Информатика и вычислительные средства
прошли долгий путь развития –
от счета на пальцах, счета с помощью камешков и
палочек
до современных ЭВМ.
Идея создания выставки “История вычислительной техники” появилась пять лет назад. В создании выставки принимали активное участие учащиеся и учителя, а также большую помощь оказали родители. Так на нашей выставке появились экспонаты: счётные палочки, счёты, логарифмические линейки, арифмометры, электронные клавишные вычислительные машины, различные калькуляторы, элементная база поколений ЭВМ (электронная лампа, транзисторы, резисторы, интегральные схемы (ИС), большие интегральные схемы (БИС), носители информации: перфокарты, перфоленты, магнитные ленты, CD-диски и т.д. На выставке почётное место заняли первые школьные компьютеры Электроника, “Корвет” и УКНЦ. Всего на выставке собрано более 50 экспонатов. Затем был оформлен стенд, на котором имеется описание каждого экспоната. Данную выставку можно использовать на уроках информатики при изучении темы “История информатики. История развития вычислительной техники”, а также на внеклассных мероприятиях. Нужно отметить, что у учащихся проявился большой интерес к выставке, каждому хотелось не только услышать об истории экспонатов, но и непременно посмотреть, как они работают, или заглянуть внутрь и узнать, как устроен аппарат.
Экскурсию по выставке проводят 3-4 учащихся (ведущих). Для этого они самостоятельно находят нужный материал, оформляют в виде доклада или презентации (в формате .ppt). Рассказывая об экспонатах выставки, учащиеся демонстрируют их, показывают их устройство и принцип действия, выполняют простейшие операции по их применению.
Приведу фрагмент урока-экскурсии в 7 классе на уроке информатики.
Тема: История информатики. История развития вычислительной техники (7 класс).
Основные цели. Познакомить учащихся с основными событиями, открытиями, изобретениями, связанными с развитием информатики как в период до появления компьютеров, так и в компьютерную эпоху.
Оборудование: экспонаты выставки, презентации учащихся по теме “История вычислительной техники”.
План урока-экскурсии:
- Организационный момент (5 минут).
- Экскурсия по выставке (30 минут).
- Домашнее задание (5 минут).
Экскурсия по выставке “История вычислительной техники” (фрагмент)
(ведущий 1.)
Первобытный человек, создал первые примитивные орудия труда, положил начало эпохи механизмов, увеличивающих физические возможности человека. В середине ХХ столетия были созданы первые электронные вычислительные машины, предназначенные для усиления его интеллектуальной мощи!
Сегодня мы познакомимся с некоторыми устройствами, которые служили человеку в разные времена.
(ведущий 2.) Счётные палочки
Необходимость в вычислениях всегда была неразрывно связана с практической деятельностью человека. Понятие числа возникло задолго до появления письменности. Люди очень медленно и трудно учились считать, перебивая свой опыт из поколения в поколение. По мере роста потребностей в вычислениях и развития методов вычислений возникали и развивались приспособления для счета.
Древнейшим счетным инструментом, который сама природа предоставила в распоряжение человека, была его собственная рука. Для облегчения счета люди стали использовать пальцы – сначала одной руки, затем обеих, а в некоторых племенах и пальцы ног. Счет на пальцах использовался очень долго – время его возникновения определить чрезвычайно трудно. В XVI веке его приемы еще излагались в учебниках. До сих пор ими пользуются отсталые народности и маленькие дети, постигающие понятие числа.
Следующим шагом в развитии счета стало использование камешков, палочек или других предметов, а для запоминания чисел – зарубок на палках или костях животных, узелков на веревках, засечек на глине, дереве. Археологами найдены такие "записи" при раскопках культурных слоев, относящихся к периоду палеолита (10-11 тысяч лет до н. э.). Ученые назвали этот способ записи чисел единичной ("палочной") системой счисления. В ней для записи чисел применялся только один вид знаков –"палочка". В наше время счётные палочки используются для обучения первоклассников.
(Выполняют простейшие операции сложения и вычитания чисел с помощью палочек).
(ведущий 3.) Русские счеты
Первым механическим компьютером можно считать счеты, которые берут свое начало еще до нашей эры.
В 5 – 4 вв. до нашей эры созданы древнейшие из известных счетов – “САЛАМИНСКАЯ ДОСКА” по имени острова Саламин в Эгейском море, которые у греков и в Западной Европе назывались “АБАК”, у китайцев – “СУАН-ПАК”, у японцев – “СЕРОБЯН”. Вычисление на них проводились путем перемещения счетных костей и камешков (калькулей) в полосковых углублениях досок из бронзы, камнями, слоновой кости, цветного стекла. Эти счеты сохранились до эпохи Возрождения, а в видоизмененном виде сначала как “дощатый щот” и как русские счеты до настоящего времени.
