Історiя розвитку обчислювальної технiки. Поколiння ЕОМ. Правила ТБ пiд час роботи на комп’ютерi. ПР№ 1 .

Урок  № 5

Тема. Історiя розвитку обчислювальної технiки. Поколiння ЕОМ. Правила технiки безпеки пiд час роботи на комп’ютерi. Практична робота № 1 «Робота зклавiатурним тренажером. Комп’ютерне тесту­вання».

Мета: розглянути: iсторiю розвитку ЕОМ; правила технiки безпеки пiд час роботи на комп’ютерi; перевiрити: швидкiсть набору; знання теоретичного матерiалу; розвивати вміння спів ставляти факти і події; виховувати: уважність, дисциплінованість під час роботи на ПК.

Структура уроку

I.  Органiзацiйний етап.

ІІ. Актуалiзацiя опорних знань

1. Як ви уявляєте розвиток ЕОМ?
2. Що слугувало прообразом сучасного ПК?
3. Якi складовi частини ПК є обов’язковими?

ІІІ. Оголошення теми, мети  уроку

IV.  Вивчення нового матерiалу 

1. Етапи розвитку iнформацiйних систем;

У всi часи в людей виникала потреба рахувати. Спочатку для ра­хунку використовували пальцi власних рук або камiнчики. Проте навiть простi арифметичнi операцiї звеликими числами важкi для мозку людини. Тому вже в давнину було придумано простий iнстру­мент для автоматизацiї обчислень — абак, винайдений бiльш нiж 15 столiть тому в країнах Середземномор’я. Це був набiр кiсточок, нанизаних на стрижнi, що використовувався купцями.

Стрижнi абака в арифметичному сенсi є десятковими розрядами. Кожна кiсточка на першому стрижнi має значення 1, на другому стрижнi — 10, на третьому стрижнi — 100 i так далi. До XVII столiття рахiвницi залишалися практично єдиним рахунковим iнструментом.

У Росiї так званi росiйськi рахiвницi з’явилися в XVI столiттi. Вони заснованi на десятковiй системi числення i дозволяють вiднос­но швидко виконувати арифметичнi дiї.

У 1614 роцi математик Джон Непер винайшов логарифми.

Логарифм — це показник степеня, в який потрiбно підвести чис­ло (основа логарифма), щоб отримати iнше задане число. Вiдкриття Непера полягало в тому, що у такий спосiб можна виразити будь-яке число i сума логарифмiв двох будь-яких чисел дорiвнює логарифму добутку цих чисел. Це дало можливiсть звести дiю множення до про­стiшої дiї додавання. Непер створив таблицi логарифмiв. Для того щоб перемножити два числа, потрiбно подивитися в цiй таблицi їх логарифми, скласти їх i вiдшукати число, вiдповiдне цiй сумi, у зво­ротнiй таблицi — антилогарифмiв. На основi цих таблиць у 1654 роцi Р. Бiссакар i в 1657 роцi незалежно вiд нього С. Партрiдж розро­били прямокутну логарифмiчну лiнiйку: основний обчислювальний прилад iнженера до середини XX столiття.

У 1642 роцi БлезПаскаль винайшов механiчну машину, що вико­нувала дiю додавання, використовуючи десяткову систему числення. Кожен десятковий розряд представляло колiщатко з десятьма цифрами.

Значну роль у розповсюдженнi булевої алгебри та її розвитку зiграв Чарльз Пiрс (1839–1914) — американський фiлософ, логiк, математик i природодослiдник, вiдомий своїми працями з математичної логiки.

Предмет розгляду в алгебрi логiки — так званi вислови, тобто будь-якi твердження, про якi можна сказати, що вони або iстиннi, або хибнi: «Омськ — мiсто в Росiї», «15 — парне число». Перший вислiв iстинний, другий — хибний.

Складнi вислови, що одержуємо зпростих за допомогою сполучникiв І, АБО, ЯКЩО...ТО, заперечення НЕ, також можуть бути iстинними або хибними. Наприклад: «Якщо на вулицi немає дощу, то можна йти гуляти». Основне завдання булевої алгебри полягає у вивченнi цих залежностей.

