Урок по информатике на тему

Тема урока: «История информатики»

Цели: 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, плакаты с изображением основных устройств, портреты изобретателей и ученых.

Ход урока

Постановка целей урока

1. Абак - прапрадедушка современного компьютера.

2. Что изобрел Блез Паскаль.

3. Аналитическая машина Чарльза Беббиджа - гениальный проект, оставшийся не реализованным.

4. Готфрид Лейбниц. Его вклад в развитие вычислительных устройств.

5. Как осуществлялась перепись населения в конце XVIII и начале века?

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

Идея создания сумматора и триггера, на базе которых существует сов­ременный компьютер, пришла к ученым-изобретателям только в XX веке. Но, согласитесь, что и до этого времени человечество использовало специальные устройства, облегчающие и механизирующие счет. Именно с историей возникновения и развития вычислительных средств мы и поз­накомимся.

(презентация по теме: «История информатики»)

Выступление детей с заранее подготовленными сообщениями (домашнее задание).

Всем учащимся раздается сле­дующая таблица, дети заполняют ее после каждого сообщения. Таким образом, происходит закрепление материала. Таблица заполнится целиком после шестого сообщения.

Исходная таблица

Дата

Устройство

Изобретатель

Назначение и функции устройства

Заполненная таблица

Дата

Устройство

Изобрета­тель

Назначение и функции устройства

V век до н.э.

Абак

-

Выполнение простых арифметичес­ких операций простым перемещением счетных элементов

1642 год

Арифмометр

Блез

Пас­каль

Суммирование чисел с автоматичес­ким переносом разряда

1670-1694 гг.

Арифмометр

Готфрид Лейбниц

Умножение и деление чисел мгновен­но, не прибегая к последовательному сложению и вычитанию

1834 -

1X51 гг.

Аналитическая машина

Чарльз Беббидж

Были предусмотрены все основные элементы, присущие современному компьютеру.

1. Склад - устройство, где хранятся исходные числа и промежуточные

ре­зультаты. В современном компьютере это память.

2. Фабрика - арифметическое устройство, в котором осуществляются операции над числами, взятыми из Склада. В современном компьютере это процессор.

3. Блоки ввода исходных данных - устройства ввода.

4. Печать результатов - устройство вывода

XIX век

Табулятор

Герман Холлерит

Устройство, использованное при переписи населения для обработки ее результатов

1804 год

Перфокарта

Кусочек картона с отверстиями, которые кодировали информацию. Использовались для хранения и обработки информации

История современной вычислительной техники насчитывает чуть бол полувека. Но упоминание о первом механическом компьютере встречает еще до нашей эры. Этот «компьютер» получил распространение в V веке до нашей эры в Греции и Египте и назывался абак.(Сообщение1 «Абак и счеты»)

1. Абак и счеты (сообщение 1)

Абак - греческое слово и переводится как счетная доска. Идея его устройства заключается в наличии специального вычислительного поля, гдепо определенным правилам перемещают счетные элементы. Действительно первоначально абак представлял собой доску, покрытую пылью песком. На ней можно было чертить линии и перекладывать камешки. В Древней Греции абак служил преимущественно для выполнения денежных расчетов. В левой части подсчитывались крупные денежные единицы, а, правой - мелочь. Счет велся в двоично-пятеричной системе счисления. На такой доске было легко складывать и вычитать, добавляя или убирая камешки и перенося их из разряда в разряд.

Придя в Древний Рим абак, изменился внешне. Римляне стали изготавливать его из бронзы, слоновой кости или цветного стекла. На доске присутствовали два ряда прорезей, по которым можно было передвигать косточки. Абак превратился в настоящий счетный прибор, позволяющий представлять даже дроби, и был значительно удобнее греческого. Римляне называли это устройство calculi - «камешки». Отсюда произошел латинский глагол calculare - «вычислять», а от него - русское слово «калькулятор».

