ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.08.2020
Просмотров: 177
Скачиваний: 3
Тема 1. Лекция №1. Информатика как единство науки и технологии – 1 час
Информатика - область научных знаний, связанных с получением, хранением, преобразованием, передачей и использованием информации.
Термин "информация"
происходит от латинского слова informatio,
означающего разъяснение, изложение,
осведомленность. Информацию друг о
друге мы передаем в устной и письменной
форме, а также в форме жестов и знаков.
Любую нужную информацию мы осмысливаем,
передаем другим и делаем определенные
умозаключения на ее основе.
Предметное содержание информации
позволяет уяснить ее основные свойства
- достоверность и полноту, ценность и
актуальность, ясность и понятность.
Информация достоверна,
если она отражает истинное положение
дел. Недостоверная информация может
привести к неправильному пониманию или
принятию неправильных решений.
Информация полная,
если ее достаточно для понимания и
принятия решений. Неполнота информации
сдерживает принятие решений или может
повлечь ошибки.
Ценность
информации зависит от того, какие задачи
мы можем решить с ее помощью.
Актуальную
информацию
важно иметь при работе в изменившихся
условиях.
Если ценная и
актуальная информация выражена
непонятными словами, она может стать
бесполезной. Информация становится
понятной, если она выражена языком, на
котором говорят те, кому предназначена
эта информация.
Виды информации: тексты, рисунки, фотографии, звуковые сигналы, электрические сигналы, магнитные записи и т.д.
Новые информационные технологии - это и различные базы данных, и информационные системы, позволяющие накапливать, хранить и осуществлять оперативный поиск информации в больших объемах данных - картотеках, каталогах, различного рода архивах и библиотеках в памяти ЭВМ. Основные понятия Информатики. Структура современной информатики.
Место информатики в системе науки. Различные уровни представлений об информации. Информация, ее виды и свойства. Носители данных. Операции с данными.
Информация об окружающем мире необходима человеку так же, как воздух, вода, тепло. Информация - это сообщение о состоянии и свойствах объекта, явления, процесса. Информация преобразуется уникальным устройством – человеческим мозгом. Человечество за тысячи лет развития накопило огромное количество информации. Мозг человека не в состоянии хранить такой объем ее и без искажений передавать другим людям. Поэтому человек стремиться сохранить информацию с помощью различных средств: в древности это были наскальные росписи, затем появилась бумага, в середине ХХ столетия были созданы первые электронные вычислительные машины, предназначенные для увеличения интеллектуальной мощи человека.
Отрасль знаний о законах, способах и методах сбора, хранения, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ и других технических средств называют информатикой (от французского термина informatique, образованного от слов information (информация) и automatique (автоматика)). Можно сказать, что знание информатики включает в себя знание средств вычислительной техники и ее использования для работы с информацией.
Вычислительная техника (ВТ) включает в свое понятие совокупность технических и программных средств (вычислительные машины, устройства, приборы, операционные системы, прикладные программы и др.), используемых для обработки информации в различных областях человеческой деятельности. Реализацией принципов вычислительной техники являются электронно-вычислительные машины. ЭВМ – это комплекс (или отдельное устройство), предназначенный для автоматизации процесса обработки информации.
Выделяют две формы представления информации – непрерывную и дискретную. Непрерывная форма – это величина, характеризующая процесс, не имеющий перерывов или промежутков, например: температура тела человека, скорость перемещения автомобиля за определенное время на участке пути без остановок.
Дискретная форма представления информации – это последовательность символов, характеризующая прерывистую, изменяющуюся величину. Например, речь человека – последовательность сообщений и пауз.
Наиболее распространенными являются ЭВМ, использующие дискретную информацию, они получили широкую известность под названием компьютер.
Современная ЭВМ представляет собой сложную систему, состоящую из аппаратных (все технические устройства) и программных средств. Последние называются также программным обеспечением ЭВМ и представляют собой совокупность всех программ, которые реализуются на данных аппаратных средствах. Аппаратные средства и программное обеспечение определяют операционные (вычислительные) ресурсы ЭВМ. Ресурсы характеризуются множеством параметров, в том числе быстродействием и емкостью памяти, и определяют производительность ЭВМ.
Потребности в переработке огромных объемов информации привели к созданию высокопроизводительных суперЭВМ. Индивидуализация использования информации и процессов ее обработки привела к разработке и широкому распространению персональных компьютеров с ограниченными вычислительными ресурсами, но обеспечивающих максимальную простоту эксплуатации.
При объединении ресурсов нескольких ЭВМ создают высокопроизводительные отказоустойчивые системы, получая многопроцессорные (мультипроцессорные) вычислительные системы и сети. Это одно из самых перспективных направлений в развитии ВТ. Роль компьютерных сетей в мире растет с каждым днем, в мире информационных технологий происходит настоящая сетевая революция, в связи, с чем компьютер, помимо того, что он является средством обработки информации, превратился в устройство доступа к любой имеющейся в сети информации. Сетевая технология позволяет отдельным пользователям совместно работать с документами и проектами, дорогими сетевыми ресурсами (принтерами, жесткими и оптическими дисками), базами данных, архивами, книгами, быть в гуще мировых событий. Реализацию единого мирового информационного пространства обеспечивает международная вычислительная сеть ИНТЕРНЕТ, одна из основных ее служб - служба WEB – позволяет публиковать, посылать и получать информацию о любом предмете. Сейчас Интернет объединяет, по некоторым оценкам, примерно 2 миллиона компьютеров и около 30 миллионов пользователей, число и тех и других с каждым днем увеличивается.
История развития вычислительной техники
Со времени создания первой ЭВМ прошло чуть более 50-ти лет, а история развития ВТ насчитывает уже несколько поколений ЭВМ.
Развитие вычислительной техники шло по пути перехода от механических и электромеханических и далее к электронным и оптоэлектронным машинам и системам.
В 1642 году Б.Паскаль разработал суммирующее устройство, обладавшее низкой производительностью, ввод информации осуществлялся вручную.
В 1673 году Г. Лейбниц разработал арифмометр, который механически выполнял 4 арифметических действия, низкая производительность, ввод информации производился вручную.
В 19 веке Ч.Бэббидж создает аналитическую машину с характеристиками: память в 1000 чисел по 50 десятичных знаков, операции над числами выполняло арифметическое устройство, использовалась программа (порядок вычислений) на перфокартах, механизм перемещения перфокарт обеспечивал автоматизацию вычислений. Сложение и вычитание – 1с, умножение и деление – 1 мин. Возникла идея принципа программного управления вычислительным процессом.
В 1944 году в Гарвардском университете была создана релейная вычислительная машина МАРК-1.
В 1945 году Дж. фон Нейман усиливает принцип программного управления принципом хранимой информации. Программа, закодированная в специальной цифровой форме, помещалась в память программ машины.
1946 год - Д. Моучли и Д. Эккерт создают вычислительную машину ЭНИАК, предназначенную для автоматизации процесса артиллерийских расчетов. Машина имела: 18 тысяч электронных ламп, 1,5 тыс. реле, потребляла 150 кВт электроэнергии. Выполнение операции "сложение" - 0,0002 с, выполнение операции "умножение" – 0,0028 с. Программа вычислений набиралась вручную и хранилась на коммутационных панелях.
В 1947 году создается вычислительная машина МАРК-2, в которой использовался двойной синхросигнал, для запоминания, выполнения арифметических операций и операций управления имела 13000 шт. электромеханических реле, имеющих 2 устойчивых состояния, сложение и вычитание – 0,125 с, умножение – 0,25 с. МАРК-2 имела низкую надежность и скорость работы, программа вычислений размещалась на внешних носителях.
В 1948 году ученые-физики создают первые полупроводниковые приборы.
В 1949 году М.Уилкс разрабатывает ЭДВАК – первую цифровую вычислительную машину дискретного действия – положившую начало первому поколению ЭВМ (1948 –60 гг.).
1949 год – в СССР создана ЭВМ МЭСМ (малая электронная счетная машина).
В 1953 году СССР выпускает самую быстродействующую в мире (на тот момент) ЭВМ БЭСМ. Затем начинается серийный выпуск ЭВМ Стрела, БЭСМ-2, Урал, МИНСК-1 строились на электронных лампах, которые служили недолго, поэтому ЭВМ имели малое быстродействие, низкую надежность, значительные габариты и большую потребляемую мощность. Использовалась для решения задач с малым количеством входной и выходной информации при большом количестве вычислений. Программирование велось на машинном языке, т.е. в кодах непосредственно воспринимаемых ЭВМ. Появились первые библиотеки стандартных программ
В 1958 году фирма International Business Machines Corporation выпускает ЭВМ IBM-7070 – первая полупроводниковая машина, с которой начинается отсчет второго (до 1968 года) поколения ЭВМ. Промышленное производство полупроводников позволило уменьшить габариты и потребляемую мощность, увеличить надежность и быстродействие.
В СССР: в это время выпускаются ЭВМ Минск, БЭСМ, Урал, М-20. При производстве применяют печатный монтаж, создаются машины для решения специализированных задач (в системе управления, научных исследованиях), использовались языки программирования высокого уровня (более удобные для человека). В качестве внешней памяти использовались магнитные диски и ленты.
Среди ЭВМ второго поколения лучшими считаются БЭСМ-6 (СССР), СТРЕТЧ (США), АТЛАС (Великобритания) Разработан и принципы мультипрограммной работы ЭВМ (пакет обработка данных, режим разделения времени), динамическое распределение ресурсов, эффективной адресации информации, оперативной связи между человеком и машиной. Развивается теория языков программирования, трансляторов с одного языка программирования на другой, ОС. Быстродействие достигало 1-3 млн. операций в секунду
Уже в 1958 году Д.Килби выдвинул идею создания интегральных схем. В 1959 году Р.Нойс (будущий основатель фирмы ИНТЕЛ) изобрел метод создания чипов (интегральных схем). Позволяет в едином технологическом процессе на одной пластине (или кристалле) полупроводника получать схемы, состоящие из десятков и сотен миниатюрных электронных элементов
В 1967 году фирма IBM выпускает ЭВМ IBM-360, положившую начало третьему поколению ЭВМ (до 1975 года). ЭВМ имела мультипрограммный режим работы, широкий набор операционных систем, параллельную работа отдельных устройств, развитую встроенную диагностику, развитую конфигурацию внешних устройств, программную совместимость (программа, составленная для одной ЭВМ, могла быть выполнена на другой), возможность работы с произвольной алфавитно-цифровой информацией, большой объем основной и внешней памяти. Появилась полупроводниковая память, введено понятие "центральный процессор" - CPU (объединил в себе арифметико-логическое устройство, часть памяти и устройство управления). Производительность – десятки млн. операций в секунду
В начале 70-х начинается создание больших интегральных схем (БИС). Плотность размещения электронных элементов и компонентов в сотни и тысячи раз превышает плотность размещения в малых ИС.
1972 год считается началом третьего поколения ЭВМ. Каждая из БИС представляет собой законченное функциональное устройство ЭВМ: центральный процессор, арифметический сопроцессор для выполнения операций над числами с плавающей запятой, память, сопроцессор ввода-вывода и т.д.
Через несколько лет начинается создание сверхбольших интегральных схем (СБИС). СБИС – изготавливаются по субмикронной технологии, содержат несколько млн. элементов, выполняют функции нескольких БИС (в одной СБИС может размещаться процессор, арифметический сопроцессор, небольшая память, устройство управления памятью). Используя БИС и СБИС, получают машины от микроЭВМ до сверхвысокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем. Производительность машин 4-го поколения – несколько сот и тысяч млн. операций в сек. Их объединяют в многомашинные системы и комплексы, на их основе строятся вычислительные сети. Обладают высокой надежностью, малыми габаритами, малой потребляемой мощностью, высоким быстродействием. Характерные признаки – элементная база СБИС и БИС, виртуальная память, многопроцессорность, параллелизм выполнения операций, развитие средства диалога, языки логического программирования.
Системы пятого поколения. Базируются на методе параллельной обработки информации и новой элементной базе (оптоэлектроника и СБИС). Благодаря использованию оптических устройств и волоконной оптики скорость протекания процессов в такой ЭВМ соизмерима со скоростью света. Предлагаются конвейерные методы обработки информации и систолические структуры для организации параллелизма (т.е. выполнение программы на нескольких процессорах одновременно). Эти ЭВМ способны производить не только числовые расчеты, но и обработку смысловой информации с выполнением операций анализа и вывода. Поэтому продолжают развиваться декларативные языки логического программирования (ПРОЛОГ). Создаются ЭВМ на основе транспьютеров (от транзистор и компьютер). Они были спроектированы для работы в мультипроцессорной конфигурации, их объединяют в матрицы, где различные части процесса выполняют различные транспьютеры. Такие матрицы должны выполнять около 1000 млн. команд в сек.
В настоящее время ведутся работы, связанные с интеллектуализацией вычислительных систем и разработкой потоковых машин с отказом от традиционного принципа программного управления потоками команд, с переходом на принцип управления потоками данных.
Ведутся работы в направлении разработок специализированных нейрокомпьютеров с высоким быстродействием и способностью к обучению, предназначенных для решения задач искусственного интеллекта.
Основные понятия теории информации
ЭВМ можно рассматривать как преобразователь информации: на вход поступает исходная информация (данные), компьютер выполняет различные преобразования этой информации, после чего на выходе получают результат.
Информацией называют всякие сведения о тех или иных явлениях природы, событиях в общественной жизни и процессах в технических устройствах. Имеется множество определений понятия информации, мы используем то, которое можно применить к ЭВМ – информация – есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. В данном контексте под информацией нужно понимать не сами предметы и процессы, а их представительные характеристики, отражения или отображения в виде формул, чисел, описаний, чертежей, символов и т.д.
Основными понятиями теории информации являются: сообщение, знак, сигнал, слово. Информация, воплощенная и зафиксированная в материальной форме, называется сообщением. Элемент сообщения условно обозначается знаком. Совокупность знаков, имеющая смысловое значение, представляет слово. Пример: ЭВМ; 10, 354; 1101100…
Информация всегда поступает от какого-либо объекта, который называют источником информации или источником сообщения.
Источники информации могут быть непрерывными или дискретными.
Дискретный источник в конечное время создает конечное количество информации. Дискретные сообщения слагаются из фиксированного набора отдельных элементов (знаков). Набор элементов конечен и называется алфавитом источника информации. С дискретными сообщениями работают цифровые ЭВМ.