(Выполняют простейшие операции сложения и вычитания чисел на счётах).
(ведущий 1.) Арифмометр
В 1642 году 18-летний французский математик и Физик Блез Паскаль создает первую модель вычислительной машины, которая могла выполнять арифметические операции сложения и вычитания”
В 1645 году арифметическая машина "Паскалина", или "Паскалево колесо", получает законченный вид.
В 1649 году Б.Паскаль получает королевскую привилегию на изготовление и продажу своей машины, до наших дней сохранилось 8 машин.
В 1673 году немецкий ученый Готфрид Вильгельм Лейбниц разработал счетное устройство, в котором использовал механизм, известный под названием "колеса Лейбница". Его счетная машина выполняла не только сложение и вычитание, но и умножение и деление.
В 1820 году эльзасец Карл Ксавье Томас получает патент на арифмометр. Он же организовал впервые в мире промышленное производство арифмометров, за первые 50 лет он изготовляет на продажу 1500 экземпляров. Механические счетные машины – арифмометры – с видоизмененными "колесами Лейбница" использовались до середины XX столетия, пока не были вытеснены электрическими цифровыми вычислителями, а впоследствии современными электронными калькуляторами.
(Выполняют простейшие операции сложения, вычитания, умножения чисел при помощи арифмометра).
(ведущий 2.) Счётная линейка
В 1654 году Роберт Биссакар, а в 1657 году независимо С.Патридж (Англия) разработали прямоугольную логарифмическую линейку, конструкция которой сохранилась в основном до наших дней.
Свойства логарифмической шкалы были замечены вскоре после изобретения логарифмов – еще в XVII веке, и циркуль, в соединении с логарифмической шкалой, служил довольно удобным инструментом для умножения, пока не было придумано дальнейшее усовершенствование: устранить циркуль, заменив его второй шкалой, совершенно тождественной с первой. Усовершенствование это сделало излишним медленное и кропотливое откладывание циркулем нужных отрезков; все Зело свелось теперь к передвижению одной шкалы относительно другой. Уже в XVIII веке счетная линейка входит в расчетную практику. В XIX веке к линейке приделывают "бегунок", этим завершая ее внешнюю эволюцию.
С 1880-1890 гг. линейки становятся уже предметом крупного фабричного производства и начинают специализироваться по своему назначению: появляются линейки для электриков, механиков, экономистов и т.д. Ни один технический работник не мог считаться полноценным, если он не умел производить расчеты на логарифмической линейке.
(Выполняют сложение чисел при помощи логарифмической линейки).
(ведущий 3.) Перфорационные вычислительные машины
В конце прошлого века в США проводилась первая перепись населения. В преддверии этой работы, связанной с учетом и обобщением огромного количества данных о многомиллионном населении, американский инженер Г.Холлерит сконструировал электромеханическое вычислительное устройство – табулятор. Табулятор в несколько раз превосходил арифмометр по скорости вычислений, имел память на перфокартах – картонных картах, на которых пробивались (перфорировались) специальные отверстия. Определенная система отверстий изображала число. Табуляторы нашли широкое применение и были предшественниками вычислительных машин нашего времени, они использовались для учета, статистических разработок, планово-экономических и частично инженерно-технических и других расчетов в различных областях народного хозяйства СССР.
(ведущий 1.) Перфокарта
Основными носителями информации, подвергающейся обработке на перфорационных вычислительных машинах (ПВМ), являются перфокарты. Перфокарты изготовляются из специального тонкого картона, одинакового по толщине и однородного по структуре бумажной массы, и имеют прямоугольную форму. Для контроля положения перфокарт в общем массиве их верхний левый угол срезан на 45 градусов. На перфокарте напечатана цифровая сетка, которая делит ее площадь на 45 или 90 вертикальных и 10 горизонтальных рядов. Каждый вертикальный ряд называется колонкой и соответствует одному цифровому разряду. В каждой колонке можно нанести цифры от 0 до 9 путем пробивки отверстий. Для пробивки многозначного числа в перфокарте используется столько колонок, сколько цифровых разрядов содержит данное число. В верхней и нижней частях перфокарты указаны порядковые номера колонок.
(Демонстрируют перфокарты).
(ведущий 2.) Электронные клавишные вычислительные машины (ЭКВМ)
ЭКВМ "Зоемтрон-220" относится к типу электронных клавишных вычислительных машин с ручным вводом информации последовательного принципа действия. Ввод цифровой информации обеспечивает десятичная цифровая клавиатура. Арифметические операции сложения, вычитания, умножения, деления и возведения в степень выполняются с учетом знака числа. Арифметические операции умножения и деления выполняются с заданной степенью точности и с округлением в последнем разряде. Выдачу информации ввода и результатов вычислений обеспечивают 15 цифровых ламп. Выполнение операций сложения и вычитания происходит за 5 мсек., умножения и деления – в среднем за 0,5 сек. Наличие автоматического округления последнего разряда в операциях умножения и веления свидетельствует об удобстве и целесообразности применения машины для обработки экономической информации. Машину успешно использовали для различных инженерно-технических расчетов. В основу конструкции машины положен блочный принцип сборки отдельных узлов. Принципиально вычислительная машина представляет собой арифметическое устройство, схема которого выполнена на базе диодно-транзисторных элементов в сочетании с магнитным запоминающим устройством из ферритовых сердечников, собранных в разрядные матрицы.
(ведущий 3.) ЭКВМ "Искра-111М" предназначена для выполнения учетно-статистических и простейших планово-экономических расчетов. ЭКВМ оперирует с 12-разрядными десятичными числами с фиксированной запятой переменной фиксации. Запятая может быть зафиксирована в 0, 1, 2, 3, 6, 10 разрядах. Машина выполняет следующие операции, учитывая знак числа: сложение, вычитание, умножение, деление, обратное ведение, вычисление процента, вычисление процентного отношения чисел и др. Машина имеет один регистр памяти, в котором обеспечивается хранение констант, промежуточных результатов вычислений и результатов накоплений. Машина может работать в режиме округления результата вычислений или без него. Время выполнения операций: сложения, вычитания, накопления – не более 0,03 секунды, умножения, деления, обратного деления, вычисления процента и процентного отношения чисел – не более 0,3 секунды. Ввод исходных данных выполняется вручную с клавиатуры оператором. Вывод цифровой информации с учетом знака числа производится на индикатор.
(Демонстрируют ЭКВМ "Зоемтрон-220" и "Искра-111М").
(ведущий 1.) Микрокалькуляторы
С 1970 года по настоящее время в нашей стране интенсивно разрабатываются, постоянно совершенствуются различные типы микрокалькуляторов (МК) - микроЭВМ карманного и настольного типа для личного пользования; малогабаритная (120х78х18 мм) 8-разрядная "Электроника 53-04" (1973г.), первая отечественная модель простейшего МК "Электроника МК-53", совмещавшая в себе функции микрокалькулятора, часов, календаря, будильника, секундомера (1980г.); первая отечественная модель микрокалькулятора с питанием от батареи из пяти солнечных элементов "Электроника МК-60" (1982г.). В течение этого первого периода выпускаются также модели "Электроника"; 53-09, 53-14М, 53-24, 53-25А, 53-26, 53-26А, СЗ-33, СЗ-27, 53-30, 530-39, МК-40. При этом происходила миниатюризация моделей: объем и масса уменьшилась соответственно в 40 и 11 раз, а потребляемая мощность в 20000 раз, время непрерывной работы от автономного источника питания и число выполняемых операций возросли соответственно в 1000 (до 8-10 тыс.ч.) и 3 (до 20 с 3) раза. В середине 70-к годов начат выпуск первых отечественные инженерных микрокалькуляторов типа "Электроника" 53-18А, 53-18М, 53-19М, а позже выпуск используемых в школе отечественных инженерных микрокалькуляторов "Электроника": 53-32, 53-35, 53-36, МК-51.
Внешняя память компьютера.
(Показывают разнообразие моделей калькуляторов, их возможности, выполняют простейшие операции сложения, вычитания, умножения, деления чисел).
(ведущий 2.) Носители информации.
Основное назначение внешней памяти компьютера – долговременного хранения большого количества различных файлов. Устройство, которое обеспечивает запись/считывание информации, называется накопителем, а хранится информация на носителях.
(ведущий 1.) Самый дешевый носитель, несомненно, магнитная лента. Дешев не только носитель информации – дешевы и устройства записи и считывания информации (стримеры). Увы, никакими другими достоинствами, кроме дешевизны, магнитные ленты похвалиться не могут. Особенно удручает их низкое быстродействие. Запись на ленту или считывание с нее может продолжаться чуть ли не 20 минут. Еще один недостаток – отыскать на магнитных лентах нужную информацию: отсевая не нужную, очень трудно: как правило, приходится считывать все записи, чтобы найти ту информацию, которая необходима. А чтобы исправить хоть 1 байт в файле объемом в несколько миллионов байтов, приходится копировать заново всю ленту!
