Методика вивчення теми "Короткі історичні відомості про обчислювальні прилади та з історії створення ЕОМ"

Курсова робота

Методика вивчення теми: «Короткі історичні відомості про обчислювальні прилади та з історії створення ЕОМ»

Зміст

Вступ

Розділ 1

1.1 Методика вивчення теми

1.2 Зміст вивчення теми

Розділ 2. Уроки

Урок № 1

Урок № 2

Урок № 3

Висновок

Література

Вступ

 

Інформатика — це наука про методи та засоби отримання, обробки, зберігання, передавання, подання інформації.

Протягом усієї історії свого існування люди, спілкуючись з природою та між собою, набували знань про навколишню дійсність і про самих себе. Від кількості цих знань, від ефективності їх використання залежали і дедалі більше залежать умови життя і окремих людей, і людства в цілому. Знання як інформація або як відомості про явища та різноманітні за своєю природою - фізичною, хімічною, біологічною, соціальною, економічною і т.ін.— об'єкти набуваються шляхом спостереження. Природними засобами спостереження є органи чуттів людини, передусім зір і слух. Спочатку різноманітні відомості просто нагромаджувалися. А вже маючи їх у достатній кількості, люди помічали, що існують певні закономірності, які можна узагальнити і обґрунтувати. У результаті такі закономірності набували вигляду прикмет, наприклад прикмет, пов'язаних із прогнозами врожаю. Прикмети ставали характерними ознаками явищ, тобто виділялися як їхні властивості.

Властивості можуть бути різноманітними не тільки за своєю назвою, а й за своїм значенням. Кожний об'єкт або явище має групу властивостей, що вивчаються різними науками.

Інформація може існувати в різноманітних формах, у. вигляді різних сигналів. Перехід від природних для людини сигналів (звуків, жестів) до їх письмових позначень - - це приклад існування різних форм подання інформації. Наочним прикладом перетворення форми подання інформації може бути переклад текстів з однієї природної мови спілкування (української, російської та ін.) на іншу (англійську, німецьку та ін.).

До початку нинішнього століття для передавання та зберігання інформації використовувалися книги, а її опрацюванням займалася сама людина. Однак науково-технічна революція зробила людину безсилою в сучасному потоці друкованої, кіно-, теле- та іншої продукції.

Розвиток науки і техніки став поштовхом для створення сучасних інформаційних технологій.

Комп'ютерні засоби та інформаційні технології дали змогу значно підвищити можливості такого всеохоплюючого методу пізнання та творення, як моделювання об'єктів, явищ та процесів - - як тих, що існують у природі, так і тих, що створюються людиною штучно.

Завдяки появі потужних комп'ютерів і розвитку інформаційних технологій створюються методи та засоби комп'ютерного моделювання, здатні розв'язувати складні та надскладні практичні задачі, такі як складання достовірних прогнозів погоди чи врожаю, керування великими енергетичними системами, моделювання регіональних та загальнодержавних систем, проектування літаків, кораблів тощо.

Мета курсової роботи :

донести школярам інформацію про те, що за допомогою комп’ютера можна дуже швидко обробляти інформацію від різних датчиків, у тому числі й від систем автоматизованої охорони, від датчиків температури для регулювання витрат енергії на опалення,від складної системи томографа, що дозволяє “побачити” внутрішню будову органів людини і правильно поставити діагноз тощо. Та про перші спроби створення інструментів для обробки інформації, пов’язаних з прагненням спростити та прискорити виконання дій над числами.

Завдання курсової роботи:

·           розробити систему уроків;

·           розробити дидактичні картки до даних уроків;

·           розробити вправи на актуалізацію знань учнів;

·           розробити вправи на закріплення знань учнів;

·           розробити фізкультхвилинки.

Розділ 1   1.1 Методика вивчення теми

Методика інформатики - це розділ педагогічних наук, об’єктом якої є процес навчання в школі; предметом - проектування, конструювання, впровадження в педагогічну практику, педагогічний експеримент і розвиток методичних систем навчання інформатики в школі.

Методична система передбачає сукупність п’яти компонентів: мета, зміст, методи, засоби та організаційні форми навчання.

Мета вивчення теми “Короткі історичні відомості про обчислювальні прилади та з історії створення комп’ютерів” у школі полягає у тому, щоб забезпечити можливість подальшого широкого використання здобутих знань і вмінь, як при вивченні теоретичних основ інформатики, так і в напрямку інтеграції з іншими предметами.

Зміст даної теми проявляється у сукупності двох взаємопов’язаних компонентів: теоретичного і практичного.

Теоретична частина спрямована на формування основ інформаційної культури. Практичний аспект пов’язаний з формуванням навичок роботи з готовим програмним забезпеченням.

Методом навчання називають спосіб впорядкованої взаємопов’язаної діяльності учителів та учнів, спрямованої на вирішення завдань освіти, виховання і розвитку в процесі навчання.

При пояснені даної теми доречно використати такі словесні методи як пояснення (тлумачення понять, явищ, принципів дій приладів, наочних посібників, слів, термінів); повідомляючу бесіду (базується в основному на спостереженнях, що організовуються вчителем на уроці за допомогою наочних посібників, записів на дошці, таблиць, малюнків; робота з книгою).Наочні методи: ілюстрування, демонстрування. А також репродуктивні методи навчання.

Четвертим компонентом методичної системи є засоби навчання. Це слово вчителя(для передачі знань, слово і дія для формування умінь і навичок; викладаючи новий матеріал, учитель спонукає думати учнів над ним, погоджуючись чи не погоджуючись з думками вчителя, звертатися до нього з питаннями і одержати відповідь); підручник(служить учню для відновлення у пам’яті, повторення і закріплення знань, одержаних на уроці); технічні засоби навчання(ТЗН); комп’ютер як засіб навчання(його можна використати як засіб навчального моделювання науково – технічних об’єктів і процесів.

Форми організації навчання – це зовнішнє вираження узгодженої діяльності вчителя та учнів, що здійснюється у встановленому порядку і в певному режимі.

Урок - така форма організації навчання, при якій навчальні заняття проводяться вчителем з групою учнів постійного складу, одного віку і рівня підготовки протягом певного часу і відповідно до розкладу. Тип уроку – засвоєння нових знань.

1.2 Зміст вивчення теми

Комп'ютери з'явилися дуже давно в нашому світі, але тільки останнім часом їх почали так посилено використовувати в багатьох галузях людського життя. Ще десять років тому було рідкістю побачити який-небудь персональний комп'ютер - вони були, але були дуже дорогі, і навіть не кожна фірма могла мати в себе в офісі комп'ютер. А тепер? Тепер у кожнім третьому будинку є комп'ютер, що уже глибоко ввійшов у життя самих мешканців будинку.

Сама ідея створення штучного інтелекту з'явилася давним-давно, але тільки в XX сторіччі її почали здійснювати. Спочатку з'явилися величезні комп'ютери, що були частіше розміром з величезний будинок. Використання таких махин, як ви самі розумієте, було не дуже зручно. Але що поробиш? Але світ не стояв на одному місці еволюційного розвитку - мінялися люди, мінялося їхнє середовище, і разом з нею мінялися і самі технології, усе більше удосконалюючи. І комп'ютери ставали усе менше і менше по своїх розмірах, поки не досягли сьогоднішніх розмірів.

За час, що пройшов з 50-х років, цифрова ЕОМ перетворилася з «чарівного», але при цьому дорогого, унікального і перегрітого накопичення електронних ламп, проводів і магнітних сердечників у невелику по розмірах машину - персональний комп'ютер - малюсіньких напівпровідникових приладів, що складається з мільйонів, що упаковані в невеликі пластмасові коробочки.

У результаті цього перетворення комп'ютери стали застосовуватися всюди. Але це тільки мала частина можливостей сучасних комп'ютерів. Більш того, бурхливий прогрес напівпровідникової мікроелектроніки, що представляє собою базу обчислювальної техніки, свідчить про те, що сьогоднішній рівень, як самих комп'ютерів, так і областей їхнього застосування є лише слабкою подобою того, що наступить у майбутньому.

Обчислювальна техніка: від джерел до поколінь ЕОМ

Необхідність в обчисленнях завжди була нерозривно зв'язана з практичною діяльністю людини. Поняття числа виникло задовго до того, як з'явилася писемність. Люди дуже повільно і важко училися вважати, передаючи свій досвід з покоління в покоління. В міру росту потреб в обчисленнях і розвитку методів обчислень виникали і розвивалися пристосування для рахунка.

Найдавнішим рахунковим інструментом, що сама природа представила в розпорядження людини, була його власна рука. Для полегшення рахунка люди стали використовувати пальці - спочатку однієї руки, потім обох, а в деяких племенах і пальці ніг. Рахунок на пальцях використовувався дуже довго - час його виникнення визначити дуже важко. У XVII в. його прийоми ще викладалися в підручниках. У наш час їм користаються маленькі діти, що осягають поняття числа.

Ранньому розвитку письмового рахунка перешкоджала складність арифметичних дій при існуючих у той час способах запису чисел (римські). Крім того, писати вміли деякі, і був відсутній навчальний матеріал для листа - пергамент почав вироблятися прибл. з II в. до н.е., папірус був занадто доріг, а глиняні таблички незручні у використанні.

Ці обставини пояснюють поява спеціального рахункового приладу - абака, до V в. до н.е. він одержав широке розповсюдження в Єгипті, Греції, Римі. Абак являв собою дошку з желобками, у яких по позиційному принципі розміщувались які-небудь предмети - камінчики, кісточки і т.п. Історики думають, що абак був похідним інструментом купців, оскільки камінчики в желобках відповідали різним грошовим одиницям.

У Древньому Римі абак називався abaculi чи calculi. Латинське слово calculus означає камінчик (відкіля і відбулося слово calculator - перекладати камінчики, підраховувати).

Згодом абак був удосконалений: дошка перетворилася в рамку, камінчики в кульки, желобки в прутики, - так з'явилися рахівниця. Російська рахівниця виникли на рубежі XVI - XVII ст.

З XVII століття в Західній Європі не зовсім мирно існували дві арифметичних школи - абакистов (від абака) і алгоритмиков (від аль Хорезми, великого математика й астронома IX в.). Після двох сторіч суперництва перемогли алгоритмики. Однак першим приладом для обчислень був абак, але він не дуже пристосований для розподілу і множення. Тому блискучим досягненням математики з'явився винахід логарифмів Джоном Непером (1550-1617), що дало можливість замінити множення і розподіл додаванням і вирахуванням і привело до створення набагато більш зробленого інструмента - логарифмічної лінійки. Числення за допомогою логарифмічної лінійки вироблялося швидко, просто, але приблизно. І, отже, вона не годить для точних розрахунків, наприклад, фінансових. Ескіз механічного підсумовуючого пристрою був розроблений ще Леонардо да Вінчі (1452-1519). Перша механічна рахункова машина була виготовлена в 1623 р. професором математики Вільгельмом Шиккардом (1592-1636). Але машина Шиккарда незабаром згоріла під час пожежі, а рукопису Леонардо да Вінчі були виявлені лише в 1967 р. Тому біографія механічних обчислювальних пристроїв ведеться від підсумовуючої машини, виготовленої в 1642 р. Блезом Паскалем (1623-1662), надалі великим математиком і фізиком.

У 1673 р. інший великий математик, Лейбниц, розробив рахунковий пристрій, на якому вже можна було множити і ділити. З деякими удосконаленнями ці машини, арифмометри, використовувалися донедавна.

Підсумовуючі машини, винайдені в XVII і XVIII в.в. були ненадійні, незручні в роботі і не були ще по-справжньому необхідними. Лише в XIX в. ріст промисловості, транспорту й і розширення комерційної діяльності банків зробили побудову швидкодіючих і надійних рахункових машин актуальною задачею. Перша фірма, що спеціалізувалася по випуску рахункових машин, була заснована в США в 1887 р. У Росії арифмометри стали вироблятися з 1894 р. і використовувалися бл. 70-ти років.

Всі обчислювальні пристрої, про які йшла мова, були ручними. Для виконання кожної операції потрібно було набрати вихідні дані і надати руху рахунковим елементам механізму.

Думка про створення автоматичної обчислювальної машини, що працювала б сама, без участі людини, уперше була висловлена англійським математиком Чарльзом Беббиджем (1781-1864) на початку XIX в. У 1820-1822 р. він побудував машину,що могла обчислювати таблиці значень багаточленів другого порядку. З 1834 р. і до кінця життя Ч. Беббидж працював над кресленнями універсальної обчислювальної машини (він називав її аналітичної). Саме він уперше додумався до того, що машина повинна містити пам'ять і керуватися за допомогою програм. Беббидж хотів побудувати свою машину як механічний пристрій, а програми збирався задавати за допомогою перфокарт - карт із щільного папера з інформацією, за допомогою отворів (вони в той час уже широко використовувалися в ткацьких верстатах). Однак складність розробки чисто механічного пристрою і фінансові труднощі не дозволили йому виготовити працюючий екземпляр.

Сутність ідеї Беббіджа полягала в тім, що машина могла б автоматично виконати арифметичні операції, якби їй яким-небудь образом було задано, які операції, з якими числами й у якій послідовності вона повинна виконати. Однак недостатній рівень розвитку техніки привів до того, що ідеї Беббиджа були здійснені тільки наприкінці 30-х років XX в. у машинах, що працювали на електромагнітних реле.

У 1883 р. Томас Альва Едисон, намагаючись продовжити термін служби лампи з вугільною ниткою, ввів у її вакуумний балон платиновий електрод і позитивна напруга, то у вакуумі між електродом і ниткою протікає струм.

Не знайшовши ніякого пояснення настільки незвичайному явищу, Едісон обмежується тим, що докладно описав його, про усякий випадок узяв патент і відправив лампу на Філадельфійску виставку. Про неї в грудні 1884 р. у журналі "Інженеринг" була замітка "Явище в лампочці Едісона".

Американський винахідник не розпізнав відкриття виняткової важливості (по суті, це було його єдине фундаментальне відкриття - термоелектронна емісія). Він не зрозумів, що його лампа накалювання з платиновим електродом власне кажучи була першої у світі електронною лампою.

Першим, кому спала на думку думка про практичне використання "ефекту Едисона" був англійський фізик Дж. А. Флеминг (1849-1945). Працюючи з 1882 р. консультантом едисоновской компанії в Лондоні, він довідався про "явище" з перших вуст - від самого Едисона. Свій діод - двухелектродну лампу Флейминг створив у 1904 р.

У жовтні 1906 р. американський інженер Лі де Форест винайшов електронну лампу - підсилювач, чи аудион, як він її тоді назвав, що мав третій електрод - сітку. Їм був уведений принцип, на основі якого будувалися всі подальші електронні лампи, - керування струмом, що протікає між анодом і катодом, за допомогою інших допоміжних елементів.

У 1910 р. німецький інженери Лібен, Рейнс і Штраус сконструювали тріод, сітка в який виконувалася у формі перфорованого листа алюмінію і містилася в центрі балона, а щоб збільшити емісійний струм, вони запропонували покрити нитку розжарення шаром окису чи барію кальцію.

У 1911 р. американський фізик Ч. Д. Кулідж запропонував застосувати як покриття вольфрамової нитки розжарення окис тория - оксидний катод - і одержав вольфрамовий дріт, що зробила переворот у ламповій промисловості.

У 1915 р. американський фізик Ірвинг Ленгмюр сконструював двухелектронну лампу - кенотрон, застосовувану як випрямну лампу в джерелах живлення. У 1916 р. лампова промисловість стала випускати особливий тип конструкції ламп - генераторні лампи з водяним охолодженням.

Ідея лампи з двома сотками - тетрода була висловлена в 1919 р. німецьким фізиком Вальтером Шоттки і незалежно від нього в 1923 р. - американцем Е. У. Халлом, а реалізована ця ідея англійцем Х. Дж. Раундом у другій половині 20-х років. У 1929 р. голландські вчені Г. Хольст і Б. Теллеген створили електронну лампу з 3-мя сітками - пентод. У 1932 р. був створений гептод, у 1933 - гексод і пентагрид, у 1935 р. з'явилися лампи в металевих корпусах. Подальший розвиток електронних ламп йшов по шляху поліпшення їхніх функціональних характеристик, по шляху багатофункціонального використання.

Покоління ЕОМ

Переходячи до оцінки і розгляду різних поколінь, необхідно насамперед помітити, що оскільки процес створення комп'ютерів відбувався і відбувається безупинно (у ньому беруть участь багато розроблювачів з багатьох країн, що мають справу з рішенням різних проблем), важко, а в деяких випадках і даремно, намагатися точно установити, коли те чи інше покоління чи починалося закінчувалося.

ЕОМ першого покоління

У 40-х р. XX в. відразу кілька груп дослідників повторили спробу Беббиджа на основі техніки ХХ в. - електоромеханічних реле. Деякі з цих дослідників нічого не чули про роботи Беббиджа і перевідкрили його ідеї заново. Першим з них був німецький інженер Конрад Цузе, що у 1941 році побудував невелику машину на основі декількох електромеханічних реле. Але через війну роботи Цузе не були опубліковані. А в США в 1943 році на одному з підприємств фірми IBM американець Говард Йкен створив більш могутню машину "Марко-1". Вона вже дозволяла проводити обчислення в сотні разів швидше, ніж за допомогою арифмометра і реально використовувалася для військових розрахунків.

Однак ці машини були ненадійними. Тому, починаючи з 1943 року в США, група фахівців під керівництвом Джона Мочли і Преспера Екерта початку конструювати комп'ютер ENIAC на основі електронних ламп. Створений комп'ютер працював у тисячу разів швидше, ніж "Марко-1". Однак виявилося, що велику частину часу цей комп'ютер простоював - адже для завдання методів розрахунків (програм) у цьому комп'ютері приходилося протягом декількох чи годин навіть днів приєднувати потрібним образом проводу. А сам розрахунок міг зайняти після цього кілька хвилин.

Проекти і реалізація машин '' Марко - 1 '', EDSAC і EDVAC в Англії і США, МЕСМ у СРСР заклали основу для розгортання робіт зі створення ЕОМ вакуумнолампової технології - серійних ЕОМ першого покоління.

Розробка першої електронної серійної машини UNIVAC (Universal Automatic Computer) почата приблизно в 1947 р. Еккертом і Мочлі, що заснували в грудні того ж року фірму ECKERT-MAUCHLI. Перший зразок машини (UNIVAC-1) був побудований для бюро перепису США і пущений в експлуатацію навесні 1951 р. Синхронна, послідовного дії обчислювальна машина UNIVAC-1 створена на базі ЕОМ ENIAC і EDVAC. Працювала вона з тактовою частотою 2,25 Мгц і містила близько 5000 електронних ламп. Внутрішній запам'ятовуючий пристрій, ємкістю 1000 12 -розрядних десяткових чисел було виконано на 100 ртутних лініях затримки.

Незабаром після введення в експлуатацію машини UNVIAC-1 її розроблювачі висунули ідею автоматичного програмування. Вона зводилася до того, щоб машина сама могла підготовляти таку послідовність команд, що потрібна для рішення даної задачі.

П'ятидесяті роки - роки розквіту комп'ютерної техніки, роки значних досягнень і нововведень, як в архітектурному, так і в науково - технічному відношенні. Відмінні риси в архітектурі сучасної ЕОМ у порівнянні з нейманівскою архітектурою вперше з'явилися в ЕОМ першого покоління.

Сильним стримуючим фактором у роботі конструкторів ЕОМ початку 50-х р.р. була відсутність швидкодіючої пам'яті. За словами одного з піонерів обчислювальної техніки - Д. Еккерта, "архітектура машини визначається пам'яттю". Дослідники зосередили свої зусилля на запам'ятовуючих властивостях ферритових кілець, нанизаних на дротові матриці.