У 1804 роцi Ж. Жаккар винайшов ткацьку машину для вироб­лення тканин з узорами. Узори програмувалися за допомогою цiлої колоди перфокарт — прямокутних карток зотворами (перфорацiй), розташованих у певному порядку. Пiд час роботи машини цi перфо­карти обмацувалися за допомогою спецiальних штирiв. Саме таким механiчним способом iзних зчитувалася iнформацiя для плетiння запрограмованого узору тканини. Машина Жаккара виявилася про­образом машин iз програмним керуванням, створених у ХХ столiттi.

У 1830 роцi ЧарльзБеббiдж спробував створити унiверсальну аналiтичну машину, яка повинна була виконувати обчислення без участi людини. Для цього в неї вводилися записи на перфокартах iз цупкого паперу за допомогою отворiв, зроблених на них у певному порядку (слово «перфорацiя» означає «пробивка отворiв у паперi або картонi»). Принципи програмування для аналiтичної машини Беббiджа розробила в 1843 роцi Ада Лавлейс — дочка поета Байрона.

Аналiтична машина повинна вмiти запам’ятовувати заданi й про-мiжнi результати обчислень, тобто мати пам’ять. Ця машина повинна була мiстити три основнi частини: пристрiй для зберiгання чисел, що набиралися за допомогою зубчатих колiс (пам’ять), пристрiй для опе-рацiй над числами (арифметичний пристрiй) i пристрiй для операцiй над числами за допомогою перфокарт (пристрiй програмного керуван­ня). Робота зi створення аналiтичної машини не була завершена, але закладенi в нiй iдеї допомогли побудувати машину у XX столiттi.

У 1880 роцi В. Т. Однер у Росiї створив механiчний арифмометр iззубчатими колесами, i в 1890 роцi налагодив його масовий випуск. Надалi пiд назвою «Фелiкс» арифмометр випускався до 50-х рокiв XX столiття.

У 1888 роцi Герман Холлерiт створив першу електромеханiчну обчислювальну машину — табулятор, у якому нанесена на перфокарти iнформацiя розшифровувалася електричним струмом. Ця машина дозволила в декiлька разiв скоротити час пiдрахункiв пiд час перепи­су населення в США. У 1890 р. винахiд Холлерiта був уперше вико­ристаний в 11-му американському переписi населення. Робота, яку 500 спiвробiтникiв ранiше виконували за 7 рокiв, Холлерiт iз 43 по-мiчниками на 43 табуляторах закiнчили за один мiсяць.

У 1896 роцi Холлерiт заснував фiрму пiд назвою Tabulating Ma­chine Co. У 1911 роцi ця компанiя була об’єднана здвома iншими фiрмами, що спецiалiзувалися на автоматизацiї обробки статистич­них даних, а свою сучасну назву IBM (International Business Machi­nes) отримала в 1924 р. Вона стала електронною корпорацiєю, одним знайбiльших свiтових виробникiв усiх видiв комп’ютерiв i програм­ного забезпечення, провайдером глобальних iнформацiйних мереж. Засновником IBM став Томас Уотсон-старший, що очолив компанiю в 1914 роцi, фактично створив корпорацiю IBM. З середини 1950-х рокiв IBM була провiдною на свiтовому комп’ютерному ринку. У 1981 роцi компанiя створила свiй перший персональний комп’ю­тер, який став стандартом у своїй галузi. До середини 1980-х рокiв IBM контролювала близько 60 % свiтового виробництва електронно-обчислювальних машин.

У 1937 роцi Джордж Стiбiц створив iззвичайних електромеха-нiчних реле двiйковий суматор — пристрiй, здатний виконувати операцiю додавання чисел у двiйковому кодi. І сьогоднi двiйковий суматор, як i ранiше, є одним зосновних компонентiв будь-якого комп’ютера, основою його арифметичного пристрою.

У 1937–1942 рр. Джон Атанасов створив модель першої обчислю­вальної машини, що працювала на вакуумних електронних лампах. У нiй використовувалася двiйкова система числення. Для введення даних i виведення результатiв обчислень використовувалися перфо­карти. Робота над цiєю машиною в 1942 роцi була практично завер­шена, але у зв’язку з воєнними подiями подальше фiнансування було припинене.

