Компьютерная грамотность с Надеждой
Компьютерная грамотность предполагает наличие представления о пяти поколениях ЭВМ, которое Вы получите после ознакомления с данной статьей.
Когда говорят о поколениях, то в первую очередь говорят об историческом портрете электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
Фотографии в фотоальбоме по истечении определенного срока показывают, как изменился во времени один и тот же человек. Точно так же поколения ЭВМ представляют серию портретов вычислительной техники на разных этапах ее развития.
Всю историю развития электронно-вычислительной техники принято делить на поколения. Смены поколений чаще всего были связаны со сменой элементной базы ЭВМ, с прогрессом электронной техники. Это всегда приводило к росту быстродействия и увеличению объема памяти. Кроме этого, как правило, происходили изменения в архитектуре ЭВМ, расширялся круг задач, решаемых на ЭВМ, менялся способ взаимодействия между пользователем и компьютером.
Процесс информатизации
Процесс информатизации создатель Ульяна Родионова
Поколения ЭВМ
Первое поколение ЭВМ — ламповые машины 50-х годов. Скорость счёта самых быстрых машин первого поколения доходила до 20 тысяч операций в секунду. Для ввода программ и данных использовались перфоленты и перфокарты. Поскольку внутренняя память этих машин была невелика (могла вместить в себя несколько тысяч чисел и команд программы), они, главным образом, использовались для инженерных и научных расчётов, не связанных с переработкой больших объёмов данных. Это были довольно громоздкие сооружения, содержавшие в себе тысячи ламп, занимавшие иногда сотни квадратных метров, потреблявшие электроэнергию в сотни киловатт. Программы для таких машин составлялись на языках машинных команд, поэтому программирование в те времена было доступно немногим.
Первая ЭВМ ЭНИАК (ENIAC) была создана в конце 1945 г. в США; она весила 30 т и размещалась на 170 м 2 . В нашей стране первая ЭВМ была создана в 1951 году. Называлась она МЭСМ — Малая Электронная Счётная Машина (рис. 2.1).
К концу 40-х гг. XX в., когда вошли в строй первые большие электронные компьютеры, специалисты начали искать замену громоздким и хрупким, часто выходившим из строя лампам, на которых они были построены. В 1948 году в США был создан первый полупроводниковый прибор, заменяющий электронную лампу. Он получил название транзистор. В 60-х годах транзисторы стали элементной базой для ЭВМ второго поколения. Переход на полупроводниковые элементы улучшил качество ЭВМ по всем параметрам: они стали компактнее, надёжнее, менее энергоёмкими (рис. 2.2). Быстродействие большинства машин достигло нескольких сотен тысяч операций в секунду. Объём внутренней памяти возрос в сотни раз по сравнению с ЭВМ первого поколения. Большое развитие получили устройства внешней (магнитной) памяти: магнитные барабаны, накопители на магнитных лентах. Это способствовало созданию на ЭВМ информационно-справочных, поисковых систем, нуждающихся в длительном хранении больших объёмов информации. Во времена второго поколения ЭВМ активно начали развиваться языки программирования высокого уровня, одним из первых среди которых был Фортран (Fortran — сокращение от англ. FORmula TRANslation — трансляция формулы).
Ключевыми фигурами среди физиков, занимавшихся изучением полупроводников, стали американские учёные Джон Бардин (19081991), Уолтер Браттейн (1902-1987), Уильям Брэдфорд Шокли (1910-1989). В 1948 году в газете «Нью-Йорк тайме» была напечатана короткая заметка, в которой сообщалось об изобретении ими нового устройства — транзистора. Эта информация прошла практически незамеченной, мало кто смог в то время оценить её по достоинству. Позже транзистор был признан одним из важнейших изобретений века, а его изобретатели получили Нобелевскую премию по физике.
Благодаря транзистору — германиевому кристаллу величиной с булавочную головку, заключённому в металлический цилиндр длиной около сантиметра, — электроника ступила на путь миниатюризации: один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп.
Хотя транзистор был выдающимся научным изобретением, он не сразу получил широкое практическое применение в вычислительной технике. Германий, из которого изготавливали первые транзисторы, — довольно редкий химический элемент, поэтому стоимость транзисторов была очень высокой. Резко снизить стоимость транзисторов удалось только в середине 50-х гг. XX в.: в 1954 году был изготовлен первый транзистор из кремния — основного компонента обычного песка, — одного из самых распространённых на Земле химических элементов.
Персональные компьютеры
В 1981 году IBM выбрала Intel в качестве производителя микропроцессора для своей новой машины IBM-PC. Это был микропроцессор Intel 8086.
