Римський абак
Суан-пан
Соробан
Тема: покоління електронних обчислювальних машин, види сучасних комп’ютерів та їх застосування.
Мета:
По завершенню вивчення теми учень
описує:
Хід уроку
1. Організаційний момент
Вітання з класом. Перевірка присутності і готовності учнів до уроку. Перевірка виконання домашнього завдання.
2. Актуалізація опорних знань.
3. Вивчення нового матеріалу
В усi часи люди мали потребу рахувати. Спочатку для рахунку використовували пальцi власних рук або камiнчики. Перш ніж досягти сучасного рівня, обчислювальна техніка пройшла тривалий шлях розвитку. Загалом усю її історію можна поділити на три етапи — домеханічний, механічний та електронно-обчислювальний.
Домеханічний період розпочався дуже давно, щойно люди навчилися рахувати на пальцях. Якщо предметів, які потрібно порахувати, було багато, замість пальців використовували невеличкі камінці. З них складали пірамідки, зазвичай із 10 камінців (за кількістю пальців на руці). Наступний крок — створення 3000 років до н. е. у стародавньому Вавилоні переносного обчислювального інструмента, схожого на сучасну рахівницю, — абака.
Абак — рахункова дошка, яку широко застосовували у Древній Греції. На ній паралельні лінії позначали розряди одиниць, десятків, сотень і т.д. На лініях вміщували відповідне число жетонів (камінців, кісточок). У Древньому Римі на дошці для зручності робили для камінчиків жолобки. Це пристосування називали «калькулі» («калкулюс» — галька). У Китаї камінчики замінили на намистини, нанизані на прутики, які закріплювались на дерев'яній рамі. Кожний прутик було розділений на дві нерівні частини. У одній частині було 5 намистин, по кількості пальців на руці, а в другій — лише 2, по кількості рук. Це пристосування називалося «суан-пан». Ним користувалися в Китаї вже в VI столітті. У Японії подібна конструкція набула назву «соробан».
Логарифмічна лінійка (грецькою λόγος — відношення та ἀριθμός — число) — пристрій для рахунку, що набув широкого визнання, з'явився в XVII в. Винахід логарифмів став основою для винаходу цього чудового обчислювального інструмента, який понад 355 років слугував інженерам усього світу. Логарифми дуже спрощували ділення та множення. Значення логарифмів Непер записував на окремих паличках, маніпулюючи якими можна було набувати нових і нових значень. Ці палички увійшли в історію як «палички Непера». Винахідниками перших логарифмічних лінійок вважають Вільяма Отреда, Роберта Біссакера й Ричарда Деламейна.
Механічний період. Історично механізація так званої «розумової діяльності» почалась із випадків проведення обчислень над арабськими десятковими числами, що мали широке поширення в Європі на початку 16-го століття. Маючи наміри покласти на плечі механізмів рутинну роботу з обчислень, людство стало використовувати інструменти для полегшення лічби та проведення розрахунків. Історію механічного етапу розвитку обчислювальної техніки можна почати вести з 1492 року. Цей період характерний винаходами машини Леонардо да Вінчи, машини Вільгельма Шиккарда, машини Паскаля, машини Лейбніца, аналітичної машини Беббіджа та табулятору Генріха Холлеріта.
Машина Леонарда да Вінчі. У рукописах видатного італійського живописця, скульптора, вченого, інженера Леонарда да Вінчи (1452–1519), які виявили у 1967 році, є проект механічної тринадцятирозрядної обчислювальної машини на основі десятизубцевих коліщат.
Машина Вільгельма Шиккарда. У листах і спогадах сучасників збереглися відомості про машину Вільгельма Шиккарда (1592–1636), виготовлену в 1623 році. Це була 6-розрядна машина, яка могла додавати та віднімати числа. Ця машина являла собою як би палички Непера, згорнені у барабан, мабуть тому вона ще отримала назву «Годинник для обчислень». На жаль, машина Шиккарда згоріла під час пожежі, а креслення були загублені. Несподівано у 1935 р. креслення були знайдені, але під час Другої Світової війни знову були загублені. Лише в 1956 р. креслення були знайдені знову! У 1960 р. машину Шиккарда було побудовано, щоб переконатися, що вона працює.
