Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники



Скачать 156.1 Kb.
Дата26.07.2014
Размер156.1 Kb.
ТипИсследовательская работа
МУНИЦИПАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЕНГЕРОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ОБШЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1

Исследовательская работа по математике на тему

История развития вычислительной техники

Выполнил ученик

7 А класса Венгеровской средней

общеобразовательной школы №1

Иванилов Кирилл

Проверила учитель математики

Ульянова М. В.

Венгерово

2009

Содержание



Цели и задачи работы ..………………………………………………………….1

Введение…………………………………………………………………………. 2


I. Домеханические устройства……………………………………………..…3-4

1.1.Примитивные приспособления….…………………………………...3-4

1.2.Палочки Непера………………………………………………………....3

1.3.Логарифмическая линейка….……………………………………….….4

II.Механические счётные машины…...…………………………………….….4-6 2.1.Счётное устройство Леонардо да Винчи………..…………………….4

2.2.Паскалина и машина Лейбница ...….…………………………….........5

2.3. Программируемый станок Жозефа Жаккара…………………..…..5-6

2.4. Разностная и аналитическая машины Чарльза Бэббиджа……..…….6

III.Электронные вычислительные машины………………..………………...6-10

3.1. I поколение ЭВМ ……………………………………………………7-8

3.2. II поколение ЭВМ ……………………………………………………...8

3.3. III поколение ЭВМ …………………………………………..………8-9

3.4. IV поколение ЭВМ …….………………………...……...…...…..…9-10

3.5. V поколение ЭВМ ………………………………………………….....10

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


Цель исследования:

показать, как математика влияет на развитие науки, в частности показать значение математики в развитие вычислительной техники.


Задачи:

-изучить и проанализировать эволюцию развития вычислительных машин от простейших до современных ЭВМ;

-ознакомиться с историей развития математики как науки;

-собрать информацию о первых разработчиках вычислительных машин;

-проследить развитие вычислительной техники у разных народов в разное время.

"Отдайте машине машинное, а человеку - человеческое"

Норберт Винер

Введение.


Люди научились считать 25-30 тысяч лет назад. Сначала они проводили устные вычисления, но поздней они придумали различные устройства, облегчающие счёт. Первые счетные устройства были примитивны, но именно с них начала своё развитие вычислительная техника.

Главная задача вычислительной техники на протяжении всего времени её существования, прежде всего выполнение сложных математических вычислений за наименьшее время. Со временем росла необходимость в более точных и быстрых вычислениях. И это заставляло людей придумывать всё более совершенные вычислительные машины. Именно создание сложных вычислительных машин позволило людям полететь в космос, построить ракету, создать реактивный самолёт, возвести небоскрёбы.

I. Домеханические устройства.
1.1.Примитивные приспособления.

Первым «приспособлением» для счёта можно считать пальцы. Причём с помощью пальцев можно считать числа превышающие число 10. Например, с помощью пальцев удобно считать в шестеричной системе. Для этого надо загибать пальцы на одной руке, а после того, как загнутыми окажутся все пальцы, загибается палец на другой руке. Палец на второй руке обозначает 6.

Другими не менее известными приспособлениями для счёта являются вероятно, всем известные счётные палочки, которые и сегодня используются в начальных классах многих школ для обучения счёту.

Развиваясь, эти приспособления становились более сложными, например, такими как финикийские глиняные фигурки, также предназначаемые для наглядного представления количества считаемых предметов, однако для удобства помещаемые при этом в специальные контейнеры.

Первым таким устройством являлся абак. Впервые появился в Древнем Вавилоне около 3 тыс.лет до н. э. Первоначально он представлял собой доску, разграфлённую на полосы или доску с углублениями. Счётные марки (камешки, косточки) передвигались по линиям или углублениям. В 5 в. до н. э. в Египте вместо линий и углублений стали использовать палочки и проволоку с нанизанными камешками.

Русским вариантом абак являются счёты, которые состоят из рамы с нанизанными на горизонтальные железные спицы костяшками, обычно по 10 штук. Железная спица с 4 костяшками использовалась для расчётов в полушках. 1 полушка была равна половине деньги, то есть четверти копейки, соответственно, четыре костяшки составляли одну копейку. В наши дни эта спица отделяет целую часть набранного на счётах числа от дробной и в вычислениях не используется.

Китайской разновидностью абака является семикосточковая Суаньпань.

Суаньпань представляет собой прямоугольную раму, в которой параллельно друг другу протянуты проволоки или веревки числом от девяти и более. Перпендикулярно этому направлению суаньпань перегорожен на две неравные части. В большом отделении на каждой проволоке нанизано по пять шариков (косточек), в меньшем — по два. Проволоки соответствуют десятичным разрядам.

В Японии, начиная с XVI века, широко использовались заимствованные у китайцев традиционные счёты Соробан. Прямоугольная рама содержит до 23—27 вертикальных палочек (чем больше их число, тем с большим разрядом цифр можно проводить операции). На каждой палочке по пять косточек, разделённых поперечной полосой ( над полосой одна косточка, под полосой — четыре). Существует так же вариант Соробана с 5 косточками под полосой.

В стародавние времена Соробан был неотъемлемой принадлежностью торгового сословия. Обучение правилам работы с Соробаном было включено в школьную программу. Если ученики школ в других странах начинают свой путь к знаниям с чтения, письма и арифметики, то японских детей обучают прежде всего чтению, письму и Соробану. Сейчас изучение Соробана остаётся обязательным для учеников третьего и четвёртого классов начальной школы. К тому же в стране работает 25 тысяч частных учебных заведений по обучению работе на Соробане. Ежегодно проводится национальный чемпионат, выявляющий школьников, быстрее всего производящих вычисления при помощи воображаемого Соробана.


1.2.Палочки Непера.
Первым устройством для выполнения умножения был набор деревянных брусков, известных как палочки Непера. Они были изобретены шотландцем Джоном Непером (1550-1617гг.). На наборе из деревянных брусков была размещена таблица умножения. Кроме того, Джон Непер изобрел логарифмы.

1.3.Логарифмическая линейка.


Логарифмическая линейка - это счетный инструмент для упрощения вычислений, с помощью которого операции над числами заменяются операциями над логарифмами этих чисел. Конструкция линейки сохранилась в основном до наших дней. Первый вариант линейки разработал английский математик-любитель Уильям Отред в 1622 году.

Вычисления с помощью логарифмической линейки производятся просто, быстро, но приближенно. И, следовательно, она не годится для точных, например финансовых, расчетов.


II.Механические счётные машины
1.1.Счётное устройство Леонардо да Винчи.
Более удобное и точное счетное устройство изобрел Леонардо да Винчи в 30-х годах 17 столетия. В национальной библиотеке Мадрида были обнаружены два тома неопубликованных рукописей Леонардо да Винчи. Среди чертежей посвященных прикладной механике, ученые нашли эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубными колёсами.

2.1.«Паскалина» и машина Лейбница.

С развитием техники были изобретены механические счётные машины.

Считается, что первую механическую машину, которая могла выполнять сложение и вычитание, изобрел в 1646г. молодой 18-летний французский математик и физик Блез Паскаль. Его отец был сборщиком налогов и должен был делать сложные вычисления. Для облегчения труда своего отца он изобрёл машину, которая называется "паскалина".

Своей формой машина напоминала длинный сундучок. Она была достаточно громоздка, имела несколько специальных рукояток, при помощи которых осуществлялось управление, имела ряд маленьких колес с зубьями. Первое колесо считало единицы, второе - десятки, третье - сотни и т.д. Сложение в машине производится вращением колес вперед. Двигая их обратно, выполняется вычитание.

Следующим шагом было изобретение машины, которая могла выполнять умножение и деление. Такую машину изобрел в 1671 г. немец Готфрид Лейбниц. Хотя машина Лейбница и была похожа на "Паскалину", она имела движущуюся часть и ручку, с помощью которой можно было крутить специальное колесо или цилиндры, расположенные внутри аппарата. Такой механизм позволил ускорить повторяющиеся операции сложения, необходимые для умножения. Само повторение тоже осуществлялось автоматически.


2.2.Программируемый станок Жозефа Жаккара.
Следующим важным шагом в развитии вычислительной техники стало изобретение программируемых машин. В 1802 г. французский ткач и механик Жозеф Жаккар создал первый образец машины, управляемой введением в нее информации. Данная машина облегчила процесс производства тканей со сложным узором. При изготовлении ткани со сложным узором нужно поднимать или опускать каждую нить в определённом порядке . После этого протягивается между поднятыми и опущенными нитями другую нить. Затем каждая из нитей опускается или поднимается в определенном порядке и станок снова пропускается нить. Этот процесс многократно повторяется до тех пор, пока не будет получена нужная длина ткани с узором. Для задания узора на ткани Жаккар использовал ряды отверстий на перфокартах. Если применялось десять нитей, то в каждом ряду перфокарты предусматривалось место для десяти отверстий. Карта закреплялась на станке в устройстве, которое могло обнаруживать отверстия. Это устройство с помощью щупов проверяло каждый ряд отверстий на перфокарте, которые соответствовали нитям.

2.3.Разностная и аналитическая машины Чарльза Бэббиджа.


В 1822 г. англичанин Чарльз Бэббидж построил счетное устройство, которое назвал разностной машиной. В эту машину вводилась информация на перфокартах. Для выполнения ряда математических операций в машине применялись цифровые колеса с зубьями. Десять лет спустя Бэббидж спроектировал другое счетное устройство, гораздо более совершенное, которое назвал аналитической машиной.

Друг Бэббиджа, графиня Ада Августа Лавлейс, показала, как можно использовать аналитическую машину для выполнения ряда конкретных вычислений.?????


III.Электронные вычислительные машины.
ЭВМ появились, когда возникла острейшая необходимость в очень трудоемких и точных расчетах, особенно в таких областях науки и техники, как атомная физика, теория динамики полета и управления летательными аппаратами, в исследовании аэродинамики больших скоростей.

Между тем доэлектронная вычислительная техника (механическая и электромеханическая) позволяла только в ограниченной степени механизировать процессы вычислений. Требовался переход к элементам, работающим в более быстром темпе. Технические предпосылки для этого уже были созданы: развивалась электроника и счетно-аналитическая вычислительная техника. В 1904 г. Дж. Флеминг (Великобритания) изобрел первый ламповый диод, а в 1906 г. Ли де Форест (США) — первый триод. До середины 30-х гг. электронные лампы уже стояли во всех радиотехнических устройствах. Но эра ЭВМ начинается с изобретения лампового триггера. Это открытие было сделано независимо друг от друга советским ученым М. А, Бонч-Бруевичем (1918) и английскими учеными У. Экклзом и Ф. Джорданом (1919). Триггерные схемы постепенно стали широко применяться в электронике для переключения и релейной коммутации.

Идеи создания электронных вычислительных машин возникли в конце 30-х - начале 40-х гг. независимо друг от друга в четырех странах: СССР, США, Великобритании и Германии. Во время второй мировой войны (с 1939 по 1945г.) были построены несколько первых электромеханических компьютеров. Первые ЭВМ делали в секунду 5 тысяч умножений и делений, а современные несколько тысяч таких операций в секунду.

Все ЭВМ разделяют на 5 поколений.


3.1.I поколение ЭВМ (до 1955 г.)
Все ЭВМ I-го поколения были сделаны на основе электронных ламп, что делало их ненадежными - лампы приходилось часто менять. Эти компьютеры были огромными, неудобными и слишком дорогими машинами, их могли приобрести только крупные корпорации и правительства. Лампы потребляли огромное количество электроэнергии и выделяли много тепла.

Для каждой машины использовался свой язык программирования. Набор команд был небольшой, схема арифметико-логического устройства и устройства управления достаточно проста, программное обеспечение практически отсутствовало. Показатели объема оперативной памяти и быстродействия были низкими. Для ввода-вывода использовались перфоленты, перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства, оперативные запоминающие устройства были реализованы на основе ртутных линий задержки электроннолучевых трубок. Эти неудобства начали преодолевать путем интенсивной разработки средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность её использования. Это, в свою очередь, потребовало значительных изменений в конструкции компьютеров, направленных на то, чтобы приблизить её к требованиям, возникшим из опыта эксплуатации компьютеров. Но несмотря на это ЭВМ I поколения могли заменить двадцать человек, работающих с ручными счётными устройствами. Первый компьютер мог умножить два двадцатиразрядных числа за 6 секунд, разделить их за 15 секунд, а сложить и вычисть всего за 3 секунды.

Первым электронным компьютером стал английский COLOSSUS-1, использующийся для расшифровки секретного кода, который применяла Германия для передачи сообщений особой важности.

В 1937-1942 гг. профессором Атанасовым Джоном Винсентом и его аспирантом Клиффордом Эдвардом Берри был создан компьютер АВС(Atanasoff-Berry Computer). Оригинальной особенностью АВС было разделение обрабатывающих и запоминающих устройств. Блок памяти состоял из набора конденсаторов с автоматическим восстановлением заряда. Информация вводилась с перфокарт. При вычислении использовалось двоичное представление чисел. Блок управления был собран на электронных лампах и позволял осуществлять многократное поразрядное сложение и вычитание чисел.

Большой толчок в развитии вычислительной техники дала вторая мировая война: американским военным понадобился компьютер, которым стал “Марк-1” - первый в мире автоматический вычислительный компьютер, изобретённый в 1944 г. профессором Айкнем. В нём использовалось сочетание электрических сигналов и механических приводов. Программа обработки данных вводилась с перфоленты. Размеры: 15 X 2,5 м., 750000 деталей. "Марк-1" мог перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.

3.2.II поколение ЭВМ (1958-1964).


В 1958 г. в ЭВМ были применены полупроводниковые транзисторы, изобретённые в 1948 г. Уильямом Шокли. Они были более надёжны, долговечны, малы, могли выполнить значительно более сложные вычисления, обладали большой оперативной памятью. 1 транзистор способен был заменить ~ 40 электронных ламп и работает с большей скоростью.

Во II-ом поколении компьютеров дискретные транзисторные логические элементы вытеснили электронные лампы. В качестве носителей информации использовались магнитные ленты ("БЭСМ-6", "Минск-2","Урал-14") и магнитные сердечники, появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, магнитные барабаны и первые магнитные диски.

В качестве программного обеспечения стали использовать языки программирования высокого уровня, были написаны специальные трансляторы с этих языков на язык машинных команд. Для ускорения вычислений в этих машинах было реализовано некоторое перекрытие команд: последующая команда начинала выполняться до окончания предыдущей.

Появился широкий набор библиотечных программ для решения разнообразных математических задач. Появились мониторные системы, управляющие режимом трансляции и исполнения программ. Из мониторных систем в дальнейшем выросли современные операционные системы.

Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем. Поэтому в середине 60-х годов наметился переход к созданию компьютеров, программно-совместимых и построенных на микроэлектронной технологической базе.
3.3.III поколение ЭВМ (1964-1972).
В 1960 г. появились первые интегральные схемы (ИС), которые получили широкое распространение в связи с малыми размерами, но громадными возможностями. ИС - это кремниевый кристалл, площадь которого примерно 10 мм2. Одна ИС способна заменить десятки тысяч транзисторов. Один кристалл выполняет такую же работу, как и 30-ти тонный “Эниак”. А компьютер с использованием ИС достигает производительности в 10 млн. операций в секунду.

В 1964 году, фирма IBM объявила о создании шести моделей семейства IBM 360 (System 360), ставших первыми компьютерами третьего поколения.

Машины третьего поколения — это семейства машин с единой архитектурой, т.е. программно совместимых. В качестве элементной базы в них используются интегральные схемы, которые также называются микросхемами.

Машины третьего поколения имеют развитые операционные системы. Они обладают возможностями мультипрограммирования, т.е. одновременного выполнения нескольких программ. Многие задачи управления памятью, устройствами и ресурсами стала брать на себя операционная система или же непосредственно сама машина.

Примеры машин третьего поколения — семейства IBM-360, IBM-370, ЕС ЭВМ (Единая система ЭВМ), СМ ЭВМ (Семейство малых ЭВМ) и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов операций в секунду. Ёмкость оперативной памяти достигает нескольких сотен тысяч слов.

3.4 IV поколение ЭВМ (с 1972 г. по настоящее время).


Четвёртое поколение — это теперешнее поколение компьютерной техники, разработанное после 1970 года.

Впервые стали применяться большие интегральные схемы (БИС), которые по мощности примерно соответствовали 1000 ИС. Это привело к снижению стоимости производства компьютеров. В 1980 г. центральный процессор небольшой ЭВМ оказалось возможным разместить на кристалле площадью 1/4 дюйма (0,635 см2.). БИСы применялись уже в таких компьютерах, как “Иллиак”, ”Эльбрус”, ”Макинтош”. Быстродействие таких машин составляет тысячи миллионов операций в секунду. Емкость ОЗУ возросла до 500 млн. двоичных разрядов. В таких машинах одновременно выполняются несколько команд над несколькими наборами операндов.

C точки зрения структуры машины этого поколения представляют собой многопроцессорные и многомашинные комплексы, работающие на общую память и общее поле внешних устройств. Ёмкость оперативной памяти порядка 1 - 64 Мбайт.

Распространение персональных компьютеров к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ. Это стало предметом серьезного беспокойства фирмы IBM (International Business Machines Corporation) — ведущей компании по производству больших ЭВМ, и в 1979 г. фирма IBM решила попробовать свои силы на рынке персональных компьютеров, создав первые персональные компьютеры- IBM PC.

Персональный компьютер - компьютер, специально созданный для работы в однопользовательском режиме. Появление персонального компьютера прямо связано с рождением микрокомпьютера. Очень часто термины «персональный компьютер» и «микрокомпьютер» используются как синонимы.

ПК - настольный или портативный компьютер, который использует микропроцессор в качестве единственного центрального процессора, выполняющего все логические и арифметические операции. Эти компьютеры относят к вычислительным машинам четвертого и пятого поколения. Помимо ноутбуков, к переносным микрокомпьютерам относят и карманные компьютеры — палмтопы. Основными признаками ПК являются шинная организация системы, высокая стандартизация аппаратных и программных средств, ориентация на широкий круг потребителей.

С развитием полупроводниковой техники персональный компьютер, получив компактные электронные компоненты, увеличил свои способности вычислять и запоминать. А усовершенствование программного обеспечения облегчило работу с ЭВМ для лиц с весьма слабым представлением о компьютерной технике. Основные компоненты: плата памяти и дополнительное запоминающее устройство с произвольной выборкой (РАМ); главная панель с микропроцессором (центральным процессором) и местом для РАМ; интерфейс печатной платы; интерфейс платы дисковода; устройство дисковода (со шнуром), позволяющее считывать и записывать данные на магнитных дисках; съемные магнитные или гибкие диски для хранения информации вне компьютера; панель для ввода текста и данных.
3.5.V поколение ЭВМ (компьютеры будущего).
Сейчас ведутся интенсивные разработки ЭВМ V поколения. Разработка последующих поколений компьютеров производится на основе больших интегральных схем повышенной степени интеграции, использования оптоэлектронных принципов (лазеры, голография).

Ставятся совершенно другие задачи, нежели при разработке всех прежних ЭВМ. Если перед разработчиками ЭВМ с I по IV поколения стояли такие задачи, как увеличение производительности в области числовых расчётов, достижение большой ёмкости памяти, то основной задачей разработчиков ЭВМ V поколения является создание искусственного интеллекта машины (возможность делать логические выводы из представленных фактов), развитие "интеллектуализации" компьютеров - устранения барьера между человеком и компьютером. Компьютеры будут способны воспринимать информацию с рукописного или печатного текста, с бланков, с человеческого голоса, узнавать пользователя по голосу, осуществлять перевод с одного языка на другой. Это позволит общаться с ЭВМ всем пользователям, даже тем, кто не обладает специальными знаниями в этой области. ЭВМ будет помощником человека во всех областях.



Заключение.
Таким образом мы видим, вместе с человеческой цивилизацией развивалась и наука, а вместе с ней и вычислительная техника. Ещё с античных времён люди стали пользоваться различными приспособлениями, облегчающие счёт.

Современную жизнь нельзя представить без компьютеров. Компьютеры стали выполнять рутинную и однообразную работу по переработке данных, составлении графиков, передаче уведомлений. С помощью ЭВМ можно напечатать текст или произвести математические вычисления, составить расписание движения поездов и управлять технологическим процессом на заводе, изучать иностранные языки и руководить полетом космической станции, вести бухгалтерские расчеты и планировать бюджет страны, общаться с людьми, находящимися в любой точке земного шара, и вести тончайшие хирургические операции, послать письмо другу и сделать фотографию. Процесс современного производства не представляется без применения компьютерных технологий.

Похожие:

Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconИстория развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ
Знакомство учащихся с событиями и факторами, оказавшими влияние на темпы развития вычислительной техники
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники icon«История развития вычислительной техники»
Цель урока: Сформировать у учащихся понятие основных этапов развития вычислительной техники
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники icon"История развития вычислительной техники. Поколения эвм"
Цель урока: познакомить учащихся с историей развития вычислительной техники от абака до компьютера, дать классификацию ЭВМ по элементной...
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconИстория развития вычислительной техники
Цели урока: способствовать формированию знаний учащихся истории развития вычислительной техники; способствовать развитию воображения,...
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconАлгоритмы в математике
Цели: 1 продолжить знакомство с историей развития вычислительной техники; познакомить с алгоритмами в математике;2 развивать логическое...
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconВнеклассное мероприятие по информатике. Неделя математики. Январь 2008 г Виртуальная экскурсия «История вычислительной техники»
Показать, какую большую роль в развитии вычислительной техники
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconПрактическая работа по составлению тематических ребусов и кроссвордов. Тема3 : Решение задач повышенной сложности(34 часа)
Теория: История возникновения арабских цифр. Десятичная позиционная запись чисел. Римская нумерация. Недесятичные системы счисления:...
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconИсследовательская работа Число «ПИ» или история длиной в 4000 лет. Работа выполнена учеником 9 «Б» класса Орловым Станиславом Преподаватель: Лавренюк Надежда Владимировна Введение « я не специалист по математике,
«я не специалист по математике, а только поклонник её, неудачник, влюблённый в эту самую прекрасную из наук»
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconИстория вычислительной техники
Первым устройством для счета, известным еще задолго до нашей эры (V в до н э.) был простой абак, с которого и началось развитие вычислительной...
Исследовательская работа по математике на тему История развития вычислительной техники iconБилет №01 Краткая история развития вычислительной техники. Основные исторические этапы, выдающиеся ученые и изобретатели, поколения электронных вычислительных машин. Выберите правильный ответ
Краткая история развития вычислительной техники. Основные исторические этапы, выдающиеся ученые и изобретатели, поколения электронных...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org