Этот компьютер мог выполнять 240 000 сумм в секунду. Хотя он был намного медленнее, чем компьютеры семейства IBM 360, в сегодняшних ценах он стоил всего 4000 долларов. Такое соотношение цены и качества вызвало бум на рынке микрокомпьютеров.
В 1996 году ПК Intel Pentium Pro мог обрабатывать 400000000 сумов в секунду. Это было примерно в 210 000 раз быстрее, чем ENIAC.
Урок 5. История развития вычислительной техники
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Знакомство с историей вычислительной техники. Задачи, стоящие перед научной областью от истоков до текущего момента. Современные тренды применения компьютерных технологий.
Глоссарий по теме: Вычислительные средства, вычислительная техника, компьютеры. мобильные устройства, суперкомпьютеры, робототехника, этапы развития вычислительной техники, поколения ЭВМ.
Основная литература по теме урока:
Л. Л. Босова, А. Ю. Босова. Информатика. Базовый уровень: учебник для 10 класса — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017
Дополнительная литература по теме урока:
Малиновский Б. Н. История вычислительной техники в лицах. — К.: фирма «КИТ», ПТОО «А.С.К.», 1995. — 384 с., ил. ISBN 5-7707-6131-8 (ссылка на электронную версию http://lib.ru/MEMUARY/MALINOWSKIJ/0.txt)
Теоретический материал для самостоятельного изучения:
На уроках информатики мы подробно обсуждали основные информационные процессы: хранение, передачу и обработку. Как менялись инструментальные средства, осуществляющие эти процессы, объемы хранения и передач, скорости обработки? Какие перспективы наметило себе человечество в развитии средств вычислительной техники? Об этом пойдет речь на уроке.
Цель урока: анализировать историю и тенденции развития вычислительной техники
Задачи урока:
— соотносить периоды, содержание и результат пяти информационных революций,
— приводить примеры ЭВМ разных поколений,
— приводить примеры достижений отечественных ученых в области вычислительной техники,
— анализировать тенденции в развитии вычислительной техники.
Первая информационная революция началась примерно 40 тысяч лет назад, когда человек поделился своим жизненным опытом с соплеменником. Зарождение и развитие языка устного общения было характерной особенностью этой революции.
Вторая информационная революция произошла около 5 тысяч лет тому назад, примерно около 3500 года до н. э. Так же она связана с передачей опыта, но теперь уже из поколения в поколение. С появлением письменности стало возможным записать и передавать данные. Исторические сведения об одном из главных хранилищ информации древности, Александрийской библиотеке IV—III в. до н. э разнятся, но невозможно не оценить тот факт, что это создание библиотек для обучения и передачи знаний — важнейшая веха в истории человечества.
Третья информационная революция имеет четкие исторические границы и связана уже с распространением знаний. В 1450 году Иоганн Гуттенберг изобрел наборный шрифт. И обмен знаниями значительно упростился. Сутью третьей информационной революции стало превращение информации в продукт массового потребления.
Четвертая информационная революция в конце XIX века связана с открытием возможности применения электричества и с изобретением средств массовой коммуникации. Ускорением распространения информации, в том числе и возможностью решения задач организации масштабных расчетов. К достижениям четвертой информационной революции можно отнести и появление идеи разностной машины Беббиджа, и реализацию идей Дж. Фон Неймана, и создание вычислительных машин первого и второго поколения.
Задача вычислительных машин того времени заключалась в выполнении объемных расчетов, направленных в основном на научные и военные цели.
Пятая информационная революция потребовала от человечества информационной грамотности и культуры.
Начало ее относят к 70-м годам XX столетия и связывают с появлением микропроцессорной технологии.
В это же время появилась технология Arpanet, которая связывает сегодня весь мир.
Наращивание объемов хранения данных сегодня существенно превышает объемы, накопленные человечеством за всю историю развития.
Обмен данными происходит с все возрастающей скоростью.
Теперь многообразные компьютеры используются во всех областях жизни.
Рассуждения о возможностях вычислительной техники позволят нам повести хронологическое повествование параллельное информационным революциям.
Известно, что автоматизация вычислений началась задолго до появления компьютеров. Устройства быстрого счета появлялись в разных странах независимо друг от друга и теперь в музеях вычислительной техники мы можем сравнивать и удивляться как же они похожи.
Увлекательную и правдивую историю о компьютерах, технологиях и людях можно прочитать в книге Б. Н. Малиновского «История вычислительной техники в лицах».