Машина Паскаля. Не дивлячись на існування ранніших розробок, першою механічною машиною вважають 5-розрядний (потім 8-розрядний) автомат, побудований в 1642 році (за іншим даними у 1641 році) французьким математиком Блезом Паскалем (1623–1662). Ця машина виконувала додавання та віднімання над шестизначними числами. У «паскаліні» десяткові цифри задавали поворотами коліщаток з десятьма зубцями, на яких були цифрові поділки, а результат зчитували у віконцях. Колеса були механічно пов'язані, щоб враховувати перенесення одиниці в наступний розряд.
Машина Беббіджа. У 1822 році Чарльз Беббідж (1791–1871), що очолював кафедру математики Кембріджського університету, розробив проект великої машини для обчислення та друку таблиць математичних функцій. Його машина набагато випереджала технічні можливості свого часу, і довести її до кінця було практично неможливо. Аналітичну машину Чарльза Беббіджа вважають прообразом ЕОМ.
Eлектронно-обчислювальний період. Комп'ютерна техніка в процесі свого розвитку пройшла декілька етапів, які ознаменувалися зміною її елементної бази. Це дозволяє виділяти покоління комп’ютерів саме за цією ознакою. Проте від покоління до покоління вдосконалювалися і принципи організації комп’ютерних систем, розширювалися галузі їх застосування. Неможливо точно зазначити, коли відбувається зміна поколінь. У межах «життя» одного покоління комп’ютерів ще експлуатуються машини попереднього покоління і вже з’являються провісники наступного покоління. Роки «життя» покоління — це лише орієнтовний період його процвітання й домінування в історії комп’ютерного світу. З 1945 року по наші дні ЕОМ техніка пройшла 5 поколінь щодо елементної бази:
Примітка. Слова великі і надвеликі (інтегральні схеми) описують не розміри, а кількість елемнтів на схемі. Надвелика інтегральна схема може виявитися меншою за розмірами від великої, що у свою чергу може бути меншою від звичайної інтегральної схеми.
| № | З якого року | База | Швидкодія (кількість операцій на секунду) | Об'єм операційної пам'яті | Основа введення- виведення | Взаємодія | Приклади ЕОМ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1946 | Електронна лампа | 10–20 тис. | 2 КB | Перфострічки, перфокарти | Машинні коди | UNIVAC, МЭCM |
| 2 | 1955 | Транзистор | 100–1000 тис. | 2–32 КB | Магнітна стрічка, магнітні барабани | Алгоритмічні мови, операційні системи | Ferranti Pegasus 1, Pegasus 2, Минск–22 |
| 3 | 1966 | Інтегральна схема (IC) | 1–10 млн. | 64 КБ | Багатотермінальні системи | Алгоритмічні мови, операційні системи | System/360, ЕС–1060 |
| 4 | 1975 | Велика ІС | 1–100 млн. | 1–64 МБ | Мережі ПЕОМ | + Бази даних | IBM PC, Ельбрус |
| 5 | 1990 | Надвелика ІС | Понад 100 млн. | + Оптичні та лазерні прилади | + Експертні системи |
Перше покоління ЕОМ на електронних лампах — громіздкі конструкції, які споживали велику кількість електроенергії і вимагали для розміщення значної площі.
Для введення і виведення даних використовувалися перфокарти, магнітні стрічки, пристрої друкування.
Машини мали обмежений набір вказівок, програмне забезпечення було практично відсутнім. Проект першої у світі ЕОМ був запропонований у 1942 році американцями Дж. Моучлі і Дж. Еккертом. Прийшовши до висновку про необхідність використання в обчислювальних пристроях електронних ламп, Дж. Еккерт подав проект електронної машини «Еніак» (ENIAC, абревіатура від Electronic Numerical Integrator and Calculator — електронний цифровий інтегратор і калькулятор). UNIVAC I використовував 5200 електровакуумних ламп, мав масу близько 13 тонн, споживав 125 кВт електричної енергії і міг виконувати близько 1905 операцій за секунду, працюючи на тактовій частоті 2,25 МГц. Центральний комплекс (лише процесор і пам'ять) мав розміри 4,3 × 2.4 × 2.6 метрів. Вся система займала площу в 35,5 кв.м. Основна пам'ять складалася з 1000 12-бітових слів. Комп'ютер комплектували оригінальними накопичувачем на магнітній стрічці та барабанним принтером. Комп'ютери UNIVAC 1 виробляв підрозділом UNIVAC компанії Remington Rand (колишня Eckert-Mauchly Computer Corporation). У 50-і роки урядовим організаціям і фірмам було продано 46 машин UNIVAC І.
