Тема: "Історія обчислювальної техніки"
Мета уроку: знайомство учнів з історією обчислювальної техніки докомпьютерной епохи, різними рахунковими пристроями, їх конструктивними особливостями і впливом на подальший розвиток техніки;
Завдання уроку:
-
Освітня: познайомити учнів з історією ВТ докомпьютрной епохи, дати класифікацію ЕОМ по елементній базі з використанням інформаційних ресурсів Інтернет.
-
Розвиваюча: розвиток критичного мислення, допитливості.
-
Виховна: розширення кругозору учнів.
Педагогічна технологія: технологія розвитку критичного мислення
Використовувані ЕОР: http://www.computerhistory.narod.ru/
Час і місце проведення:
Форма уроку: урок-лекція, урок - віртуальна екскурсія.
Тип уроку: урок отримання нових знань
Місце і час проведення: ГОУ №333 Невського району
план уроку
-
організаційний момент
-
Вивчення нового матеріалу
-
Закріплення нового матеріалу
-
Підведення підсумків уроку
Хід уроку
Хлопці, сьогодні ми з вами побуваємо на віртуальній екскурсії у Музеї комп'ютерної техніки. Ми протягом декількох уроків вивчали комп'ютер, його пристрій і можливості використання. А сьогодні з'ясуємо, як людство вважало до появи комп'ютерів. Отже, починаємо:
http://www.computerhistory.narod.ru/vichislit_prisposob_ustrojstva.htm
Абак - перша рахункова пристосування, яке став застосовувати людина. Ідея його пристрою полягає в наявності спеціального обчислювального поля, на якому за певними правилами переміщують рахункові елементи, згруповані за розрядами.
Перша письмова згадка про абаці з'явилося в V столітті до н.е. у давньогрецького історика Геродота. Спочатку роль абака виконувала покрита пилом або піском дошка, на якій можна було креслити лінії і перекладати камінчики. Потім з'явилися вдосконалені варіанти. У римському абаці камінчики перекладали на глиняній дошці; китайський суан-пан був раму з нанизаними кісточками: в одній частині п'ять кісточок (одиниці), в іншій - дві кісточки (п'ятірки); японський соробан містив відповідно одну і чотири кісточки; в російських рахунках використовувалося десять кісточок.
Згодом швидко росла потреба в складних розрахунках. Значна частина труднощів була пов'язана з множенням і діленням багатозначних чисел. У XVI столітті в ході тригонометричних розрахунків шотландському математику Джону Непером прийшла в голову ідея: замінити трудомістке множення простим додаванням. Тоді і розподіл автоматично замінюється на незмірно більш просте і надійне віднімання.
Аналогове обчислювальний пристрій, що дозволяє виконувати кілька математичних операцій, в тому числі множення і ділення чисел, зведення в ступінь, обчислення квадратних і кубічних коренів, обчислення логарифмів і тригонометричних функцій, назвали логарифмічною лінійкою. Перший варіант лінійки розробив англійський математик-аматор Вільям Отред в 1622 році.
Наступний етап у розвитку рахункових пристроїв пов'язаний з ім'ям відомого вченого Блеза Паскаля. Батькові юного Паскаля за службовим обов'язком доводилося контролювати збір податків цілої провінції у Франції. Бажаючи допомогти батькові в складних розрахунках, Паскаль в 1642-43 рр. розробив арифметичну машину, що дозволяє складати числа в десятковій системі числення.
Механічний суматор здійснював складання чисел на дисках-коліщатках. Десяткові цифри п'ятизначного числа задавалися поворотами дисків, на яких були нанесені цифрові ділення. Результат читався в віконцях. Диски мали один подовжений зуб, що дозволяло врахувати при складанні перенесення одиниці в наступний розряд. У першому калькуляторі Паскаля було 5 цифр, потім він збільшив їх до 8. 22 травня 1649 р Паскаль отримав королівський привілей (прообраз сучасного патенту) на арифметичну машину, але комерційного успіху не вийшло. Всього було розроблено близько 50 екземплярів машин, і тільки кілька штук він зміг продати. Та й купували пристрій не для роботи, а скоріше як цікаву іграшку.
Німецький математик Готфрід Вільгельм Лейбніц спочатку хотів всього лише поліпшити машину Паскаля. Але в підсумку в 1673 році винайшов власний пристрій, яке не тільки складало, але і множило числа. Машина Лейбніца виконувала складання практично тим же способом, що і підсумовуються машина Паскаля, але в її конструкцію були включені рухома каретка і ручка, за допомогою якої крутилося спеціальне колесо або (в більш пізніх варіантах) барабани, розташовані всередині апарату.
