1. В настоящее время под ИНФОРМАТИКОЙ понимают различные по своей природе понятия: научную дисциплину, отрасль народнохозяйственной деятельности, актуальное направление науки, электронную информационную технологию и т.д. Но наиболее часто этот термин используют в двух значениях: как электронную информационную технологию и как научную дисциплину, составляющую теоретическую основу этой технологии.

2. Информатика как научная дисциплина содержит следующие основополагающие понятия: информация и социальная коммуникация; языки представления информации, в том числе информационно-поисковые, алгоритмические, машинные; информационные процессы сбора, обработки, хранения, поиска и распространения информации, в частности, особое внимание обращено на автоматизацию семантической обработки и поиска информации с помощью вычислительной техники и построение автоматизированных информационных систем, дискуссионные проблемы: (предмет и объект изучения информатики), методы и средства реализации научно-информационной деятельности, а также вопросы практического применения основных методов и средств информатики при создании и эксплуатации автоматизированных систем.

3. Термин ≪информация≫ происходит от латинского informatio, что означает изложение, разъяснение. В обыденной жизни под этим словом понимают сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим образом.

Большинство научных дисциплин использует этот термин, хотя каждая из них вкладывает в него свое содержание. Первое понятие информации дали журналисты и филологи в 20-30-е годы XX столетия как новости, сообщения, своеобразного газетного жанра, с помощью которого человек получает различного рода сведения, Более строгая трактовка термина ≪информация≫ связана с возникновением двух новых дисциплин – математической (статистической) теории информации и кибернетики.

4. В математической теории информации американского инженера и математика Клода Шеннона (1948), первоначально разрабатывавшейся применительно к случайным процессам и явлениям, для которых характерна неопределенность исхода (да?, нет?), под информацией понимались не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Итак, по теории Шеннона, информация - это снятая неопределенность. Неопределенность существует тогда, когда может произойти одно из нескольких событий, т. е. система может перейти в одно из нескольких состояний, При этом количество информации, получаемой в результате снятия неопределенности, вычисляется по формуле, называемой формулой Шеннона: где I- количество информации; p - вероятность события; m - число возможных состояний системы.

В частном случае для равновероятных исходов, когда p1=p2=...=pi степень неопределенности, снимаемой в результате получения информации, измеряется логарифмом числа состояний системы и называется энтропией: H = log2 m.

Для систем с двумя равновероятностными возможностями (≪да≫, ≪нет≫, или ≪плюс≫, ≪минус≫, или ≪0≫, ≪1≫) H = log22 = 1. Эта величина принята за единицу Измерения и названа битом.

5.

6. Таким образом, объектом изучения научной информатики являются

научная информация (логическая структура знания) и закономерности научных коммуникаций, предметом изучения − закономерности научно-информационной деятельности (ее теория, история, методика, организация), которая заключается в сборе, обработке, хранении, поиске и распространении научно-технической информации.

7,11,12. Информацию, материализованную в виде зрительных образов, звуков, запахов, ощущений, в устной (живая речь) и письменной форме соответственно восприятию органами чувств называют визуальной, аудиальной, тактильной, вкусовой и запах. Информацию для специалистов в области науки, техники и производства можно выделить в специальную научно-техническую в отличие от массовой, т. е. предназначенной для всех.

В массовой информации можно выделить общественно-политическую, обыденную и эстетическую. Общественно-политическая информация это информация о событиях в жизни общества, зачастую может нести в себе идейную направленность. Основная задача обыденной информации - регламентация поведения членов общества, ориентирования их поведения в социальной среде. Эстетическую информацию рассматривают как специфический вид информации, обладающий свойством воздействовать на эмоциональную сферу человека с помощью художественных образов.