После падения Римской империи произошел упадок науки и культуры и абак был забыт на некоторое время. Возродился он и распространился по Европе только в X веке. Абаком пользовались купцы, менялы, ремесленники. Даже спустя шесть столетий абак оставался важнейшим инструментом для выполнения вычислений.

Естественно, что в течение такого большого промежутка времени абак менял свой внешний вид и в XII - XIII вв. он приобрел форму так называемого счета на линиях. Это были специальные разлинованные таблицы и жетоны, которые можно было помещать как на линиях, так и между ними. Так форма счета в некоторых европейских странах сохранялась до конца XVIII; и лишь затем окончательно уступила место вычислениям на бумаге.

В Китае абак был известен с IV века до нашей эры. На специальной доске выкладывались счетные палочки. Постепенно их сменили разноцветные фишки, а в V веке появились китайские счеты - суан-пан. Они представляют собой раму с двумя рядами нанизанных на прутики косточек. На каждом прутике их было по семь. Из Китая суан-пан пришел в Японию. Произош­ло это в XVI веке и устройство получило название «соробан».

В России счеты появились в то же время, что и в Японии. Но русские счеты были изобретены самостоятельно, что доказывают следующие факты. Во-первых, русские счеты очень сильно отличаются от китайских. Bo-вторых, это изобретение имеет свою историю.

В России был распространен «счет костьми». Он был близок европейс­кому счету на линиях, но писцы использовали вместо жетонов плодовые косточки. В XVI возник дощаной счет (достаточно сложный), первый ва­риант русских счетов. Такие счеты хранятся сейчас в Историческом музее в Москве.

Современный вид русские счеты приобрели к началу XVIII века. Далее они только меняли форму, размер и изгибы проволоки для удобства исполь­зования.

Счеты в России использовались почти 300 лет и сменили их только деше­вые карманные калькуляторы.

Первое в мире автоматическое устройство, которое могло выполнять сло­жение, было создано на базе механических часов, и разработал его в 1623 году Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных языков в одном из университетов Германии. Но неоценимый вклад в развитие устройств, по­могающих выполнять вычисления, безусловно, внесли Блез Паскаль, Готфрид Лейбниц и Чарльз Беббидж.

2. Блез Паскаль (сообщение 2)

Блез Паскаль родился 19 июня 1623 года во Франции. Его отец был чело­веком богатым и образованным. После смерти жены он всю свою жизнь посвя­тил воспитанию детей. С самого раннего детства Блез проявлял признаки несом­ненной гениальности. В четыре года он писал и считал, в десять лет на­писал первую научную работу о звуке, а в одиннадцать лет самостоятель­но доказал теорему о сумме углов треугольника. В двенадцать лет его как равного приняли в кружок крупнейших парижских математиков.

В 1640 году отцу Блеза поручили осуществлять контроль за сбором налогов по всей провинции и у юноши возникла мысль об арифметической машине, которая помогла бы отцу в сложных расчетах. К концу того же года главная идея конструкции будущей машины была сформирована - авто­матический перенос разряда. «...Каждое колесо... некоторого разряда, со­вершая движение на десять арифметических цифр, заставляет двигаться следующее только на одну цифру» - эта формула изобретения утверждала приоритет Блеза Паскаля в изобретении и закрепляла за ним право произ­водить и продавать машины.

Машина Паскаля осуществляла сложение чисел на специальных дисках-колесиках. Десятичные цифры пятизначного числа задавались поворотами писков, на которые были нанесены цифровые деления. Результат читался в окошечках. Диски имели один удлиненный зуб, чтобы можно было учесть перенос в следующий разряд.

Первая модель оказалась ...не работоспособной. Следующий вариант машины был разработан к 1642 году и именно этот год считается датой изобретения.

Блез Паскаль сам активно участвовал в строительстве машины. Он вытачивал детали на токарном станке, подбирал материалы, развернул настоящую рекламную компанию и подчеркивал прочность машины, подвергнув ее суровому испытанию провезя в карете более 1100 км.

Он показывал свою машину в салонах самых знаменитых людей и различных выставках. Но настоящего производства наладить так и не удалось. За восемь лет было изготовлено всего 50 арифметических машин и покупали их в основном не для работы, а для развлечения. Паскаль некоторое время продолжал совершенствовать свою машину, но после 1653 года больше к этому не возвращался. Причиной этому было то, что общество не было еще готово к использованию его изобретения, и Паскаль не видел для нее дальнейших перспектив. С 1655 года он отказался от светской жизни и вел полумонашеское существование. Умер Блез Паскаль 1662 году в Париже в возрасте 39 лет.

Паскаль был одним из величайших гениев человечества. Он был математиком, физиком, механиком, изобретателем, писателем. Его имя носят теоремы математики и законы физики. В информатике его имя носит один самых популярных языков программирования.

3. Готфрид Вильгельм Лейбниц (сообщение 3)

Готфрид Вильгельм Лейбниц родился 1 июля 1646 года в городе Лейпциге. Готфрид с детства много занимался. В восемь лет он изучил греческий язык и латынь в пятнадцать окончил гимназию и поступил в Лейпцигский университет на факультет права. Кроме этого он изучал философию и математику. По окончании университета в 1676 году он знакомится с голландским изобретателем и физиком Христианом Гюйгенсом и решает облегчить его труд с помощью механического устройства для расчетов.

Сначала он хотел только улучшить машину Паскаля. По словам само ученого, он придумал арифмометр, который надежно и быстро выполняет все арифметические операции, особенно умножение.

В конструкцию машины были включены движущаяся часть (подвижная каретка) и ручка, с помощью которой крутились специальное колесо барабаны, расположенные внутри аппарата. В арифмометре каждый разряд имел собственный механизм, связанный с механизмами соседних разрядов. Данный механизм лег в основу всех механических калькуляторов последующих веков.

Лейбниц несколько лет трудился над своим изобретением, и машина появилась лишь в 1694 году в Ганновере. О ней сам изобретатель писал: «Мне посчастливилось построить такую арифметическую машину, которая 1 бесконечно отличается от машины Паскаля, так как моя машина дает возможность совершать и умножение, и деление над огромными числами мгновенно. Не прибегая к последовательному сложению и вычитанию». Но счетная машина не получила широкого распространения, потому что и конце XVII - начале XVIII века отсутствовал спрос на такую дорогую и сложную технику.

Однако деятельность Лейбница выходила за пределы официальных обязанностей. Этот ученый внес огромный вклад в геологию, психологию, лингвистику, философию, физику, математику и механику. Лейбниц обла­дал фантастической эрудицией, почти сверхъестественной памятью и уди­вительной работоспособностью.

Именно Лейбниц впервые перевел словесные высказывания в матема­тическую логику и впервые высказал мысль о возможности применения двоичной системы счисления в логике, что позднее стало использоваться в вычислительных машинах.

4. Чарльз Беббидж (сообщение 4)

Чарльз Беббидж родился 26 декабря 1791 года на юго-западе Англии в маленьком городе Тотнес графства Девоншир. С детства Чарльз увлекался всевозможными механизмами и проявлял серьезные математические способности. В 1810 году он поступает на учебу в кембриджский универ­ситет и здесь обнаруживается, что математику Беббидж знает лучше своих сверстников. Очень быстро он перегоняет по знаниям своих преподавателей и приходит к неутешительному выводу о том, что Англия отстала от континентальных стран по уровню математической подготовки. И в 1812 юлу Чарльз и его ближайшие друзья-математики основали Аналитичес­кое общество, деятельность которого оказалась плодотворной и которое, но праву встало у истоков формирования новой математической школы в Англии.