У машині кожен розряд мав власний механізм, пов'язаний з механізмами сусідніх розрядів. Лейбніц використав крокові барабани - циліндри з дев'ятьма зубцями різної довжини (довжина зубця збільшувалася за збільшенням). Коли барабан повертався, пов'язане з ним передавальне колесо з 10 зубцями поверталося від 0 до 9 в залежності від його позиції по відношенню до барабану (колесо могло переміщатися по осі вздовж крокової барабана). Так Лейбніц використав операцію «зсуву» для порозрядного множення чисел. Даний метод ліг в основу всіх механічних калькуляторів наступних століть.
Незважаючи на прогресивність винаходи, лічильна машина не отримала широкого поширення, тому що в XVII- початку XVIII століття був відсутній попит на таку складну і дорогу техніку.
Наступне винахід на перший погляд не має ніякого відношення до рахункових пристроїв. У 1801 році у Франції син ліонського ткача Жозеф Марі Жаккард створив автоматичний ткацький верстат, керований перфокартами. Наявність або відсутність отворів в карті змушувало нитка підніматися і опускатися при кожному ході човника. Таким чином, поперечна нитка могла обходити подовжню з тієї чи іншої сторони в залежності від програми на перфокарте. Цей верстат був першим масовим промисловим пристроєм, що працює за заданою програмою.
Ідея перфокарт зробила переворот не тільки в ткацькому справі, а й у подальшій розробці лічильних машин.
Наступна сторінка в історії обчислювальних машин пов'язана з ім'ям людини, про який основоположник кібернетики Норберт Вінер писав: "він мав на диво сучасні уявлення про обчислювальних машинах, проте були в його розпорядженні технічні засоби набагато відставали від його уявлень".
Чарльз Беббідж, англійський математик і винахідник в 1823 році почав розробку різницевих машини.Машина повинна була автоматизувати процес складання таблиць різниць многочленів. У машині було пристрій, що підсумовує і пристрій, що виводить результати обчислень на друк паралельно з проведенням обчислень. У 1833 році уряд Великобританії припинило фінансування цього проекту, тому що його бюджет був перевищений в п'ять разів. У 1843 році незавершену машину з усіма кресленнями помістили на зберігання в музей Королівського коледжу в Лондоні. Саме з частин цієї машини була побудована діюча модель, яка перебуває зараз в Кембриджі.
У 1833 році Беббідж задумав створити принципово нову машину, здатну виконувати різні дії відповідно до попередньо складеним планом робіт - програмою. Аналітична машина замислювалася як чисто механічний пристрій, однак учений хотів виконувати розрахунки не вручну, а з застосуванням зовнішнього джерела енергії, зокрема парового двигуна. У 1849 році Беббідж представив схему аналітичної машини, вона складалася з трьох блоків:
- склад - пам'ять для зберігання чисел на регістрах, що складаються з механічних коліс,
- фабрика - блок для виконання арифметичних операцій,
- пристрій для управління процесом обчислень, здійснення вибірки чисел з пам'яті, виконання обчислень і виведення результатів.
Чарльз Беббідж працював над своєю машиною до останніх днів життя. Син Беббіджа Генрі закінчив роботу над машиною в 1896 році. Машина виявилася працездатною і була першим чинним зразком, здатним друкувати результати обчислень.
По суті, Беббідж описав архітектуру машини, практично відповідну архітектурі сучасних ЕОМ. Команди, які виконувала аналітична машина, в основному включають всі команди сучасних процесорів, в тому числі і зміна порядку виконання програми, умовний перехід, цикл.
http://www.computerhistory.narod.ru/galereja_istor_lichnostei.htm
Серпня Ада Лавлейс (дочка поета лорда Джорджа Байрона) - соратниця Чарльза Беббіджа з розробки Аналітичної машини. Ада Лавлейс - перший в історії програміст - становила програми на перфокартах. Запропонувала спосіб повернення однієї або декількох «відпрацьованих» перфокарт з ящика-приймача назад в ящик-джерело для подальшого зчитування і виконання дій. Таким чином, стало можливо багаторазово повторювати цілі ділянки програм, тобто організовувати програмні цикли.
На честь Ади Лавлейс був названий один з мов програмування - мова Ада.
Наступний етап у розвитку обчислювальної техніки пов'язаний з обробкою статистичних даних. У XIX столітті в США перепис населення проходила кожні десять років. Підрахунки і обробка результатів перепису затягувалися на довгі роки, і потрібні були нові методи організації роботи. У 1887 році інженер Герман Холлеріт випробував перший табулятор в статистичному бюро Балтімора. А в 1890 році пройшла перша перепис населення із застосуванням машин. Обробка її результатів, занесених на 62 млн карток, зайняла менше двох років, а економія склала 5 млн доларів. Система Холлерита не тільки забезпечувала високу швидкість, але і дозволяла порівнювати статистичні дані по самих різних параметрах.