В специальной информации можно выделить информацию: научную, техническую, производственную, научно-техническую. Научная информация создается в сфере науки в ходе научных исследований, направленных на изучение закономерностей природы, общества, мышления, Ее в свою очередь можно подразделить соответственно различным областям общественных, естественных и философских наук. Техническая информация образуется в сфере техники и предназначена для решения конкретных технических задач,например для разработки новых изделий, материалов, технологических процессов. Выделяют различные виды технической информации по отраслям народного хозяйства, т.е. отраслевую информацию, отражающую особенности каждой отрасли - машиностроения, электротехники и энергетики, транспорта, строительства, сельского хозяйства и т.д. Производственная информация относится к сфере производственной деятельности и используется для создания материальных благ. В зависимости от характера производственных процессов можно выделить информацию технологическую, конструкторскую, планово-экономическую, эксплуатационную и др.

В связи с тем, что наука стала в настоящее время непосредственной производительной силой, и все виды специальной информации, особенно научной и технической, находятся в тесной взаимосвязи, поэтому в практике информационного обслуживания пользуются понятием научно-технической информации.

8. Первое и главное требование к социальной информации это ее общедоступность. Это требование предполагает свободный доступ любого человека, группы людей, учреждений, организаций, предприятий к информационным фондам, знаниям, необходимым для решения задач жизнедеятельности. Исключение может составлять секретная информация, точно определяемая соответствующим законодательством и касающаяся либо военных тайн государства и коммерческих и технологических тайн, а также интимных подробностей личной жизни человека, использование которых может нанести ущерб определенной личности. Отсутствие монополии на информацию, создание общедоступных баз данных и знаний, в которые можно было бы войти с помощью домашнего компьютера и благодаря ему получить нужные сведения, развитие требуемой информационной технологии (компьютерных систем, программного обеспечения, интегрированных систем) - необходимые условия для выполнения этого непростого требования информированности общества. Второе важнейшее требование к информации - это понятность. Воспринять информацию - значит, прежде всего, понять ее, осмыслить. Для этого она должна быть выражена понятными для человека знаками на понятном ему естественном языке.

Кроме того, информация должна содержать новое знание. Это требование, конечно необязательно применимо ко всем видам информации, более того оно относительно. Например, научная дисциплина ≪Информатика≫ в большей или в меньшей мере уже изучалась в средней школе и некоторые сведения из этой области вам уже известны.

Необходимо также, чтобы передаваемая информация была достоверна, т.е. отвечала требованиям полноты и точности изложения ее содержания. Наиболее эффективно информация воспринимается в том случае, если она удовлетворяет требованиям актуальности, своевременности, логичности изложения сведений, представлена в удобной для человека форме. Актуальность информации определяется необходимостью и перспективностью использования ее в обществе. Своевременность предполагает передачу сообщений в возможно более короткие сроки с момента появления нового знания, Несвоевременность представления часто делает информацию ненужной, приводит к неоправданным затратам. Логичность облегчает понимание и усвоение материала. Этому же способствуют и компактность представления информации, и удобная форма, например хорошее полиграфическое оформление.

9. Содержательную структуру определяет структура знания, которая имеет несколько уровней. Элементами первого уровня являются эмпирические факты о предметах, процессах или событиях реальной жизни; на втором уровне - познании - происходит осмысление эмпирических фактов, устанавливаются между ними связи, эмпирический факт превращается в научный; высшим является уровень абстрактно-логического мышления, в процессе которого вырабатываются концепции - гипотезы, теории, законы, директивы.

Выделение названных уровней в содержательной структуре информации в известной мере условно, так как информационные сообщения могут содержать элементы каждого уровня познания, т.е. и факты и концепции.

10. Формальная структура информации предполагает анализ знаковой формы, с помощью которой передается содержание информации. Наиболее часто такой знаковой формой является естественный язык. Известно, что в структуре естественного языка выделяются три уровня: фонетический, лексический и синтаксический. На каждом из них можно выделить синтагматическую (горизонтальную) ось, определяющую порядок следования элементов на каждом уровне (букв в алфавите, букв в слове, слов в предложении, предложений в тексте сообщения), и парадигматическую ось, отражающую наличие различных взаимосвязей между элементами каждого уровня, Можно группировать их, например, по признакам сходства и различия: гласные - согласные, синонимы - антонимы, типы предложений.