После окончания университета в 1814 году Чарльз Беббидж ведет образ жизни свободного джентельмена-философа и продолжает заниматься математикой. Впоследствии он несколько удаляется от математики и его ра­боты принимают прикладной характер. В течение нескольких лет Беббидж знакомится и общается с известными людьми: астрономом и физиком Пье­ром Лапласом, физиком и математиком Жаном Батистом Фурье, а также именитым французским математиком Г. Прони. В результате такого обще­ния он приходит к мысли о возможности упрощения процедуры сложных вычислений путем механического выполнения однообразных, рутинных действий. Идеи Г. Прони вдохновили Беббиджа на создание первой диффе­ренцированной машины.

В 1822 году Беббидж закончил описание машины, которая могла бы про­изводить вычисления с точностью до 18-го знака. Он назвал ее «разностная машина» и приступил к ее постройке. Но строительство продолжалось де­сять лет, но машина так и не была построена. Сейчас трудно указать при­чину, по которой машина не была построена. Возможно, это связано с тем, что заслуженные ученые выступали против этой машины, так как в ту пору не существовало подходящей технической базы, и они считали труд изоб-

ретателя бесплодным. Возможно, что причиной неудач была излишняя разносторонность и разбросанность Беббиджа. Так или иначе, но машина послужила основой для новых изобретений.

В 1834 году у Беббиджа возникла мысль, создать универсальную вычислительную машину, которую он назвал аналитической. Он задумал сделать механическое устройство, способное не просто считать, но и управлять ходом собственной работы в зависимости от заложенной программы, т.е. воплотить идею программного управления вычислительным процессом. Это изобретение опередило эпоху на 100 лет. Сам автор был потрясен возможностями такой машины. Он писал: «Шесть месяцев я составлял проект машины более совершенной, чем первая. Я сам поражен той вычислительной мощностью, которой она будет обладать, еще год назад я не смог бы в это поверить». Однако аналитическая машина так же не была построена. Чарльзу Беббиджу не хватило средств для ее постройки. Он работал над своей машиной до конца жизни. Умер ученый 18октября 1871 года. Чарльз Беббидж был математиком, философом, экономистом и политэконом.

Сын изобретателя продолжил работу отца над машиной, и она с переменным успехом, спустя десятилетие была построена. Действующий образец печатал результаты вычислений. Машина Беббиджа оказалась работоспособной, но изобретатель этого уже не увидел.

Аналитическая машина.

В ней предусматривались все основные элементы, присущие современному компьютеру. Назовем их.

1. Склад - устройство, где хранятся исходные числа и промежуточные результаты. В современном компьютере это память.

2. Фабрика - арифметическое устройство, в котором осуществляю операции над числами, взятыми из Склада. В современном компьютере процессор.

1. Блоки ввода исходных данных - устройства ввода.

2. Печать результатов - устройство вывода.

Архитектура машины практически соответствует архитектуре современных ЭВМ, а команды, которые выполняла аналитическая машина, в основном включают все команды процессора.

Интересным историческим фактом является то, что первую программу для аналитической машины написала Ада Августа Лавлейс - дочь великого английского поэта Джорджа Байрона. Именно Беббидж заразил ее идеей создания вычислительной машины.

5. Герман Холлерит (сообщение 5)

Герман Холлерит родился 29 февраля 1860 года в американском городе Буффало в семье немецких эмигрантов. С детства он страдал дискгафией и с трудом писал. Поэтому он обучался на дому. Герману легко давал математика и естественные науки, и в 15 лет он поступил в Горную школу при Колумбийском университете. На способного юношу обратил внимание профессор того же университета и пригласил его после окончания школы в возглавляемое им национальное бюро по переписи населения. Это событие повлияло на всю дальнейшую жизнь Германа Холлерита.

Перепись населения производилась каждые десять лет. Население постоянно росло, и ее 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, и эксперимент повторили в Сент-Луисе. 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 всем мире. Его наградили множеством медалей, присвоили ученую степень доктора философии, научные обще­ства Европы и Америки избрали его своим почетным членом. Табулятор использовали для переписи населения в нескольких странах.

