Основи інформатики» - предмет загально-освітнього циклу.

Хід заняття

І. Організаційний момент.

II. Мотивація діяльності.

III. Повідомлення теми і мети заняття.

«Вступ. Правила безпеки. Історія розвитку ЕОМ»

IV. Повідомлення нового матеріалу.

План лекції:

1. Вступ.

2. Правила техніки безпеки.

3. Коротка історія розвитку обчислювальної техніки.

4. Характеристика різних поколінь ЕОМ.

Основи інформатики» - предмет загально-освітнього циклу.

Головна мета курсу: сформувати знання, вміння і навички, необхідні для раціонального використання засобів сучасних інформаційних технологій при розв'язуванні задач, пов'язаних з опрацюванням інформації, її пошуком, систе­матизацією, зберіганням, поданням, передаванням; ознайо­мити студентів із роллю нових інформаційних технологій у сучас­ному виробництві, науці, повсякденній практиці, з перспек­тивами розвитку обчислювальної техніки; започаткувати ос­нови інформаційної культури студентів.

Основні завдання курсу:

ознайомлення з основами сучасної інформаційної технології;

ознайомлення з основними галузями застосування нових інформаційних технологій;

формування теоретичної бази знань у галузі інформатики і обчислю­вальної техніки;

формування певних навичок роботи з ЕОМ, забезпечує застосування набутих знань, умінь і навичок до розв'язування задач, що виникають у повсякденній практиці;

робота з пристроями введення-виведення інформації, прикладним програмним забезпеченням загального й цільового призначення: редакторами текстів, графічними й музичними редакторами, електронними таблицями, системами управління базами даних, інформаційно-пошуковими системами.

Після вивчення дисципліни студенти повинні знати:

• структуру ЕОМ, загальні принципи функціонування її основних пристроїв;

• призначення, функціональні можливості і правила використання основних системних програм;

• призначення, функціональні можливості і правила використання прикладних програм загального призначення;

• функціональні можливості основних служб міжнародної комп'ютерної мережі Internet, правила пошуку і обробки інформації в глобальній мережі.

Після вивчення предмета студенти повинні вміти:

• використовувати ЕОМ, основні системні та прикладні програми для вирішення практичних завдань;

• виконувати елементарні операції з обслуговування ЕОМ та її пристроїв за допомогою сервісних програм.

3.

“Хто хоче обмежитися теперішнім

Без знання минулого,

той ніколи його не зрозуміє…”

Г.В. Лейбніц

Ще за часів найдавніших культур людині доводилося розв’язувати задачі, пов’язані з торгівельними розрахунками, з обчисленням часу, із визначенням площі земельних ділянок тощо. Зростання обсягів цих розрахунків призводило навіть до того, що з однієї країни до іншої запрошували спеціальних навчених людей, які добре володіли технікою арифметичного числення. Тому рано чи пізно повинні були з’явитися пристрої, що полегшують виконання повсякденних розрахунків. Так у Давній Греції та у Давньому Римі були створені пристрої для лічби, названі абак (від грецького слова abakion – «дощечка, покрита пилюкою»). Абак також називали римською рахівницею. Це  були кістяні, кам’яні чи бронзові дошки із заглибинами-смугами, у яких містилися кісточки (або камені). Лічба здійснювалася пересуванням кісточок.

У країнах Давнього сходу (Китаї, Японії, Індокитаї) існувала китайська рахівниця. На кожній нитці або дротинці в цій рахівниці було по п’ять і по дві кісточки. Лічили одиницями і п’ятірками. У Росії для арифметичних обчислень застосовувалася руська рахівниця, що з’явилася в XVI столітті, але рахівниці можна зустріти й сьогодні (рис.1).

