Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України
Відділ освіти Корюківської районної державної адміністрації
Корюківська гімназія Корюківської районної ради Чернігівської області
Розробка уроку
з інформатики
для учнів 9 класу
на тему:
«Історія розвитку обчислювальної техніки. Покоління ЕОМ»
Розробила: вчитель інформатики
Корюківської гімназії
Лагодна Діана Олегівна
2012 – 2013 н. р.
Урок №5
Тема: Історія розвитку обчислювальної техніки. Покоління ЕОМ.
Мета:
навчальна: ознайомити учнів з історією обчислювальної техніки, основними характеристиками всіх поколінь ЕОМ; закріпити правила техніки безпеки під час роботи на комп’ютері та правила підготовки ПК до роботи;
розвиваюча: розвивати навички роботи з комп’ютером, образне, логічне мислення, увагу, уяву;
виховна: виховувати самостійність, наполегливість, активність учнів.
Тип уроку: комбінований.
Обладнання та наочність: комп’ютер, презентація до теми, інструкції з техніки безпеки у комп’ютерному класі, конспект-таблиця «Головні дати в історії засобів опрацювання інформації», Test-W.
Хід уроку
І. Організаційний момент
ІІ. Перевірка домашнього завдання
Фронтальне опитування:
1) Назвіть пристрої введення інформації.
2) Перелічіть пристрої виведення інформації.
3) Які основні характеристики моніторів?
4) За якими ознаками класифікують принтери?
5) Перелічіть основні типи сканерів.
6) Що належить до мультимедійного обладнання?
ІІІ. Актуалізація опорних знань
Для кращого розуміння будь-якої науки необхідно знати її історію, етапи розвитку та історичні особливості, під час яких відбувалися ті чи інші відкриття.
Перш ніж досягти сучасного рівня, обчислювальна техніка пройшла тривалий шлях розвитку. Сьогодні ми з вами ознайомимося з історією розвитку обчислювальної техніки.
ІV. Вивчення нового матеріалу (міні-лекція з елементами демонстрації)
План вивчення теми
Історія розвитку обчислювальної техніки
Загалом усю її історію можна поділити на три етапи — домеханічний, механічний та електронно-обчислювальний.
Д
омеханічний період розпочався дуже давно, щойно люди навчилися рахувати на пальцях. Якщо предметів, які потрібно порахувати, було багато, замість пальців використовували невеличкі камінці. З них складали пірамідки, зазвичай із 10 камінців (за кількістю пальців на руці). Наступний крок — створення переносного обчислювального інструмента, схожого на сучасну рахівницю, — абак.
Перший переносний обчислювальний інструмент абак з’явився у Вавилоні близько 3000 року до н.е. Давньогрецький абак (дошка або "саламінська дошка" по імені острова Саламін в Егейському морі) представляв собою посипану морським піском дощечку. На піску проходили борозни, на яких камінчиками позначалися числа. Одна борозна відповідала одиницям, друга - десяткам і т.д. Якщо в якійсь борозні при рахунку набиралося більше 10 камінчиків, їх знімали і додавали один камінчик в наступному розряді. Римляни удосконалили абак, перейшовши від дерев’яних дощечок, піску і камінчиків до мармурових дошок з виточеними жолобами і мармуровими кульками.
В Китаї рахівниця суан-пан складалася із дерев’яної рамки, розділеної на верхні та нижні секції. Палички відповідають колонкам, а кісточки числам. У китайців в основі підрахунків була не десятка, а п’ятірка. Тому дощечка розділена на дві частини: в нижній частині на кожному ряду розміщувалося по 5 кісточок, в верхній частині - по дві. Таким чином, для того щоб виставити на цій рахівниці число 6, ставили спочатку кісточку, що відповідала п’ятірці, і потім доповнювали одну в розряд одиниць. В Японії цей же пристрій для підрахунків носив назву серобян.