В 1896 году Герман Холлерит основал компанию Tabulating Machine Company (TMC) и его машины применялись повсюду - и на крупных про­мышленных предприятиях и в обычных фирмах. И в 1900 году табулятор использовался для переписи населения.

Однако на смену устройству Холлерита пришли другие, более совершен­ные машины и после переписи 1900 года предприниматель отходит от своей деятельности. Его фирму поглощает другая компания - Computer Tabulating Recording Company. Она уверенно смотрит в будущее и после окончатель­ного ухода Германа Холлерита ее директор Томас Уотсон переименовывает фирму в IBM (International Business Machines).

Герман Холлерит скончался 17 ноября 1929 года. И хотя официально ос­нователем IBM считается Томас Уотсон, многочисленные награды и патен­ты Холлерита занимают в музее компании одно из самых почетных мест.

6. Перфокарты и автоматизация

Каким образом можно было заставить механические машины работа по программе? Вплоть до XIX века все вычислительные операции на изобретенных машинах производились механически. Идея программирования механических устройств с помощью перфокарты впервые была реализована в 1804 году в ткацком станке. Так что же представляла собой перфокарта, как она работала?

Рассмотрим обычную электрическую лампочку и выключатель к ней. С помощью выключателя ее можно зажечь или погасить. Если разобрать выключатель, то можно увидеть контакты, замыкание которых приводит включению лампочки, а размыкание - к выключению.

• Что произойдет, если между контактами положить кусочек картона?

(Он разомкнет цепь и лампочка погаснет.)

• А если в картоне проделать отверстие, то, что произойдет в этом случае?

(Лампочка будет гореть.)

• Каким образом с помощью картона с отверстиями можно заставить лампочку гореть или не гореть?

(Пропустить кусок картона с предварительно сделанными отверстиями через контакты. Дырка есть - лм почка горит, дырки нет - лампочка не горит.)

Вывод: такие кусочки картона действительно существуют и называют перфокартами.

Впервые применили их конструкторы ткацких станков. Преуспел в этом деле лондонский ткач Жозеф Мари Жаккард. В 1801 году он создал автоматический ткацкий станок, управляемый перфокартами.

Нить поднималась или опускалась при каждом ходе челнока в зависимости от того, есть отверстие или нет. Поперечная нить могла обходить каждую продольную с той или иной стороны в зависимости от программы на перфокарте, создавая тем самым затейливый узор из переплетенных нитей. Такое плетение получило название «жаккард» и считается одним из самых сложных и запутанных плетений.

Такой ткацкий станок, работающий по программе, был первым массовым промышленным устройством и считается одним из самых совершенных машин, когда-либо созданных человеком.

Идея записи программы на перфокарте пришла в голову и первой программистке Аде Августе Лавлейс. Именно она предложила использовать перфорированные карты в Аналитической машине Беббиджа. В частности в одном из писем она писала: «Аналитическая машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и листья

Герман Холлерит также использовал в своей машине перфокарты для записи и обработки информации. Перфокарты использовались и в компьютерах первого поколения.

III. Закрепление изученного

Ответьте на вопросы.

1. Абак - это средство хранения или обработки информации? Почему? В каком порядке были изобретены следующие устройства: табулятор, аналитическая машина, арифмометр, перфокарты?

2. Кто является первым программистом?

3. Назовите ученых, которые внести неоценимый и значимый вклад в развитие вычислительных устройств.

IV. Итога урока

Оценивание работы класса и назвать учащихся, отличившихся на уроке.

Домашнее задание

Уровень знания: выучить таблицу.

Уровень понимания: уметь отличать устройства и называть их изобретате­лей и назначение.

Уровень применения: объясните принцип вычислений на современных счетах.

Творческий уровень: найдите в Интернете информацию о других устройс­твах, являющихся, предшественниками ЭВМ и подготовьте о них небольшое выступление.

9