У 1937 роцi Конрад Цузе створив свою першу обчислювальну ма­шину Z1 на основi електромеханiчних реле. Початковi данi вводили­ся в неї за допомогою клавiатури, а результат обчислень висвiчував-ся на панелi зелектричних лампочок. У 1938 роцi К. Цузе створив вдосконалену модель Z2. Програми в неї вводилися за допомогою перфострiчки. Її виготовляли, пробиваючи отвори у використанiй 35-мiлiметровiй фотоплiвцi. У 1941 роцi К. Цузе побудував комп’ю­тер Z3, а пiзнiше i Z4, заснованi на двiйковiй системi числення. Вони використовувалися для розрахункiв пiд час створення лiтакiв i ра­кет. У 1942 роцi Конрад Цузе i Хельмут Шрайєр вирiшили перевести Z3 зелектромеханiчних реле на вакуумнi електроннi лампи. Така машина повинна була працювати в 1000 разiв швидше, але створити її не вдалося — перешкодила вiйна.

У 1943–1944 роках на одному зпiдприємств IBM у спiвпрацi зучени-ми Гарвардського унiверситету на чолi зГовардом Айкеном була створе­на обчислювальна машина «Марк–1». Важила вона близько 35 тонн. «Марк-1» працював на електромеханiчних реле й оперував числами, за­кодованими на перфострiчцi. У її створеннi використовувалися iдеї, за-кладенi Ч. Беббiджем у його аналiтичнiй машинi. На вiдмiну вiд Стiбiца й Цузе, Айкен не усвiдомив переваг двiйкової системи числен­ня i в своїй машинi використовував десяткову систему. Машина могла манiпулювати числами завдовжки до 23 розрядiв. Для множення двох чисел їй було необхiдно витратити 4 секунди. У 1947 роцi була створена машина «Марк-2», у якiй вже використовувалася двiйкова система числення. У цiй машинi операцiї додавання i вiднiмання займали в се­редньому 0,125 секунд, а множення — 0,25 секунди.

Електромеханiчнi реле працювали дуже повiльно. Тому вже в 1943 роцi американцi почали розробку обчислювальної машини на основi електронних ламп. У 1946 роцi Преспер Еккерт i Джон Мочлi побудували першу електронну цифрову обчислювальну машину ENIAC. Її вага складала 30 тонн, вона займала 170 кв. м площi. За-мiсть тисячі електромеханiчних реле ENIAC мiстив 18 тис. електрон­них ламп. Працювала машина здвiйковою системою i виконувала 5 тис. операцiй додавання або 300 операцiй множення в секунду. На електронних лампах у цiй машинi було побудовано не тiльки ариф­метичний, але i такий, що запам’ятовує пристрiй. Уведення число­вих даних здiйснювалося за допомогою перфокарт, програми ж вводилися в цю машину за допомогою штекерiв i набiрних полiв, тобто доводилося сполучати для кожної нової програми тисячi контактiв. Тому для пiдготовки нового завдання потрiбно було декiлька днiв, хоча саме завдання розв’язувалося за декiлька хви­лин. Це було одним зосновних недолiкiв такої машини.

Роботи трьох видатних учених — Клода Шеннона, Алана Тьюрiн-га i Джона фон Неймана — стали основою для створення структури сучасних комп’ютерiв.

Клод Шеннон (нар. 1916 р.) — американський iнженер i матема­тик, основоположник математичної теорiї iнформацiї.

Алан Тьюрiнг (1912–1954) — англiйський математик. Основнi працi — зматематичної логiки й обчислювальної математики. У 1936–1937 рр. написав основоположну працю «Про обчислюванi числа», в якiй увiв поняття абстрактного пристрою, названого згодом «машиною Тьюрiнга». У цьому пристрої вiн передбачив основнi властивостi сучасного комп’ютера. Тьюрiнг назвав свiй пристрiй «унiверсальною машиною», оскiльки вона повинна була роз­в’язувати будь-яку допустиму (теоретично розв’язувану) математич­ну або логiчну задачу. Данi в неї потрiбно вводити з паперової стрiчки, подiленої на комiрки — клiтки (є символ, немає символу). Машина Тьюрiнга могла обробляти символи, що вводилися зi стрiч-ки, i змiнювати їх, тобто стирати їх i записувати новi за iнструкцiями, що зберiгаються в її внутрiшнiй пам’ятi.