(Демонстрируют магнитную ленту на катушке и в кассете).
(ведущий 3.) Жесткие магнитные диски состоят из нескольких дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью (несколько тысяч оборотов в секунду), заключенных в металлический корпус. Большая информационная емкость жестких дисков достигается за счет увеличения количества дорожек на каждом диске до нескольких тысяч, а количества секторов на дорожке – до нескольких десятков. Большая угловая скорость вращения дисков позволяет достигать высокой скорости считывания/записи информации.
(Демонстрируют различные жесткие диски).
(ведущий 1.) Гибкие магнитные диски (дискеты) имеют форму диска и помещаются в конверт из плотной бумаги (5,25”) или пластмассовый корпус (3,5”). В центре диска имеется отверстие для обеспечения вращения диска в дисководе, которое производится с постоянной угловой скоростью 300 об/с. В защитном конверте (корпусе) имеется продолговатое отверстие через которое производится запись/считывание информации. Недостаток дискет – их малая емкость. Примерно один мегабайт, в сравнении с емкостью жестких дисков, это мало. Еще один недостаток дискет – заметно меньшая, чем у жестких дисков, скорость записи, считывания и поиска информации. Правда дискеты легко заменять: заполненную дискету можно одним движением руки вынуть из компьютера и вставить новую. Дискеты весьма малы по размеру, поэтому их легко хранить, накапливать, перевозить.
(Показывают устройство и внешний вид 5,25” и 3,5” дискет).
(ведущий 2.) CD-ROM-накопители используют оптический принцип чтения информации. Информация на CD-ROM-диске записана на одну спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью. Лазерный луч падает на поверхность вращающегося CD-ROM-диска, интенсивность отражения луча соответствует значениям 0 или 1. С помощью преобразователя они преобразуются в последовательность электрических импульсов. Скорость считывания информации в CD-ROM-накопителе зависит от скорости вращения диска. Первые CD-ROM-накопители были односкоростными и обеспечивали скорость считывания информации 150 Кб/с. Информационная емкость CD-ROM-диска может достигать 700 Мб. Производится CD-ROM-диски либо путем штамповки, либо записываются на специальных устройствах, которые называются CD-recorder.
(Демонстрируют CD-ROM-накопители и CD-ROM-диски).
(ведущий 3.) Элементная база поколений ЭВМ
Все этапы развития ЭВМ принято условно делить на поколения, сменяющие друг друга. Каждое поколение определяется совокупностью элементов, из которых строились вычислительные машины, — элементной базой. Изменение элементной базы влекло за собой изменение параметров оборудования, логической организации и программного обеспечения ЭВМ.
(Схема Поколения ЭВМ)
(ведущий 1.) ЭВМ первого поколения – это машины, основными деталями которых были электронные лампы. Они разрабатывались и выпускались до начала 60—х годов. У них было сравнительно невысокое быстродействие, очень большие габариты и масса, они потребляли много электроэнергии. ЭВМ первого поколения обладали недостатком — низкая надежность, обусловленная невысокой надежностью электронных ламп.
(Демонстрация электронных ламп).
(ведущий 2.) Применение полупроводниковых приборов позволило резко повысить надежность ЭВМ, сократить ее массу, габариты и потребляемую мощность. Полупроводниковые элементы - транзисторы - составляли основу ЭВМ второго поколения. ЭВМ второго поколения обладали большими вычислительными возможностями и быстродействием по сравнению с ЭВМ первого поколения.
(Демонстрация транзисторов, резисторов)
(ведущий 3.) Элементная база ЭВМ третьего поколения – интегральные схемы (ИС). Они выполняются на кристаллах кремния и объединяют в себе всю совокупность полупроводниковых приборов, конденсаторов, резисторов и связей между ними.
(Показ интегральных схем).
(ведущий 1.) ЭВМ четвёртого поколения начали разрабатываться в 70-х годах. Их элементная база – большие интегральные схемы (БИС), в которых на одной пластинке полупроводника насчитывается несколько сотен тысяч элементов. Размеры БИС не превышают нескольких сантиметров. Применение таких схем повышает надёжность ЭВМ и позволяет увеличить их быстродействие до нескольких десятков операций в секунду.
(Показ больших интегральных схем).
(Во время рассказа учащиеся демонстрируют презентации по данной теме, подготовленные ими заранее).