Расставив хронологические вехи, мы увидим, что автоматизация расчетов во все времена была для изобретателей, ученых и самоучек интересной задачей.
До механических устройств были всевозможные камешки, палочки, известные нам абаки, счеты, которые были у многих народов и счет на них до сих пор дает понимание арифметических действий с количеством.
К следующему этапу, «механическому» отнесем и созданную Паскалем машину «паскалину» и машину Леонардо да Винчи, считающие часы В. Шиккарда и многие другие устройства, вычисления в которых проводились за счет механического движения частей. Об этих устройствах вы можете прочитать на сайте Галереи компьютерной эволюции (http://itgallery.ru) в разделе Календарь.
Эра электронных вычислительных машин началась с методики Дж. фон Неймана описанной в 1945 году в рамках доклада «Первый проект» о вычислительной машине EDVAC. Именно от первых устройств, построенных на архитектуре фон Неймана, отсчитываются поколения ЭВМ. Основным элементом этих вычислительных машин были электронные лампы. Такими были:
— Марк I, разработанный в Манчестерском университете,
— EDSAC, Кембриджского университета,
— Z4 немецкого изобретателя К. Цузе,
— МЭСМ. Созданная в Киевском институте электротехники под руководством С.А. Лебедева,
— Компьютерная информатика в России, в СССР началась с работ И. С. Брука, разрабатывающего совместно с Б. И. Рамеевым и Ю. В. Рогачевым вычислительные машины серии М,
— ЭВМ «Стрела», первый серийный советский компьютер, создаваемый под руководством Ю. Я. Базилевского,
— БЭСМ-1 Институт точной механики и вычислительной техники, под руководством С. А. Лебедева,
— Урал 1,2, 3,4 под руководством Б. И. Рамиева,
— ЭВМ Сетунь, разрабатываемая в МГУ математиком Л. С. Соболевым совместно с инженером Н. П. Брусенцовым.
Событием, ознаменовавшим переход ко второму поколению компьютеров, было изобретение транзистора в 1947 году. Они стали заменой хрупким и энергоёмким лампам. Благодаря транзисторам и печатным платам было достигнуто значительное уменьшение размеров и объёмов потребляемой энергии, а также повышение надёжности.
Кроме того, вычислительные машины на базе транзисторов возможно было создавать промышленными методами.
К компьютеру стало возможно подключать различные периферийные устройства. Этот факт позволил использовать компьютеры в различных областях науки и промышленности.
ЭВМ 5Э92Б использовалась для задач противовоздушной обороны
Лучшая советская ЭВМ БЭСМ-6 в 1975 г. обрабатывала траектории полета космических аппаратов, участвовала в проекте «Союз-Аполлон». К 1964 году в каждом регионе СССР выпускали свои компьютеры: в Ленинграде — УМ-1; Белоруссия — «Минск», «Весна», «Снег»; Армения — «Наири»; в Украине — «Днепр», «МИР». Эти компьютеры разрабатывались под руководством В. М. Глушкова
Третье поколение компьютеров решило проблему качества массового производства компьютеров. Интегральные схемы появились к 60-м годам XX века, когда американская фирма IBM приступила к выпуску системы машин IBM-360. Немного позднее появились машины серии IBM-370.
В Советском Союзе в 70-х годах начался выпуск машин серии ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ) по образцу IBM 360/370. Скорость работы наиболее мощных моделей ЭВМ достигла уже нескольких миллионов операций в секунду. На машинах третьего поколения появился новый тип внешних запоминающих устройств — магнитные диски.
Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов.
Четвертое поколение компьютеров связано с появлением микропроцессоров. В 1971 году, когда появление больших интегральных схем позволили создать универсальный процессор на одном кристалле.
Среди прорывных технологий этого поколения — возможность соединять мощности разных вычислительных машин в один вычислительный узел.
Развитие ЭВМ четвертого поколения пошло по двум разным путям:
— Дальнейшее развитие на базе БИС микро-ЭВМ и персональных компьютеров.
Термин «суперкомпьютер» еще не обрел четких очертаний и в общем случае это обозначение огромной вычислительной мощности, не сравнимой с компьютерами, доступными большинству пользователей. В настоящее время — это компьютеры, позволяющие решать задачи обработки больших данных, например, прогнозирование погодно-климатических условий, моделирование ядерных испытаний.
Дважды в год в июне и в ноябре выходит рейтинг ТОП500 в котором публикуется актуальный перечень 500 самых мощных общественно известных вычислительных систем мира. Сравнение проводится на основании системы тестов, результат которых быстродействие. Измеряемое в количестве операций над числами с плавающей точкой в секунду (FLOPS). Рубеж в 1 квадриллион флопс (1Петафлопс) был перейден в 2008 году суперкомпьютером IBM Roadrunner.