В Росії довгий час рахували кісточками, що розкладувалися в купки. Приблизно з XV століття став поширюватися "дощатий рахунок", завезений, очевидно, західними купцями разом з різним товаром і текстилем. "Дощатий рахунок" майже не відрізнявся від звичайної рахівниці і являв собою рамку з закріпленими горизонтальними мотузками, на яких були нанизані просвердлені сливові або вишневі кісточки.
Перший у світі ескізний малюнок тринадцятирозрядного десяткового підсумовуючого пристрою на основі коліс із десятьма зубцями належить Леонардо да Вiнчi (1452-1519). Він був зроблений в одному із його щоденників (учений почав вести щоденник ще до відкриття Америки в 1492 році).
В 1969 р. за кресленням Леонардо да Вінчі американська фірма IBM з виробництва комп’ютерів з метою реклами побудувала робочу машину.
П
ершим реально створеним i відомим механічним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскалiна" великого французького вченого Блеза Паскаля (1623-1662) – 6-ти (або 8-ми) розрядний пристрій на зубчатих колесах, розрахований на підсумовування та вiднiмання десяткових чисел (1642 р.).
Ч
ерез 30 років після "паскалiни" у 1673 р. з'явився "арифметичний прилад" (арифмометр) Готфрiда Вiльгельма Лейбнiца (1646-1716) – дванадцятирозрядний десятковий пристрій для виконання арифметичних операцій, включаючи множення i ділення, для чого, на додаток до зубчатих коліс використовувався східчастий вал. "Моя машина дає можливість виконувати дії множення i ділення над величезними числами миттєво" – із гордістю писав Лейбнiц своєму другу.
Принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної техніки має наступний винахід – "програмне", за допомогою перфокарт, керування ткацьким верстатом, створеним Жозефом Жакардом (1752–1834).
Технологія обчислень при ручному розрахунку, запропонована Гаспаром де Проні (1755–1838), котрий розподілив числові обчислення на три етапи: розробка чисельного методу обчислень, який зводив вирішення задачі до послідовності арифметичних операцій; складання програми послідовності арифметичних дій; проведення власне обчислень шляхом арифметичних операцій над числами відповідно до складеної програми.
Ч
арльз Беббiдж (1791-1881) здійснив якісно новий крок у розвитку засобів цифрової обчислювальної техніки – перехід від ручного до автоматичного виконання обчислень за складеною програмою. Ним був розроблений проект аналітичної машини – механічної універсальної цифрової обчислювальної машини з програмним керуванням (1830-1846 рр.). Машина включала п'ять пристроїв (як i перші ЕОМ, що з'явилися 100 років по тому): арифметичний (АП), запам'ятовуючий (ЗП), керування, вводу, виводу. АП будувалося на основі зубчатих коліс, на них же пропонувалося реалізувати ЗП. Для вводу даних до програми використовувалися перфокарти. Швидкість обчислень – додавання i вiднiмання за 1 с, множення i ділення - за 1 хв. Програми для розв'язання задач на машині Беббiджа, а також опис принципів її роботи були складені Адою Августою Лавлейс – дочкою Байрона (1816-1852). Були створені окремі вузли машини. Всю машину через її громiздкiсть створити не вдалося. Тільки зубчатих коліс для неї знадобилося б понад 50000. Змусити таку машину працювати можна було тільки за допомогою парової машини.
Цікаво зазначити, що у 1870 р. англійський математик Джевонс сконструював (мабуть, першу у світі) "логічну машину", що дозволяла механізувати найпростіші логічні висновки. В Росії про роботу Джевонса стало відомо в 1893 р., коли професор університету в Одесі I.Слешинський опублікував статтю "Логічна машина Джевонса". "Будівельниками" логічних машин у дореволюційній Росії стали Павло Дмитрович Хрущов (1849 – 1909) i Олександр Миколайович Щукарєв (1884 – 1936), які працювали в навчальних закладах України. Першим відтворив машину Джевонса професор П.Д.Хрущов. Примірник машини, створений ним в Одесі, одержав "у спадщину" професор Харківського технологічного інституту Щукарєв, де він працював починаючи з 1911 р. Він переконструював машину, привнісши в неї цілий ряд удосконалень i неодноразово виступав із лекціями про машину i про її можливі практичні застосування.
Логарифмічна лінійка — аналоговий обчислювальний пристрій, що дозволяє виконувати кілька математичних операцій, включаючи множення і ділення чисел, піднесення до степеня (частіше всього до квадрату і кубу) та обчислення квадратних і кубічних коренів, обчислення логарифма, тригонометричних функцій та інші операції. Принцип дії логарифмічної лінійки заснований на тому, що множення і ділення чисел замінюється відповідно додаванням і відніманням їх логарифмів. Перший варіант лінійки розробив англійський математик-аматор Вільям Отред у 1622 році. Логарифмічна лінійка цікавий винахід, широко використовувалась до винайдення калькуляторів. Виготовлено лінійку у 1978 році .
1
936 р. англійський математик А.Тьюрiнг та (незалежно від нього) американський математик i логік Е.Пост (народився в Польщі) висунули i розробили концепцію абстрактної обчислювальної машини. "Машина Тьюрiнга" – гіпотетичний універсальний перетворювач дискретної інформації, теоретична обчислюва льна система. Тьюрiнг i Пост показали принципову можливість розв'язування автоматами будь-якої проблеми за умови можливості її алгоритмізації.
Джон фон Нейман один із видатних вчених ХХ століття, який працював в області математики, фізики, хімії, астрономії, біології, економіки сформулював основні принципи будови ЕОМ. Ідея фон Неймана про створення надійної машини із ненадійних елементів стала принципом створення електронних обчислювальних машин і мереж.
Лише через сто років, у 1940-х роках, було створено програмовану обчислювальну машину на основі електромеханічних реле. Але серійно її не випускали, оскільки невдовзі з'явилися електронно-обчислювальні машини (ЕОМ) на основі радіоламп.
Першу ЕОМ «Еніак» було створено у США 1946 року. До групи її розробників входив видатний вчений XX століття Джон фон Нейман.
Покоління ЕОМ
Електронно-обчислювальна техніка за час своєї короткої історії пройшла великий шлях еволюції. Змінювались її конструкція та елементна база — замість ламп почали використовувати транзистори, а потім мікросхеми. З'являлися нові сфери застосування комп'ютерів, вдосконалювався спосіб їх взаємодії з користувачем. Відповідно до етапів цієї еволюції ЕОМ умовно поділяють на покоління.
Перша на Євразійському континенті електронна обчислювальна машина.
Створена в Інституті електротехніки Академії наук України під керівництвом академіка Сергія Олексійовича Лебедєва. Реалізована на 3500 тріодах і 2500 діодах, займала приміщення 60 м
, споживала з електромережі 25 кВт. У 1952 – 1953 роках "МЭСМ" була найбільш швидкодіючою (3 тис. операцій за хвилину) і практично єдиною в Європі машиною, що знаходилась у постійній експлуатації.
• Перше покоління (1946—1957). Машини створювалися на основі вакуумних електронних ламп; керувати ними можна було пультом і за допомогою перфокарт (картонних карток з отворами, що кодували біти даних). Параметри першої такої машини: загальна маса — 30 тонн, кількість електронних ламп — 18 тисяч, споживана потужність — 150 кВт (потужність, якої було достатньо для підтримки роботи невеликого заводу).
Перша міні ЕОМ в Україні "УПО-1" (пристрій первинної обробки даних у вимірювальних системах). Розроблювачі: Інститут кібернетики АН України та Житомирський завод "Измеритель". Керівник робіт Б.М.Малиновський.