Машина Холлерита включала:
- клавішний перфоратор, що дозволяє пробивати (пробийте) близько 100 отворів в хвилину одночасно на декількох картах,
- машину для сортування, яка представляла собою набір ящиків з кришками (карти просувалися по своєрідному конвеєру; з одного боку карти перебували зчитувальні штирі на пружинах, з іншого - резервуар з ртуттю; коли штир потрапляв в отвір на перфокарте, то завдяки пружині злегка стосувався ртуті , яка перебувала на іншій стороні, і замикав електричний ланцюг, відкриваючи кришку відповідного ящика, куди і потрапляла перфокарта)
- табулятор, який працював аналогічно сортування, тільки замикання електричного кола призводило до збільшення показань відповідного лічильника на одиницю.
Перфокарти були розміром з доларовий папірець і мали 12 рядів по 20 позицій для перфорації.
У 1896 році Герман Холлеріт заснував фірму з виробництва табуляторів, яка пізніше після злиття з іншою фірмою стала називатися IBM і сьогодні є одним з найбільш успішних підприємств в області комп'ютерної техніки.
А тепер я пропоную вам самостійно оглянути експонати, які брали участь в нашій віртуальній екскурсії.
На цьому ми завершуємо нашу екскурсію. Як ви могли сьогодні переконатися, в історії існувало чимало цікавих рахункових пристроїв. Якісь із них швидко були забуті, якимись люди користувалися не одне століття. Але кожне з цих пристроїв було по-своєму важливо для подальшого розвитку обчислювальної техніки і спричинило появу персонального комп'ютера.
Ера електронних обчислювальних машин почалася в 30-х рр. 20 в через потребу в автоматизації складних обчислень. Адже вони виявилися потрібні і при проектуванні літаків, і в атомній фізиці, а з початком Другої світової війни - для багатьох військових цілей: розрахунках при артилерійських стрільбах, розшифровки кодів розвідки противника, розробки атомної бомби і т.д.Ідеі створення ЕОМ виникли незалежно один від одного в чотирьох промислово розвинених країнах: США, Великобританії, Німеччини та СРСР.
Знайдіть на сайті http://schools.keldysh.ru/sch444/MUSEUM/index.htm
матеріал про А. Тьюринга, Е. Пості, К. Цузе, Д. Атанасова.
Зараз налічується вже кілька поколінь ЕОМ. До одного покоління відносять всі типи і моделі машин, сконструйовані на одних науково-технічних принципах. Зміна поколінь відбувається з появою нових елементів, виготовлених з принципово іншим технологіям.
Перше покоління (1946 середина 50-х років): Елементна база: Електронно-вакуумні лампи, резистори і конденсатори. Габарити: Величезні шафи, які займали цілі машинні зали. Швидкість роботи: 10-20 тис. Операцій в секунду. Експлуатація: часта заміна ламп, перегрів машини. Програмування: в машинних кодах.
Друге покоління (кінець 50-х - кінець 60-х років): Елементна база: напівпровідникові елементи. Габарити: стійки трохи вище росту людини. Встановлювалися в спеціальних залах. Швидкість роботи: до 1 млн. Операцій в секунду. Експлуатація: стала простіше. З'явився штат обслуговуючого персоналу. Програмування: з'явилися перші алгоритмічні мови.
Третє покоління (кінець 60-х - кінець 70-х років): Елементна база: інтегральні схеми. Габарити: Схожі з ЕОМ другого покоління, не потребували спеціальному приміщенні. Швидкість роботи: до декількох млн. Операцій в секунду. Експлуатація: потрібен великий штат співробітників: операторів, електронників. Велику роль тграет системний програміст. Програмування: приблизно такі ж, як і на попередньому етапі.Більше алгоритмічних мов.
Четверте покоління (від кінця 70-х по 1982 рік): Елементна база: великі інтегральні схеми. Габарити: Персональний комп'ютер, що займає частину письмового столу. Швидкість роботи: до млрд. Операцій в секунду. Експлуатація: зручна робота користувача, дружній інтерфейс, компактність обладнання, можливість підключення додаткових пристроїв. Програмування: нові мови і середовища програмування. Розвиток операційних систем, а також широкого класу програм прикладного характеру.
П'яте покоління (1983р - ....): Елементна база: Надвеликі інтегральні схеми. Габарити: Як і попередні. Швидкість роботи: до кількох млрд .. операцій в секунду. Експлуатація: дуже складна, часта заміна ламп, перегрів машини. Програмування: в машинних кодах.
3. Закріплення пройденого матеріалу: Тест: http://historyvt.narod.ru/test.htm
4. Підведення підсумків уроку.
проблеми:
-
технічні засоби наближаються до межі швидкодії
-
складність програмного забезпечення призводить до зниження надійності
перспективи: