Задачи:
- Образовательные:
- обобщить и систематизировать сведения об истории развития вычислительных средств.
- подготовить студентов к самостоятельной работе.
- Воспитательные:
- воспитать познавательную активность, толерантное отношение друг к другу.
- повысить интерес к дисциплине.
- способствовать формированию навыков самообразования.
- Развивающие:
- развитие навыков публичных выступлений.
- совершенствование информационной грамотности студентов.
- развитие памяти, мышления, общей культуры.
- Методические:
- продемонстрировать методику проведения урока повторения и обобщения знаний с применением современных технических средств.
- показать возможность использования компьютерной техники для организации публичных выступлений, визуализации информации, экспресс-контроля знаний.
Вид занятия: урок повторения и обобщения знаний.
Форма занятия: урок-презентация.
ТСО: мультимедийный проектор, экран, компьютерная презентация по теме «История развития вычислительных средств».
Структура занятия:
I. Организационный этап
1) Приветствие
2) Проверка присутствующих
3) Объявление № занятия
4) Формулировка темы, плана, цели занятия.
II. Актуализация знаний. Повторение основных этапов развития вычислительных средств в форме беседы с использованием мультимедийного проектора
III. Повторение и обобщение знаний (компьютерная презентация). Выступления студентов по отдельным темам, сопровождающиеся компьютерными слайдами.
IV. Экспресс-контроль (самоконтроль студентов для выявления пробелов в знаниях)
V. Подведение итогов
1) Сделать вывод о проделанной работе, подчеркнуть ёмкость темы.
2) Выделить наиболее важные вопросы.
3) Нацелить на самостоятельную работу.
4) Поблагодарить за подготовку сообщений.
Для сопровождения урока используется компьютерная презентация (Приложение 1)
ХОД ЗАНЯТИЯ
– Здравствуйте, присаживайтесь. Давайте проверим присутствующих. Сегодня у нас 11-е занятие. Мы закончили изучение первого раздела дисциплины, в котором познакомились с историей развития вычислительных средств. По этой теме предусмотрена большая самостоятельная работа. Но прежде мы проведём повторение, восстановим в памяти изученный материал. Итак, тема урока: «Повторение и обобщение материала по разделу История развития вычислительных средств». Цель нашего занятия закрепить и систематизировать полученные ранее знания, хорошо подготовиться к самостоятельной работе. На первом часе мы проведём повторение, а на втором часе вы напишите самостоятельную работу по этой теме. План занятия понятен?
– Итак, вернёмся к теме. Как вы знаете, вычислительная техника – наиболее бурно развивающаяся область в современном мире. За сравнительно небольшой промежуток времени она сделала огромный рывок в развитии. Вскоре вы будете изучать дисциплину «Технические средства информатизации», где многое узнаете о современной компьютерной технике. Но, согласитесь, без знания истории развития этой техники невозможно оценить и понять достоинства современной техники и техники будущего. Кроме того, выбранная вами специальность просто обязывает вас быть подкованным в этом вопросе. Именно поэтому данному разделу мы уделяем столько внимания и придаём значимость.
– Давайте вспомним основные хронологические этапы развития вычислительных средств. Посмотрите на экран: всю историю развития ВС мы условно делили на 3 этапа.
1 этап – от глубокой древности до
появления первых ЭВМ.
2 этап – от первых ЭВМ до персональных
компьютеров
3 этап – от ПК до наших дней.
– Напомните, какие же средства и устройства для счёта использовали люди на первом этапе? (Рука, абак, счёты, логарифмическая линейка, арифмометр, электромеханический табулятор)
– На втором этапе начали появляться компьютеры, основанные на одинаковых принципах работы. Как мы называем эти принципы? Кто их сформулировал? (Принципы Джона фон Неймана)
– На этом этапе компьютеры уже имели одинаковую архитектуру, но их производство ещё не было массовым. Какую же технику мы можем отнести к этому этапу? (ЭНИАК, МЭСМ, БЭСМ, «Киев», «Минск», «Стрела», «Сетунь», IBM-360, т.е. все ЭВМ 1,2,3 поколений)
– Наконец, третий этап начинается после 1970-го года и продолжается до сих пор. Он характеризуется появлением и развитием персональных компьютеров. Можете ли вы вспомнить первые ПК? К какому поколению ЭВМ они относятся? (Altair, Apple, Lisa, 4 поколение ЭВМ)
– Итак, мы вспомнили основные вехи развития вычислительных средств от древности до современности. Но за каждым указанным здесь названием стоит история и люди. Поэтому предлагаю поговорить о них более подробно и помогут нам некоторые студенты. Пожалуйста, первое сообщение.
Сообщения студентов
Первый студент
Первый этап (от глубокой древности до появления
первых ЭВМ).
Люди в древности при подсчёте загибали пальцы на
руках. Для больших чисел пальцев не хватало, и
люди стали придумывать разные вычислительные
приборы. Так появился абак – древние счёты. Абак
представлял собой доску, разделённую
вертикальными полосами, в которых
раскладывались камешки. Разновидность абака –
проволочки с бусинками. В России так называемые
русские счеты появились в 16-м веке. Они
основаны на десятичной системе счисления и
позволяют быстро выполнять арифметические
действия. В 1614 году математик Джон Непер изобрел
логарифмы. Логарифм – это показатель степени, в
которую нужно возвести число (основание
логарифма), чтобы получить другое заданное число.
Открытие Непера состояло в том, что таким
способом можно выразить любое число и что сумма
логарифмов двух любых чисел равна логарифму
произведения этих чисел. Это дало возможность
свести действие умножения к более простому
действию сложения. Непер создал таблицы
логарифмов. Для того чтобы перемножить два числа,
нужно посмотреть в этой таблице их логарифмы,
сложить их и отыскать число, соответствующее
этой сумме в обратной таблице – антилогарифмов.
На основе этих таблиц в 1654 году Р. Биссакар и в 1657
году независимо от него С. Партридж
разработали прямоугольную логарифмическую
линейку: основной счетный прибор инженера до
середины XX века.
Затем, в 1642 году французский математик и физик
Блез Паскаль, которому было 19 лет, изготовил
механическую счётную машину. Именно она
считается первой суммирующей машиной
(называется «паскалина»). Однако, позже была
обнаружена модель суммирующей машины,
созданная Вильгельмом Шиккардом примерно за
20 лет до изобретения Паскаля. Она называлась
«часы для счёта». Эти машины представляли
собой простейшую форму арифмометра. При этом
изобретённый Паскалем принцип связанных колёс
явился основой, на которой строилось большинство
вычислительных устройств следующих трёх
столетий.
Второй студент
Опустив большой промежуток времени, вспомним
ещё одного известного человека – это Чарльз
Бэббидж.
Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов и
в 1821 году приступил к разработке своей
вычислительной машины, которая могла выполнять
более точные вычисления. В 1822 году была построена
пробная модель – сложное и большое устройство
для автоматического вычисления логарифмов. В 1830
году Чарльз Бэббидж попытался создать
универсальную аналитическую машину, которая
должна была выполнять вычисления без участия
человека. Для этого в нее вводились программы,
которые были заранее записаны на перфокартах из
плотной бумаги с помощью отверстий, сделанных на
них в определенном порядке (слово
"перфорация" означает "пробивка
отверстий в бумаге или картоне"). По замыслу
это не что иное, как первый программируемый
компьютер.Принципы программирования для
аналитической машины Бэббиджа разработала в 1843
году Ада Лавлейс – дочь поэта Байрона, первая
женщина – программист. Аналитическая машина
должна уметь запоминать данные и промежуточные
результаты вычислений, то есть иметь память. Эта
машина должна была содержать три основных части:
устройство для хранения чисел, набиравшихся с
помощью зубчатых колес (память – «склад»),
устройство для операций над числами
(арифметическое устройство – «мельница») и
устройство программного управления с помощью
перфокарт. Работа по созданию аналитической
машины не была завершена, но заложенные в ней
идеи помогли построить в XX веке первые
компьютеры (в переводе с английского это слово
означает "вычислитель").
Третий студент
В 1869-м году в Петербург приехал выходец из Швеции Вильгодт Теофил Однер, который изобрёл свою модель арифмометра, получил патент на выпуск арифмометров и уже в 1890-м году было продано 500 арифмометров (очень большое количество по тем временам). Арифмометры в России назывались: «Арифмометр Однера», «Оригинал – Однер». После революции производство арифмометров было налажено на заводе имени Феликса Дзержинского в Москве. С 1931-го года они стали называться арифмометры «Феликс». Первые арифмометры имели очень большие размеры, т.к. на каждый разряд числа выделялся отдельный валик. Однер применил вместо валиков более компактные зубчатые колёса с меняющимся числом зубцов – колёса Однера. Позже в нашей стране были созданы модели арифмометров с клавишным вводом и электроприводом.
Четвёртый студент
В 1888 году Герман Холлерит, который работал в
конторе по переписи населения в США, создал
первую электромеханическую счетную машину –
табулятор, в котором нанесенная на перфокарты
информация расшифровывалась электрическим
током. Эта машина позволила в несколько раз
сократить время подсчетов при переписи
населения в США. В 1890 г. изобретение Холлерита
было впервые использовано в 11-й американской
переписи населения. Работа, которую 500
сотрудников раньше выполняли целых 7 лет,
Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах
закончили за один месяц.
В 1896 году Холлерит основал фирму под названием
Tabulating Machine Co. В 1911 году эта компания была
объединена с двумя другими фирмами,
специализировавшимися на автоматизации
обработки статистических данных, а свое
современное название IBM (International Business Machines)
получила в 1924 г. А в конце 19-го века была
изобретена перфолента – бумажная или
целлулоидная пленка, на которую информация
наносилась перфоратором в виде совокупности
отверстий.
Пятый студент
А теперь пришло время поговорить о появлении ЭВМ. Первой ЭВМ считается машина ЭНИАК (в переводе означает: электронный цифровой интегратор и вычислитель). Её авторы американские учёные Джон Мочли и Преспер Экерт работали над ней с 1943 по 1945 год. ЭНИАК предназначалась для расчёта траекторий полётов снарядов и представляла собой сооружение длиной более 30 метров, объёмом 85 куб.м., массой 30 тонн. В ЭНИАКе были использованы 18 тыс. электронных ламп. Она работала в десятичной системе счисления. Именно в это время Джон фон Нейман, работая в группе Мочли и Экерта, подготовил доклад, в котором описал ключевые принципы построения компьютера. Однако в нашей стране независимо от фон Неймана также были сформулированы полные принципы построения ЭВМ. Это сделал Сергей Алексеевич Лебедев. В дальнейшем под его руководством в СССР была создана малая электронная счётная машина МЭСМ, содержащая около 2 тысяч электронных ламп. А в 1952-м году была создана быстродействующая электронная счётная машина семейства БЭСМ. Она выполняла 8 тысяч операций в секунду (для сравнения: арифмометром можно выполнить 2 тысячи операций за 8 часов). Большое распространение получили машины типа «Урал», «Стрела», «Сетунь» – единственная в мире машина, в которой использовалась троичная система счисления. Все эти машины мы относим к ЭВМ первого поколения, элементной базой у них служат электронные лампы. Из-за того, что высота электронной лампы около 7 см, размеры этих машин огромны, кроме того они выделяли большое количество тепла, требовали специальной системы охлаждения.
Шестой студент
В 1947 году Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли – американские физики, предложили использовать изобретенные ими переключающие полупроводниковые элементы – транзисторы. За это изобретение они получили Нобелевскую премию. С 1955 –ого года стали выпускать ЭВМ, электронной базой которых являлись транзисторы. Машины на основе транзисторов характеризуются быстродействием до сотен тысяч операций в секунду, ёмкостью памяти – до нескольких десятков тысяч слов. В это время появляются языки высокого уровня. Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных задач, а также важнейшая часть программного обеспечения компьютера – операционная система. Стали применять запоминающие устройства на магнитных ферритовых сердечниках, способные хранить информацию неограниченное время даже при отключении компьютеров. Их разработал Джой Форрестер в 1951-1953 годах. Большие объемы информации хранились на внешнем носителе, например на магнитной ленте или на магнитном барабане. Однако машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Ко второму поколению советских компьютеров относятся полупроводниковые малые ЭВМ "Наири" и "Мир", средние ЭВМ для научных расчетов и обработки информации со скоростью 5-30 тысяч операций в секунду "Минск-2", "Минск-22", "Минск-32", "Урал-14", "Раздан-2", "Раздан-3", "БЭСМ-4", "М-220" и управляющие ЭВМ "Днепр", "ВНИИЭМ-3", а также сверхбыстродействующая БЭСМ-6 с производительностью 1 млн операций в секунду. а также компьютеры фирмы IBM (IBM-1620, IBM-1790)
Седьмой студент
В 1959 году Д. Килби, Д. Херни, К. Леховец и Р.
Нойс изобрели интегральные микросхемы (чипы),
в которых все электронные компоненты вместе с
проводниками помещались внутри кремниевой
пластинки. Применение интегральных схем в
компьютерах позволило сократить пути
прохождения тока при переключениях. Скорость
вычислений при этом увеличилась в десятки раз.
Существенно уменьшились и габариты машин.
Появление чипа позволило создать третье
поколение компьютеров. И в 1964 году фирма IBM
начинает выпуск компьютеров IBM-360 на интегральных
микросхемах. Одна интегральная схема способна
заменить тысячи транзисторов, т.е. один крошечный
кристалл обладает такими же вычислительными
возможностями, как и многотонный ЭНИАК!
Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло
в 100 раз, а габариты уменьшились. Кроме того, их
производство стало дешевле, чем производство ЭВМ
2-го поколения, благодаря чему многие организации
смогли приобрести и освоить такие машины.
Отечественные ЭВМ третьего поколения – ЕС ЭВМ
(Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ)
Восьмой студент
Основной контингент компьютерной техники, разработанный после 1970-го года – это ЭВМ четвёртого поколения. Этот период начался с появлением больших интегральных схем, когда на одном кристалле размещаются тысячи полупроводниковых переходов. Кроме того, в одном устройстве стали объединять арифметико-логическое устройство и устройство управления, т.е. появился микропроцессор. Первый микропроцессор создал в 1971 году сотрудник компании Intel Эдвард Хофф. Первой ЭВМ четвёртого поколения считают IBM-370. Сточки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, использующие общую память и общее поле внешних устройств. Быстродействие составляет до нескольких десятков миллионов операций в секунду, емкость оперативной памяти от 512 Мбайт. Именно в этот период широко развиваются персональные компьютеры. В 1974 году Эдвард Робертс создал персональный компьютер "Altair" на основе микропроцессора 8080 фирмы "Intel". Но без программного обеспечения он был неработоспособен: ведь дома у частного пользователя нет "под рукой" своего программиста. Кроме того, он не имел ни монитора, ни клавиатуры. Принципиально новый ПК изобрели студенты Стив Джобс и Стив Возняк в 1976 году. Они использовали клавиатуру от пишущей машинки и телевизор. Этот компьютер назывался Apple-1. Так началось развитие корпорации Apple. Уже в 1983 году корпорация Apple выпустила первый персональный офисный компьютер Lisa, управляемый манипулятором «мышь».
Экспресс-контроль (Приложение 2)
Экспресс-контроль используется с целью выявления оставшихся пробелов в знаниях и подготовке к проверочной работе. Проводится в форме самоконтроля.