 

 

Розвиток пристроїв для лічби крокував у ногу з досягненнями математики

Незабаром після введення в обіг логарифмів у 1623 році з’явилася логарифмічна лінійка, яку винайшов німецький математик Едмонд Гантер. Однак наявність абака, рахівниці, логарифмічної лінійки не є механізацією процесу обчислення. У XVII столітті видатний французький вчений Блез Паскаль створив принципово новий лічильний пристрій – арифметичну машину. В основу її роботи Б. Паскаль поклав відому до нього ідею виконання розрахунків за допомогою металевих шестерень. У 1645 році він побудував першу підсумовувальну машину, а в 1675 році Паскалю вдалося створити машину, що виконувала усі чотири арифметичні дії. Майже одночасно з ним у 1670-1680 рр. німецький математик Готфрід Лейбніц сконструював лічильну машину. Лічильні машини Паскаля і Лейбніца стали прообразом арифмометра (рис.2).

 

 Перший арифмометр для чотирьох арифметичних дій, який застосовувався на практиці, вдалося сконструювати тільки через сто років, у 1790 р., німецькому годинниковому майстру Гану. Згодом пристрій арифмометра удосконалювався багатьма механіками з Англії, Франції, Італії, Росії, Швейцарії. Арифмометри застосовувалися для виконання складних розрахунків під час проектування та будівництва кораблів, мостів, будинків, проведення фінансових операцій. Але продуктивність роботи на арифмометрах залишалася невисокою, нагальною вимогою часу була автоматизація розрахунків.

У 1833 р. англійський вчений Чарльз Бебідж розробив проект «аналітичної машини». За його задумом, ця машина мала стати гігантським арифмометром із програмним керуванням (рис. 3).

 

 

У машині Бебіджа передбачені були також арифметичний і запам’ятовуючий пристрої. Його машина стала прообразом майбутніх комп’ютерів. Але здійснити свій проект Бебідж не зміг через недостатній розвиток техніки, і «аналітична машина» на деякий час була забута.

Лише через 100 років машина Бебіджа привернула увагу інженерів. Наприкінці 30-х років ХХ століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 році Цузе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми.

У 1944 році американець Говард Айкен на одному із підприємств фірми ІВМ побудував досить потужну на той час обчислювальну машину «Марк-1». У цій машині для зображення використовувалися механічні елементи – лічильні колеса, а для керування – електромеханічні реле.

З 40-х років ХХ століття починається історія розвитку ЕОМ, яка налічує декілька поколінь.

Перше покоління

Різкий стрибок у розвитку обчислювальної техніки відбувся в 40-х роках, після Другої світової війни, і пов’язаний він був із появою якісно нових електронних пристроїв – електронно-вакуумних ламп. Електричні схеми побудовані на цих лампах працювали значно швидше, ніж схеми на електромеханічних реле. Зросла швидкодія обчислювальних машин, і релейні машини були усунуті продуктивнішими і надійнішими електронними обчислювальними машинами (ЕОМ). Застосування ЕОМ значно розширило коло розв’язуваних задач. Доступними стали завдання, які раніше просто ставилися: розрахунки інженерних споруд, розрахунки руху планет, балістичні розрахунки тощо.

Перша ЕОМ створювалася 1943 – 1946 рр. у США і називалася ЕНІАК (ENIAK – Electronic Numerical Integrator and Calculator - електронно-числовий інтегратор і обчислювач). Ця машина містила близько 18 тисяч електронних ламп, багато електромеханічних реле, причому щомісяця виходило з ладу близько 2 тис. ламп. У машини ЕНІАК, а також в інших перших ЕОМ був серйозний недолік – програма, що виконувалася зберігалася не в пам’яті машини, а набиралася складним способом за допомогою зовнішніх перемичок (рис.4).

 

 

 

У 1945 р. відомий математик і фізик-теоретик фон Нейман сформулював загальні принципи роботи універсальних ЕОМ. За фон Нейманом, ЕОМ повинна керуватися програмою  з послідовним виконанням команд, а сама програма – зберігалася в пам’яті машини. Перша подібна ЕОМ була побудована в Англії в 1949 р.

У 1951 році в СРСР була створена «МЭСМ» (малая электронно-счетная машина). Ці роботи здійснювалися в Україні (м. Київ) в Інституті електродинаміки під керівництвом видатного конструктора обчислювальної техніки С.О. Лебедєва (рис.5).

 

ЕОМ постійно вдосконалювалися, завдяки чому до середини 50-х років швидкодію вдалося підвищити від кількох сотень до кількох десятків тисяч операцій за секунду. Однак при цьому електронні лампа залишалася найненадійнішім елементом ЕОМ.

Друге покоління

В середині 50-х років на зміну електронним лампам прийшли напівпровідникові прилади. Напівпровідникові прилади (транзистори, діоди) були значно компактнішими, мали триваліший термін служби. Споживання енергії в ЕОМ на напівпровідниках було істотно нижчим. Завдяки застосуванню більш досконалої елементної бази почали створювати невеликі ЕОМ, сталося розподілення ЕОМ не великі, середні, малі.

В Україні першою малою ЕОМ стала машина «Днепр-1», серійне виробництво якої було налагоджене на заводі «Арсенал» (м. Київ). ЕОМ «Днепр-1» (рис.6) передувала унікальній за своєю архітектурою машині «Мир-1», розробленій в 19654 р. в Інституті кібернетики. Машина «Мир-1» (абревіатура рос. Машина для Инженерных Расчетов) створена в 1965 році Інститутом кібернетики Академії наук України під керівництвом академіка В. М. Глушкова (рис. 7). Одна з перших в світі персональних ЕОМ. Випускалася серійно та призначалася для використання в учбових закладах, невеликих інженерних бюро та наукових відділах. Мала ряд унікальних властивостей, зокрема апаратно реалізовану машинну мову, близьку за можливостями до мов програмування високого рівня, та розвинуте математичне забезпечення. Її наступна модифікація «Мир-2» передбачалися для інженерних розрахунків, які виконували на ЕОМ сам користувач без оператора.

 

У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ «Роздан» і «Наїрі». Але найкращою машиною була «БЭСМ-6», яка виконувала понад 1 млн. операцій за секунду. У електронних схемах "БЭСМ-6" використано 60 тис. транзисторiв i 180 тис. напiвпровiдникiв-дiодiв. Елементна база "БЭСМ-6" в тi часи була цiлком новою, у нiй були закладенi основи схемотехнiки ЕОМ третього та четвертого поколiнь. Макет "БЭСМ-6" було запущено у дослiдну експлуатацiю в 1965 р., а вже в серединi 1967 р. перший зразок машини був пред'явлений на iспити (рис. 8).

 

За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були «Елліот» (Англія), «Сіменс» (ФРН), «Стретч» (США).

Третє покоління

Чергова зміна поколінь ЕОМ відбулася наприкінці 60-х при переході від напівпровідникових приладів у пристроях ЕОМ до інтегральних схем.

Інтегральна схема (мікросхема)- це невелика пластина, на якій розміщуються сотні елементів: діодів, транзисторів, конденсаторів тощо. Винайдена у 1958 році американськими винахідниками Джек Кілбі та Робертом Нойсом.

У 1958 році двоє учених, що жили в абсолютно різних місцях, винайшли практично ідентичну модель інтегральної схеми. Один з них, Джек Кілбі, працював на Texas Instruments, інший, Роберт Нойс, був одним із засновників невеликої компанії по виробництву напівпровідників Fairchild Semiconductor. Обох об'єднало питання: «Як в мінімум місця вмістити максимум компонентів?». Транзистори, резистори, конденсатори і інші деталі у той час розміщувалися на платах окремо, і вчені вирішили спробувати їх об'єднати на одному монолітному кристалі з напівпровідникового матеріалу. Тільки Кілбі скористався германієм, а Нойс віддав перевагу кремнію. У 1959 році вони окремо один від одного отримали патенти на свої винаходи — почалося протистояння двох компаній, яке закінчилося мирним договором і створенням спільної ліцензії на виробництво чіпів. Після того, як в 1961 році Fairchild Semiconductor Corporation пустила інтегральні схеми у вільний продаж, їх відразу стали використовувати у виробництві калькуляторів і комп'ютерів замість окремих транзисторів, що дозволило значно зменшити розмір і збільшити продуктивність

Перша радянська напівпровідникова мікросхема була створена в 1961 році в Таганрозькому радіотехнічному інституті, в лабораторії Л. Н. Колесова.

Застосування інтегральних схем надало можливість збільшити кількість електронних елементів ЕОМ без зміни їхніх реальних розмірів. Швидкодія ЕОМ зросла до 10 мільйонів операцій за секунду. У третьому поколінні з’явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своїм призначенням і продуктивністю. Були розроблені серії машин ЄС ЕОМ (Єдина система ЕОМ), СМ ЕОМ (Система Малих ЕОМ) і «Електроніка» (система мікро-ЕОМ).

Четверте покоління

у процесі вдосконалення мікросхем збільшувалась їхня надійність і щільність розміщення в них елементів. З’явились великі інтегральні схеми (ВІС). На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного покоління. почали створювати перші мікропроцесори. Які з'явилися на початку 1970-х і використовувалися в електронних калькуляторах для обробки 4-бітних слів, що являли десяткові цифри в двійковому представленні. Поява 8-бітних процесорів з 16-бітною адресацією в середині 1970-х забезпечила достатній простір можливостей для реалізації перших мікропроцесорів загального призначення в мікрокомп'ютерах.

Довгий час процесори складалися з малих і середніх інтегральних схем, що містили в собі еквівалент від кількох до кількасот транзисторів. найперший мікропроцесор був створений компанією Intel (США) у 1971 році. це був 4-розрядний Intel 4004,що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду. мікропроцесори стали основою міні-ЕОМ, а потім і персональних комп’ютерів, тобто ЕОМ, орієнтованого на одного користувача. почалася епоха персональних комп’ютерів (ПК).

П’яте покоління

Починаючи із середини 90-х років, у потужних комп’ютерів застосовують масштабні ВІС, які вміщують сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. Передбачається, що обчислювальні машини п’ятого покоління будуть легкокерованими. користувач зможе голосом команди машині.

Хід заняття

І. Організаційний момент.

II. Мотивація діяльності.

III. Повідомлення теми і мети заняття.

«Вступ. Правила безпеки. Історія розвитку ЕОМ»

IV. Повідомлення нового матеріалу.

План лекції:

1. Вступ.

2. Правила техніки безпеки.

3. Коротка історія розвитку обчислювальної техніки.

4. Характеристика різних поколінь ЕОМ.

Основи інформатики» - предмет загально-освітнього циклу.

Головна мета курсу: сформувати знання, вміння і навички, необхідні для раціонального використання засобів сучасних інформаційних технологій при розв'язуванні задач, пов'язаних з опрацюванням інформації, її пошуком, систе­матизацією, зберіганням, поданням, передаванням; ознайо­мити студентів із роллю нових інформаційних технологій у сучас­ному виробництві, науці, повсякденній практиці, з перспек­тивами розвитку обчислювальної техніки; започаткувати ос­нови інформаційної культури студентів.

Основні завдання курсу:

ознайомлення з основами сучасної інформаційної технології;

ознайомлення з основними галузями застосування нових інформаційних технологій;

формування теоретичної бази знань у галузі інформатики і обчислю­вальної техніки;

формування певних навичок роботи з ЕОМ, забезпечує застосування набутих знань, умінь і навичок до розв'язування задач, що виникають у повсякденній практиці;

робота з пристроями введення-виведення інформації, прикладним програмним забезпеченням загального й цільового призначення: редакторами текстів, графічними й музичними редакторами, електронними таблицями, системами управління базами даних, інформаційно-пошуковими системами.

Після вивчення дисципліни студенти повинні знати:

• структуру ЕОМ, загальні принципи функціонування її основних пристроїв;

• призначення, функціональні можливості і правила використання основних системних програм;

• призначення, функціональні можливості і правила використання прикладних програм загального призначення;

• функціональні можливості основних служб міжнародної комп'ютерної мережі Internet, правила пошуку і обробки інформації в глобальній мережі.

Після вивчення предмета студенти повинні вміти:

• використовувати ЕОМ, основні системні та прикладні програми для вирішення практичних завдань;

• виконувати елементарні операції з обслуговування ЕОМ та її пристроїв за допомогою сервісних програм.