≡ Передовица » Макулатура » Журналы » Юный техник 4/85 (Агат - ЭВМ на столе)
 |
|
|---|
Юный техник 4/85 (Агат - ЭВМ на столе)
Давайте знакомиться
Небольшой ящичек с клавиатурой, рядом с ним маленький телевизор. Это "Агат". Персональный компьютер.
Наш интерес к нему не случаен. Специалисты считают, что ЭВМ подобного типа наиболее удобны для массового применения в школах, ПТУ, техникумах. Как вы, наверное, знаете, в постановлении о реформе среднего образования говорится об использовании ЭВМ на уроках, о создании в каждой школе классов вычислительной техники. Так что любой из вас может встретиться с подобным компьютером лицом к лицу в самом ближайшем будущем.
За те тридцать с небольшим лет, что насчитывает история ЭВМ, они успели принять множество обличий. Есть супер-ЭВМ, мини-ЭВМ и микро-ЭВМ, ЭВМ универсальные и специализированные, управляющие и связные, одно- и многопроцессорные, бортовые, настольные, портативные, карманные... В чем же особенность персонального компьютера, чем отличается он от своих собратьев?
Давайте познакомимся с ним подробнее, а заодно узнаем, как удалось конструкторам создать такую замечательную машину и на какие темы нам предстоит с ней "беседовать".
Компьютер недавнего прошлого никак нельзя было назвать надёжным: считалось большой удачей, если машина хоть час работала безотказно, и решение мало-мальски сложной задачи иногда "не укладывалось" даже в промежуток между двумя отказами. От персонального компьютера нужна длительная, устойчивая безотказная работа, как от телевизора или пишущей машинки. Но этого мало, необходимо, чтобы любую неисправность можно было устранить прямо на месте, без задержки. Это - требование номер один.
Второе - стоимость. Говоря по большому счету, стоимость вещи - это вложенный в неё труд, и чем ниже она, тем, значит, проще и быстрее производство, выше объём выпуска, доступнее изделие потребителю. А ведь именно доступность, массовость - отличительные черты персонального компьютера.
Чтобы нагляднее увидеть, что сделано конструкторами в области электронной техники, прибегнем к такому сравнению: если бы последние 30 лет самолёты "шли в ногу" с компьютерами, то межконтинентальный авиалайнер стоил бы сегодня не дороже мопеда, облетал бы земной шар за полчаса, затрачивая на это канистру топлива, и требовал бы мелкого ремонта лишь раз в 50 лет.
Основа такого успеха - интегральная технология, то есть замена сборных электронных схем на интегральные микросхемы. Вместо тысяч, десятков тысяч транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов - одна плоская крошечная коробочка с ножками-выводами; вместо длительного, трудоёмкого ручного монтажа - полностью автоматическое производство, вместо несметного множества паяных соединений и контактов - электрическая схема, "отпечатанная" прямо на кристалле полупроводника. Отсюда и надёжность, и дешевизна.
Если современная ЭВМ выходит из строя, то обычно заменяют всю дефектную плату - это проще и быстрее, чем разыскивать на ней неисправную микросхему, выпаивать её и ставить на место новую (впрочем, при необходимости снятую плату можно отремонтировать в мастерской и снова пустить в дело). А заменить плату в персональном компьютере в случае неисправности мы сумеем и без помощи специалиста: машина сама подскажет нам, какую именно! Открыли крышку корпуса, вынули плату из разъёма, как вилку из розетки, поставили запасную - и персональный компьютер снова к нашим услугам.
Включаем его - и сразу же загорается знакомый всем телевизионный экран. На нем мы увидим не только буквы и цифры: любым из 16 цветов можно "нарисовать" любую фигуру, заставить её двигаться, даже сделать мультипликационный фильм. Несложное устройство позволяет, кстати, машине пользоваться экраном обычного бытового телевизора.
Впрочем, экран не единственное средство "самовыражения" у компьютера. Подключен к нему ещё и динамик. И звуки <морзянки>, и музыку, и человеческую речь на любом языке - всё может воспроизвести наш электронный помощник.
А мы с вами обращаемся к нему пока только через клавиатуру. "Пока" - потому что в будущем персональный компьютер обзаведётся устройством для распознавания человеческой речи и сможет понимать наш голос не хуже, чем электрические сигналы. Клавиатура привычна всем, кто печатал на машинке или работал за пультом ЭВМ. Но есть и разница: пишущая машинка имеет либо русский, либо латинский шрифт, обычный пульт ЭВМ - только прописные буквы обоих алфавитов. Здесь же как русские, так и латинские буквы, как прописные, так и строчные. Ведь персональные ЭВМ должны уметь работать с любыми текстами и документами.
С правой стороны клавиатуры у "Агата" 15 дополнительных клавиш. Их назначение определяем мы сами: одна из них может служить для остановки вычислительного процесса, другая - для его возобновления, третья - для вывода справочных сведений на экран, четвертая - чтобы привести в действие какое-либо измерительное устройство... Все зависит от нашего желания и смысла решаемой на машине задачи. Однако без программы вычислений электронная машина - это просто металлический ящик с набором радиодеталей. Лишь после того как будет установлен диск магнитной памяти и ЭВМ перепишет с него программу в собственную, оперативную память, ящик станет собственно машиной, готовой вести вычисления или стать нашим партнёром по игре.
Какое же задание мы дадим нашему компьютеру? Пусть для начала это будет игра в шахматы. Почему? Во-первых, потому, что дело это достаточно простое даже для того, кто видит ЭВМ первый раз в жизни. Во-вторых, потому, что для самого компьютера это достаточно сложная задача, требующая, как мы увидим, мобилизации его главных способностей. И наконец, в-третьих, потому, что игры - не только шахматы, но и многие другие - служат как бы Золотым Ключиком к волшебной двери в увлекательный мир вычислительной техники. С равным интересом играют малыши-первоклассники и студенты, инженеры и домашние хозяйки. "Обучайся играя!" - таков принцип персонального компьютера.
Набираем на клавишах имя программы "ШАХМАТИСТ", и тотчас перед нами возникает знакомое клетчатое поле с фигурами и часы. Делаем первый ход: нажимаем клавиши "е" и "4"; белая пешка на экране продвинулась на две клетки вперёд. А вот и ответный ход машины - навстречу переместилась чёрная пешка. Вряд ли вы отличите стиль игры вашего электронного партнёра от <человеческого>, хотя машина, а точнее, шахматная программа, которую выполняет машина, умеет только перебирать варианты на несколько ходов вперёд, выискивая ход, который сулит ей наибольшее преимущество (или наименьшие потери). Ни опыта, ни фантазии, ни плана... И все же машина скорее всего обыграет вас, если вы не "тянете" хотя бы на первый разряд!
"Квалификация" машины зависит от того, на сколько ходов вперёд она просматривает варианты (как говорят, от глубины перебора). Если вы совсем неопытный шахматист, можете уменьшить глубину, и компьютер будет играть слабее. А можно ли её увеличить? Можно, но... если, скажем, на каждый ход существует 10 возможных ответов, то добавление одного хода к просматриваемой цепочке увеличивает число вариантов в 100 раз! (Играют двое: 10х10=100.) А если не 10, а 50? 500? Машина ведь учитывает не только осмысленные, но и все допустимые правилами ходы.
Конечно, шахматная программа составлена так, чтобы зря времени не тратить и не рассматривать до конца заведомо невыгодные варианты. И всё равно перебор требует колоссального количества элементарных операций - машинных команд. Даже при таком сравнительно неглубоком переборе, который даёт ей силу перворазрядника, машина может "просидеть" над ходом минут 5-10, выполнив за это время сотни миллионов команд. Если бы ту же шахматную программу выполняла ЭВМ "Минск-32", самая распространённая 15 лет назад машина, играть с ней было бы совсем уж неинтересно: каждого хода пришлось бы ждать часа два, а то и больше.
Так что персональному компьютеру скорость нужна не меньше, чем его собратьям - специалистам по сложным расчётам. ЭВМ "Агат" способна выполнить до 300 тысяч команд в секунду. И используются эти недюжинные способности практически в любой задаче, какую бы ни решал персональный компьютер. Не будь высокого быстродействия, не было бы естественного, непринуждённого общения между человеком и машиной.
Примерно то же можно сказать и о другой важной технической характеристике ЭВМ - об объёме оперативной памяти. Зачем большая память персональному компьютеру? Ведь не будет же он обрабатывать нескончаемые числовые массивы с экономическими данными или результатами геологической разведки. Но давайте приглядимся к блоку памяти повнимательнее. Вот телевизионный экран: изображение на нём состоит из отдельных точек, образующих аккуратную решётку, похожую на сито. По горизонтали и по вертикали точек 256 - всего их более 64 тысяч. Пусть каждая точка может быть либо светлой, либо темной, и мы хотим сохранить изображение в памяти ЭВМ. Если закодировать, скажем, светлую точку единицей, а тёмную - нулём, нам потребуется 64 тыс. двоичных единиц. А ведь точки могут различаться и яркостью, и цветом; значит, чтобы построить "настоящее" изображение, память должна быть ещё более ёмкой.