Перше покоління (1945 р. – середина 50-х років) – це машини з швидкодією 10 – 20 тис. операцій в секунду (ІВМ, "БЭСМ-1,-2", "Мінськ - 1, -12", М – 20, "Урал – 2, - 4"). Характерні риси ЕОМ першого покоління: громіздкість; велике споживання енергії; низька швидкодія; елементна база – електронні лампи; розділення пам’яті машини на швидкодіючу оперативну обмеженого обсягу на магнітних осердях та повільнодіючу неоперативну значно більшого обсягу на магнітних барабанах; уведення даних із перфострічок та перфокарт.
Перший комп’ютер був завдовжки з чотири автобуса і звався «Колосс». Його збудовано в Англії й почав роботу він у 1943 році. У той час про нього знали дуже мало людей, бо одне з його найперших завдань полягало у розшифруванні секретних кодів під час війни.
Першим кроком до зменшення розмірів ЕОМ став винахід транзисторів – мініатюрних пристроїв, що замінили електронні лампи. У 1958 році Джек Кілбі придумав, як на одній пластині напівпровідника отримати декілька транзисторів. У 1959 році Роберт Нойс (майбутній засновник фірми Інтел) винайшов більш досконалий метод, який дозволяв не тільки розмістити на одній пластині потрібні транзистори, але й відповідно їх об`єднати. Ці електронні схеми отримали назву інтегральних схем, або чіпів.
• Друге покоління (1958—1963). Ці обчислювальні машини з'явилися у 1960-х роках. їх елементи було побудовано на основі напівпровідникових транзисторів. Дані та програми у машини вводили за допомогою перфокарт і перфострічок.
• Третє покоління (1964—1970). Електронно-обчислювальні машини цього покоління виготовляли з використанням інтегральних мікросхем. Це пристрої, що складаються з десятків або тисяч електронних елементів, розміщених на маленькій (1x1 см) пластині. Керували роботою таких машин за допомогою алфавітно-цифрових терміналів. Дані та програми вводили з термінала або з використанням перфокарт і перфострічок.
Комп’ютери третього покоління (середина 60-х – початок 70-х років ХХ століття) працювали зі швидкодією в декілька мільйонів операцій за секунду. Це досягалося застосуванням у них інтегральних схем. У складі цих ЕОМ з’явилися пристрої (вони отримали назву каналів), які забезпечували обмін даними між оперативною пам’яттю та іншими блоками ЕОМ. Представниками цих ЕОМ були комп’ютери типу ІВМ – 360 та ЄС "Ряд – 1".
• Четверте покоління (з 1971). Машини створюються на основі великих інтегральних схем (щільність електронних елементів — десятки тисяч на кубічний сантиметр). Зв'язок із користувачем здійснюється за допомогою кольорового графічного монітора. Найяскравіші представники цього покоління ЕОМ — персональні комп'ютери (ПК). Один із перших серійних ПК було створено 1981 року в компанії IBM. Він отримав назву IBM PC.
У 1970 році фірма Інтел почала продавати інтегральні схеми пам`яті. У цьому ж році була сконструйована інтегральна схема, аналогічна за своїми функціями центральному процесорові великої ЕОМ, яку назвали мікропроцесором. Перший комп’ютер ІВМ РС був запропонований користувачам у 1981 році. Він вигідно відрізнявся від усіх попередників тим, що будувався за принципом відкритої архітектури. Тобто фірма зробила його не єдиною системою, як раніше, а забезпечила можливість його збирання аналогічно до дитячого конструктора. Одначе, саме це досягнення й не дало можливості фірмі ІВМ користуватися результатами власного успіху. Фірма ІВМ розраховувала, що відкритість архітектури дозволить незалежним виробникам розробляти різні додаткові пристрої, завдяки чому зросте популярність комп`ютера. Але відразу ж з’явилося багато виробників більш дешевших комплектуючих, повністю аналогічних тим, які застосовувалися в комп’ютері IBM PC. Найбільше виграли користувачі, отримавши можливість збирати комп’ютер на свій розсуд, не обмежуючись досягненнями будь-якої однієї фірми.
Тоді компанія IBM не надавала великого значення персональним комп'ютерам, а відтак використала в IBM PC багато «чужих» елементів (зокрема, процесор фірми Intel) і не запатентувала низку власних технологій та компонентів. Це дало змогу іншим фірмам, застосовуючи опубліковані специфікації, створювати клони, які називають IBM PC-сумісними комп'ютерами. В ЕОМ четвертого покоління (70-і – початок 80-х років ХХ століття) за рахунок використання великих інтегральних схем швидкодія досягла десятків мільйонів операцій за секунду. Ці ЕОМ мали в своєму складі декілька центральних процесорів, а це забезпечувало одночасне розв'язання декількох завдань (власне, такі ЕОМ уже належали до обчислювальних систем). Представниками цих ЕОМ були комп`ютери типу ІВМ-370 та ЄС "Ряд – 2, - 3".
• П'яте покоління (зараз та в майбутньому). ЕОМ цього покоління створено на основі надвеликих інтегральних схем, які характеризуються величезною щільністю розміщення елементів на кристалі. Наразі ми перебуваємо на порозі революції в комп'ютерній техніці, яку спричинила поява нових, квантових, комп'ютерів. Вони базуються на зовсім інших фізичних засадах, ніж усі сучасні комп'ютери, і дають змогу за лічені хвилини розв'язати задачі, які за допомогою сучасної обчислювальної техніки потрібно було б розв'язувати мільйони років. Теоретичну модель квантового комп'ютера було запропоновано в середині 1990-х років, а у 2008 році розроблено перший діючий зразок квантового процесора.
V. Узагальнення і систематизація навчального матеріалу
Основні положення теми:
Інформація, способи її подання, інформаційні процеси, кодування.
Інформаційна система, апаратне та програмне забезпечення, сфери застосування, інформаційна культура, інформатика.
Типова архітектура ПК, призначення та основні характеристики апаратних засобів.
Основні характеристики поколінь ЕОМ.
VІ. Самостійна робота
Виконання тесту «Інформатика» (програма Test-W).
VІІ. Практична робота №1 «Робота з клавіатурним тренажером». Інструктаж з техніки безпеки.
Мета: набути практичних навичок у використанні основних клавіш клавіатури ПК; виробити вміння швидкого набору літерних клавіш за допомогою клавіатурного тренажеру.
Завдання:
Клавіша ПРОПУСК.
Клавіша переходу на новий абзац.
Клавіша за допомогою якої стирається символ зліва від курсору.
Клавіша за допомогою якої стирається символ справа від курсору.
Клавіші переміщення по тексту.
Клавіша за допомогою якої вводяться прописні літери.
Завантажте клавіатурний тренажер Stamina.
Виберіть українську мову натисненням. Встановіть найнижчий рівень складності. Натисніть кнопку Старт для початку роботи і виконайте запропоновані вправи. Дуже важливо відразу ж привчити себе до правильного розташування пальців, оскільки надалі це сприятиме підвищенню ефективності набору. Правильне розташування пальців на клавіатурі: чотири пальці лівої руки стоять на клавішах «ф», «і», «в», «а», чотири пальці правої руки стоять на клавішах «о», «л», «д», «ж». Одним з великих пальців зручно натискати клавішу Пропуск.
VІІІ. Підбиття підсумків уроку
На сьогоднішньому уроці ми з вами ознайомилися з історією інформатики як науки та розвитком ЕОМ. Крім того, узагальнили знання з теми та на практиці ознайомилися з роботою клавіатури та програмою клавіатурний тренажер.
IX. Домашнє завдання
Повторити вивчену тему, § 1 – 4, конспект-таблиця «Головні дати в історії засобів опрацювання інформації».
14
