Урок информатики "Предыстория информационных технологий. История чисел и систем счисления"

Урок 60.  Предыстория информационных технологий. История чисел и систем счисления  Изучаемые вопросы:  История средств хранения информации.  История средств передачи информации.  История средств обработки информации.  Машина Бэббиджа.  Непозиционные системы счисления древности.  Позиционные системы. Цель урока: иметь представление об истории информатики и истории чисел; знать основные системы счисления; ознакомиться с переводом чисел из одной системы счисления в другую; научится определять системы счисления. Объяснение нового материала. "Предыстория   информатики.   История   чисел."   Это   один   из   тех   вопросов,   который   не   очень интересно просто слушать на уроке. Надо еще и видеть иллюстрированный материал, тогда будет интереснее. Информатика как наука стала развиваться с середины нашего столетия, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией. Появление   вычислительных   машин   в   50­e   годы   создало   для   информатики   необходимую   ей аппаратную поддержку, или, иначе говоря, благоприятную среду для ее развития как науки. Всю историю информатики принято разбивать на два больших этапа: предыстория и история. Предыстория информатики такая ли древняя, как и история развития человеческого общества. В предыстории выделяют (весьма приближенно) ряд этапов. Каждый из этих этапов характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки информации. Начальный этап предыстории ­ освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стал специфическим социальным средством хранения и передачи информации. Второй   этап   ­   возникновение   письменности.   Прежде   всего,   резко   возросли   (по   сравнению   с предыдущим   этапом)   возможности   по   хранению   информации.   Человек   получил   искусственную внешнюю   память.   Организация   почтовых   служб   позволила   использовать   письменность   и   как средство   для   передачи   информации.   С   этим   же   этапом,   по   всей   видимости,   связано   и возникновение   понятия   натуральное   число.   Все   народы,   обладавшие   письменностью,   владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления. Третий   этап   ­   книгопечатание.   Книгопечатание   можно   смело   назвать   первой   информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим этот этап не столько увеличил возможности по хранению (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник ­ часто один­единственный экземпляр, печатная книга ­ целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении, сколько повысил доступность информации и точность ее воспроизведения. Четвертый   и   последний   этап   предыстории   связан   с   успехами   точных   наук   (прежде   всего математики  и физики) и начинающейся в то время научно­технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение. Кроме средств связи появились новые возможности по получению и хранению информации ­ фотография и кино. К ним также очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски). Начало  счета. Приспособления На заре цивилизации наш предок – первобытный человек – знал только числа один, два и «много». Много было деревьев в лесу, звезд на небе, и пальцев на руке было тоже много. Гораздо позже люди научились считать до пяти и соединять две пятерки в десяток. Этому научила их природа, наделив людей десятью пальцами. Пальцы   –   простейший   вычислительный   инструмент.   Загнутые   пальцы   –   это   еще   и   средство запоминания результата счета. Когда   пальцев   не   хватает,   то   на   помощь   приходят   подручные   средства   –   камушки,   палочки, ракушки на веревках, зарубки на куске дерева  – вот первые примитивные орудия счета. Они очень долго служили людям. Их потомки служат нам и сейчас. Только они стали «умнее». Научившись считать,   человек   постоянно   совершенствовал   методы   вычислений   и   создавал   разнообразные средства счета. Первые  устройства   для  счета Историю цифровых устройств начать следует со счетов. Подобный инструмент был известен у всех народов. Самый древний ­ древнегреческий абак (доска или "саламинская доска" по имени острова Саламин в Эгейском море) представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проходились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам,   другая   ­   десяткам   и  т.д.   Если   в   какой­то   бороздке   при   счете   набиралось   более   10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующем разряде. На абаке считали египтяне, римляне, японцы. Особенного развития достигли вычисления на абаке в древнем Китае. Китайцы могли производить на абаке деления и  действия с дробями, извлечения квадратных и кубических корней. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от деревянных досок, песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.  К таким же устройствам относятся также китайский суан­пан, японский соробан и русские счеты.  Логарифмическая линейка 1622 год. Английский   математик   Вильям   Оутред   (1754­1660).(William   Oughtred)   в   Англии   создает прямоугольную счетную логарифмическую линейку. Кстати,   это  именно   он   ввел  обозначение   «x»  для  умножения.   Линейка   необыкновенно   удобна: считать на ней возможно очень быстро, места почти не занимает, ее можно всюду носить с собой в кармане.   Не   зря   столько   веков   просуществовал   этот   вычислительный   прибор:   лишь   недавно калькулятор окончательно вытеснили логарифмическую линейку из инженерного обихода. Механизмы для счета Арифметические машины Людям  считать приходилось все больше и больше. По мере роста потребностей человека и задач, которые   он   ставил   перед   собой,   росло   значение   вычислений,   росла   их   необходимость.   Эта необходимость   заставила   искать   пути   механизации   счета.   И   счет   был   поручен   специальным механизмам – арифметическим машинам. Около   1632   года   немецкий   ученый   Вильгельм   Шиккард,   профессор   математики   и   восточных языков в Тюбингере, сконструировал первый в истории счетный механизм. В отличие от счетных инструментов, типа абака, в арифметической машине вместо предметного представления чисел, использовалось их представление в виде углового положения оси (вала) или колеса,   которое  несет   эту   ось.   Одна   из  первых   машин   такого   типа  была   создана   в   1642  году знаменитым французским ученым (математиком, физиком и философом) Блезом Паскалем. Механизмы для счета  Арифмометр  Лейбница Настоящий   арифмометр,   умевший   не   только   складывать   и   вычитать,   но   умножать   и   делить, сконструировал замечательный математик и философ Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646­1716). Список заслуг, которые имеет перед математикой этот ученый, поистине огромен; но, как видите, и вычислительная техника была не чужда создателю дифференциального исчисления. Вильгодт Теофилович Однер (1846­1905) Талантливый   и   разносторонний   инженер­механик,   родился   в   Швеции.   В   1870   году   переехал   в Россию, в С.­Петербург, где руководил отделом Экспедиции заготовления государственных бумаг. На   счету   В.   Т.   Однера   множество   изобретений.   Среди   них   машина   для   нумерации   кредитных билетов; турникеты,   применявшиеся   почти во всех пароходных компаниях России до середины XX столетия; наконец, арифмометры. Арифмометры Однера 1874 год Инженер   из   Петербурга   Вильгодт   Однер   значительно   усовершенствовал   конструкцию арифмометра,   применив   для   ввода   чисел   колеса   с   выдвижными   зубьями   (колеса   Однера). Арифмометр Однера позволял проводить вычислительные операции со скоростью до 250 действий с четырехзначными цифрами за один час. Механизмы для счета  Разностная машина Ч. Беббиджа (1791­1871) Английский математик Чарлз Беббидж   (Charles Babbage) выдвинул идею создания программно­ управляемой   счетной   машины,   имеющей   арифметическое   устройство,   устройство   управления, ввода и печати.                   Первая спроектированная Бэббиджем машина, Разностная машина, работала на паровом двигателе.   Она   высчитывала   таблицы   логарифмов   методом   постоянной   дифференциации   и заносила результаты на металлическую пластину. Работающая модель, которую он создал в 1822 году,   была   шестицифровым   калькулятором,   способным   производить   вычисления   и   печатать цифровые таблицы.          Эту машину по многим критериям можно считать первым компьютером. К   идее   создания     совершенной   машины   для   вычислений   Ч.   