Коспект урока по информатике: «История ЭВМ»

Тема урока по информатике: «История ЭВМ» (9 класс)

Цели:

образовательные: обобщение понятия компьютер и информация,  познакомиться с историей развития вычислительной техники, приобретение навыков самостоятельной работы с большими объемами информации;

развивающие: развитие логического мышления, творческой активности, познавательного интереса; связной речи;
воспитательные: воспитание умения сплоченно и дружно работать в коллективе, воспитывать коммуникативность; прививать культуру общения и работы с компьютером.

Учащиеся должны знать:

·       Основные устройства, являющиеся предшественниками компьютера и их изобретателей;

·       Поколения ЭВМ, их характеристики;

·       Виды ЭВМ, отличающиеся по функциональным возможностям.

Учащиеся должны уметь:

·       Называть в хронологическом порядке основные  вычислительные средства и их изобретателей;

·       Приводить примеры ЭВМ различных поколений, различать их характеристики;

·       Называть виды ЭВМ и различать их по сфере применения.

Оборудование: доска, компьютер, инструкции по ТБ в компьютерном классе.

Тип урока: урок новых знаний.
Форма урока: виртуальная экскурсия.

План урока:
I. Орг. момент.
II. Объяснение нового материала.
III. Первичное закрепление.

IV. Д/з.

V.  Итог урока, рефлексия.

Ход урока:

I. Орг. момент.

Приветствие, проверка присутствующих. Объяснение хода урока.

II. Объяснение нового материала.

Внедрение компьютерной техники во все сферы человеческой деятельности послужило толчком к зарождению новой научной и прикладной дисциплины - информатики. Впервые этот термин стал использоваться во Франции в 60-х годах. В англоязычных странах ему соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

В нашей стране информатика стала определяться как самостоятельная область деятельности с начала 80-х годов, а спустя несколько лет вошла в школьную программу как самостоятельная дисциплина.

В процессе изучения информатики надо не только научиться работать на компьютере, но и уметь целенаправленно его использовать для познания и созидания окружающего нас мира.

Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика". Informatique = information + automatique Информатика = информация + автоматика

Широко распространён также англоязычный вариант этого термина – "Computer science", что означает буквально "компьютерная наука".

Computer science
Компьютерная наука

Посмотрите – два определения, так непохожих друг на друга, но определяющие одно понятие. С одной стороны, это наука об информации, а с другой – наука о компьютерах. Что же верно? Правильно будет объединить об высказывания и определить информатику как:

Информатика – это техническая наука, определяющая сферу деятельности, связанную с процессами хранения, преобразования и передачи информации с помощью компьютера

 Подобно тому, как математика состоит из множества дисциплин, информатика - это множество различных дисциплин, объединенных общим предметом изучения - информацией. К ним относятся:

·                                 Теория информации;

·                                 Кибернетика;

·                                 Программирование;

·                                 Математическая лингвистика;

·                                 Теория алгоритмов и другие.

Компьютер - это универсальное техническое средство для работы с информацией. Слово «компьютер» произошло от английского слова "вычислять". Современную информатику можно назвать компьютерной информатикой.

Как известно, широкое распространение ЭВМ получили лишь в конце ХХ века. А как вы думаете, что же было первым вычислительным средством? Ответ: пальцы.

Первое счетное приспособление, которое стал применять человек – абак – древние счеты.

 Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, на котором по определенным правилам перемещают счетные элементы, сгруппированные по разрядам.

Первое письменное упоминание об абаке появилось в V веке до н.э. у древнегреческого историка Геродота.

Первоначально роль абака выполняла покрытая пылью или песком доска, на которой можно было чертить линии и перекладывать камешки. Затем появились усовершенствованные варианты. В римском абаке камешки перекладывали на глиняной доске; китайский суан-пан представлял собой раму с нанизанными косточками: в одной части пять косточек (единицы), в другой – две косточки (пятерки); японский соробан содержал соответственно одну и четыре косточки; в русских счетах использовалось десять костяшек.

Со временем быстро росла потребность в сложных расчётах. Значительная часть трудностей была связана с умножением и делением многозначных чисел.

Аналоговое вычислительное устройство, позволяющее выполнять несколько математических операций, в том числе умножение и деление чисел, возведение в степень, вычисление квадратных и кубических корней, вычисление логарифмов и тригонометрических функций, назвали логарифмической линейкой.

Первую логарифмическую линейку разработал английский математик Уильям Отред в 1622 году.

Следующий этап в развитии счетных устройств связан с именем известного ученого Блеза Паскаля. Отцу юного Паскаля по долгу службы приходилось контролировать сбор налогов целой провинции во Франции. Желая помочь отцу в сложных расчетах, Блез Паскаль в 1642-43 гг. разработал арифметическую машину, позволяющую складывать числа в десятичной системе счисления.

Механический сумматор осуществлял сложение чисел на дисках-колесиках. Немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц сначала хотел всего лишь улучшить машину Паскаля. Но в итоге в 1673 году изобрел  устройство - арифмометр -  которое не только складывало, но и умножало числа.

В 1799 г. во Франции Жозеф Мари Жакард (1752-1834) изобрел ткацкий станок, в котором для задания узора на ткани использовались перфокарты. Необходимые для этого исходные данные записывались в виде пробивок в соответствующих местах перфокарты. Так появилось первое примитивное устройство для запоминания и ввода программной (в данном случае управляющей ткацким процессом) информации. Идея перфокарт произвела переворот не только в ткацком деле, но и в дальнейшей разработке счетных машин.

1836-1848 г.г. Завершающий шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств механического типа сделал английский ученый Чарльз Беббидж (1791-1871). Аналитическая машина, проект которой он разработал, явилась механическим прототипом появившихся спустя столетие ЭВМ. В ней предполагалось иметь те же, что и в ЭВМ, пять основных устройств: арифметическое, памяти, управления, ввода, вывода. Программа выполнения вычислений записывалась на перфокартах (пробивками), на них же записывались исходные данные и результаты вычислений.

Главной особенностью конструкции этой машины является программный принцип работы.

Принцип программы, хранимой в памяти компьютера, считается важнейшей идеей современной компьютерной архитектуры. Суть идеи заключается в том, что:

·                                 программа вычислений вводится в память ЭВМ и хранится в ней наравне с исходными числами;

·                                 команды, составляющие программу, представлены в числовом коде по форме ничем не отличающемся от чисел.

Программы вычислений на машине Беббиджа, составляла дочь Байрона Ада Августа Лавлейс (1815-1852). Замечательную женщину назвали первым программистом мира.

Несмотря на все старания Ч. Беббиджа и А. Лавлейс, машину построить не удалось... Современники, не видя конкретного результата, разочаровались в работе ученого. Он опередил свое время.

Через 63 года после смерти Ч. Беббиджа нашелся "некто", взявший на себя задачу создать машину, подобную по принципу действия той, которой посвятил жизнь Ч. Беббидж. Им оказался немецкий студент Конрад Цузе (1910-1985).

К. Цузе установил несколько вех в истории развития компьютеров: первым в мире использовал при построении вычислительной машины двоичную систему счисления (1937 г.), создал первую в мире релейную вычислительную машину с программным управлением (1941 г.) и цифровую специализированную управляющую вычислительную машину (1943 г.).

Эти воистину блестящие достижения, однако, существенного влияния на развитие вычислительной техники в мире не оказали...

По-другому развивались события в США. В 1944 г. ученый Гарвардского университета Говард Айкен (1900-1973) создает первую в США (тогда считалось первую в мире!) релейно-механическую цифровую вычислительную машину МАРК-1. В машине использовалась десятичная система счисления. Замечательным качеством машины была ее надежность. Установленная в Гарвардском университете, она проработала там 16 лет!

Вслед за МАРК-1 ученый создает еще три машины (МАРК-2, МАРК-3 и МАРК-4) – тоже с использованием реле, а не электронных ламп, объясняя это ненадежностью последних. Естественно, из-за большого удельного веса механических частей эти машины были обречены. Нужно было искать новую, более технологичную элементную базу

В начале 1946 г. начала считать реальные задачи первая ламповая ЭВМ «ЭНИАК» (ENIAC), созданная под руководством физика Джона Мочли  при Пенсильванском университете. По размерам она была более впечатляющей, чем МАРК-1: 26 м в длину, 6 м в высоту, вес 35 тонн. Но поражали не размеры, а производительность – она в 1000 раз превышала производительность МАРК-1! Таков был результат использования электронных ламп!

В 1945 г., когда завершались работы по созданию ЭНИАК, и его создатели уже разрабатывали новый электронный цифровой компьютер ЭДВАК, в котором намеривались размещать программы в оперативной памяти, чтобы устранить основной недостаток ЭНИАКа – сложность ввода программ вычислений, к ним в качестве консультанта был направлен выдающийся математик, участник Матхеттенского проекта по созданию атомной бомбы Джон фон Нейман (1903-1957). В 1946 г.  Нейман сформулировал  принципы построения цифровых электронных вычислительных машин, которых и придерживаются до сих пор. Именно он впервые предложил записывать программу и ее данные в память машины так, чтобы их можно было при необходимости модифицировать в процессе работы.

До середины 80-х годов процесс эволюции вычислительной техники принято делить на поколения. Для полноты изложения дадим этим поколениям краткие качественные характеристики:

Первое поколение ЭВМ (1945-1954 гг.) В этот период формируется типовой набор структурных элементов, входящих в состав ЭВМ. К этому времени у разработчиков уже сложилось примерно одинаковое представление о том, из каких элементов должна состоять типичная ЭВМ. Это - центральный процессор (ЦП), оперативная память (или оперативно запоминающее устройство - ОЗУ) и устройства ввода-вывода (УВВ). ЦП, в свою очередь, должен состоять из арифметико-логического устройства (АЛУ) и управляющею устройства (УУ). Машины этого поколения работали на ламповой элементной базе, из-за чего поглощали огромное количество энергии и были очень нененадежны.

Второе поколение ЭВМ (1955-1964 гг.). Смену поколений определило появление новой элементной базы: вместо громоздкой лампы в ЭВМ стали применяться миниатюрные транзисторы. Это в конечном итоге привело к уменьшению габаритов, повышению надежности и производительности ЭВМ. Появились системы автоматизации программирования, состоящие из алгоритмических языков и трансляторов для них. Теперь пользователь изучал язык ЭВМ, приближенный к языку научных, инженерных или экономических расчетов. Например, Фортран или Алгол-60.

Третье поколение ЭВМ (1965-1970 гг.). Смена поколений вновь была обусловлена обновлением элементной базы: вместо транзисторов в различных узлах ЭВМ стали использоваться интегральные микросхемы различной степени интеграции. Микросхемы позволили разместить десятки элементов на пластине размером в несколько сантиметров. В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по всей день используется в персональных компьютерах в качестве оперативной. Перевод вычислительной техники на интегральные микросхемы серьезно удешевил ее, поднял возможности и позволил начать новый этап ее практического применения. Компьютеры вторглись - уже не штучно, а в массовом порядке - практически во все сферы науки, экономики, управления.

1969 г. зародилась первая глобальная компьютерная сеть — зародыш того, что мы сейчас называем Интернетом. И в том же 1969 г. одновременно появились операционная система Unix и язык программирования С («Си»), оказавшие огромное влияние на программный мир и до сих пор сохраняющие свое передовое положение.

Начиная с середины 1970-х годов стройная картина смены поколений нарушается. Все меньше становится принципиальных новаций в компьютерной науке. Прогресс идет в основном по пути развития того, что уже изобретено и придумано, - прежде всего за счет повышения мощности и миниатюризации элементной базы и самих компьютеров.

Обычно считается, что период с 1975 г. принадлежит компьютерам четвертого поколения. Их элементной базой стали большие интегральные схемы (БИС. В одном кристалле интегрированно до 100 тысяч элементов). Быстродействие этих машин составляло десятки млн. операций в секунду, а оперативная память достигла сотен Мб.

В 1971 г.фирмой Intel был выпущен микропроцессор  4004.  Он представлял собой 4-разрядное параллельное вычислительное устройство, и его возможности были сильно ограничены. 4004 мог производить четыре основные арифметические операции. Фирма Intel, правильно предугадав перспективность микропроцессоров, продолжила интенсивные разработки, и один из ее проектов в конечном итоге привел к крупному успеху, предопределившему будущий путь развития вычислительной техники. Им стал проект по разработке 8-разрядного процессора 8080 (1974 г.). Этот микропроцессор имел довольно развитую систему команд и умел делить числа. Именно он был использован при создании персонального компьютера Альтаир, для которого молодой Билл Гейтс написал один из своих первых интерпретаторов языка BASIC..

Создателями первого ПК были два молодых американских техника: Стивен Джобс, работавший в фирме Atair, и Стив Возняк из компании HewlettPackard. Летом 1976 года в гараже родителей Джобса они соорудили первый ПК и назвали его «Apple-I» — «яблоко». Для того чтобы достать необходимые детали Джобсу пришлось продать свой автомобиль «Фольксваген».

За 10 с небольшим лет персональный компьютер фирмы Apple (образована в 1977 году) завоевал рынок — было продано более 2 млн. экземпляров. Цена его колебалась в районе 1000 долларов.

Своим коммерческим успехом он обязан в значительной степени его открытой архитектуре и модульной системе, позволяющей расширять системы за счёт добавления новых устройств.

III. Первичное закрепление. Заполнить таблицу

Таблица 1. Поколения ЭВМ

	1-ое	2-ое	3-е	4-ое
Года
Основные элементы
Быстродействие

 IV. Д/з
Знать, что такое информатика, что изучает информатика, для чего служит компьютер. Знать историю развития ВТ.

VI. Итог урока, рефлексия

Подведение итога урока. Выставление оценок.

На уроке мы узнали, что же такое информатика, для чего нужна эта наука, узнали для чего нужен компьютер. Также мы познакомились с этапами развития вычислительной техники.