Есть, конечно, способы более экономной <упаковки> изображений в памяти, но память-то нужна любой программе, и немалая. Программе "ШАХМАТИСТ", например, требуется 9600 бит только для того, чтобы разместиться самой, и ещё минимум столько же нужно для хранения промежуточных данных. Чем больше отведёте ей свободной памяти, тем быстрее она будет работать.
Оперативная память "Агата" построена на микросхемах. Информация в каждый двоичный разряд записывается с помощью конденсатора, который заряжается через электронный вентиль. Одна микросхема - пластинка с полпальца величиной - содержит 16 тысяч таких конденсаторов и вентилей, то есть 16 тыс. бит памяти!
Но элементы памяти пока довольно дороги, поэтому решено было оснащать каждый "Агат" оперативной памятью лишь в том объёме, какой необходим потребителю. На плате размещено 32 микросхемы, то есть 512 тыс. бит; мы можем установить на нашу машину от одной до четырёх таких плат.
Вы уже знаете, что подключить к машине новую или заменить старую плату не составляет ни малейшего труда. Это очень важно для любого персонального компьютера. Ведь нельзя предсказать все области его применения, все варианты подключения внешних устройств. Кроме того, потребитель может пожелать перенести на свой персональный компьютер старые программы, предназначенные для ЭВМ различных типов. Вот почему так важно, чтобы персональный компьютер мог развиваться, достраиваться прямо во время эксплуатации, и чтобы все необходимые для этого работы можно было выполнить самостоятельно. Для этого "Агат" снабжён несколькими разъёмами, куда можно подключать дополнительную аппаратуру. Более того, можно менять и некоторые внутренние узлы машины, в том числе и сам процессор. Замена процессора позволит машине "понимать", а значит, выполнять программы других ЭВМ.
Вернёмся, однако, к машине, с которой мы играем в шахматы. Сыграв с ней подряд три партии и скорее всего проиграв, мы, наверное, захотим загрузить в неё новую программу. Для этого нужно вставить в узкую прорезь на лицевой панели накопитель на гибких магнитных дисках. Зачем?
Как бы велика ни была ёмкость оперативной памяти, персональному компьютеру необходима ещё и внешняя память для хранения множества разнообразных программ, текстов, числовых данных, фонограмм. Магнитные ленты и диск и - самые распространённые устройства внешней памяти для всех типов ЭВМ.
Накопитель на магнитной ленте - это тот же самый магнитофон, на который записывается не звуковой, а двоичный сигнал - последовательность импульсов, соответствующих нулям и единицам. (Кстати, к "Агату" можно подключить обычный бытовой кассетный магнитофон.) Быстро вращающийся магнитный диск напоминает грампластинку, но с важным отличием: если звуковая дорожка на пластинке образует непрерывную спираль, то на поверхности магнитного диска данные записываются в виде концентрических окружностей. Каждая дорожка-окружность - это как бы отрезок магнитной ленты. Выходя на нужное место, магнитная головка пробегает вдоль радиуса диска, и, как только она останавливается, происходит чтение или запись на одной из дорожек. Обмен данными с диском отнимает доли секунды независимо от взаимного расположения дорожки и головки; иное дело магнитная лента, которую приходится долго перематывать с начала в конец, с конца в начало...
"Агат" работает с гибкими дисками ёмкостью в миллион бит каждый. Это не так уж мало: на него можно переписывать почти весь журнал, который вы держите в руках. Если понадобилось место для хранения новых программ или данных, можно приобрести новые диски и хранить их как в картотеке. Установить нужный диск в накопитель - секундное дело.
На пакете, из которого мы вынимаем пластиковый диск, написано: "Учебная система "ШКОЛЬНИЦА". Разработка Вычислительного центра Сибирского отделения АН СССР". И хотя многие программы "ШКОЛЬНИЦЫ" тоже напоминают игры, предназначена она для вполне серьёзной работы в классе - для обучения математике, физике, биологии, черчению, астрономии...
Машина примет в расчёт ваши личные склонности и способности и подаст вам материал так, чтобы вы его усвоили наиболее легко и прочно. С её помощью вы поставите эксперименты, которые подведут вас к самостоятельному открытию важнейших законов природы. На многоцветном экране вы сможете выполнить геометрические построения, исследовать движение тел в поле тяжести с учётом и без учёта сопротивления воздуха, понаблюдать за ходом химических реакций с веществами, состав и количество которых вы выберете по своему усмотрению. Словом, компьютер в классе превращается одновременно в универсальный учебник и универсальную лабораторию. Но этого мало: он безошибочно и беспристрастно проконтролирует полученные вами знания, найдёт все слабые места и поможет вам устранить их.