Беббидж   приступил   в   1834   году. Предполагалось, что это будет программируемая вычислительная машина для решения широкого круга   задач,   способная   выполнять   основные   операции   (+,   ­,   *,   :   ),   причем   в   любой последовательности. Предусматривалось наличие в ней следующих компонентов: «Склад» ­ для хранения промежуточных данных , результатов и алгоритмов действий – (память); «Мельница» ­ для обработки данных – (арифметико­логическое устройство процессора);  Блок управления последовательностью вычислений – (процессор); Блок ввода исходных данных и печати результатов Первая программистка Ада  Лавллейс  (Ada   Byron,   Countess   of   Lovelace)   (1815­1852).  Дочь   известного   французского ученого Лорда Байрона, Ада с детства увлекалась математикой. Аду чрезвычайно заинтересовала аналитическая машина, изобретенная Бэббиджем. Лишь благодаря ей мы знаем все подробности о труде Бэббиджа, который сам не удосужился описать свое детище, ограничившись подробными чертежами. Она перевела и прокомментировала “Замечания” Менабра о машине Бэббиджа. Она разработала первые программы для машины, заложила многие идеи, разработала начала   теории программирования и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени. Таким   образом,   Ада   стала   первой   в   истории   программисткой.   Не   удивительно,   что   один   из современных языков программирования носит имя – Ада.     Первая ЭВМ (ENIAC). 1942 год В Университете штата Айова (Iowa State University) Джон Атанасов (John Atanasoff) и его аспирант Клиффорд Берри (Clifford Berry)  создают (разработали и начали монтировать) первый в США электронный цифровой компьютер (Atanasoff­Berry Computer ­ ABC). Хотя эта машина так и не была завершена (Атанасов ушел в действующую армию), она, как пишут историки, оказала большое влияния на Джона Мочли, создавшего двумя годами позже ЭВМ ENIAC. Число Число — важнейшее математическое понятие, возникнув в простейшем виде ещё в первобытном обществе, понятие числа изменялось на протяжении веков, постепенно обогащаясь содержанием по мере   расширения   человеческой   деятельности   и   связанного   с   ним   расширения   круга   вопросов, требовавшего количественного описания и исследования. На первых ступенях развития понятие числа   определялось   потребностями   счёта   и   измерения,   возникавшими   в   непосредственной практической деятельности человека. Затем число становится основным понятием математики, и дальнейшее развитие понятия числа определяется её потребностями. Системы счисления Система счисления – это способ записи (изображения) чисел. Различные системы счисления, которые существовали раньше и которые используются в настоящее время, делятся на две группы: позиционные, непозиционные. Последовательно развились формы счисления 5­ричной, 10­ричной и 20­ричной систем для целых чисел и форма 2­ичной системы для чисел меньших единицы Лейбниц (1646­1716), Автор   двоичной   арифметики   в   истории   науки   доподлинно   известен:   это   известный   немецкий математик   Лейбниц   (1646­1716),   который   в  1697  г.   разработал   правила   двоичной  арифметики. Лейбниц настолько был восхищен своим открытием, что в его честь выпустил специальную медаль, на которой были даны двоичные изображения начального ряда натуральных чисел ­ возможно, это был тот редкий случай в истории математики, когда математическое открытие было удостоено такой высокой почести. Создатель первой вычислительной машины, способной выполнять все четыре действия арифметики (1694 г. окончательный  вариант был подарен Петру I). Машина Лейбница предназначалась  для астрономических расчетов. Джон фон Нейман (1903­1957) Блестящие   предсказания   Лейбница   сбылись   только   через   два   с   половиной   столетия,   когда выдающийся американский ученый, физик и математик Джон фон Нейман (1903­1957) предложил использовать именно двоичную систему счисления в качестве универсального способа кодирования информации в электронных компьютерах. В информатике   и вычислительной   технике   часто  используются   основания  2  (двоичная  система счисления),   8  (восьмеричная   система   счисления)   и   16  (шестнадцатеричная   система   счисления). Двоичная система счисления связана с особенностями функционирования цифровых электронных схем,   работающих   с  двумя   состояниями,   выражаемыми   цифрами   0  и   1.   Использование   систем счисления со основаниями 8 и 16 связано с тем, что для удобства двоичные цифры группируются по   3   и   4   соответственно,   что   позволяет   использовать   более   компактную   запись.   