Джон фон Нейман (1903–1957) — американський математик i фi-зик, учасник робiт зi створення атомної i водневої зброї. Народився в Будапештi, з1930 року мешкав у США. У своїй доповiдi, опублiко-ванiй у 1945 роцi, що стала першою роботою iзцифрових електронних комп’ютерiв, видiлив i описав «архiтектуру» сучасного комп’ютера.

Фон Нейман вважав, що комп’ютер повинен працювати на основi двiйкової системи числення, бути електронним i виконувати всi опе-рацiї послiдовно, одну за одною. Цi принципи покладено в основу всiх сучасних комп’ютерiв.

Машина на електронних лампах працювала значно швидше, нiж на електромеханiчних реле, але електроннi лампи були ненадiйнi. Вони часто виходили зладу. Для їх замiни в 1947 роцi Джон Бардiн, Уолтер Браттейн i Уїльям Шоклi запропонували використовувати винайденi ними перемикальнi напiвпровiдниковi елементи — транзистори.

У сучасних комп’ютерах мiкроскопiчнi транзистори в кристалi iнтегральної схеми згрупованi в системи «вентилiв», що виконують логiчнi операцiї над двiйковими числами.

Вдосконалення перших зразкiв обчислювальних машин привело в 1951 роцi до створення комп’ютера UNIVAC, призначеного для ко-мерцiйного використання. Вiн став першим комп’ютером, що серiй-но випускався.

Серiйний ламповий комп’ютер IBM 701, що з’явився в 1952 роцi, виконував до 2200 операцiй множення в секунду.

Інiцiатива створення цiєї системи належала Томасу Уотсону-молодшому. У 1937 роцi вiн почав працювати в компанiї як комiвоя-жер. Вiн перервав свою роботу в IBM лише пiд час вiйни, коли був льотчиком вiйськово-повiтряних сил Сполучених Штатiв. Повернув­шись на роботу в компанiю в 1946-му, вiн став її вiце-президентом i очолював компанiю IBM з1956 до 1971 рiк. Залишаючись членом ради директорiв IBM, Томас Уотсон з1979 по 1981 рiк був послом Сполучених Штатiв у СРСР.

У 1964 роцi фiрма IBM оголосила про створення шести моделей сiмейства IBM-360 (System 360), що стали першими комп’ютерами третього поколiння. Моделi мали єдину систему команд i вiдрiзнялися один вiд одного об’ємом оперативної пам’ятi й продуктивнiстю. Пiд час створення моделей сiмейства використовувався ряд нових при-нципiв, що робило машини унiверсальними й дозволяло з однаковою ефективнiстю застосовувати їх як для розв’язування завдань у рiзних галузях науки i технiки, так i для обробки даних у сферi управ-лiння i бiзнесу. Подальшим розвитком IBM-360 стали системи 370, 390, z9 i zSeries. У СРСР IBM-360 була клонована пiд назвою ЄС ЕОМ. Вони були програмно сумiснi зi своїми американськими прооб­разами. Це давало можливiсть використовувати захiдне програмне забезпечення в умовах нерозвиненостi вiтчизняної «iндустрiї програ­мування».

Перша в СРСР електронна машина (МЕСМ) на електронних лам­пах була побудована в 1949–1951 рр. пiд керiвництвом академiка С. А. Лебедєва. Незалежно вiд зарубiжних учених, С. А. Лебедєв роз­робив принципи побудови ЕОМ зпрограмою, що зберiгалася в пам’ятi. МЕСМ була першою такою машиною. А в 1952–1954 рр. пiд його керiвництвом була розроблена електронна машина (БЕСМ), що виконувала 8000 операцiй у секунду.

Створенням електронних обчислювальних машин керували відо­мі радянськi вченi й iнженери І. С. Брук, В. М. Глушков, Ю. А. Базi-левський, Б. І. Рамєєв, Л. І. Гутенмахер, Н. П. Брусенцов.

До першого поколiння радянських комп’ютерiв вiдносяться лам-повi ЕОМ — «БЕСМ-2», «Стрiла», «М-2», «М-3», «Мiнськ», «Урал-1», «Урал-2», «М-20».

До другого поколiння радянських комп’ютерiв вiдносяться на-пiвпровiдниковi малi ЕВМ «Наїрi» i «Мир», середнi ЕОМ для науко­вих розрахункiв i обробки iнформацiї зi швидкiстю 5–30 тисяч опе-рацiй за секунду «Мiнськ-2», «Мiнськ-22», «Мiнськ-32», «Урал-14», «Раздан-2», «Раздан-3», «БЕСМ-4», «М-220» i ЕОМ, що керують, «Днiпро», а також надшвидкодiюча БЕСМ-6 iзпродуктивнiстю 1 млн операцiй за секунду.

Родоначальниками радянської мiкроелектронiки були вченi, якi емiгрували iзСША в СРСР, — Ф. Г. Старос (Альфред Сарант) i І. В. Берг (Джоел Барр). Вони стали iнiцiаторами, органiзаторами керiвниками центру мiкроелектронiки в Зеленоградi пiд Москвою.

Комп’ютери третього поколiння на iнтегральних мiкросхемах з’явилися в СРСР у другiй половинi 1960-х рокiв. Були розробленi єдина система ЕОМ (ЄС ЕОМ) i система малих ЕОМ (СМ ЕОМ) та органiзовано їх серiйне виробництво. Цi системи були клоном американської системи IBM-360.

Євгенiй Олексiйович Лебедєв був запеклим противником копiювання   американської   системи   IBM-360,   яка   в   радянському варiантi носила назву ЄС ЕОМ, що почалося в 1970-тi роки. Роль ЄС ЕОМ у розвитку вiтчизняних комп’ютерiв неоднозначна.

На початковому етапi поява ЄС ЕОМ привела до унiфiкацiї комп’ютерних систем, дозволила встановити початковi стандарти програмування й органiзовувати широкомасштабнi проекти, пов’я-занi з упровадженням програм.

На пiзньому етапi, особливо у 80-тi, повсюдне впровадження ЄС ЕОМ перетворилося на серйозне гальмо для розвитку програмного забезпечення, баз даних, дiалогових систем. Пiсля дорогих i заздалегiдь спланованих закупiвель пiдприємства були вимушенi експлуа­тувати морально застарiлi комп’ютернi системи. Паралельно розви­валися системи на малих машинах i на персональних комп’ютерах, якi ставали все бiльш i бiльш популярними.

На пiзнiшому етапi, зпочатком перебудови, з1988–1989 рокiв, нашу країну наповнили закордоннi персональнi комп’ютери. Нiякi заходи вже не могли зупинити кризу серiї ЄС ЕОМ. Вiтчизняна промисловiсть не змогла створити аналогiв або замiнникiв ЄС ЕОМ на новiй елементнiй базi. Економiка СРСР не дозволила на той час витрачати гiгантськi фiнансовi кошти для створення мiкроелектрон-ної технiки. У результатi вiдбувся повний перехiд на iмпортнi комп’ютери. Були остаточно згорнутi програми щодо розробки вiтчизняних комп’ютерiв. Виникли проблеми перенесення технологiй на сучаснi комп’ютери, модернiзацiї технологiй, працевлаштування i переквалiфiкацiї сотень тисяч фахiвцiв.

ПрогнозС. А. Лебедєва виправдався. І у США, i в усьому свiтi надалi пiшли шляхом, який вiн пропонував: зодного боку, створю­ються суперкомп’ютери, а зiншого — цiлий ряд менш могутнiх, орiєнтованих на рiзнi задачi — персональних комп’ютерiв, спецiалi-зованих тощо.

V. Осмислення набутих знань

VI. Практичне завдання

Робота зпрезентацiєю «Computer WORLD». Інструктаж зтехнiки безпеки.

Комп’ютерне тестування.

Перегляд iнформацiйних ресурсiв мережi Інтернет (демонстрацiя).

VII. Домашнє завдання

Повторити теми «Інформацiя. Інформацiйнi процеси та систе­ми», «Апаратне забезпечення iнформацiйних систем».

VIII. Пiдбиття пiдсумкiв уроку

Узагальнення навчального матерiалу. Оцінювання роботи учнів.