Ученики на Учителя.com


Конспект урока "История докомпьютерной эпохи"

Урок информатики по теме: История докомпьютерной эпохи.
Цель: познакомить учащихся с устройствами, являющимися предшественниками
компьютеров; познакомить учащихся с изобретателями устройств, помогающих
обрабатывать информацию.
Требования к знаниям и умениям:
Учащиеся должны знать:
• основные устройства, являющиеся предшественниками компьютера;
• изобретателей, которые эти устройства придумали и реализовали.
Учащиеся должны уметь:
• называть в хронологическом порядке основные вычислительные средства и
их изобретателей.
Программно-дидактическое обеспечение: ПК, мультимедиа проектор, презентация с
иллюстрациями, портреты изобретателей и ученых.
Ход урока
I. Постановка целей урока
1. Основные этапы развития вычислительной техники
2. Ручной период автоматизации вычислений.
3. Русские счёты.
4. Леонардо Да Винчи.
5. Джон Непер.
6. Вильгельм Шиккард.
7. Что изобрел Блез Паскаль.
8. Готфрид Вильгельм Лейбниц. Его вклад в развитие вычислительных устройств.
9. Жозефф Мари Жаккар.
10. Аналитическая машина Чарлза Беббиджа – гениальный проект, оставшийся
не реализованным.
11. Перфокарты и автоматизация. Огаста Ада Лавлейс.
12. Электромеханический этап развития ВТ. Герман Холлерит.
Актуализация знаний. Фронтальный опрос.
1. Какое устройство суммирует одноразрядные двоичные числа?
2. Каким образом осуществляется перенос разряда?
3. Сумматор складывает одноразрядные двоичные числа. А как сложить n-
разрядные двоичные числа?
4. Какое устройство хранит информацию, и сколько именно?
5. Какие режимы триггера существуют?
6. Где применяются сумматоры и триггеры?
II. Изложение нового материала.
История возникновения информационных технологий уходит своими корнями в
глубокую древность. Важным стимулом к их развитию стала задача упрощения и
ускорения вычислений; для ее решения и были разработаны первые вычислительные
машины.
Основными этапами развития вычислительной техники являются:
Ручной – с 50-го тысячелетия до н.э.;
Механический – с середины 17 века;
Электромеханический – с 90-х годов 19 века;
Электронный – с 40-х годов 20 века.
Сегодня на уроке мы рассмотрим первые три этапа.
Все учащиеся готовят следующую таблицу и заполняют ее после каждого
сообщения. Таким образом происходит закрепление материала.
Дата
Устройство
Изобретатель
Назначение и функции устройства
(Далее учащиеся выступают с сообщениями)
1 сообщение: Ручной период автоматизации вычислений
Ручной период автоматизации вычислений начался на заре человеческой
цивилизации. Он базировался на использовании пальцев рук и ног. В раскопках
обнаружена так называемая «вестонская кость» с зарубками, похожими на зачатки счета,
используемая около 30 тыс. лет до н.э.
Первый механический «компьютер» получил распространение в V веке до нашей
эры в Греции и Египте и назывался абак.
Абак (греч. abax, abakion, латинский abacus - доска, счётная доска), счётная доска,
применявшаяся для арифметических вычислений в Древней Греции, Риме, затем в
Западной Европе до 18 века.
Древнегреческий абак (доска или "саламинская доска" по имени острова Саламин
в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке
проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка
соответствовала единицам, другая - десяткам и т.д. Если в какой-то бороздке при счете
набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем
разряде.
В Китае счеты суан-пан состояли из деревянной рамки, разделенной 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.
В Японии это же устройство для счета носило название серобян.