В шестнадцатеричной   и   других   системах   счисления   с   основанием   больше   десяти   используют   в качестве недостающих цифр буквы латинского алфавита: A—F. Человек использует десятичную систему счисления, а компьютер – двоичную систему счисления. Поэтому часто возникает необходимость перевода чисел из одной системы счисления в другую. Перевод чисел из 2­ной, 8­ной и 16­ной систем счисления в десятичную систему счисления. Двоично­шестнадцатеричная таблица 16 2 16 2 0 0000 8 1000 1 0001 9 1001 2 0010 A(10) 1010 3 0011 B(11) 1011 4 0100 C(12) 1100 5 0101 D(13) 1101 6 0110 E(14) 1110 7 0111 F(15) 1111 Двоично­восьмеричная таблица 8 2 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 Закрепление нового материала. Задание 1. Ей было 1100 лет. Она в 101 класс ходила. В портфеле по 100 книг носила. Все это правда, а не бред. Когда пыля десятком ног, Она шагала по дороге, За ней всегда бежал щенок С одним хвостом, зато стоногий, Она ловила каждый звук Своими десятью ушами, И 10 загорелых рук Портфель и поводок держали. И 10 темно­серых глаз Оглядывали мир привычно. Но станет все совсем обычным, Когда поймете наш рассказ. Задание 1. Ей было 12 лет. Она в 5 класс ходила. В портфеле по 4 книг носила. Все это правда, а не бред. Когда пыля 2 ногами, Она шагала по дороге, За ней всегда бежал щенок С одним хвостом, зато 4­х ногий, Она ловила каждый звук Своими 2 ушами, И 2 загорелых рук Портфель и поводок держали. И 2 темно­серых глаз Оглядывали мир привычно. Но станет все совсем обычным, Когда поймете наш рассказ. Задание 2. «Загадочная   автобиография».   В   бумагах   одного   чудака   информатика   найдена   бала   его автобиография. Она начиналась следующими удивительными словами: «Я   окончил   курс   университета   44   (25   лет)   лет   от   роду.   Спустя   год,   100­летним   (26­летним) молодым   человеком,   я   женился   на   34­летней   (20­летней)   девушке.   Незначительная   разница   в возрасте – всего 11 лет (6 лет) – способствовала тому, что мы жили общими интересами и мечтами. Спустя немного лет у меня бала уже и маленькая семья из 10 детей (5 детей), и т.д. Чем объяснить странные противоречия в числах этого отрывка? Итоги урока. Домашнее задание. Конспект в тетради. Составить свою автобиографию в 4­ной системе счисления. Презентация по информатике Предыстория информатики, история чисел. Системы счисления Скачан: 1027  Нажмите, чтобы узнать подробности и подать заявки Тема: «Предыстория информатики». Предмет: Информатика и ИКТ. Класс: 9 Тип урока: Изучение нового материала. Конспект урока с использованием информационно­коммуникационных технологий (ИКТ). Продолжительность урока: 40 мин. Технологии: 1. технология развития критического мышления; 2. компьютерные технологии: презентация, созданная в PowerPoint; «Граф», разработанный в Excel; Интернет­технология. Литература: Учебник: Семакин И.Г. Информатика и ИКТ – 9 класс. §44. Аннотация: Методическая разработка урока представлена по теме: «Предыстория  информатики», урок ­ изучения нового материала. В программе изучения курса информатика и ИКТ, он размещается в главе «Информационные технологии и общество» в  учебнике Семакина И.Г. Информатика и ИКТ – 9 в §44, стр. 240­247. В течение урока  используются фронтальный метод работы и работа в парах; приемы технологии развития  критического мышления: таблица ЗХУ, граф, резюме; компьютерные технологии:  презентация, созданная вPowerPoint; «Граф», разработанный в Excel; Интернет­технология  посещение виртуального музея. Цели урока:   организация усвоения материала по истории средств хранения, передачи и обработки информации; совершенствование умений осуществлять поиск в Интернете, выделения и структурирования информации;  осознание ценности научных открытий и изобретений для расширения возможностей хранения, передачи и обработки информации человеком. Оборудование: компьютеры с возможностью выхода в Интернет, проектор, презентация  (приложение 1), схема «Граф», созданная в среде EXCEL (приложение 2). Ход урока. Приёмы и стратегии: ЗХУ, Граф, резюме. I. Стадия Вызова. 1. Наш урок мне хотелось бы начать высказыванием Козьмы Пруткова: «Глядя на мир, нельзя не удивляться!» (слайд 2). И, действительно, нельзя не удивляться какими быстрыми темпами идет развитие ВТ, ее возможностей, областей применения. В любой деятельности человек всегда придумывал и создавал самые разнообразные средства, приспособления, орудия труда. Всё это облегчало труд, делало его производительнее, расширяло возможности людей. Известно, что история материального производства и мировой науки тесно связана с историей развития орудий труда. Первые вспомогательные средства для работы с информацией появились много позже первых орудий материального труда. Историки утверждают, что расстояние во времени между появлением первых инструментов для физического труда (топор, ловушка для охоты) и инструментов для регистрации информационных образов (на камне, кости) составляет около миллиона лет! Следовательно, большую часть времени существования человека на Земле труд носил только материальный характер. Информационную деятельность человека можно разделить на три составляющие: хранение, передачу и обработку. Долгое время средства информационного труда развивались отдельно по этим трём направлениям. 2. Учитель объявляет тему урока и просит учащихся вспомнить всё, что им известно о средствах хранения, обработки и передачи информации, и записать эти сведения в первую графу таблицы «Знаю – Хочу узнать – Узнал (ЗХУ)»: Знаю Хочу знать Узнал 3. Ученики в парах знакомят друг друга с содержанием своих записей. 2­3 ученика по просьбе учителя сообщают известные им сведения о средствах хранения, передачи и обработки информации всему классу, остальные при необходимости вносят дополнения и уточнения. Учитель фиксирует основные сведения на доске. 4. Учитель предлагает учащимся заполнить вторую колонку таблицы, а для этого сформулировать вопросы о средствах хранения, обработки и передачи информации, на которые ребята не знают ответов. В качестве опоры учащимся может быть предложен список вопросительных слов: что, какие, как, сколько, где, почему, когда? 5. После индивидуального выполнения задания учащиеся обсуждают вопросы в парах и выбирают наиболее интересные и наиболее важные для понимания данной темы вопросы. Учитель их также записывает на доске. Вопросы заданные учениками:  Какие средства хранения информации были первыми?  Когда и где появилось книгопечатание, кто его изобретатель?  Какие средства хранения информации были на Руси, а в последствии и в России?  Какими средствами хранения информации пользовались люди в 17­19 веках?  Как передавали информацию люди в древних государствах?  Какие приборы были изобретены учёными и использовались для передачи информации 18­21 веках?  Какие средства обработки информации применяли люди разных эпох?  Кто из учёных внёс наибольший вклад в изобретение приборов, для обработки информации? И др.  Какой вклад внесли русские и российские учёные в изобретение средств передачи и обработки информации? II. Стадия Содержания. 1. Найти ответы на поставленные вопросы, можно по­разному. Учащиеся перечисляют источники и способы поиска: можно обратиться к учебнику, к какой­либо поисковой системе Интернета. Учитель предлагает посетить один из виртуальных музеев. Электронные адреса виртуальных музеев записаны на (слайде 3). http://schools.keldysh.ru/sch444/museum/ http://computerhistory.narod.ru/ http://www.museum.ru/M2744item 2. Учащиеся садятся за компьютеры, выходят в Интернет, по электронному адресу, заходят в один из виртуальных музеев, изучают материал. 3. Учащиеся обращаются к списку вопросов и выделяют пометками те из них, на которые были найдены ответы при посещении виртуального(ых) музея(еев), затем формулируют и записывают новые вопросы, информацию по которым также можно найти при посещении виртуального(ых) музея(еев). 4. Учитель просит учащихся обменяться информацией по найденным вопросам, т.е организует закрепление полученных знаний.  Расскажите о том, что вам уже было известно….  Что нового узнали, посетив виртуальный(ые) музей(и)?  Что в этой информации вас особенно удивило, привлекло внимание? 5. Учащимся предлагается заполнить схему «Граф», открыв приложение 2. III. Стадия Рефлексии. 1. Учитель предлагает учащимся вернуться к списку вопросов, составленному в начале урока, и выяснить, на все ли вопросы найдены ответы, а также задать новые вопросы, которые возникли в процессе работы с информацией. 2. Если у учащихся имеются вопросы без ответов, учитель знакомит их со списком литературы (слайд 4), которая содержит дополнительную информацию по теме «Предыстория информатики». 3. Учащиеся пишут итоговый текст­резюме, начиная со слова: «Оказывается,…».