, графопостроителей.

По мере совершенствования микросхем увеличивалась их надежность и плот­ность размещенных в них элементов. Успехи в технологии производства инте­гральных схем привели к появлению ЭВМ следующего - четвертого поколения. В основе ЭВМ этого поколения лежат большие интегральные схемы (БИС). Слово «большая» означает не габариты самой схемы, а огромное количество элементов, которые она содержит. В этих схемах на один квадратный сантиметр приходится несколько десятков тысяч элементов.

Благодаря появлению БИС на одном крошечном кристалле кремния стало воз­можным разместить такую большую электронную схему, как процессор ЭВМ.

Микропроцессоры привели к появлению мини-ЭВМ, а затем и персональных компьютеров, то есть ЭВМ, ориентированных на одного пользователя. Началась эпоха персональных компьютеров (ПК), которая длится и по сей день. Однако было бы неправильным назвать четвертое поколение ЭВМ поколением только ПК. Кроме персональных компьютеров, существуют и другие, значительно более мощные компьютерные системы.

Характерные черты четвертого поколения.

• Элементная база – большие интегральные схемы (БИС).

• Соединение элементов – печатные платы.

• Габариты – компактные ЭВМ, ноутбуки.

• Быстродействие – 10 -100 млн. операций в секунду.

• Эксплуатация – многопроцессорные и многомашинные комплексы, любые пользователи ЭВМ.

• Программирование – базы и банки данных.

• Оперативная память – 2 -5 Мбайт.

• Телекоммуникационная обработка данных, объединение в компьютерные сети.

Начиная с середины 90-х годов, в мощных компьютерах начинают применяться БИС супер масштаба, которые вмещают сотни тысяч элементов на квадратный сан­тиметр. Многие специалисты стали говорить о компьютерах пятого поколения.

Характерной чертой компьютеров пятого поколения должно быть использование искусственного интеллекта и естественных языков общения.

Предполагается, что вычислительные машины пятого поколения будут легко управляемы. Пользователь сможет голосом подавать машине команды.

Элементной базой являются сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

В компьютерах пятого поколения произойдет качественный переход от обработки данных к обработке знаний, создание экспертных систем.

Архитектура будет содержать два блока:

• Традиционный компьютер

• Интеллектуальный интерфейс.

Перспективы

В настоящее время уже изобрели компьютер управляемый глазами; nКомпьютер, который набирает текст  под диктовку человека…. Но все эти компьютеры не обладают искусственным интеллектом. До сих пор не создано компьютера, управляемого мыслью. Пока ученые не изобретут технологию материализации мысли  «компьютеры пятого» поколения будут фантастикой.

IV.Закрепление учебного материала: Повторение характерных черт поколений ЭВМ, заполнение таблицы №1 (4 графы) в компьютере «Характерные черты 5 поколений ЭВМ», в раздаточных карточках.

Устно. Каждый правильный ответ 1 бал.

Таблица №1

Характерные черты 5 поколений ЭВМ

V. Подведение итогов.

Преподаватель выставляет оценки, проводит рефлексию (в чем были затруднения на занятии, что понравилось?)

Домашнее задание

Знать характеристики поколений ЭВМ. Заполнить таблицу №1 используя ресурсы интернета https://nsportal.ru/sites/default/files/2014/11/18/pokoleniya_evm.docx , в свой конспект.

Подготовить сообщение

• о развитии вычислительной техники и сети Интернет.

• о вкладе российских ученых в развитие вычислительной техники.