История развития вычислительной техники

Тема урока: История развитие вычислительной техники.

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Форма урока: учебная конференция.

Цель: формировать знания учащихся по истории развития вычислительной техники.

Задачи:

• Образовательные:
  • познакомить учащихся с историей развития вычислительной техники;
  • дать представление об основных этапах развития ВТ, о поколениях ЭВМ, о развитии отечественной индустрии в области вычислительной техники;
  • продолжить формировать умения подготовки доклада на заданную тему;
  • активизировать познавательную активность учащихся;
  • научить выделять главные моменты из общего материала.
• Развивающие:
  • продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, выделять главное;
  • продолжить развитие умения слушать и быть услышанным;
  • продолжить развитие навыков работы с дополнительной литературой;
  • продолжить развитие умения подготовки доклада по выбранной теме.
• Воспитательные:
  • воспитывать у учеников интерес к изучению информатики;
  • воспитывать ответственное отношение к учёбе;
  • воспитывать аккуратность и бережное отношение к технике.

Оборудование и ПО:

• калькулятор;
• счеты;
• логарифмическая линейка;
• компьютер;
• презентация, составленная в программе Ms Power Point <Приложение>;
• проектор;
• экран.

План урока:

• Организационный момент
• Изложение нового материала.
• Закрепление изученного. Проверочная работа <Приложение 5 или Приложение 4>.
• Домашнее задание.

Темы докладов:

Учащиеся заранее готовят сообщения. Дополнительно они могут приготовить презентации для наглядного сопровождения своего материала:

• «Джон Непер»
• «Готфрид Вильгельм Лейбниц»
• «Джон фон Нейман»
• «Блез Паскаль и его машина»
• «Чарльз Бэббидж и его аналитическая машина»
• «Ада Августа Байрон-Кинг (Ада Лавлейс)»
• «Сергей Алексеевич Лебедев»
• «Первое и второе поколение ЭВМ»
• «Третье и четвертое поколение ЭВМ»
• «Машины пятого поколения»

ХОД УРОКА

Обратите внимание на нашу выставку. (Калькулятор, счеты, логарифмическая линейка, компьютер)
Как вы думаете, о чем пойдет сегодня речь на уроке?
Подумайте и скажите, в каком порядке появились на свет  вещи, представленные на выставке?
Сегодня на уроке мы с вами проследим путь образования и развития вычислительной техники.
По мере нашей беседы вам необходимо заполнить таблички, которые находятся у вас на партах. Итак, начнем.

Важнейшим видом обработки информации являются вычисления. Появление  и развитие счетных инструментов стимулировали развитие земледелия, торговли, мореплавания, астрономии и многих других областей практической и научной деятельности людей.
Нетрудно догадаться, что первым счетным средством для человека были его пальцы. Этот инструмент всегда «под рукой»! кто из вас им не пользовался?
Вот как описывает пальцевой счет туземцев Новой Гвинеи знаменитый русский путешественник Н.Н.Миклухо-Маклай.

«…Папуас загибает один за другим пальцы руки, причем издает определенный звук, например: «бе, бе, бе…». Досчитав до пяти, он говорит «ибон-бе» (рука). Затем он загибает пальцы другой руки, снова повторяет «бе, бе…», пока не дойдет до «ибон али» (две руки). Затем он идет дальше, приговаривая «бе, бе, …», пока не дойдет до «самба-бе» и «самба-али» (одна нога, две ноги). Если нужно считать дальше, папуас пользуется пальцами рук и ног кого-нибудь другого… »

– Какая система счисления использовалась в те времена?

Первым устройством для счета, известным еще задолго до нашей эры (V в. до н.э.) был простой абак, с которого и началось развитие вычислительной техники. Придумали абак в Греции и Египте.

Греческий (египетский) абак – это дощечка, покрытая слоем пыли, на которой острой палочкой проводились линии и какие-нибудь предметы, размещавшиеся в полученных колонках по позиционному принципу. В Древнем Риме абак появился, вероятно в V–VI вв н.э., и назывался calculi или abakuli. Изготовлялся абак из бронзы, камня, слоновой кости и цветного стекла. До нашего времени дошёл бронзовый римский абак, на котором камешки передвигались в вертикально прорезанных желобках. Внизу помещались камешки для счета до пяти, а в верхней части имелось отделение для камешка, соответствующего пятёрке. <Приложение, слайд 2>

Китайский суан-пан – состояли из деревянной рамки, разделнной на верхние и нижние секции. Палочки соотносятся с колонками, а бусинки с числами. У китайцев в основе счета лежала не десятка, а пятерка. Она разделена на две части: в нижней части на каждом ряду располагаются по 5 косточек, в верхней части – по две. Таким образом, для того чтобы выставить на этих счетах число 6, ставили сначала косточку, соответствующую пятерке, и затем прибавляли одну в разряд единиц.

Японский соробан – прямоугольная рама содержит произвольное количество вертикальных бамбуковых палочек (чем больше их число, тем с большим разрядом цифр можно проводить операции). На каждой палочке по 5 деревянных косточек, разделённых поперечной полосой – над полосой одна косточка, под полосой – 4. <Приложение, слайд 3>
На Руси долгое время считали по косточкам, раскладываемым в кучки. Примерно с XV века получил распространение "дощаный счет", завезенный, видимо, западными купцами вместе с ворванью и текстилем.

«Дощаный счет» – «Русский абак» почти не отличался от обычных счетов и представлял собой рамку с укрепленными горизонтальными веревочками, на которые были нанизаны просверленные сливовые или вишневые косточки.Счеты, которые появились в XV в.в. состоят на особом месте, т.к. используют десятичную, а не пятеричную систему счисления, как все остальные абаки. <Приложение, слайд 4>
Основная заслуга изобретателей абака – создание позиционной системы представления чисел. Вычисления на абаке производились перемещением камешке по желобам на доске.
Заполняем таблицу 1 «Первые вычислительные машины» <Приложение, слайд 5 или Приложение 3>
Начало XVII века: вводом понятия логарифма шотландским математиком Джоном Непером и публикацией таблицы логарифмов послужило созданию логарифмической линейки. Этот инструмент до недавнего времени был вычислительным средством инженеров. И лишь в последние годы его вытеснили электронные калькуляторы. (Доклад «Джон Непер») <Приложение, слайды 6–7>
Первыми «вычислительными» машинами были русские счеты и суммирующая машина французского ученого Блеза Паскаля, которую изобрел он в 1642 году. (Доклад «Блез Паскаль и его машина») <Приложение, слайд 8>

Машина Паскаля могла суммировать десятичные числа. Впечатление о «способностях» этой машины высказал сам Паскаль: «Арифметическая машина производит действия, приближающиеся к мысли больше, чем все, что делают животные». <Приложение, слайд 9>
Первую арифметическую машину, выполняющую все четыре арифметических действия, создал в 1673 году немецкий математик Лейбниц – механический арифмометр. Арифметическая машина Лейбница послужила прототипом арифмометров, которые начали производиться серийно с 1820 года и использовались вплоть до 60х годов XX в. (доклад «Готфрид Лейбниц и механический арифмометр») <Приложение, слайды 10–11>
Арифмометр был предшественником современного калькулятора. Практически у каждого школьника есть сейчас калькулятор. Любому академику начала XVII в. такое устройство показалось бы фантастическим.
Арифмометр, как и простой калькулятор –  это средство механизации вычисления. Человек, производя на таком устройстве, сам управляет его работой, определяет последовательность выполнения операций. Мечтой изобретателей вычислительной техники было создание считывающего автомата, который бы без вмешательства человека производил расчеты по заранее составленной программе.
XIX в.: автором первого проекта вычислительного автомата был профессор Кембриджского университета английский математик  Чарльз Бэббидж. (Доклад «Чарльз Бэббидж и его аналитическая машина») <Приложение, слайд 12>

Аналитическая машина Бэббиджа
Основные идеи заложенные в проекте этой машины, в нашем веке были использованы конструкторами ЭВМ. Все главные компоненты современного компьютера присутствовали в конструкции аналитической машины: <Приложение, слайд 14 или Приложение 1>

• СКЛАД (в современной технологии – ПАМЯТЬ), где хранятся все исходные числа и промежуточные результаты.
• МЕЛЬНИЦА (арифметическое устройство), в которой осуществляются операции над числами, взятыми из склада.
• КОНТОРА (устройство управления), производящая управление последовательностью операций над числами, соответственно над заданной программой.
• БЛОКИ ВВОДА исходных данных.
• БЛОКИ ПЕЧАТИ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Для программного управления использовались перфокарты – картонные карточки с пробитыми в них отверстиями (перфорацией).
Интересным историческим фактом является то, что проект машины так и не был реализован из-за сложности механического износа деталей проекта, которые опережали технические возможности своего времени, но программы для этой машины были созданы. Их составила дочь Джона Байрона герцогиня Ада Лавлейс, которая по праву считается первой женщиной-программистом. В ее честь назван язык программирования Ада. (Доклад «Ада Лавлейс») <Приложение, слайд 15>

Эра электронных вычислительных машин началась в 30-х годах XX в. В 40-х годах удалось создать первую программируемую счетную машину на основе  электромеханических реле. Реле – это элемент, имеющий два рабочих состояния «включено» и «выключено». При проектировании этих  электромеханических счетных машин использовался аппарат математической логики. <Приложение, слайд 16>
40-е годы XX в. считаются годами бурного прогресса научных и технических новшеств. Не успели начать серийно выпускать электромеханические счетные машины, как появились первые ЭВМ, в которых логические элементы были реализованы на основе радиоламп.

Первая ЭВМ «ЭНИАК» (цифровой интегратор и вычислитель) была создана в США после второй мировой войны в 1946 году. В группу создателей этой ЭВМ входил один из самых выдающихся ученых XX в. Джон фон Нейман. (доклад «Джон фон Нейман») <Приложение, слайды 17–18>
Принципиальное описание устройств и работы компьютера принято называть архитектурой ЭВМ. Согласно принципам Неймана построение и функционирование универсальных программируемых вычислительных машин ЭВМ образует три главных компонента: арифметическое устройство, устройство ввода-вывода, память для хранения данных и программ. <Приложение, слайд 19 или Приложение 2>
Развитие ЭВМ в СССР связано с именем академика Сергея Алексеевича Лебедева, под руководством которого были созданы: в 1951 году в Киеве МЭСМ (малая электронно-счетная машина) и 1953 году в Москве БЭСМ (большая электронно-счетная машина). (Доклад «С.А.Лебедев») <Приложение, слайды 20–21>
Приемка Государственной комиссией МЭСМ – первая электронная счетная машина в континентальной Европе с хранимой в памяти программой. 
Быстродействие более 100 операций в секунду. Первоначально машина была 16-разрядной, но затем разрядность была увеличена до 20. Пробный пуск машины МЭСМ состоялся 6 ноября 1950 года, решалась задача Y'' + Y = 0; Y(0) = 0; Y() = 0;
Первые задачи были решены в 1951 году, 4-го января: вычисление суммы нечетного ряда факториала числа; возведение в степень. Регулярная эксплуатация началась 25.12.1951 года. 

В 1951 году была закончена работа над СЭСМ (Специализированная Электронная Счетная Машина) <Приложение, слайд 22>
Лебедев руководил и созданием БЭСМ-6, уровень которой на несколько лет опередил уровень зарубежных аналогов.
Первые ЭВМ были слишком дорогими, громоздкими и потому не имели массового применения: они использовались только в крупных научных центрах, в космосе, обороне, в метеорологии.
Заполняем таблицу 2 «Поколения ЭВМ» <Приложение, слайд 23 или Приложение 3>

(Доклады «Первое и второе поколение ЭВМ», «Третье и четвертое поколение ЭВМ»)

ЭВМ первого поколенияпоявились в 50-х годах XX столетия, изготовлялись на основе вакуумных электроламп. Эти ЭВМ размещались в нескольких больших металлических шкафах, занимавших целые залы и требовавшие сложнейшей системы охлаждения. Программы для ЭВМ первого поколения составлялись в машинных кодах – в виде длинных последовательностей двоичных чисел. Главным образом эти ЭВМ использовались для инженерных и научных расчетов. <Приложение, слайд 24>

ЭВМ второго поколения появились в 60х годах. В этих машинах логические элементы реализовывались на базе полупроводниковых приборов – транзисторов. Это позволило увеличить надежность машин, сократить их размеры и потребление электроэнергии. Тем самым открылся путь для серийного производства ЭВМ. <Приложение, слайд 25>
В составе ЭВМ второго поколения появились печатающие устройства для вывода телетайпа, телетайпы для ввода, магнитные накопители для хранения информации (магнитные ленты). Диалог человека с машиной стал более естественным благодаря появлению языков программирования высокого уровня: Фортран, Алгол, Бейсик и др. Начали создаваться первые автоматизированные системы на базе ЭВМ.
Технологический процесс производства микропроцессоров неразрывно связан с эволюцией и постоянным усовершенствованием транзистора. Революционная роль транзистора – в его малых размерах. Объединение большого числа таких транзисторов на текстолитовой плате позволило создавать отдельные узлы и даже целые устройства. Применение транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ и увеличить их вычислительную мощность. Однако габариты ЭВМ на транзисторах всё же оставались очень большими для их широкого применения. Но ведь с точки зрения технологического процесса нет особой разницы, делать ли один транзистор на подложке или сразу много. Изготовив достаточное количество транзисторов на одной подложке, остается один шаг до превращения нескольких транзисторов в интегральную микросхему – соединить определённым образом полученные транзисторы.

ЭВМ третьего поколения появились в 70-х годах. Их основу составляли большие интегральные схемы (БИС), содержавшие на одной полупроводниковой пластинке сотни или тысячи транзисторов; затем появились сверхбольшие схемы – СБИС. Благодаря этому уменьшились размеры, потребление электроэнергии и стоимость компьютеров. Происходят существенные изменения в архитектуре ЭВМ: появилась возможность выполнять одновременно несколько программ на одной машине. Такой режим работы называется мультипрограммным (многопрограммным) режимом. <Приложение, слайд 26>
В составе ЭВМ третьего поколения были включены удобные устройства ввода-вывода, дисплей на основе электронно-лучевых трубок, накопители информации на магнитных лентах и дисках, графопостроители, т.д. К работе с этими ЭВМ стали подключаться широкий круг специалистов, машины появились в институтах и университетах. Начали создаваться операционные системы, базы данных, языки системы «искусственного интеллекта», стали внедряться системы автоматизированного  проектирования.
С появлением микропроцессоров эволюция транзисторов, из которых, собственно, и состоит любая микросхема, не остановилась. Продолжается борьба за чистоту исходных кремниевых пластин.

На рубеже 80-х годов были созданы и выпущены в массовое производство ЭВМ четвертого поколения.Элементарной базой этих ЭВМ стали микропроцессоры –  сверхбольшие интегральные микросхемы,  которые способны выполнять функции основного блока компьютера – процессора. Их можно сравнить с миниатюрным мозгом, работающего по программе  заложенной в его памяти. Соединив микропроцессор с устройствами ввода-вывода, внешней памяти, получили новый тип компьютера – микро-ЭВМ,  габариты которых позволяют устанавливать их на любом рабочем месте. В составе этих ЭВМ включаются удобные средства накопления информации (магнитные и оптические), ввода и вывода информации: компактные печатающие устройства, мышь, джойстик, удобная клавиатура, цветные графические мониторы, т.д. <Приложение, слайд 27>
Наиболее яркими представителями ЭВМ четвертого   поколения служат персональные компьютеры.Сущность персонального ПК можно сформулировать так:

ПК – микроЭВМ с «дружественным» к пользователю аппаратным и программным обеспечением. <Приложение, слайды 28–29>
Десятки миллионов персональных ЭВМ, установленных в службах сервиса и управления, на производстве и в образовании, требуют овладения компьютерной грамотности от всего населения.
Появление и распространение ПК по своему значению для общественного развития сопоставимо с появлением книгопечатания. Именно ПК сделали компьютерную грамотность массовым явлением. С развитием этого типа машин появилось понятие «информационные технологии», без которых уже нельзя обойтись в большинстве областей деятельности человека.
Есть и другая линия в развитии ЭВМ четвертого поколения – это суперЭВМ. Машины этого класса имеют быстродействие сотни миллионов и миллиарды операций в секунду.

ЭВМ пятого поколения – это машина недалекого будущего. Основное их качеством должен быть высокий интеллектуальный уровень. Машины пятого поколения – это реализованный искусственный интеллект. В них будет возможным ввод с голоса, голосовое общение, машинное «зрение», машинное «осязание». Многое уже практически сделано в этом направлении.
История вычислительной техники уникальна, прежде всего, фантастическими темпами развития аппаратных и программных средств. До сих пор работают некоторые программисты, начинавшие еще на ламповых ЭВМ, которые без преувеличения и без кавычек можно назвать древними. В самом деле, дистанция между лазерным принтером и «ЭНИАК» ничуть не меньше, чем между «Мерседесом» и, скажем, Кабриолетом XVII века. Сами лазерные принтеры тоже выглядят дедушками рядом с некоторыми устройствами мультимедиа. И никто не возьмется предсказать, какой будет информационная технология через 1000 лет.

Список используемой литературы:

1. Ю. Шафрин Информационные технологии. – М.:ЛБЗ, 1998 г.
2. И. Семакин, Т. Шейна Преподавание базового курса информатики в средней школе. Методическое пособие – М.:ЛБЗ, 2001 г.
3. Семакин И.Г. Информатика. Базовый курс. 7–9 классы – 2ое изд.,  – М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2004.
4. Энциклопедия для детей. Т. 11. Математика /гл.ред. М.Д. Аксенова. – М.:Аванта+, 2000 г.
5. Информатика / Приложение к газете «Первое сентября» 
6. Веретенникова Е.Г., Патрушина С.М., Савельева Н.Г. Тесты по информатике (500 вопросов) – Ростов-на-Дону:МарТ, 2002 г.
7. http://www.osp.ru
8. http://www.computer-museum.ru
9. http://cisc.narod.ru
10.  http://www.epos.kiev.ua/pubs/pr/et.htm
11. http://book.kbsu.ru/theory/chapter3/1_3_3.html