Перші програмно керовані автомати й обчислювачі

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Перші програмно керовані автомати й обчислювачі

Лапінський Віталій Васильович,

канд. фіз.-мат. наук, доцент, завідувач лабораторії Інституту педагогіки

НАПН України

Анотація. У статті коротко викладено відомості щодо використання Інтернет-ресурсів, які містять відомості про створення і використовування перших програмно керованих автоматів. Матеріали статті можуть бути використані для проведення навчально-пошукової роботи у формі навчальних проектів.

Ключові слова: програмно керований автомат, програма, навчання інформатики, історичний підхід.

Підвищення якості освіти, зокрема інформатичної, може досягатися різними шляхами. Одним із них може стати фундаменталізація набутих знань шляхом використання історичного компоненту як складника змісту навчання. Наявність доступу до Інтернет-ресурсів надає учителю можливість доступу до історичних фактів, використання яких забезпечить активізацію самостійної навчально-пошукової діяльності учнів, актуалізацію латентних знань й умінь, їх систематизацію і закріплення.

Дуже важливим поняттям для формування наукового знання в галузі інформатики є поняття програмно керованого автомату. Уведення цього поняття необхідне для правильного розуміння учнями принципів побудови практично всіх засобів інформаційних технологій, оскільки всі вони необхідно мають у своєму складі дві частини -- апаратну і програмну. Історичний аспект розкриття поняття «програмно керований автомат» може допомогти на доступних для розуміння учнями практично всіх вікових груп прикладах пояснити принцип розділення апаратного і програмного складників програмно керованого автомату, розкрити діалектичні зв'язки між розвитком науки і техніки та суспільними потребами.

У статті дуже стисло викладено основні історичні факти і подано посилання, спираючись на які можна отримати не просто докладні відомості щодо окресленої проблеми, але й високоякісні зображення, які, за умов їх педагогічно доцільного застосовування, суттєво підвищити зацікавленість учнів як самими відомостями, так і процесом їх отримання.

Програмно керованим автоматом називають будь- яку машину, яка виконує певну послідовність дій, команди про виконання яких (тобто програма) зберігаються так, що їх можна змінювати.

Одним із перших таких автоматів, що використовувались у промисловості, був ткацький верстат Ж.-М.

Усі бачили такі тканини, вони використовуються як штори, матеріали для оббивки дорогих меблів, пошиття урочистого вбрання. Візерунок на тканині утворюється нитками основи, переплетення яких з нитками піткання створюється за певною програмою, іноді дуже складною. Ця програма записується у двійковому коді: «є отвір -- немає отвору», що відповідає станам: «нитка основи піднята» і «нитка основи опущена». Човник (який несе нитку піткання) за один прохід має прокинути нитку між усіма нитками основи, по всій ширині полотна, тому «довжина однієї команди» була досить великою -- загальна кількість місць для отворів на перфокарті мала дорівнювати кількості ниток основи. керований обчислювальний автомат

Верстат Жакарда є прикладом машини з програмним управлінням, створеної задовго до появи обчислювальних машин, причому кодування програми вже було здійснено двійковим кодом. Для створення навіть простого візерунку потрібно 100 і більше ниток піткання (прокидів човника) і ще більша кількість ниток основи, тому створювалася величезна кількість перфорованих карт, які зшивалися в єдину стрічку. Ця стрічка з перфокарт могла займати два поверхи. Одній перфокарті відповідав один прокид човника (рис. 3).

Рис. 2. Лицьова сторона тканини, зітканої на верстаті Жакарда (жакардове полотно)

Рис. 3. Стрічка з перфокарт верстату Жакарда Ідея Ч. Беббіджа щодо кодування програми на перфокартах використовувалась й у ЕОМ

Наступний крок у створенні програмно керованого автомату, який уже мав багато ознак сучасних комп'ютерів, було зроблено у 1822 році, коли Чарльз Беббідж опублікував наукову статтю з описом машини, здатної розраховувати математичні таблиці [5-7]. У тому ж році він побудував пробну модель своєї «Різницевої машини», що складалася з шестерень і валиків, які обертались вручну за допомогою спеціального важеля.

Проектом усього життя Ч. Бебіджа була «Аналітична машина», у якій було передбачено «комору» -- пам'ять, «млин» -- арифметично-логічний пристрій, зараз так називають частину процесора сучасного комп'ютера, і пристрій управління, який здійснював операції зчитування чисел з перфокарт, передавання їх у пам'ять, виведення отриманих значень (рис. 6).

У 1864 році Чарльз Беббідж написав: «Пройде, ймовірно, півстоліття, перш ніж люди переконаються, що без тих засобів, які я залишаю після себе, не можна буде обійтися». У своєму припущенні він помилився на 30 років. Тільки через 80 років після цього висловлювання була побудована машина МАРК-I, яку назвали «здійсненою мрією Бе- ббіджа».

Рис. 4. Перфокарти для ЕОМ, які використовувались у 60-80-х роках

Графиня Ада Лавлейс, одна з небагатьох, хто розумів, як працює машина і які потенційні сфери її застосування, писала: «Можна з повною підставою сказати, що Аналітична машина точно так само плете алгебраїчні візерунки, як ткацький верстат Жаккарда відтворює квіти і листя».

Рис. 6. Реконструкція «аналітичної машини» Ч. Бебіджа [7]

Вона прекрасно зрозуміла революційну суть машини -- те, що це дійсно був «математичний верстат Жаккарда», здатний виконати будь-яку програму, перекладену мовою перфокарт [8-10].

У1840 році Беббідж їздив на запрошення італійських математиків до Туріну, де читав лекції про свою машину. Луїджі Менабреа, викладач туринської артилерійської академії, створив і опублікував конспект цих лекцій французькою мовою. Пізніше Ада Лавлейс переклала ці лекції англійською мовою, доповнивши їх коментарями, за обсягом більшими початкового тексту. У коментарях Ада описала цифрову обчислювальну машину й інструкцію з програмування до неї. Це були перші у світі програми. Саме тому Аду Лавлейс справедливо називають першим програмістом.

Рис. 7. Огаста Ада Байрон, графиня Лавлейс (англ.

Подальший розвиток засобів, призначених для автоматизації обчислень, пов'язаний з іменем Германа Холлерита [11-14].

Через 19 років після смерті Беббіджа один із принципів, що лежать в основі ідеї Аналітичної машини, -- використання перфокарт -- знайшов практичне застосування.

Рис. 8. Герман Холлерит Рис. 9. Повідомлення 1895 ро ку щодо застосування табулятора Холерита в Росії [15]

Це був статистичний табулятор, побудований американцем Германом Холлеритом з метою прискорити обробку результатів перепису населення, що проводився в США в 1890 р. Закінчивши Колумбійський університет, він влаштувався на роботу в контору перепису населення у Вашингтоні. Він прибув сюди саме в той час, коли сотні службовців розпочали виключно трудомістке (тривало сім з половиною років) ручне опрацювання даних, зібраних у процесі перепису населення 1880 року.

Машина Холлерита перемогла в конкурсі обладнання, призначеного для автоматизації опрацювання перепису населення США 1890 року й виявилась настільки ефективною, що використовувалась статистиками практично всіх розвинутих країн, у тому числі й Росії.

Рис. 10. Застосування табулятора Холлерита у першому переписі населення в Російській імперії (Самара, 1897 рік) [14]

Принцип збирання даних був досить простим: відомості щодо людини кодувались на одній перфокарті, яка мала 240 позицій, з яких пробитими виявлялось 18-20. Потім заповнені так перфокарти передавались до «обчислювального центру», у якому кожна перфокарта вручну розміщувалась на спеціальний «зчитувальний прес», у місцях отворів замикались контакти, кожне замикання приводило в рух свій лічильник. Важливим є те, що лічильник табулятора Холлерита був першим електромеханічним пристроєм, який можна, за сучасною термінологією, назвати «двійково-десятковим суматором», оскільки здійснював сумування двійкових чисел, а результат подавав у десятковому вигляді.

Оскільки опрацювання даних велося вже з допомогою електричних сигналів, можна було вже використовувати й логічні функції, наприклад, порахувати «скільки чоловіків, старших за 55 років, живе у певному регіоні» тощо.

Донині збереглося чотири екземпляри першої машини Холлерита: у технічному музеї м. Осло, музеї корпорації IBM у м. Нью-Йорк, Національному музеї техніки в м. Париж і в Політехнічному музеї в місті Москва.

З випуску табуляторів Холлерита розпочалась історія фірми ІВМ, яка згодом стала найбільшим виробником обчислювальної техніки у світі.

Докладні відомості щодо внеску українських учених й інженерів у розвиток інформаційних технологій можна знайти на сайті «Історія розвитку інформаційних технологій в Україні» [16].

Отже, використання поданих у статті відомостей для підтримки процесу навчання інформатики може сприяти покращенню процесу навчання. Особливо важливим є те, що Інтернет-джерела забезпечують використання у навчально-виховному процесі дійсно високоякісних зображень й відомостей, які учні можуть самостійно знайти, інтерпретувати. Одним із методів використання матеріалів статті може бути виконання учнями передбачених чинними програмами навчання інформатики навчальних проектів.

Размещено на Allbest.ru