Эволюция школьных предметов 3

Урок физики-математики «Из истории вычислительной машины» для 7-8-9-10-11-х классов.

  1. Демонстрация презентации «Из истории вычислительной техники» по приложенному докладу.
  2. Демонстрация счетно-вычислительных машин, выставленных в экспозиции. Рассказ о машинах из воспоминаний Пепеляева Юрия Федоровича, механика по ремонту вычислительных машин Пашийского цементно-металлургического завода (1968 – 1990гг.):
    Пепеляев Юрий Федорович: «ВК-1 использовалась на производстве в 50-е годы XX века. Принцип работы – колесо Однера (русский инженер). Передает число выдвинутых штырьков на счетчик оборотов набранную нами цифру на счетчик результата. Применяли в бухгалтерии завода, в плановом отделе, экономическом, нормировщики рассчитывали наряды, производительность труда. ВК-2 использовалась позднее, в 60-х годах XX века. Принцип действия тот же. ВК-1 и ВК-2 использовались в основном на Пашийском заводе. На Горнозаводском цементном заводе уже внедрялись Германские счетные машины. Германские счетные машины «Рейнметалл» и «Суперметалл» производили действия сложения, вычитания, умножения, деления линейным набором. На линейке 10-ти ступенчатые зубчатые шестеренки. Верхняя – счетчик оборотов, нижняя – счетчик результатов. Клавиатура (слева направо): 1-я колонка – миллионы, 2-я, 3-я, 4-я – тысячи, 5-я, 6-я, 7-я – десятки (рубли), 8-я и 9-я – единицы (копейки). Затем появились советский аналог, который производился на Курском заводе «Счетмаш». На производство поступали эти машины в конце 60-х годов XX века. Суммирующая машина Рязанского завода «Зоемтрон» только складывала, вычитала, умножала и вела запись. На ней печатали счета-фактуры, заряжался специальный бланк. В основе действия – электродвигатель. Всего их в машине два, один на передвижение каретки, другой на саму машину. Далее расположена релейная машина, уже из серии электронных машин. Работает как электросчетчик. Вся машина состоит из набора блоков диодов и блоков реле. Желтая машина «Rasa» транзисторная. В ней содержится 1 тысяча штук ферротранзисторных модулей. Здесь уже используются микросхемы 145 серии».
  3. Интерактив «Действия с арифмометром». По приложенной к арифмометру инструкции дети должны разобраться с принципом действия арифмометра самостоятельно.
  4. В заключение предлагается произвольный осмотр выставки «Эволюция школьных предметов».

Действия с арифмометром.

Сложение

  1. Выставьте на рычажках первое слагаемое.
  2. Поверните ручку от себя (по часовой стрелке). При этом число на рычажках вводится в счётчик суммирования.
  3. Выставьте на рычажках второе слагаемое.
  4. Поверните ручку от себя. При этом число на рычажках прибавится к числу в счётчике суммирования.
  5. Результат сложения — на счётчике суммирования.

Вычитание

  1. Выставьте на рычажках уменьшаемое.
  2. Поверните ручку от себя. При этом число на рычажках вводится в счётчик суммирования.
  3. Выставьте на рычажках вычитаемое.
  4. Поверните ручку на себя. При этом число на рычажках вычитается из числа на счётчике суммирования.
  5. Результат вычитания на счётчике суммирования.

Если при вычитании получается отрицательное число, в арифмометре звенит звоночек. Так как арифмометр не оперирует с отрицательными числами, надо «отменить» последнюю операцию: не изменяя положения рычажков и консоли, проверните ручку в обратном направлении.

Умножение

Умножение на небольшое число

  1. Выставьте на рычажках первый множитель.
  2. Крутите ручку от себя, пока на счётчике прокруток не появится второй множитель.
  3. Результат умножения — на счётчике суммирования.

Умножение при помощи консоли

По аналогии с умножением столбиком — умножают на каждый разряд, записывая результаты со смещением. Смещение определяется тем, в каком разряде стоит второй множитель.

Для перемещения консоли используйте ручку спереди арифмометра (Феликс) или клавиши со стрелками (ВК-1, Rheinmetall).

Разберём пример: 1234x5678:

  1. Переместите консоль влево до упора.
  2. Выставьте на рычажках первый множитель (1234).
  3. Крутите ручку от себя, пока на счётчике прокруток не появится первая цифра (справа) второго множителя (8).
  4. Переместите консоль на один шаг вправо.
  5. Аналогично проделывайте пункты 3 и 4 для остальных цифр (2-й, 3-ей и 4-й). В итоге на счётчике прокруток должен быть второй множитель (5678).
  6. Результат умножения — на счётчике суммирования.