В эволюции персональных компьютеров важной характеристикой является эволюция процессоров. В основании этой лестницы Intel-4004 первый коммерческий 4-х битный процессор, реализованный на одной микросхеме и представленный в ноябре 1971 года. Его тактовая частота составляла 740 кГц.
Сегодня, ориентируясь на свои задачи, пользователь может приобрести, например, игровой компьютер с 8-ядерным 64-хбитным процессором, с тактовой частотой в 1600МГц.
Начало XXI века стало поистине эрой мобильных устройств. Данные различных исследований утверждают, что число пользователей мобильных устройств неуклонно растет от года к году, большинство пользователей предпочитают гаджеты десктопам. Больше чем две трети людей во всем мире сегодня имеют мобильный телефон, большинство из них являются владельцами смартфонов.
По последним данным, полученным от GlobalWebIndex, среднестатистический интернет-юзер сегодня проводит около 6 часов в день, пользуясь устройствами и сервисами, работа которых зависит от подключения к интернету. Это, грубо говоря, треть всего времени бодрствования.
Если умножить это время на 4 миллиарда всех интернет-пользователей, то получится ошеломляющая цифра — в 2018 году мы суммарно проведем онлайн 1 миллиард лет.
Робототехника и роботизированные комплексы одна из приоритетных технологий XXI века. Если в 80-х годах XX века промышленные роботы только начинали появляться на производстве, то сегодня только на обзор этой темы мы потратим несколько часов. Это компьютеризированные игрушки, производящие фурор на международных выставках, это медицинская техника, это потоковые линии, сложное, опасное производство, и, конечно, военная техника.
На мировом рынке работает около 400 компаний, занимающихся производством робототехники.
— «Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики» в Санкт-Петербурге;
— ЗАО «Центр высоких технологий в машиностроении при МГТУ им. Н. Э. Баумана»;
— ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» — головная материаловедческая организация «Росатома», в Москве;
— НИИ системных исследований РАН Москва;
— НПО «Андроидная техника» в Москве;
— ФГУП ЦНИИмаш г. Королев, учредитель «Роскосмос»;
— ОАО «ЦНИИТОЧМАШ» Госкорпорации Ростех, Московская область, Климовск;
— СПКБ ПА г. Ковров;
— «Научно-Исследовательский Технологический Институт (НИТИ) Прогресс» в Ижевске;
— Институт проблем механики им. А. Ю. Ишлинского АН;
— НИИ стали Москва;
— Компания СМП Роботикс, Зеленоград.
Современные компьютеры — это компьютеры четвертого поколения. Определить границу между этим поколением и следующим можно будет лишь после того, как со временем будет признана революционной, прорывной новая технология, которая сегодня только зарождается. Возможно, это будут квантовые компьютеры, идея которых была высказана в 80-х годах XX века Ю. Майниным и Р. Фейнманом, или биологические компьютеры, в которых роль битов возьмут на себя молекулы ДНК. Возможно, изменению подвергнется неймановская архитектура, реализующаяся вот уже три четверти века.
Человечество на этом пути ждут трудности, провалы и, конечно, новые открытия.
Отличительные черты информационного общества:
- увеличение роли информации, знаний и информационных технологий в жизни общества;
- возрастание числа людей, занятых информационными технологиями, коммуникациями и производством информационных продуктов и услуг, рост их доли в валовом внутреннем продукте;
- нарастающая информатизация общества с использованием телефонии, радио, телевидения, сети Интернет, а также традиционных и электронных СМИ;
- создание глобального информационного пространства, обеспечивающего:
- эффективное информационное взаимодействие людей;
- их доступ к мировым информационным ресурсам;
- удовлетворение их потребностей в информационных продуктах и услугах;
Своим названием термин «информационное общество» обязан профессору Токийского технологического института Ю. Хаяши, чей термин был использован в появившихся практически одновременно — в Японии и США — в работах Ф. Махлупа (1962) и Т. Умесао (1963).
В 80-90-е годы философы и социологи разрабатывают теорию информационного общества. В этой работе объединились усилия таких известных философов, как Йошита Масуда, Збигнев Бжезинский, Дж. Нэсбитт, М. Порат, Т. Стоунер, Р. Карц и др.
Телекоммуникационная революция начинается с середины 70-х и сливается с компьютерной. Компьютерная революция начинается гораздо раньше и протекает в несколько этапов.
- Первый этап занимает 1930-1970 годы, который называют «нулевым циклом». Он начинается с создания первых ЭВМ в которых на смену механическим деталям пришли электронные лампы.
- Второй этап компьютерной революции начинается с создания первых персональных компьютеров, использующих интегральные схемы, и их серийного производства.
Телекоммуникационная революция связана с появлением волоконно-оптических технологий и спутниковых технологий.
Слияние телекоммуникационных и компьютерной технологий породило на рынке много новых товаров и услуг. Информационная и телекоммуникационная индустрия превратились сегодня в ключевой сектор экономики развитых стран. Они считают необходимым ввозить товары широкого потребления, но вывозить продукты информационной индустрии, и на их продаже зарабатывать национальное богатство.
Информационные технологии стоят гораздо дороже, чем товары широкого потребления, что обеспечивает развитым странам высокий уровень жизни. А лидерство в информационных технологиях дает им возможность по-прежнему претендовать на политическое лидерство в мире.
Благодаря слиянию компьютерной и телекоммуникационной революций стали создаваться информационные сети огромных масштабов, в том числе глобальные. По этим сетям можно гораздо быстрее передавать, находить и обрабатывать необходимую информацию.
Под информационными ресурсами понимается информация, зафиксированная на материальном носителе и хранящаяся в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных и др.). Информационный ресурс может принадлежать одному человеку или группе лиц, организации, городу, региону, стране, миру. Информационный ресурс является продуктом деятельности наиболее квалифицированной части общества.
Между информационными и другими ресурсами существует одно различие: всякий ресурс после использования исчезает, а информационный — нет, им можно пользоваться много раз, он может копироваться без ограничений. Более того, информационный ресурс имеет склонность увеличиваться, так как использование информации редко носит совершенно пассивный характер, чаще при этом появляется дополнительная информация.
Информационные ресурсы делятся на государственные и негосударственные. По категориям доступа информация делится на открытую и с ограниченным доступом. Информация с ограниченным доступом делится, в свою очередь на информацию, составляющую государственную тайну и просто конфиденциальную.
Этапы развития технических средств и информационных ресурсов. Из истории человечества нам известно, что некоторые научные изобретения сильно повлияли на ее ход, на развитие цивилизации. К их числу относятся изобретение колеса, парового двигателя, открытие электричества, овладение атомной энергией и пр. Процессы резкого изменения в характере производства, к которым приводят важные научные открытия, принято называть научно-технической революцией (НТР).
Появление компьютерной техники во второй половине XX века стало важнейшим фактором научно-технической революции.
- Первый этап начинается с создания первой электронно-вычислительной машины ENIAC (ЭВМ) в 1945 году. Приблизительно в течение 30 лет компьютерами пользовалось небольшое число людей, в основном в научной и производственной областях.
- Второй этап начинается в середине 70-х годов и связан с появлением и всеобщим распространением персональных компьютеров (ПК). ПК стали широко применяться не только в науке и производстве, но и в системе общего образования, сфере обслуживания, быту. ПК вошли в дом как один из видов бытовой техники наряду с телевизорами, магнитофонами.
- Третий этап связан с появлением глобальной компьютерной сети Интернет. С появлением Интернета ПК, который помещается на письменном столе, стал окном в огромный мир информации. Появились такие понятия, как «мировое информационное пространство», «киберпространство». Именно появление Интернета дает возможность говорить о том, что в истории цивилизации наступает этап «информационно-ориентированного общества».
С распространением ПК возникает понятие компьютерной грамотности. Компьютерная грамотность — необходимый уровень знаний и умений человека, позволяющий ему использовать ЭВМ для общественных и личных целей.
На первом этапе истории ЭВМ компьютерная грамотность сводилась к умению создавать программы. Программирование изучалось главным образом в высших учебных заведениях, владели им ученые, инженеры, профессиональные программисты.
На втором этапе под общим уровнем компьютерной грамотности стали понимать умение работать на ПК с прикладными программами, выполнять минимум действий в среде операционной системы. Компьютерная грамотность на таком уровне становится массовым явлением благодаря обучению в школе, на многочисленных курсах, в самостоятельном режиме.
На третьем, современном этапе, важным элементом компьютерной грамотности становится умение пользоваться сетью Интернет и его ресурсами.
Один из этапов перехода к информационному обществу — компьютеризация общества, где все внимание отдано развитию и всеобщему внедрению компьютеров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее накопление.
Основной инструмент компьютеризации — ЭВМ (или компьютер). Человечество проделало долгий путь, прежде чем достигло современного состояния средств вычислительной техники.