МЭСМ (Малая электронная счётная машина) — перша в СРСР і континентальній Європі електронно-обчислювальна машина. Розроблено у лабораторії С. А. Лебедєва (на базі київського Інституту електротехніки АН УРСР) з кінця 1948 року.
Друге покоління ЕОМ на базі транзисторів (1955—1964).
Машини стали надійнішими, компактнішими, споживання енергії зменшилося. Оперативну пам’ять було побудовано на магнітних сердечниках. Швидкодія машин зросла до сотень тисяч операцій за секунду. Обчислювальні машини Ferranti Pegasus 1 (1956 рік) і Pegasus 2 (1959 рік). Pegasus 1 використано для розрахунку 7480 цифр числа Піфагора π, що було рекордом для свого часу.
Серед радянських комп'ютерів другого покоління був Мінськ–22. Він міг виконувати до п'яти тисяч елементарних операцій в секунду. Його оперативна пам'ять була побудована на феритових сердечниках для запам'ятовування 6–8 тисяч чисел. У ньому застосовували магнітні диски, які могли зберігати кілька мільйонів чисел. Введення інформації здійснювали через перфокарти і перфострічки.
Третє покоління на базі інтегральних схем (1965–1974) вийшло на арену у зв’язку з появою цих інтегральних схем, які на невеличкій пластинці кристалу кремнію вміщували сотні і тисячі елементів електронної схеми — транзисторів, діодів тощо. У ці часи з’явилася напівпровідникова пам’ять, яку й досі використовують у пристроях оперативної пам’яті. Швидкодія машин зросла до мільйонів операцій за секунду. Поряд з числовою і текстовою інформацією розпочалося опрацювання графічної інформації. Для машин третього покоління було створено операційні системи, які взяли на себе керування пам'яттю, пристроями введення і виведення інформації та використанням інших машинних ресурсів. У 1971 році фірма Intel випустила перший мікропроцесор.
7 квітня 1964 року представники IBM (International Business Machins), гіганта комп'ютерної індустрії, оголосила про створення не однієї якої-небудь машини, а цілої родини System/360. Для забезпечення сумісності IBM вперше застосувала кілька рішень, багато з яких використовують і донині. Нариклад, було використано довжину слова 32 біти (4 байти). Це значно спростило архітектуру, бо обидва числа були ступенями двійки.
У країнах соціалістичного табору аналогом IBM/360 стала серія ЄС ЕОМ (Єдина система електронних обчислювальних машин). У Радянському Союзі виробляли ЄС–1035, ЄС–1045 і ЄС–1060, в Угорщині зробили ЄС–1025, у Німецькій Демократичній Республіці — ЄС–1055 . ЄС–1060 виділялася на тлі решти: її продуктивність становила 1050000 операцій в секунду, ємність ОЗП складала 1–8 МБ, загальна пропускна здатність каналів — 9 Мб/с. Займала ця ЕОМ площу розміром 200 кв. м. За операційну систему використовувалия ОС 6.1. Вона мала режим віртуальної пам'яті, мала засоби діагностики і відновлення, монітор динамічної налаштування, що оптимізує транслятор з мови PL–1, і пакет прикладних програм, який поставляли разом з нею.
Четверте покоління ЕОМ на базі великих інтегральних схем (1975—1985). У таких схемах щільність розміщення елементів складала десятки тисяч на одному квадратному сантиметрі. З’явилися швидкісні пристрої пам’яті великої ємності. Швидкодія машин зросла до десятків і сотень мільйонів операцій за секунду.
У 1981 році американська фірма IBM (International Business Machins) — представила свій перший персональний комп’ютер — IBM PC (IBM Personal Computer).
До четвертого покоління радянських ЕОМ можна віднести ЄС-1015, ЄС-1025, ЄС–1035, ЄС–1045, ЄС–1055, ЄС–1065. Персональні комп'ютери: Електроніка-85, Іскра–226, ЄС–1840, ЄС–1841, ЄС–1842. До цього покоління належить і багатопроцесорний комп'ютер «Ельбрус», якого згодом замінив «Ельбрус–2». Обчислювальна потужність цієї машини, як для четвертого покоління, була дуже великою. Він мав близько 64 мегабайт оперативної пам'яті, міг виконувати до 5 мільйонів операцій з рухомою точкою на секунду. Пропускна здатність шини — до 120 Мб/с.
П'яте покоління на базі великих інтегральних схем (з 1990-х років). ЕОМ створюють на базі супервеликих інтегральних схем, де щільність розміщення — сотні тисяч і мільйони елементів на один квадратний сантиметр. Використовують оптоелектроніку й нові принципи організації комп’ютерної системи. Щоб показати, якими темпами йде розвиток мікропроцесорної техніки, наведемо лише чотири цифри: мікропроцесор, виготовлений фірмою Intel у 1974 році, містив 4 500 транзисторів, у 1978 — 29 000, у 1989 — понад 1 мільйон, а зараз ця цифра становить 1 мільярд, що дозволить реалізувати обчислювальн потужність у квадрильйони операцій за секунду (петафлопс). Список найпотужніших суперкомп'ютерів постійно оновлюється. Принагідно зазначимо, що cучасні найпотужніші у світі обчислювальні системи використовують операційну систему Linux.
Сучасні комп’ютери та їх застосування. У призначенні комп’ютера вимальовується якісно нове спрямування — опрацювання знань на основі реалізації систем штучного інтелекту.
Слово комп’ютер — похідне від англійського слова computer, яке перекладають як «обчислювач». Сучасні комп’ютери виконують безліч завдань, не пов’язаних безпосередньо з математикою. Нині існує величезна кількість модифікацій комп’ютерів, які відрізняються розміром, швидкістю опрацювання інформації, призначенням тощо. Але всі комп’ютери мають спільні принципи побудови та функціонування. Персональні комп’ютери існують двох типів:
Настільний (стаціонарний) персональний комп’ютер (англійською desktop computer) — це комп’ютер, який має щонайменше такі складові: системний блок, монітор, миша, клавіатура. Бажано долучити звукові колонки або навушники. Привабливий тим, що подібний до конструктора: всі пристрої є окремими модулями, які легко сполучити або замінити. Слово «стаціонарний» означає «той, що стоїть на одному місці». Зазвичай такі комп’ютери більші за розмірами та потужніші за інші типи персональних комп’ютерів.
Портативні комп’ютери мають всі основні пристрої, розташовані в одному корпусі. Зазвичай, такі пристрої мають невелику вагу і досить зручні. Умовно можливо виділити такі види портативних комп'ютерів:
Ноутбук (англійською notebook — блокнот, блокнотний ПК) — портативний персональний комп'ютер, в корпусі якого розташовано базові компоненти комп’ютера, дисплей, клавіатура, сенсорна панель (TouchPad), акумуляторні батареї. Ноутбук може живитися і від власних акумуляторів, і від адаптера електричної мережі. Ноутбуки мають невеликі розміри й вагу, час автономної роботи ноутбуків коливається у межах від 1 до 6-8 годин. Ноутбук виконує всі функції звичайного стаціонарного комп'ютера, але має важливу перевагу: ноутбук — це переносний комп'ютер, який можна зажди носити з собою і використовувати у будь-якому місці.
Лептоп (англійською laptop: lap — коліна людини, яка сидить; top — верх) — портативний комп’ютер, який під час роботи можна розташувати на колінах. Клавіатура лептопа — велика, широка. У лептопа завжди є вбудований привід. Батареї вистачає на 3 (і більше) години функціонування. Діагональ дисплея зазвичай становить 14–17 дюймів, графіка — на висоті (відеокарти від NVidia або Ati Radeon).