Интересно, что создавать систему "ШКОЛЬНИЦА" учёным помогали сами ребята; некоторые из них стали авторами самостоятельных программ (подробнее о ней мы надеемся рассказать вам в одном из номеров журнала). А пока что новосибирские школьники привыкают работать в классе один на один с "Агатом". Причём не только старшеклассники; малыши, едва освоившие азбуку, отыскивают знакомые буквы на клавишах и на экране, стремясь подружиться с машиной.
Пожалуй, самое существенное, что отличает персональную ЭВМ от её многочисленных собратьев, - это готовность к диалогу с новичком, с неспециалистом. Этому принципу подчиняются и яркий многоцветный экран, и выдача сообщений "человеческим голосом", и предельная простота обслуживания, и, конечно, программы. Вместе с персональным компьютером в вычислительную технику вошёл и новый термин: "дружественное программное обеспечение".
Представьте себе, что вместо шахматной доски или электрической схемы на экране вы увидели такое сообщение: <ОШ ЧТ МД АДР 071554>. Непонятно? Можно, конечно, привыкнуть и к сокращениям, и к условным обозначениям, как прежде, когда каждый бит оперативной и внешней памяти был на счету. Но нужно ли? Куда лучше, если вместо этого будет написано: "ВЫ, ПО-ВИДИМОМУ, ЗАБЫЛИ ПОСТАВИТЬ ДИСК В НАКОПИТЕЛЬ N 2". Чем экономить память, гораздо важнее экономить усилия и внимание человека, поддерживать у него хорошее настроение, удовольствие от работы с машиной. Тогда дело пойдёт гораздо быстрее.
Мы с вами уже долго говорим о персональной ЭВМ, а самого главного ещё всерьёз не обсудили. Нужен ли нам компьютер, если мы сами не умеем его программировать? Ведь до сих пор, чтобы стать хорошим программистом, нужно было пять лет учиться в институте, да потом ещё набираться практического опыта. Так вот, оказывается, что персональный компьютер способен легко приобщить к искусству программирования громадные массы людей, вовсе не превращая их в программистов-профессионалов так же, как за рулём легковых машин сидят отнюдь не одни профессиональные водители.
Чтобы начать работать с персональным компьютером, как мы видели, не нужны никакие специальные знания - достаточно уметь нажимать на клавиши. Но уже с самых первых шагов возникают некоторые понятия о программе. А дальше начинается знакомство с языками программирования.
Здесь "дружественность" компьютера также играет огромную роль. Ведь прежде языки программирования создавались в расчёте на математиков, инженеров, экономистов. В них была масса формальностей, условных обозначений, да и те согласно международному стандарту брались из английского языка. Обучение программистов осложнялось зубрёжкой обозначений, многие отступали, так и не увидев "леса за деревьями".
Тем, кто начинает осваивать "Агат", более всего подойдёт "Робик" - простейший язык, содержащий только русские слова и цифры. Программа на "Робике" читается так же легко и естественно, как обычный текст. И предназначен он не столько для расчётов, сколько для интересных и разнообразных задач. "Муравьи", ползающие по экрану по командам вашей программы, нарисуют вам замысловатый многоцветный узор и помогут опытным путём исследовать непростые геометрические закономерности; малыши с помощью тех же "муравьёв" будут складывать на экране слова из букв-кубиков.
Опять игра? Несерьёзно? Да, но между тем накопленный опыт работы с персональными компьютерами показывает, что такая "несерьёзность" даёт возможность научиться программировать буквально за считанные месяцы. Как видите, компьютер играет не только для нашего с вами удовольствия. Игра "Приключения в пещере", например, помимо навыков работы с клавиатурой и экраном, отлично развивает собранность, целеустремлённость, внимание - неотъемлемые качества настоящего программиста. А тот, кто освоил игру "Дуэль программ", гораздо легче научится программированию на языке машинных команд.
Программированию учатся сегодня врачи, учителя, рабочие, бухгалтеры, делопроизводители... Овладев этим ремеслом (или искусством), они передают компьютеру свои профессиональные знания, навыки, опыт, чтобы тот, в свою очередь, понимал их "с полуслова". Этим и достигается цель, ради которой была создана персональная ЭВМ.
И хотя персональный компьютер готов подружиться с каждым, от друзей своих он тоже кое-чего требует. Не слишком, впрочем, многого: аккуратности, настойчивости, последовательности и, главное, умения самостоятельно мыслить. Ведь из двоих - машины и человека - голова дана только одному...
Разумеется, к тем, кто заранее подготовится к встрече, персональный компьютер отнесётся намного приветливее. Поэтому не упускайте возможности познакомиться ближе с вычислительной техникой.
М. КУЗНЕЦОВ, инженер
* * *
* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *