Исследовательская работа по теме "История вычислительной техники"

Школьная  учебно-исследовательская

конференция «Ломоносовские чтения»

МО «Котлас»

Секция: Информатика и информационные технологии

История вычислительной техники

                                                              Выполнена ученицей 6 класса

                                                         МОУ « Средняя общеобразовательная  

                                                          школа №91» МО «Котлас»                                                                                    

                                                          Архангельской области                                            

                                                          Овсянниковой Анной

                                                               Руководитель - учитель

                                                         математики, информатики                  

                                                         МОУ « Средняя общеобразовательная

                                                               школа №91» МО «Котлас»

                                                               Архангельской области

                                                               Кветко Ирина Леонидовна

г. Котлас, 2013 г

Содержание

Введение………………………………………………………………………………..3

Глава 1. История вычислительной техники………………………….…………....…4

1. Как зародился счет……………………………………………………....….4
2. Первые инструменты для счета……………………………………………4
3. Абак и счеты………………………………………………………………...5
4. Арифмометр……………………………………………………………..….5
5. Машина Бэббиджа………………………………………………………….6
6.  Машина Холлерита…………………………………………………….….6

                       1.7 Развитие электронно-вычислительной техники………………………...7

1.7.1 Поколения ЭВМ……………………………………………………...7

1.7.2 Персональные компьютеры……………………………………..…..9

Глава 2 Игра «История вычислительной техники»……………………………….10

Заключение …………………………………………………………………………..11

Список литературы ……………………………………………………………….…12

Приложения ………………………………………………………………………….13

Введение

Современному человеку сегодня трудно представить свою жизнь без электронно-вычислительной техники. В настоящее время любой желающий может собрать у себя на рабочем столе полноценный вычислительный центр. Но так было не всегда. Как же обходились раньше без современных калькуляторов, машин, быстро производящих сложные вычислительные работы? Когда и благодаря кому появилась на свет вычислительная техника, которой мы так активно пользуемся? Меня очень заинтересовали эти вопросы, и я выбрала тему «История вычислительной техники» для подробного изучения.

Цель моей работы – узнать предысторию создания современных вычислительных устройств. Для реализации поставленной цели я ставлю перед собой следующие задачи:

1. Изучить литературу по данной теме;
2. Систематизировать полученные данные;
3. Разработать игру по изучаемой мной теме.

Глава 1. История вычислительной техники

1.1 Как зародился счет

Первобытные люди, так же как и современные маленькие дети, не знали счета. Но теперь детей учат считать родители и учителя, старшие братья и сестры, товарищи. А первобытным людям не у кого было учиться. Их учителем была сама жизнь. Поэтому и «обучение» шло медленно.

Наблюдая окружающую природу, от которой полностью зависела его жизнь, наш далекий предок из множества различных предметов сначала научился выделять отдельные предметы. Из стаи волков - вожака стаи, из стада оленей - одного оленя, из выводка плавающих уток - одну птицу, из колоса с зернами - одно зерно. Поначалу они определяли это соотношение как "один" и "много".

Частые наблюдения множеств, состоявших из пары предметов (глаза, уши, рога, крылья, руки), привели человека к представлению о числе. Наш далекий предок, рассказывая о том, что видел двух уток, сравнивал их с парой глаз. А если он видел их больше, то говорил: "Много". Лишь постепенно человек научился выделять три предмета, ну а затем четыре, пять, шесть и т. д.

1.2 Первые инструменты для счета

Пальцы сыграли немалую роль в истории счета, особенно когда люди начали обмениваться друг с другом предметами своего труда. Так, например, желая обменять сделанное им копье с каменным наконечником на пять шкурок для одежды, человек клал на землю свою руку и показывал, что против каждого пальца его руки нужно положить шкурку. Одна пятерня означала 5, две- 10. Когда рук не хватало, в ход шли и ноги. Две руки и одна нога - 15, две руки и две ноги - 20.

Следы счета на пальцах сохранились во многих странах. Так, в Китае и Японии предметы домашнего обихода (чашки, тарелки и др.) считают не дюжинами и полудюжинами, а пятерками и десятками. Во Франции и в Англии и поныне в ходу счет двадцатками.

Чтобы сделать процесс счёта более удобным, первобытный человек начал использовать вместо пальцев другие приспособления. Фиксация результатов счёта производилась различными способами: нанесение насечек, счётные палочки, узлы на верёвке.

1.3 Абак и счеты

3000 лет до н.э. - люди изобрели счёты - абак. Самые первые счёты были изобретены в Вавилоне. Простейший абак – это доска с прорезанными в ней желобами, в которых передвигали камешки одинакового размера. Слово «абак» имеет греческое происхождение и буквально означает «пыль», хотя его смысловое значение – «счетная доска». Дело в том, что изначально камешки раскладывали на совершенно ровной доске, а чтобы они не скатывались со своего первоначального положения, доска покрывалась тонким слоем песка или пыли. А от слова «камешек» произошло название современного счетного прибора – «калькулятор».

500 лет до н. э. — в Китае появился более «современный» вариант абака с косточками на проволоке.

В Японии и в наши дни проводятся соревнования по скорости счета между людьми, вооруженными японскими счетами, и операторами вычислительных машин. Причем, как правило, побеждают вычислители на счетах. Ведь чтобы машина начала считать, для нее надо составить программу.

1.4 Арифмометр

В 1642 году молодым французом Блезом Паскалем, ставшим в будующем знаменитым физиком и математиком, была создана и завоевала огромную популярность первая механическая счетная машина – арифмометр. Счетная машина Паскаля была похожа на маленькую шкатулку, на крышке которой, как на часах, были расположены циферблаты. На них и устанавливали числа. Для цифр разных разрядов были отведены различные зубчатые колеса. Каждое предыдущее колесо соединялось с последующим с помощью одного зубца. Этот зубец вступал в зацепление с очередным колесом только после того, как были пройдены все девять цифр данного разряда.

В 1677 году великий немецкий математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал свою счетную машину, позволявшую не только складывать и вычитать, но и умножать и делить многозначные числа. В своем арифмометре он использовал вместо колес цилиндры. На цилиндры были нанесены цифры. Каждый цилиндр имел 9 разрядов выступов: один выступ – в первом ряду, два – во втором и так до девятого. Эти цилиндры были подвижными и устанавливались в определенные положения оператором.

Большой вклад в усовершенствование счетных машин внесли русские ученые и инженеры. Так арифмометр, созданный в 1874 году русским инженером Однером, успешно конкурировал с лучшими арифмометрами европейских фирм и нашел применение во всем мире.

1.5 Машина Бэббиджа

В середине 20 века английский математик Чарльз Бэббидж разработал несколько проектов механических вычислительных машин, в том числе проект первой программируемой вычислительной машины. Эта машина была похожа на настоящую фабрику по производству вычислений.

Проекты огромных механических вычислительных устройств Бэббиджа стоят в ряду наиболее поразительных достижений человеческой мысли 19 века, хотя ему и не удалось воплотить свои идей в жизнь.

В конце прошлого века англичане решили построить хотя бы одну из машин, спроектированных Чарльзом Бэббиджем. Началась напряженная работа по созданию автоматического калькулятора. И в год 200-летия со дня рождения знаменитого англичанина (1991) машина была построена и произвела серьезные вычисления.

1.6 Машина Холлерита

Если Чарльз Бэббижд был первым, кому пришла идея использовать перфокарты применительно к вычислительной технике, то первым, кто практически реализовал эту идею, был американский инженер Герман Холлерит, разработавший машину для обработки результатов переписи населения.

Сотни людей занимались этой огромной работой. Надо было обойти все улицы во всех городах и поселках. Зайти в каждый дом и в каждую квартиру. Записать сведения о каждой семье и каждом человеке. Наконец все данные собраны. И тут, оказывается, начинались главные трудности. Как обработать результаты переписи? Как сосчитать всех жителей страны? Да не просто сосчитать, а ответить на самые разные вопросы. Сколько в стране мужчин и женщин? Детей и стариков? Школьников и студентов? Горожан и сельских жителей? Рабочих, инженеров, врачей, учителей? На эту работу уходило до восьми лет. Если учесть, что в США перепись населения проводилась каждые 10 лет, то получается, что, едва закончив обработку данных одной переписи, нужно было сразу приступать к новой.

Вот как, по рассказу самого Холлерита, пришла ему в голову идея создания нового счетчика. Однажды на железнодорожной станции он наблюдал за работой кондуктора, когда тот пробивал дырочки в билетах. Так обозначалась станция, до которой ехал пассажир. И Холлерит решил изготовить такие же карты для проводимой переписи населения. Он распределил вопросы так, чтобы ответ можно было обозначать дырочкой в строке. Пол и возраст, работа и место жительства — все обозначалось отверстиями, Все эти данные потом «прочитывались» машиной, которая прощупывала перфокарту системой игл. Если напротив иглы оказывалось отверстие, то игла, пройдя сквозь него, касалась металлической поверхности, расположенной под картой и замыкала контакт. К показаниям соответствующего счетчика автоматически добавлялась единица.

В 1890 году счетно-аналитическая машина Холлерита впервые использовалась при обработке результатов очередной переписи и сократила период обработки с восьми до трех лет.

1.7 Развитие электронно-вычислительной техники

1.7.1 Поколения ЭВМ

ЭВМ первого поколения. В 40-е ХХ века начались работы по созданию первых электронно-вычислительных машин, в которых механические детали заменили электронные лампы. ЭВМ первого поколения требовали для своего размещения больших залов, так как в них использовались десятки тысяч электронных ламп. Такие ЭВМ создавались в единичных экземплярах, стоили очень дорого и устанавливались в крупнейших научно-исследовательских центрах.

   В 1945 году в США была построена машина ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer – электронный числовой интегратор и калькулятор), а в 1950 году в СССР была создана МЭСМ (Малая Электронная Счётная Машина).

 ЭВМ первого поколения могли выполнять вычисления со скоростью нескольких десятков тысяч операций в секунду, последовательность выполнения задавались программами.Программы писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков – «1»  и  «0».

Программы вводились в ЭВМ с помощью перфокарт или перфолент причём наличие отверстия на перфокарте соответствовало знаку «1», а его отсутствие – знаку «0».

   Результаты вычислений выводились в форме длинных последовательностей нулей и едениц с помощью печатающих устройств. Писать программы на машинном языке и расшифровывать результаты вычислений могли только высоковалифицированные программисты. 

ЭВМ второго поколения. В 60-е годы ХХ века были созданы ЭВМ второго поколения, в которых на смену электронным лампам пришли транзисторы, которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надежность и потребляют значительно меньшую электрическую мощьность. Такие ЭВМ производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях.

   В СССР в 1967 году вступила в строй наиболее мощная в Европе ЭВМ второго поколения БЭСМ-6 (Быстродействующая Электронная Счётная Машина), которая могла выполнять 1 миллион операций в секуду.

   В БЭСМ-6 использовались 260 тысяч транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах для хранения программ и данных, а также алфавитно- цифровые печатающие устройства для вывода результатов вычислений.

Работа программистов по разработке программ существенно упростилась, так как стала проводится при помощи языков программирования высокого уровня.

 ЭВМ  третьего   поколения. Начиная с 70-х годов прошлого века в качестве элементной базы ЭВМ третьего поколения стали использовать интегральные схемы. В интегральной схеме (маленькой полупроводниковой пластине) могли быть плотно упакованы тысячи транзисторов, каждый из которых имел размеры, сравнимые с толщиной человеческого волоса.

    ЭВМ на базе интегральных схем стали гораздо более компактными, быстродействующими и дешёвыми. Такие мини-ЭВМ производились большими сериями и стали доступны для большинства научных институтов и высших заведений.

1.7.2 Персональные компьютеры

  Первый персональный компьютер Apple II («дедушка» современных компьютеров Macintosh) был создан в 1977 году. В 1982 году фирма IBM PC («дедушки» современных IBM-совместимых компьютеров).

Современные персональные компьютеры компактны и обладают в тысячи раз большим быстродействием по сравнению с первыми персональными компьютерами (могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду).

 Ежедневно в мире производится почти 200 миллионов компьютеров, доступных по цене для массового потребителя.

Глава 2 Игра «История вычислительной техники»

Любая информация запоминается лучше, если она представлена в интересной форме. Урок-игра повышает интерес к учению, к предмету, оказывает положительное эмоциональное воздействие на учеников, благодаря чему у них формируются более прочные и глубокие знания. Я предлагаю после изучения темы «История вычислительной техники» провести закрепление полученных знаний в форме игры. Один из вариантов такой игры я решила разработать.

Цель игры – закрепить знания по истории вычислительной техники.

Класс – 5-6.

Правила игры: Класс делится на 2 команды (так как классы на уроки информатики делятся на подгруппы, команды получатся по 6-7 человек). Игра состоит из 4 конкурсов. Победителем становится команда, набравшая больше баллов.

Ход игры:

1 конкурс Разминка. Отвечает команда, первая поднявшая сигнальную карточку. Вопросы для разминки см. Приложение 1.

2 конкурс Соответствие. Необходимо соединить стрелками картинку и подписи.

Карточки см. Приложение 2.

3 конкурс Творческая физкультминутка. Так как тема нашей игры «История вычислительной техники» связана с цифрами, то я предлагаю следующий конкурс. Участники команды при помощи своего тела должны показать 3 цифры, выданные им на карточке (одну цифру могут показывать несколько человек команды).

4 конкурс Портреты. На слайдах представлены портреты ученых, которые внесли огромный вклад в развитие вычислительной техники. Необходимо назвать их имена. Портреты см. приложение 3.

Подведение итогов.

Заключение

Необходимость в вычислениях всегда была неразрывно связана с практической деятельностью человека. Понятие числа возникло задолго до появления численности. Люди очень долго учились считать, передавая свой опыт из поколения в поколения. По мере увеличения потребностей в вычислениях и развития методов вычислений, возникали и развивались приспособления для счета. Сегодня в нашем распоряжении огромные возможности компьютеров, но их создание не было спонтанным. На основании данной работы можно сделать вывод, что путь этот был долог и тернист.

Работая над данной темой, изучая учебную литературу, я открыла для себя много нового и интересного. Я считаю, что все задачи, которые я ставила перед собой выполнены, а, значит, и цель достигнута. На основе полученных знаний я составила игру, которую можно использовать на уроках информатики для закрепления темы «История вычислительной техники». Ведь учение должно быть не только полезным, но и интересным.

Список литературы

1.Информатика для 7 класса\ Н.Д.Угринович – 5-е изд. – М.:БИНОМ, Лаборатория знаний, 2007

2. Информатика и ИКТ : учебник для 6 класса / Л.Л. Босова. – 4-е изд. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012.

3. Новый справочник школьника. 5-11 класс. Универсальное пособие. Т.2. – СПб.:ИД «ВЕСЬ», 2002

4. http://historyvt.narod.ru/

5. http://sch69.narod.ru/mod/1/6506/hystory.html

6. http://info-cool.ru/kak-lyudi-uchilis-schitat/

7. http://www.referat.ru/referats/view/11384

8. http://v-science.ru/view/439214/

9. http://www.pandia.ru/1912/

Приложения

Приложение 1

1. Первое приспособление для счета (пальцы)
2. Где были изобретены первые счеты? (Вавилон)
3. Как назывались первые счеты? (абак)
4. Две руки, одна нога – это число… (15)
5. Русский математик, создавший суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков (П.Л.Чебышев)
6. Расшифруйте аббревиатуру ЭВМ (электронно-вычислительная машина)
7. В какие годы появилась первая ЭВМ? (40-е годы 20 века)
8. Как называлась первая ЭВМ? (ЭНИАК)
9. В каком поколении ЭВМ базовым элементом была интегральная схема? (третьем)
10. Базовым элементом ЭВМ первого поколения были… (электронные лампы)
11. Немецкий ученый, который построил первую счетную машину, способную выполнять четыре арифметических действия (Готфрид Вильгельм Лейбниц)
12. Какая страна явилась родиной первой ЭВМ? (США)
13. Наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ называется…(Информатика)

Приложение 2

Приложение 3