2 сообщение: Русские счеты
В России счёты (аналог абака) появились в 16 веке и применяются до сих пор, хотя в
последнее время их использование ограничено. Создаются русские счеты с десятичной
системой счисления. Счеты являются первым простейшим приспособлением для
вычислений счета. Они прошли длительный путь эволюции, в котором можно выделить
четыре стадии. Первая предваряет их возникновение-это счет с помощью косточек, очень
близкий к западноевропейскому счету на линиях. Вторая - “дощаной счет”. Она
начинается в конце 16 века и завершается в начале 18 века. На этой стадии изобретаются
русские счеты, по форме сильно отличающиеся от современных.
Они имели сначала четыре, а затем два счетных поля и были универсальным
счетным прибором. Десятичная позиционная система счисления еще только начинала
распространяться в России, и практически все вычисления производились на счетах.
Следующая, третья стадия охватывает 18-ый и начало 19-го века. В начале этой стадии
счеты приобретают свою классическую форму и в
дальнейшем совершенствуются только внешне, с точки зрения удобства пользования.
Однако на этой стадии счеты уже не являются универсальным счетным прибором, они
превращаются во вспомогательный прибор, а ведущее место занимают вычисления на
бумаге.
Четвертая стадия развития русских счетов охватывает начало 19 – начало 20 века.
Растущая потребность в механизации вычислений породила многочисленные попытки
модернизировать счеты и снова придать им характер универсального счетного прибора.
3 сообщение: Леонардо да Винчи
Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci, 16.04.1452-02.05.1519) создал 13-разрядное
суммирующее устройство с десятизубными кольцами около 1500 года.
Среди двухтомного собрания рукописей, известных как "Codex Madrid",
посвященных механике, были обнаружены чертежи и описание такого устройства.
Похожие рисунки также были найдены и в рукописях "Codex Atlanticus". Основу машины
по описанию составляют стержни, на которые крепится два зубчатых колеса, большее с
одной стороны стержня, а меньшее - с другой. Эти стержни должны были располагаться
таким образом, чтобы меньшее колесо на одном стержне входило в зацепление с большим
колесом на другом стержне. При этом меньшее колесо второго стержня сцеплялось с
большим колесом третьего, и т.д. Десять оборотов первого колеса, по замыслу автора,
должны были приводить к одному полному обороту второго, а десять оборотов второго -
один оборот третьего и т.д. Вся система, состоящая из 13 стержней с зубчатыми колесами
должна была приводиться в движение набором грузов.
Рисунок этого устройства был обнаружен только в 1967 году, и по нему фирма IBM
воссоздала вполне работоспособную 13-разрядную суммирующую машину, в которой
использован принцип 10-зубых колес. Первые попытки создания машин для проведения
арифметических расчетов относятся к эпохе Возрождения. Леонардо да Винчи (1452-1519)
в начале XVI в. создал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятью
зубчатыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено
только в XX в. Специалисты известной американской фирмы IBM воспроизвели машину в
металле, реальность проекта Леонардо полностью подтвердилась. Его суммирующую
машину можно считать изначальной вехой в истории цифровой вычислительной техники.
Это был первый цифровой сумматор, своеобразный зародыш будущего электронного
сумматора – важнейшего элемента современных ЭВМ. В 1969 году по чертежам Леонардо
да Винчи американская фирма IBM по производству компьютеров в целях рекламы
построила работоспособную машину.
4 сообщение: Джон Непер
В начале 17 век шотландский математик Джон Непер (1550-1617) ввел таблицы
логарифмов, что оказало революционное влияние на счет. Принцип их заключается в том,
что каждому числу соответствует свое специальное число — логарифм. Логарифмы очень
упрощают деление и умножение. Например, для умножения двух чисел достаточно
сложить их логарифмы. Результат находят в таблице логарифмов. Изобретенная на основе
изысканий Непера логарифмическая линейка, успешно использовалась еще лет 20 назад,
более 360 лет прослужив инженерам. Она, несомненно, является венцом вычислительных
инструментов ручного периода автоматизации.
Справка
Джон Непер (1550-1617) - лорд, потомок старинного воинственного шотландского
рода. Изучал логику, теологию, право, физику, математику, этику. Увлекался алхимией и
астрологией. В 1614 году опубликовал свой знаменитый труд «Описание удивительных
таблиц логарифмов». В 1617 году, незадолго до своей смерти, Непер изобрел
математический прибор (бруски Непера), призванный облегчить арифметические
вычисления. Помимо умножения, бруски Непера позволяли выполнять деление и
извлечение квадратного корня.
5 сообщение: Вильгельм Шиккард
Развитие механики в 17 веке стало предпосылкой создания вычислительных
устройств и приборов, использующих механический способ вычислений. С XVII в.
появляются уже реально работающие вычислительные машины; их главная особенность
состояла в том, что алгоритм выполнения арифметических операций закладывался в само
устройство. Вот наиболее значимые результаты, достигнутые на этом пути. В 1623 г.
немецкий ученый Вильгельм Шиккард создал 6-разрядное механическое устройство, с
помощью которого можно было складывать и вычитать числа.
Справка
Вильгельм Шиккард (1592-1636) - профессор университета немецкого города
Тюбинген построил первую "суммирующую машину". Причиной, побудившей Шиккарда
разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных
десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером.
Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями,
Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя,
отправленном в 1623 году, он приводит рисунок машины и рассказывает, как она
устроена. К сожалению, данных о дальнейшей судьбе машины история не сохранила.
6 сообщение: Блез Паскаль
ПАСКАЛИНА (1642 год). 1642 год
Французский математик Блез Паскаль (Blaise Pascal, 1623-1662) сконструировал
счетное устройство, чтобы облегчить труд своего отца - налогового инспектора. Это
устройство позволяло суммировать десятичные числа. Внешне оно представляло собой
ящик с многочисленными шестеренками.
Основой суммирующей машины стал счетчик-регистратор, или счетная шестерня. Она
имела десять выступов, на каждом из которых были нанесены цифры. Для передачи
десятков на шестерне располагался один удлиненный зуб, зацеплявший и
поворачивающий промежуточную шестерню, которая передавала вращение шестерне
десятков. Дополнительная шестерня была необходима для того, чтобы обе счетные
шестерни - единиц и десятков - вращались в одном направлении. Счетная шестерня при
помощи храпового механизма (передающего прямое движение и не передающего
обратного) соединялись с рычагом. Отклонение рычага на тот или иной угол позволяло
вводить в счетчик однозначные числа и суммировать их. В машине Паскаля храповой
привод был присоединен ко всем счетным шестерням, что позволяло суммировать и
многозначные числа.
Справка
Блез Паскаль (1623-1662) - французский математик, физик, литератор и философ.
Паскаль был первоклассным математиком. В 1654 году он переписывался с Пьером де
Ферма по теории вероятностей, что впоследствии оказало принципиальное влияние на
развитие современной экономики и социологии. В историю физики Паскаль вошел,
установив основной закон гидростатики и подтвердил предположение Торичелли о
существовании атмосферного давления. В честь Паскаля называется единица измерения
давления системы СИ. Кроме того его имя носит один из языков программирования
Pascal, а также способ расположения биномиальных коэффициентов в таблицу -
треугольник Паскаля.
7 сообщение: Готфрид Вильгельм Лейбниц
Немецкий философ, математик, физик Готфрид Вильгельм Лейбниц (Gottfried
Wilhelm Leibniz, 1646-1716) создал "ступенчатый вычислитель" - счетную машину,
позволяющую складывать, вычитать, умножать, делить, извлекать квадратные корни, при
этом использовалась двоичная система счисления. Это был более совершенный прибор, в
котором использовалась движущаяся часть (прообраз каретки) и ручка, с помощью
которой оператор вращал колесо. Изделие Лейбница постигла печальная судьба
предшественников: если им кто-то и пользовался, то только домашние Лейбница и друзья
его семьи, поскольку время массового спроса на подобные механизмы еще не пришло.
Машина являлась прототипом арифмометра, использующегося с 1820 года до 60-х годов
ХХ века.
Справка
Готфрид Вильгельм фон Лейбниц (1646-1716) - немецкий (саксонский) философ и
математик. Врождённый талант позволил молодому Лейбницу уже к 12 годам
самостоятельно изучить латынь и взяться за изучение греческого языка. В 15-летнем
возрасте Готфрид поступил в Лейпцигский университет. В 1666 году он защитил
диссертацию по праву. В 1673 Лейбниц создал механический калькулятор, выполняющий
сложение, вычитание, умножение и деление чисел.
По предложению Лейбница в 1700 году основана Берлинская академия наук, в которой
ему предоставили почётное место первого президента. Лейбниц, наряду с Ньютоном,
создатель математического анализа - дифференциального и интегрального исчисления.
Лейбниц также ввёл бинарную систему счисления с цифрами 0 и 1, на которой базируется
современная компьютерная техника
8 сообщение: Жозефф Мари Жаккар
Вполне возможно, что развитие цифровой техники вычислений ограничилось
уровнем малых машин, если бы не открытие француза Жозефа Мари Жаккара, который в
1804 г. применил для управления ткацким станком для выработки крупноузорчатых
тканей специальную карту с пробитыми в ней отверстиями (перфокарту). Машина
Жаккара программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых
управляла одним ходом челнока; при переходе к новому рисунку оператор должен был
заменять одну колоду перфокарт другой. Вскоре это открытие попытались использовать
для создания принципиально новой счетной машины, выполняющей вычислительные
операции без вмешательства человека.
9 сообщение: Чарлз Беббидж
Чарльз Бэббидж (1792-1871) был сыном богатого банкира из Девона (Англия) и
очень талантливым математиком. Он обнаружил погрешности в таблицах логарифмов
Непера и в 1821 г приступил к разработке своей вычислительной (разностной) машины. В
эту машину вводилась информация на картах. Для выполнения ряда математических
операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Это было очень сложное,
большое устройство. Оно предназначалось для автоматического вычисления логарифмов.
Особенно трудно, оказалось, добиться точных расчетов. Британское правительство десять
лет финансировало работы Бэббиджа, но затем потеряло к нему доверие и прекратило
давать деньги.
Следующей работой Бэббиджа как раз и стало создание аналитической машины,
которая должна была стать первой универсальной вычислительной машиной
выполняющей вычисления без участия человека.
В 1830 г. Чарльз Бэббидж разработал проект аналитической машины для
выполнения разнообразных научных и технических расчетов. В этом проекте были
предугаданы все основные устройства современной ЭВМ: запоминающее устройство,
вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Все
устройства машины Бэббиджа, включая память, были механическими и содержали тысячи
шестеренок, при изготовлении которых требовалась точность, недоступная в 19 в.
Последние 37 лет жизни Бэббидж посвятил усовершенствованию аналитической машины.
Он вкладывал в ее создание большие деньги и тяжело переносил полное отсутствие
интереса со стороны общественности к своим работам. Умер Бэббидж в 1871 г, так и не
закончив свой труд.
10 сообщение: Перфокарты и автоматизация. Огаста Ада Лавлейс – первая
программистка
В качестве носителей информации при ее вводе и выводе Бэббидж предлагал исполь-
зовать перфокарты. Управление машиной должно было осуществляться программным
путем, поэтому впервые для написания таких программ потребовался программист.
Первым программистом была англичанки Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время
был назван язык программирования Ада. Лавлейс Ада Аугуста Ada Byron, Countess of
Lovelace (1815-1852), Графиня Ада Лавлейс, дочь поэта Байрона, изучала астрономию,
латынь, музыку и математику. Совместно с английским математиком Чарльзом
Бэббиджем она работала над созданием арифметических программ для его счетных
машин. Ее работы в этой области были опубликованы в 1843 году. Однако в то время
считалось неприличным для женщины издавать свои сочинения под полным именем и,
Лавлейс поставила на титуле только свои инициалы. Поэтому ее математические труды,
как и работы многих других женщин-ученых, долго пребывали в забвении. В материалах
Бэббиджа и комментариях Лавлейс намечены такие понятия, как подпрограмма и
библиотека подпрограмм, модификация команд и индексный регистр, которые стали
употребляться только в 50-х годах нашего века. Сам термин библиотека был введен
Бэббиджем, а термины рабочая ячейка и цикл предложила Ада Лавлейс. Графиню Лавлейс
называют первым программистом; в ее честь назван язык программирования АДА.
Электромеханический этап развития ВТ явился наименее продолжительным и
охватывает около 60 лет – о первого табулятора Г. Холлерита до первой ЭВМ «ENIAC».
11 сообщение: Герман Холлерит
Герман Холлерит родился 29 февраля 1860 года в американском городе Буффало в
семье немецких эмигрантов. Тогда перепись населения производилась каждые десять лет.
Население постоянно росло, и её численность в США к тому времени составляла около 50
миллионов человек. Заполнить на каждого человека карточку вручную, а затем
подсчитать и обработать результаты, было практически невозможно. Этот процесс
затянулся на несколько лет, почти до следующей переписи. Необходимо было найти
выход из этой ситуации.
Герману Холлериту идею механизировать этот процесс подсказал доктор Джон
Биллингс, возглавлявший департамент сводных данных. Он предложил использовать для
записи информации перфокарты.
Свою машину Холлерит назвал табулятором и в 1887 году он был опробован в
Балтиморе. Результаты оказались положительными.
Выигрыш во времени был почти десятикратным. Правительство США сразу же
заключило с Холлеритом контракт на поставку табуляторов, и уже в 1890 году перепись
населения прошла с использованием машин. Обработка результатов заняла менее двух лет
и сэкономила 5 миллионов долларов. Система Холлерита не только обеспечивала
высокую скорость, но и позволяла сравнивать статистические данные по самым разным
параметрам. Холлерит разработал удобный клавишный перфоратор, позволяющий
пробивать около 100 отверстий в минуту одновременно на нескольких картах,
автоматизировал процедуры подачи и сортировки перфокарт. Сортировку осуществляло
устройство в виде набора ящиков с крышками. Перфокарты продвигались по
своеобразному конвейеру. С одной стороны карты находились считывающие штыри на
пружинках, с другой – резервуар с ртутью. Когда штырь попадал в отверстие на
перфокарте, то благодаря ртути, находившейся на другой стороне, замыкал
электрическую цепь. Крышка соответствующего ящика открывалась и туда попадала
перфокарта.
Заслуги Холлерита признаны во всём мире. Его наградили множеством медалей,
присвоили учёную степень доктора философии, научные общества Европы и Америки
избрали его своим почтенным членом. Табулятор использовали для переписи населения в
нескольких странах.
Электронный этап, начало которого связывают с созданием в США в 1946 г
электронной вычислительной машины ENIAC. Но это уже выходит за рамки темы нашего
урока.
III. Закрепление изученного
Ответьте на вопросы.
1. Какие основные этапы развития вычислительной техники существуют?
2. Абак – это средство хранения или обработки информации? Почему?
3. О каких устройствах вы сегодня узнали?
4. Кто является первым программистом?
5. Назовите ученых, которые внесли неоценимый и значимый вклад в
развитие вычислительных устройств.
IV. Итоги урока
Оценить работу класса и назвать учащихся, отличившихся на уроке.
Домашнее задание: выучить таблицу; уметь отличать устройства и называть их
изобретателей и назначение; найти в Интернете информацию о других устройствах,
являющихся предшественниками ЭВМ и подготовить о них небольшие выступления.
Источники информации:
О.Л.Соколова. Информатика 10 класс. Пособие для учителя. М., «ВАКО», 2007
http://mkarpov.ru/
http://evm-story.narod.ru/
http://www.altai.fio.ru/
http://schools.keldysh.ru/
www.persons-info.com
http://nemakova.narod.ru/Lek_2.htm
Скачать материал

Информатика - еще материалы к урокам: