Питання 2. Історія розвитку обчислювальної техніки.

Всю історію обчислювальної техніки прийнято поділяти на три основних етапи -домеханічний, механічний, електронно-обчислювальний. Ці три періоди містять у собі весь прогрес від рахунка на пальцях до обчислень надпотужних комп'ютерів.

Перший у світі ескізний малюнок тринадцятирозрядного десяткового підсумовуючого пристрою на основі коліс з десятьма зубцями належить Леонардо да Вінчі.

Вважається, що першим реально здійсненим відомим механічним цифровим обчислювальним пристроєм стала "паскалина" великого французького вченого Блеза Паскаля. Через 30 років після "паскаліни" у 1673 р. з'явився "арифметичний прилад" Готфрида Вільгельма Лейбніца - дванадцятирозрядний десятковий пристрій для виконання арифметичних операцій, включаючи множення і ділення.

Наприкінці XVIII століття у Франції були здійснені наступні кроки, що мають принципове значення для подальшого розвитку цифрової обчислювальної техніки -"програмне" за допомогою перфокарт керування ткацьким верстатом, створеним Жозефом Жакаром. Ці нововведення були використані англійцем Чарльзом Беббіджем, що здійснив, якісно новий крок у розвитку засобів цифрової обчислювальної техніки - перехід від ручного до автоматичного виконання обчислень по складеній програмі.

В 1937 р. Джон Атанасов (болгарин по походженню, що жив в США) почав розробку спеціалізованої ОМ, уперше застосувавши електронні лампи (300 ламп). Завершальну крапку в створенні перших ЕОМ поставили, майже одночасно, у 1949-52р. вчені Англії, Радянського Союзу і США (Моріс Уілкс - ЕДСАК, 1949 р. Сергій Лєбєдєв - МЕОМ, 1951 р., Джон Мочлі і Преспер Еккерт, Джон фон Нейман - ЕДВАК, 1952 р.), що створили ЕОМ зі збереженою в пам'яті програмою. На наступному етапі цифрова техніка зробила безпрецедентний ривок за рахунок інтелектуалізації ЕОМ, у той час як аналогова техніка не вийшла за рамки засобів для автоматизації обчислень

Треба відмітить, що на Україні у 50-60 роки завдяки всесвітньо відомим вченим Лєбєдєву, Глушкову, Маліновському дуже багато було зроблено для становлення не тільки вітчизняної, але й світової науки інформатики - на той час це насамперед було створення апаратної складової комп'ютера. Наприклад МЕОМ - створена у Києві - була для свого часу найпотужнішою електронно-обчислювальною машиною у Європі.

Характеристика різних поколінь ЕОМ.1. (50 рр.) Електронною базою ЕОМ першого покоління були вакуумні лампи. Тисячі ламп розмішувалися в металевих шафах, які займали великі приміщення. Важила така машина декілька тон. Для її роботи потрібна була невелика електростанція. Для охолодження машини використовувались потужні вентилятори. Програмування здійснювалося в машинних кодах. Швидкодія становила декілька тисяч операцій за секунду. Ці машини мали невелику оперативну пам'ять.2. (60 рр.) Електронною базою ЕОМ були транзистори, які замінили електронні лампи. Транзистори менше за лампи споживали енергію. Розміри ЕОМ зменшилися. З'явилися можливості програмування за рахунок мов програмування високого рівня та програмного забезпечення. До програмного забезпечення входили заздалегідь розроблені програми. Швидкодія машини досягала сотень тисяч операцій за секунду. Значно збільшилась оперативна пам'ять. Найбільш поширеними були такі: '"Еліот" (Англія), "Сіменс" (ФРГ), "Стренч", "СДС" (США) серія "Мінськ", "Урал".3. (70 рр.) Електронною базою ЕОМ стали інтегральні схеми. Інтегральна схема формувалася на невеликій пластинці з чистого кременю, на яку наносилися у потрібній комбінації плівки різних призначень. Залежно від комбінації речей утворювалися елементи, які працювали як конденсатори опори. Таких елементів могло бути до декількох тисяч на квадратний сантиметр. Значно зросла швидкодія ЕОМ та обсяг оперативної пам'яті. Розвинуте програмне забезпечення та зручність у використанні забезпечували відкритий широкий доступ до ЕОМ. Така машина могла працювати здекількома програмами одночасно. Для зберігання інформації почали використовувати магнітні стрічки та магнітні диски. Почався перехід до баз популярної інформатики,4. (80 рр.) Елементарною базою ЕОМ 4-го покоління є великі інтегральні схеми. На одному кристалі кременю стало можливим розмістити схему, яка відтворює роботу процесора ЕОМ. Такі однокристальні процесори називаються мікропроцесорами. Зросла швидкодія до міліарда операцій за секунду, обсяг оперативної пам'яті, зручність у використанні. Найпотужніший процесор 4-го покоління - "Ельбрус". На рівні 4-го покоління відбувся поділ на великі обчислювальні машини та персональні комп'ютери.5. (90 рр) Елементарною базою ЕОМ 5-го покоління є підвищені інтегральні схеми, які містять до сотні тисяч елементів на квадратний сантиметр. 5 покоління - це не тільки нова елементарна база це прогрес та досягнення нових якісних зрушень у всіх галузях. У 1980 році Сенонський уряд оголосив десятирічну програму створення комп’ютерної системи 5-го покоління, яка базувалась би на використанні штучного інтелекту, експертного мислення та природної мови спілкування.

Питання 3. Сучасний стан створення і використання інформаційних технологій в освіті. Перспективні напрями впровадження інформаційно-телекомнікаційних технологій в освіті. Можливості використання комп'ютерного моделювання в навчальному процесі.

Застосування комп'ютерних технологій в освіті має давню історію. Проте на початковому етапі воно було визначене специфікою самих комп'ютерів, а саме: великими розмірами, значною вартістю, програмами для розрахунків виключно технічних завдань. Ключовим моментом у становленні справжнього комп'ютерного навчання стала поява комп'ютерів, що забезпечували одночасний доступ до ресурсів багатьох користувачів. У той час комп'ютери стали застосовувати для навчання програмуванню та для розробки систем контролю знань, переважно завдань з вибором відповіді у формі «запитання - кілька варіантів відповідей». Проте, як показав досвід, позитивний ефект був можливий лише тоді, коли для комп'ютерних курсів були створені відповідні навчальні та методичні посібники.

Широке впровадження в навчальний процес нових інформаційних технологій навчання, що базуються на комп’ютерній підтримці навчально-пізнавальної діяльності, відкриває перспективи щодо гуманізації навчального процесу, розширення та поглиблення теоретичної бази знань і надання результатам навчання практичної значущості, інтеграції навчальних предметів і диференціації навчання відповідно до запитів, нахилів та здібностей учнів, інтенсифікації навчального процесу й активізації навчально-пізнавальної діяльності, посилення спілкування учнів і вчителя та учнів між собою і збільшення питомої ваги самостійної навчальної діяльності дослідницького характеру, розкриття творчого потенціалу учнів і вчителів з урахуванням їхніх позицій та вподобань, специфіки перебігу навчального процесу.

Нові інформаційні технології навчання надають потужні й універсальні засоби отримання, опрацювання, зберігання, передавання, подання різноманітної інформації, наперед розроблені засоби виконання рутинних, технічних, нетворчих операцій, пов’язаних із дослідженням різних процесів і явищ або їх моделей, розкривають широкі можливості щодо істотного зменшення навчального навантаження і водночас інтенсифікації навчального процесу, надання навчально-пізнавальній діяльності творчого, дослідницького спрямування, яка природно приваблює дитину і притаманна їй, результати якої приносять учню задоволення, стимулюють бажання працювати, набувати нових знань.

Однак використання комп’ютера в навчанні не обмежується уроками з комп’ютерною підтримкою. Уроки навіть не найважливіша частина цього процесу. Реальна перспектива – використання домашнього комп’ютера в якості навчального засобу, самостійна навчальна діяльність, активне втручання вчителя в домашню освіту через персональний комп’ютер при дистанційному навчанні.

Питання 4. Основні характеристики ЕОМ. Апаратна і програмна складова обчислювальної системи. Принципи роботи ЕОМ.

Більшість сучасних обчислювальних машин мають блочно-модульну конструкцію: апаратну конфігурацію, необхідну для виконання певних робіт, можна складати з готових вузлів та блоків.

Системний блок являє собою основний вузол, у якому зібрані найважливіші компоненти персонального комп’ютера. Основним компонентом єматеринська плата. На ній розміщені:

• центральний процесор;

• шини — набір кабелів для передачі даних та сигналів управління;

• оперативна пам'ять — набір мікросхем, призначених для зберігання даних під час їх безпосереднього опрацювання;

• постійна пам'ять — мікросхеми, призначені для постійного зберігання інформації, у тому числі і за вимкненого живлення.

У зв’язку з тим, що багато компонентів можуть бути інтегровані на материнській платі, то не всі вони можуть бути представлені як окремі комплектуючі елементи. Задня панель, як правило, містить панелі плат розширень із роз’ємами, заглушки роз’ємів, вентиляційний отвір вентилятора блоку живлення.

Материнська плата є своєрідним «фундаментом» для комплектуючих персонального комп’ютера. Саме в неї вставляються всі основні пристрої:відеокарта, оперативна пам'ять, процесор, жорсткі диски тощо. Інакше кажучи, це платформа, на якій будується вся конфігурація комп'ютера.

На материнських платах також зустрічаються інтегровані пристрої, тобто вмонтовані. Материнські плати подібного типу вже протягом тривалого часу фігурують на комп’ютерному ринку. Прикладом можуть бути материнські плати із вмонтованими звуковою і відеокартами.

Пристрої інтегруються на материнську плату з метою здешевлення загальної вартості комп’ютера. Справді, вартість чіпа плюс витрати на інженерні розробки з інтеграції значно менші, ніж вартість розробки й виготовлення окремої повноцінної плати розширення. Однак інтегровані рішення мають свої недоліки. Це, по-перше, неможливість модернізації у майбутньому. А по-друге, такі рішення мають досить середню продуктивність.

Центральний процесор (Central processing unit) — функціональна частина ЕОМ, що призначена для інтерпретації команд. Усіма блоками комп'ютера керує центральний процесор (ЦП). Він також виконує всі програми. Це компактний модуль (розміром близько 5 х 5 х 0,3 см), що вставляється в гніздо на материнській платі. Напівпровідниковий кристал сучасного процесора містить мільйони чи навіть мільярди транзисторів. Центральний процесор — основний компонент комп'ютера, призначений для керування всіма його пристроями та виконання арифметичних і логічних операцій над даними.

Сьогодні існує два основних виробника процесорів для персональних компютерів і, відповідно, наборів системної логіки (чипсетів)для побудови материнських плат для них — від компанії Intel (Slot 1, Slot 2, Socket 340, Socket —478) і від компанії AMD (Slot A, Socket —А). Перша підтримує процесори Intel Pentium II, Pentium ІІІ, Celeron і Pentium 4, а друга — AMD Athlon і Duron. Процесор одного виробника у більшості випадків неможливо використовувати в материнських платах, розрахованих для іншого.

За числом процесорів, що складають центральний процесор, розрізняють однопроцесорні й багатопроцесорні (мультипроцесорні) материнські плати.

Питання 5. Класифікація комп’ютерів. Класифікація комп’ютерів за поколіннями. Особливості використання комп’ютерів в освіті.

Класифікація за експлуатацією

• Універсальні комп’ютери.

• Спеціалізовані комп’ютери.

Універсальні комп’ютери спроможні вирішувати широкий клас задач користувача, їх використовують для роботи з текстом, графікою, музикою, відео тощо в офісі, учбовій лабораторії, вдома.

Спеціалізовані комп’ютери призначені для вирішення вузького кола задач чи однієї задачі і функціонування у спеціальних умовах. Вони керують технологічними процесами, втілюються у літаки та автомобілі, використовуються на космічних станціях.

Ці комп’ютери мають «операторський інтерфейс»: пульти керування, дисплеї, клавіатуру і вказівні пристрої в різних виконаннях. Від цих пристроїв залежить комфортність та ефективність роботи операторів.

Класифікація за призначенням

• Супер комп’ютери.

• Майн Фрейми – Main Frame.

• Міні комп’ютери.

• Мікро комп’ютери, в тому числі персональні комп’ютери.

Супер комп’ютери – представляють собою багатопроцесорні та багатомашинні комплекси, що базуються на спільній пам’яті та спільних зовнішніх пристроях. Архітектура супер комп’ютерів заснована на засадах паралелізації та конвеєризації обчислень.

Супер комп'ютери мають величезну обчислювальну потужність. Їх використовують для роботи з додатками, що вимагають найбільш інтенсивних обчислень (наприклад, прогнозування погодно-кліматичних умов, моделювання ядерних випробувань тощо). Іноді супер комп'ютери працюють з одним завданням, що використовує всю пам’ять та всі процесори системи; в інших випадках вони забезпечують виконання великого числа різноманітних застосувань.

Майн Фрейми (Main Frame) – призначені для вирішення широкого кола науково-технічних завдань. Вони є дорогими за вартістю та обслуговуванням.

Для Майн фреймів характерними є багатопроцесорна архітектура, розгалужена периферія, багатокористувацький режим роботи. Домінуюче положення у випуску комп’ютерів такого класу займає фірма IBM (США).

Майн фрейми застосовують у великих обчислювальних центрах, де підтримується цілодобовий режим роботи, а штат налічує 200-300 працівників. Вартість порядку 100 000 дол.

Міні комп’ютери - це потужні комп’ютери, подібні до Майн фреймів, і розраховані на десятки робочих місць. Представлені як кілька обчислювальних комплексів, що конструктивно розміщені в одному корпусі.

Використовують у великих підприємствах, наукових закладах і установах. Часто використовують для керування виробничими процесами. Вартість порядку 10 000 дол.

Мікрокомп’ютери мають кілька процесорів, надвеликі об’єми оперативної пам’яті і є доступними для багатьох установ. Для обслуговування достатньо обчислювальної лабораторії у складі кількох чоловік.

Персональні комп’ютери – це мікрокомп’ютери універсального призначення, що розраховані на одне робоче місце і не потребують обслуговуючого персоналу.

Широкого поширення персональні комп’ютери набули в останні 20 років. З появою Інтернету популярність зросла значно вище, оскільки за допомогою персонального комп’ютера можна користуватись науковою, довідковою, учбовою та розважальною інформацією, отримати дешеві засоби комунікації (е-мейл, ІР-телефонія.

Питання 6. Арифметичні основи комп’ютерів. Системи счислення. Двійкова система счислення.

Системою числення, або нумерацією, називається сукупність правил і знаків, за допомогою яких можна відобразити (кодувати) будь-яке невід'ємне число. До систем числення висуваються певні вимоги, серед яких найбільш важливими є вимоги однозначного кодування невід'ємних чисел 0, 1,… з деякої їх скінченної множини — діапазону Р за скінченне число кроків і можливості виконання щодо чисел арифметичних і логічних операцій. Крім того, системи числення розв'язують задачу нумерації, тобто ефективного переходу від зображень чисел до номерів, які в даному випадку повинні мати мінімальну кількість цифр. Від вдалого чи невдалого вибору системи числення залежить ефективність розв'язання зазначених задач і її використання на практиці У позиційній системі числення значення кожної цифри залежить від позиції (місця), яку дана цифра займає в записі числа.

Кількість різних цифр, які використовуються для запису чисел у позиційній системі числення, називають її основою.

У позиційній системі числення арифметичні операції над числами зводять-і и до дій над їх окремими цифрами. Інколи ми просто не спроможні прочитати ік-ликі числа, але завжди можемо одержати їх суму, різницю, добуток і частку, діючи за відомими правилами додавання і віднімання, множення і ділення. Ці правила відомі нам з десяткової арифметики, мають загальний характер, який не залежить від самої системи числення. Непозиційнісистеми числення — це такі системи, в яких значення кожної цифри не залежить від того місця (позиції), на якому вона знаходиться у записі числа. Прикладами таких систем є римська система числення та старослов'ян­ська система запису чисел за допомогою кириличної абетки.

У обчислювальній техніці широко застосовують двійкову, вісімкову і шестнадцатірічное систему числення. 

Двійкова система числення має підставу 2, і, отже, дві різні цифри - 0 і 1; вісімкова - вісім різних цифр - 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, а шестнадцатірічное - шістнадцять цифр - десять арабських цифр від 0 до 9 і ще шість символів - А (цифра, що зображає десять), D (цифра тринадцять), В (цифра одинадцять), E (цифра чотирнадцять), С (цифра дванадцять), F (цифра п'ятнадцять). 

Двійкова система числення використовує для запису чисел тільки два символи, зазвичай 0 (нуль) та 1 (одиницю). Двійкова система числення є позиційною системою числення, база якої дорівнює двом. Завдяки тому, що таку систему доволі просто використовувати у електричних схемах, двійкова система отримала широке розповсюдження у світі обчислювальних пристроїв.

Педагогика