Деление

Рассмотрим случай деления 8765 на 432:

  1. Выставьте на рычажках делимое (8765).
  2. Переместите консоль на пятый разряд (на четыре шага вправо).
  3. Отметьте конец целой части делимого металлическими «запятыми» на всех счётчиках (запятые должны стоять в столбик перед цифрой 5).
  4. Поверните ручку от себя. При этом делимое вводится в счётчик суммирования.
  5. Сбросьте счётчик прокруток.
  6. Выставьте на рычажках делитель (432).
  7. Переместите консоль так, чтобы старший разряд делимого совместился со старшим разрядом делителя, то есть на один шаг вправо.
  8. Крутите ручку на себя, пока не получите отрицательное число (перебор, отмечаемый звуком колокольчика). Верните ручку на один оборот обратно.
  9. Переместите консоль на один шаг влево.
  10. Проделывайте пункты 8 и 9 до крайнего положения консоли.
  11. Результат — модуль числа на счётчике прокруток, целая и дробная части разделены запятой. Остаток — на счётчике суммирования.

ИЗ ИСТОРИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН.

Механизация и машинизация вычислительных операций — одно из основополагающих технических достижений второй трети XX века. Подобно тому, как появление первых прядильных машин послужило началом великого промышленного переворота XVIII‑XIX веков, создание электронной вычислительной машины стало предвестником грандиозной научно‑технической и информационной революции второй половины XX столетия. Этому важному событию предшествовала длинная предыстория. Первые попытки собрать счетную машину предпринимались еще в XVII веке, а простейшие вычислительные приспособления, типа абака и счет, появились еще раньше — в древности и средневековье.

Хотя автоматическое вычислительное устройство относится к роду машин, его нельзя поставить в один ряд с промышленными машинами, скажем, с токарным или ткацким станком, ведь в отличие от них оно оперирует не физическим материалом (нитями или деревянными заготовками), а идеальными, не существующими в природе числами. Поэтому перед создателем любой вычислительной машины (будь то простейший арифмометр или новейший суперкомпьютер) стоят специфические проблемы, не возникающие у изобретателей в других областях техники. Их можно сформулировать следующим образом:

  1. Как физически (предметно) представить числа в машине?
  2. Как осуществить ввод исходных числовых данных?
  3. Каким образом смоделировать выполнение арифметических операций?
  4. Как представить вычислителю введенные исходные данные и результаты вычислений?

Одним из первых эти проблемы преодолел знаменитый французский ученый и мыслитель Блез Паскаль. Ему было 18 лет, когда он начал работать над созданием особой машины, с помощью которой человек, даже не знакомый с правилами арифметики, мог бы производить четыре основных действия. Сестра Паскаля, бывшая свидетельницей его работы, писала позже: «Эта работа утомляла брата, но не из‑за напряжения умственной деятельности и не из‑за механизмов, изобретение которых не вызывало у него особых усилий, а из‑за того, что рабочие с трудом понимали его». И это неудивительно. Точная механика только рождалась, и качество, которого требовал Паскаль, превышало возможности его мастеров. Поэтому изобретателю самому нередко приходилось браться за напильник и молоток или ломать голову над тем, как изменить в соответствии с квалификацией мастера интересную, но сложную конструкцию. Первая работающая модель машины была готова в 1642 году. Паскаля она не удовлетворила, и он сразу же начал конструировать новую. «Я не экономил, — писал он впоследствии о своей машине, — ни времени, ни труда, ни средств, чтобы довести ее до состояния быть полезной… Я имел терпение сделать до 50 различных моделей…» Наконец в 1645 году усилия его увенчались полным успехом — Паскаль собрал машину, которая удовлетворяла его во всех отношениях.

Хотя в наше время вычислительные операции далеко не главная и уж во всяком случае не единственная сфера применения компьютера, исторически он обязан своим возникновением именно развитию вычислительной техники. ЭВМ первого поколения, эти жесткие и тихоходные вычислители, были пионерами компьютерной техники. Они довольно быстро сошли со сцены, так и не найдя широкого коммерческого применения из‑за ненадежности, высокой стоимости и трудного программирования. Им на смену пришли ЭВМ второго поколения. Элементной базой этих машин стали полупроводники. Скорости переключения уже у первых несовершенных транзисторов были в сотни раз выше, чем у вакуумных ламп, надежность и экономичность — также на несколько порядков выше. Это сразу расширило сферу применения ЭВМ. Появилась возможность устанавливать их на кораблях и самолетах. Спрос на ЭВМ быстро рос. Первые серийные ЭВМ на транзисторах появились в 1958 году одновременно в США, ФРГ и Японии. В 1962 году начался массовый выпуск интегральных микросхем, но уже в 1961 году была создана экспериментальная ЭВМ на 587 микросхемах. В 1964 году фирма IBM наладила выпуск машин IBM‑360 — первой массовой серии ЭВМ на интегральных элементах. Впервые тогда сделалось возможным связывать машины в комплексы и без всяких переделок переносить программы, написанные для одной ЭВМ, на любую другую из этой серии. Так была осуществлена стандартизация аппаратного и программного обеспечения ЭВМ. Всего в серию входило 9 машин разного уровня сложности с временем выполнения операции сложения от 206 до 0,18 микросекунды. За несколько лет было реализовано 19 тысяч компьютеров этой серии разных классов. Из этого можно заключить, что с появлением машин третьего поколения спрос на ЭВМ вырос еще больше. Их стали приобретать многие промышленные и торговые фирмы. Созданные в 1971 году микропроцессоры фирмы «Интел» имели чрезвычайный коммерческий успех, так как при небольшой стоимости обеспечивали решение достаточно большого круга оперативных задач. В 1976 году появились первые машины четвертого поколения на больших интегральных схемах — американские «Крэй‑1» и «Крэй‑2» с быстродействием 100 миллионов операций в секунду. Они содержали около 300 тысяч чипов (микросхем).

Так в двух словах выглядела предыстория персонального компьютера. Возникновения этого типа машин никто не планировал. Он свалился, образно говоря, как снег на голову. Все началось в том же 1976 году, когда два предприимчивых двадцатилетних американских техника, не имевшие специального образования, Стефан Возняк и Стив Джобс, создали в примитивной мастерской, расположенной в обыкновенном гараже, первый маленький, но многообещающий персональный компьютер. Он получил название «Эппл» («Яблоко») и первоначально предназначался для видеоигр, хотя имел также возможности для программирования. Позднее Джобс основал фирму «Эппл компьютер», которая впервые наладила массовое производства персональных компьютеров. Спрос на них превысил всякие ожидания. В короткое время фирма Джобса превратилась в крупное и процветающее предприятие. Это заставило и другие фирмы обратить внимание на рынок персональных компьютеров. В продаже появилось множество моделей «персоналок» самых разных концепций. В 1981 году свой первый персональный компьютер IBM PC выпустила фирма IBM. Успех его во всем мире был огромным, чему в немалой степени способствовал очень хороший 16‑разрядный микропроцессор Intel‑8088 и великолепно разработанное программное обеспечение фирмы «Microsoft». Следующая модель PC/XT, выпущенная в 1983 году, имела оперативную память 640 Кб, жесткий диск и высокое быстродействие. В 1986 году появилась еще более совершенная модель PC/AT на базе микропроцессора Intel‑80286. К концу десятилетия компьютеры фирмы IBM стали самыми массовыми и популярными.

Из воспоминаний Пепеляева Юрия Федоровича, механика по ремонту вычислительных машин Пашийского цементно-металлургического завода (1968 – 1990гг.): «ВК-1 использовалась на производстве в 50-е годы XX века. Принцип работы – колесо Однера (русский инженер). Передает число выдвинутых штырьков на счетчик оборотов набранную нами цифру на счетчик результата. Применяли в бухгалтерии завода, в плановом отделе, экономическом, нормировщики рассчитывали наряды, производительность труда. ВК-2 использовалась позднее, в 60-х годах XX века. Принцип действия тот же. ВК-1 и ВК-2 использовались в основном на Пашийском заводе. На Горнозаводском цементном заводе уже внедрялись Германские счетные машины. Германские счетные машины «Рейнметалл» и «Суперметалл» производили действия сложения, вычитания, умножения, деления линейным набором. На линейке 10-ти ступенчатые зубчатые шестеренки. Верхняя – счетчик оборотов, нижняя – счетчик результатов. Клавиатура (слева направо): 1-я колонка – миллионы, 2-я, 3-я, 4-я – тысячи, 5-я, 6-я, 7-я – десятки (рубли), 8-я и 9-я – единицы (копейки). Затем появились советский аналог, который производился на Курском заводе «Счетмаш» (КСМ). На производство поступали эти машины в конце 60-х годов XX века. Суммирующая машина Рязанского завода «Зоемтрон» только складывала, вычитала, умножала и вела запись. На ней печатали счета-фактуры, заряжался специальный бланк. В основе действия – электродвигатель. Всего их в машине два, один на передвижение каретки, другой на саму машину. Далее расположена релейная машина, уже из серии электронных машин. Работает как электросчетчик. Вся машина состоит из набора блоков диодов и блоков реле. Желтая машина «Rasa» транзисторная. В ней содержится 1 тысяча штук ферротранзисторных модулей. Здесь уже используются микросхемы 145 серии».