Нетбук (англійською Netbook: net — мережа, book — книга) — невеликий ноутбук, призначений для виходу в Інтернет і роботи з офісними програмами. Має компактні розміри, невелику вагу, низьке енергоспоживання і порівняно невисоку вартість. За допомогою нетбука можна переглядати Інтернет сторінки та електронну пошту, вести блоги, читати електронні книги. Нетбук не є потужним комп'ютером. На ньому неможливо працювати зі складними програмами, обробляти фотографії, а тим більше переглядати відеофільми. Об'єму оперативної пам'яті й потужності процесора для цих завдань не вистачить. Для щоденної і постійної роботи нетбук є заслабким. Він буде у нагоді як додатковий комп'ютер, який можна брати з собою у дорогу.
Субноутбук (англійською Subnotebook) або ультрапортативний комп'ютер (англійською ultraportable computer) — гібрид ноутбука і нетбука, що має маленький розмір, вагу і більшість характерних рис звичайного ноутбука. Достатньо продуктивний і потужний, хоча діагональ субноутбуків не перевищує 13,3 дюйми. Вага таких апаратів коливається у межах від 1,5 до 2 кг, дизайн переважно стильний, несхожий на звичайні моделі ноутбуків і нетбуків. Не дивлячись на «кишенькову потужність», на такі апарати встановлюють інтегрована відеокарта. Пограти в сучасні 3D-ігри неможливо, але можна працювати з офісними програмами або подивитися відеофільм у HD–форматі.
Планшетний персональний комп'ютер (Тablet РС) — ноутбук з екраном, об'єднаним з планшетним пристроєм введення. Екран дозволяє працювати за допомогою стилуса або пальців, без використання клавіатури чи миші. Має тонкий корпус і привабливий вигляд. Користувач може вводити текст, використовуючи екранну (віртуальну) клавіатуру, звичайну клавіатуру (якщо вона є у складі пристрою) і за допомоги вбудованих програми розпізнавання рукописного тексту та мови.
Ультрамобільний персональний комп'ютер (aнглійською Ultra Mobile PC, UMPC) — компактний варіант планшетного комп'ютера, призначений замінити кишенькові ПК. Має певні конструктивні відмінності, а також деякі відмінності в інтерфейсі, бо пристрій призначено спеціально для управління пальцями. Може мати вбудовану клавіатуру, як правило, нестандартну.
Інтернет планшет (англійською: Internet tablet; Web tablet (Веб-планшет); Pad tablet — блокнотний планшет) — тип комп'ютерів, що відносять до планшетних комп’ютерів. Суміщає найкращі якості ноутбука і смартфону. Такі портативні комп'ютери зазвичай використовують для читання електронних книг, перегляду фотоальбомів та відеофільмів, прослуховування музики і, звичайно ж, для роботи в Інтернеті.
Смартфон (англійською smartphone — розумний телефон) — мобільний телефон з розширеною функціональністю, наближеною до КПК. iPhone — мультимедійні смартфони, розроблені корпорацією Apple. Смартфони суміщають в собі функціональність плеєра iPod, комунікатора та Інтернет планшету.
Комунікатор (англійською communicator, PDA phone (особистий цифровий секретар), Handheld Computer) — кишеньковий персональний комп'ютер (КПК), доповнений функціональністю мобільного телефону.
Електронна книга (англійською Digital book — цифрова книга, E-book reader, Е-Book device) — загальна назва для цілої групи вузькоспеціалізованих компактних пристроїв, що призначені для відображення текстової і графічної інформації (у форматах html, txt, pdf тощо). Основною відмінністю E-book від КПК, планшетників, ноутбуків або нетбуків є обмежена функціональність, що дозволяє істотно збільшити робочий час використання.
5. Підбиття підсумків уроку
Виставлення оцінок.
6. Домашнє завдання
Вивчити матеріал уроку. Знати розгорнуті відповіді на контрольні запитання.
Текст упорядкував Владислав Юрійович Шаповалов, вчитель гімназії № 19 «Межигірська» Подільського району міста Києва, під час виконання випускної роботи на курсах підвищення кваліфікації з 17.03.2014 по 4.04.2014.