13. Актуальность информации определяется необходимостью и перспективностью использования ее в обществе.

14. Своевременность предполагает передачу сообщений в возможно более короткие сроки с момента появления нового знания, Несвоевременность представления часто делает информацию ненужной, приводит к неоправданным затратам.

15. Развитие вычислительной техники (ВТ) принято делить на следующие этапы:

1. Ручной (домеханический) – с появлением человека разумного (примерно с 50-го тысячелетия до н.э. −).

2. Механический - с начала XVII века.

3. Электромеханический - с 90-х годов XIX века.

4. Электронный - с 40-х годов XX в.

16,17. Ручной период автоматизации вычислений начался еще на заре человеческой цивилизации и базировался на использовании частей тела, в

первую очередь пальцев рук и ног. Далее стали появляться другие вспомогательные средства счета: палочки, узелки, насечки и т.п. Характерными свойствами этих устройств было то, что в них отсутствовала автоматическая передача чисел из низшего порядка в высший. Выполнение операций сводилось к перекладыванию предметов по определенным правилам. Приспособления этого периода, такие как счетные доски, счеты, суан-пан и другие, объединены одним названием - абак. И, часто домеханический период называют также абака. В те времена задача считалась решенной, если она решалась на абаке. Размеры абака примерно 40х50 см, на более мелких абаках легко совершить ошибку. Кроме облегчения вычислений, людям всегда хотелось увеличивать и скорость вычислений. В конце XIX века М. Свободский, на созданном им абаке (комплекте из 12−30 счетов) извлекал кубический корень из 21-значного числа за 3 минуты. К домеханическим приспособлениям относятся и палочки Непера, хорошо приспособленные для сложения и вычитания. Абака не были приспособлены для умножения деления, поэтому, открытие логарифмических таблиц Дж. Непером в начале XVII века, позволивших заменить умножение и деление сложением и вычитанием, явилось следующим этапом развития вычислительных систем домеханического этапа.

Непер предложил специальные счетные палочки, позволяющие производить операции умножения и деления. В основу метода положен способ умножения на бумаге, называющийся решеткой. Палочки Непера использовались вплоть до XX века. Даже когда появилось множество других приспособлений для счета, изобретатели возвращались к ним вновь и вновь, придумывая разнообразные приборы, основанные на палочках Непера. Еще одно замечательное устройство этого периода, прослужившее инженерам всего мира около 400 лет - это логарифмическая линейка. Прообразом этой линейки считается логарифмическая шкала Э. Гюнтера. Логарифмическая линейка постоянно совершенствовалась. Наиболее существенный вклад в ее модификацию внесли У. Отред, Р. Деламейн и французский офицер А. Манхейм. Логарифмическая линейка является венцом вычислительных инструментов ручного этапа развития ВТ.

18-25. За этот период было построено множество машин, которые стали хорошими помощниками при обработке статистических данных, в финансовых расчетах, при вычислениях в научных исследованиях. Перед первыми создателями механизмов, помогающих в вычислениях, стояли очень трудные задачи, например: как физически (предметно) представить числа в машине? Как осуществить ввод исходных числовых данных? Как выполнить арифметические операции механическим путем? Как осуществлять перенос десятков? Как представить вычислителю вводимые исходные данные и результаты вычислений? Вопросы, которые мы не задаем себе сегодня, пользуясь карманными калькуляторами или спидометром. Наиболее типичными представителями вычислительных машин этого периода являются арифмометры. Основными особенностями арифмометров являются автоматическая передача десятков и наличие подвижной каретки, что обеспечивает умножение. Одну из первых механических счетных машин предложил в 1623 г. В. Шиккард. Он описал свою машину в письмах к И. Кеплеру, которые были обнаружены в 1958 году. По ним Б. Фрейтаг-Лорингоф изготовил модели машины Шиккарда. Машина Шиккарда состояла из трех частей: суммирующего устройства (для сложения и вычитания), множительного устройства и механизма для фиксации промежуточных результатов. Принципиально новым было шестиразрядное суммирующее устройство, которое состояло из соединения зубчатых передач. Для каждого разряда была своя ось, на которой находилось по одной шестерне с десятью зубцами и по одному однозубому колесу (“пальцу”), служившему для дискретной передачи десятка в следующий разряд.

14 В машине Шиккарда просматривается устройство современных ЭВМ, в ней есть прототип запоминающих устройств современных машин. В 1641 году Блез Паскаль сконструировал первый образец своей суммирующей машины. Всего он изготовил несколько десятков машин, которые вошли в историю под именем суммирующих машин Паскаля. С принципиальной точки зрения машины Паскаля не отличались от машины Шиккарда, хотя Паскаль о ней ничего не знал, однако, технически они были совершеннее машины Шиккарда. Машина Паскаля проигрывала в быстродействии и имела небольшую емкость (6-8 разрядов), имела размер примерно 40х15х10 см, но она была более надежна, чем машина Шиккарда и многие другие машины, которые стали создаваться последователями Паскаля. Первый арифмометр или первую машину, которая могла не только суммировать и вычитать, но умножать и делить, сконструировал и построил Г. Лейбниц. В 1673 году он представил свою машину в Парижскую академию. Сложение и вычитание в машине Лейбница осуществлялось при помощи зубчатых передач и сводилось к набору чисел и считке результата. Основу машины составляли ступенчатые валики-цилиндрики с зубцами разной длины (эти цилиндрики и образуют валик, на котором нанесены зубцы в виде ступенек). Это и изобретение Лейбница было первым осуществлением зубчатого колеса с переменным числом зубцов. Именно такое колесо обеспечивает выполнение умножения и деления. Новым в машине Лейбница было также разделение машины на подвижную и неподвижную части. Подвижная часть (прототип современной подвижной каретки у арифмометра) позволила производить поразрядное умножение. Машина Лейбница была очень громоздкой (100х30х25 см), емкость ее ограничивалась размерами, однако, подвижная каретка повысила скорость выполнения умножения, хотя у нее и отсутствовал механизм гашения: каждое колесо устанавливалось в первоначальное положение самостоятельно, что уменьшало скорость вычисления. Машина Лейбница также как и машина Паскаля, стала прародительницей многих счетных машин, в том числе и современных арифмометров, которые можно было увидеть в действии вплоть до 70-х годов XX века. В VII-XVIII в.в. создавалось много счетных машин, которые либо совсем не использовались, либо использовались только самими разработчиками. В XIX веке было предложено много самых разнообразных машин, но большинство из них не получило распространения, так как их создатели заботились лишь об улучшении отдельных характеристик. Самыми известными из них являются: самосчеты В.Я. Буняковского (1867 г.) - прибор для сложения и вычитания; карманный прибор для сложения Пететина (Франция 1885 г.); арифмометр Л. Болле (1889 г.) В 1818 году Л. Томас сконструировал, а в 1820 году построил машину, которую впервые назвал арифмометром. Эта машина была настолько удачна, что выпускалась до конца XIX века и было выпущено более 1500 штук. В основу арифмометра Томаса был положен ступенчатый валик Лейбница. На нем была довольно большая скорость вычислений: два 8-значных числа можно было умножить примерно за 15 секунд, а разделить 16-значное число на 8-значное - за 25. Надежность машины обеспечивалась контрольным счетчиком, счетчиком оборотов и других устройствами. Машина Томаса была долговечной, она использовалась при расчетах, связанных с подготовкой плана ГОЭЛРО в 1920 году. Машина Томаса постоянно совершенствовалась, ее размеры уменьшали, делая валики из полуцилиндров, а не из цилиндров, размещали их на разных уровнях. В музее истории Санкт-Петербурга хранится один экземпляр, созданной в 1878 году П.Л. Чебышевым суммирующей машины. Эта машина имела столько недостатков, что на ней никто не работал, нет также подтверждений, что на ней работал сам автор. Дело в том, что П.Л. Чебышев не ставил перед собой задачи создания удобной для пользования машины, его задачей было: найти новый принцип на котором могут строиться вычислительные машины. И эту проблему он решил. Чебышев доказал этой машиной и другими приспособлениями, что вычислительные машины могут быть построены на принципе непрерывной передачи десятков. Этот принцип быстро нашел свое применение во многих счетчиках (например, в спидометрах Теслы).

Несмотря на то, что самыми распространенными счетными машинами механического периода были арифмометры, именно в это время были заложены теоретические основы современных ЭВМ. Прародителями их считаются Чарльз Бэббидж (1792-1871) - английский математик и экономист, и его помощница Августа Ада Лавлейс (1815-1852) - дочь лорда Байрона. В механический период на автоматизацию выполнения операций обращалось недостаточно внимания. Многие действия должен был выполнять сам вычислитель. Ч. Бэббидж первый выдвинул замысел вычислительной машины с программным управлением, который был заложен им еще в 1834 году в его проект аналитической машины. Свой проект Бэббидж не реализовал, этого не смог сделать в последствии и его сын. Развитие техники к тому времени не позволяло этого: электромеханические реле, появившиеся к этому времени были ненадежны, однако, Бэббидж рассматривал в качестве возможного источника энергии паровые двигатели. Опередив свое время на сто лет, Бэббидж в статье ≪О математической производительности счетной машины≫ подробно описал свой проект. Его аналитическая машина состояла из следующих четырех частей:

1) блок хранения исходных данных и результатов вычислений. Он состоял из набора зубчатых колес, идентифицирующих цифры подобно арифмометру. Колеса объединялись в регистры для хранения многоразрядных десятичных чисел. Этот блок Бэббидж назвал складом;

2) блок обработки чисел из склада, его Бэббидж назвал мельницей (теперь это логическое устройство);

3) блок управления последовательностью вычислений, ему Бэббидж не дал названия, (теперь это устройство управления);

4) блок ввода исходных данных и печати результатов (устройство ввода- вывода).

Здесь сразу следует отметить, что, несмотря на то, что элементная база современных компьютеров такая, какой не могли во время Бэббиджа придумать фантасты, принципы построения аналитической машины и современных ЭВМ, те же. Для ввода информации и управления процессом вычислений Бэббидж предлагал перфокарты, существовавшие до конца 80-х годов XX века. Для вывода информации Бэббидж предлагал устройство, выводящее окончательный и промежуточный результат на бумагу. Для вывода графиков расчетов он предлагал использовать графопостроитель.

Долговременное хранение информации предлагалось на специальных металлических пластинках или дисках. Вклад Бэббиджа в развитие вычислительной техники трудно переоценить. Основатель кибернетики, разработчик теории информации Норберт Винер оценил вклад Бэббиджа так: ≪Бэббидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, однако, имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений≫. Рассказывая о Бэббидже, нельзя обойти стороной имя его ученицы и соратницы Ады Лавлейс. Она сделала полное и доступное описание машины Бэббиджа, написала первую программу для счетной машины, проектировала некоторые узлы машины, исследовала возможность применения двоичной системы счисления, принятой в современныx ЭВМ, высказала ряд идей, которые нашли применение в наше время. Аду Лавлейс можно считать первым программистом, и один из современных языков программирования носит в ее честь имя Ада.

26. С создания первого табулятора Германом Голлеритом (США) в 1887 году начинается электромеханический этап развития вычислительной техники. В 1890 году машина Голлерита была применена для переписи населения. В качестве информационного носителя Голлерит использовал перфокарты. Испытания машина Голлерита прошла успешно и использовалась для переписи населения в России (1897 г.), Австро-Венгрии (1890), в Канаде (1891). В 1890 году Голлерит организовал фирму Tabulating Mashine Company, в 1911 году Голлерит отошел от дел, продал свою фирму, которая объединившись с другими фирмами получила название International Business Mashines Corporation или IBM. Г. Голлерит стал основоположником нового направления в развитии ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов для выполнения широкого круга экономических, статистических и научно-технических расчетов. На основе работ Голлерита и в других странах начали производиться модели счетно-аналитических комплексов таких как: ≪Пауэрс≫ фирмы Ремингтон”, “Бюль” фирмы “Бюль” и, конечно, ≪Голлерит≫ фирмы IBM.

27. Однако, несмотря на все новшества MARK и “Bell” были уже устаревшими по сравнению с ENIAC . Несмотря на широкое распространение счетно-аналитических машин и непрерывное их усовершенствование, в них не была устранена основная диспропорция характеристик. Электрическая передача сигналов производилась с огромной скоростью, но счетчики оставались механическими, поэтому все операции развертывались медленно. С механическим принципом работы счетчиков были связаны и большие размеры таких машин. Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать, построенную в СССР в 1957 году релейную вычислительную машину РВМ- 1, которая эксплуатировалась до 1964 года, в основном для решения экономических задач. Элементная база РВМ-1 на момент ее создания была уже устаревшей, ее проект был настолько удачным, что она была вполне конкурентоспособна по надежности и быстродействию по сравнению с ВТ того времени. Программное управление при помощи перфокарт позволяло получать надежные результаты при довольно большой скорости вычислений, но подготовка перфокарт занимала много времени и требовала дополнительных устройств и не была связана с основной работой машины. Все это обусловливало медленные темпы работы при возможно больших резервах быстродействия, кроме того, это влекло за собой большие размеры машин. Счетно-аналитические машины распространились по всему миру, они непрерывно совершенствовались, однако, в них не была устранена диспропорция характеристик о которых говорилось выше. Чтобы устранить эти противоречия и уменьшить размеры машины, требовалась новая элементная база. К началу 40-х годов стало ясно, что это будет электроника.

28. В Советском Союзе в 30-е годы создается завод счетно-аналитических

машин (САМ), реконструируется завод по выпуску арифмометров “Феликс”.

29. перфокарты

30. Став привычными и необходимыми, арифмометры перестали устраивать из-за скорости вычислений. Она зависела от скорости вращения ручки. Первым, что было внедрено для увеличения скорости счета арифмометров, была замена ручки прибора электроприводом. Скорость вычислений при этом увеличилась, а вот скорость ввода чисел не шла ни в какое сравнение с вычислениями. Чтобы устранить эту диспропорцию, в машины ввели клавишную установку. Устранение этих недостатков повлекло за собой и другие усовершенствования: развитие техники пошло по пути автоматизации.

31. Первой машиной этого этапа можно было бы считать созданную при участии А. Тьюринга для дешифровки в Англии машину Colossus (1943 г.). Машина содержала 2000 электронных ламп и обладала довольно высоким быстродействием, но в связи с узкой направленностью, первенство принято отдавать ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer). Первоначально она создавалась для решения задач баллистики, но оказалась способной решать и задачи другого типа. Создателями этой машины являются Д. Маучли и Д. Эккерт, которые заимствовали идею у Дж. Атанасова. ENIAC по размерам превосходила MARK-1 больше, чем в два раза (высота 6м, ширина 4м, длина 30 м, вес 30т), а по быстродействию в 1000 раз. Машина содержала 18000 электронных ламп 16-ти основных типов, 1500 реле, 70000 регистров, 10000 конденсаторов, потребляемая мощность 140 кВт.

32.

33. В Англии в 1949 году под руководством М. Уилкса была разработана первая в мире ЭВМ с хранимыми в памяти программами EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator). Она работала в двоичной системе счисления, выполняла одноадресные команды в количестве 18 и оперировала с короткими (17 бит) и длинными (35 бит) словами. EDSAC первая машина, которая позволяла не только хранить программы, но и создавать программы из других программ, объединяя их при загрузке в память. Кроме того, машина была снабжена детальным учебником по программированию. Компьютер EDSAC положил начало первому поколению универсальных ЭВМ.

34. В первом поколении элементной базой в нем была электронная лампа, в

которой использовался эффект Эдисона. Великий изобретатель сделал это открытие между делом, но не запатентовал его, хотя патентовал все свои изобретения, т.к. не увидел в нем никакой практической ценности. Электронные лампы Эдисона к тому времени широко использовались в радиотехнике, именно к ним обратились создатели компьютерной техники.

35. Применение транзисторов в вычислительной технике дало начало второму поколению компьютеров. На компьютерах с транзисторами начал действовать закон ≪10≫ - улучшение за десять лет всех характеристик компьютера примерно в десять и более раз.

36. Быстрая схема должна быть микроскопических размеров. Так возникла мысль о микроэлектронном исполнении схем. Решила эту задачу микроэлектронная технология. Именно она породила третье поколение компьютеров.

37. Дальнейшее совершенствование технологии позволило создать сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), содержащие 100000 транзисторов и более. Именно СБИС стали основой элементарной базы компьютеров четвертого поколения. Процессор, реализованный на одной СБИС, получил название микропроцессора.

38. К машинам первого поколения относятся Leo (1951), DEDUCE (1954, Англия); ENIAC (1950), MARK-3, SWAC (1950), IAS, BINAC, UNIVAC (1951), MANIAC, WhirlWind-1, ORVAC, IBM-701 (1952 США); GAVVA-40 (1952, Франция); МЭСМ (1951), БЭСМ (1952), Минск-1, Урал-2, М-20 (СССР).

39. К машинам второго поколения относятся: ≪Stretch≫, IBM-7090, LARC (1960), TRADIC (США); Simens-2002 (ФРГ); Senac (Япония); ATLAS (1962, Англия); РАЗДАН (1960), БЭСМ- 3М, 4М-220, М-222, серия ≪Мир≫, ≪Наири≫ (малые ЭВМ), Минск, Урал, БЭСМ- 3М, 4М-220 (средние ЭВМ) Днепр М-4000 (управляющие ЭВМ) (СССР).

40. К третьему поколению относится серия машин IBM-360 и IBM-370 (выпускались с 1964 года). Последняя относится уже к 3,5 поколению. В Англии фирмой ICL было выпущено семейств машин ≪System 4≫, в ФРГ машины серии 004 разработанные фирмой Siemens, в Японии фирмой HITACHI машины серии ≪Hytac-8000≫. Проблемам создания машин третьего поколения стали уделять большое внимание Голландия, Болгария, Венгрия, Чехословакия, Польша, Куба. Страны СЭВ выпускали совместно с Советским Союзом машины серии ≪Ряд-1≫ и ≪Ряд-2≫ это ЕС-1010, ЕС-1020,...1065 (выпускались с 1972 года) и машины серии СМ. В рамках программы ≪Ряд-2≫ были созданы две операционные системы ДОС-3 и ОС-6.0.

41. Парк всех машин четвертого поколения можно условно разделить на пять основных классов: микро-ЭВМ, персональные компьютеры, специальные ЭВМ, ЭВМ общего назначения и супер-ЭВМ. Но из этого многообразия, лишь ПК и супер-ЭВМ определяют лицо четвертого поколения.

42. В ЭВМ первого поколения оперативная память выполнялась на триггерах, затем на ферритовых сердечниках, быстродействие 5-30 тыс. арифметических операций в секунду. От программиста требовалось хорошее знание архитектуры ЭВМ и ее программных возможностей. Программирование осуществлялось в машинных кодах, позднее на ассемблере и автокоде. Первые ЭВМ использовались в основном для научных расчетов.

43. Конец 50-х годов характеризуется началом этапа автоматизации программирования. В это время появляются языки Commercial Translator, FACT, MathMathic, и программно-ориентированные языки высокого уровня (ЯВУ): Fortran (1955), Algol-60, AKU-400 и др. Стали создаваться библиотеки стандартных программ на различных языках программирования и разного назначения. То есть появляется программное обеспечение (software), и становится ясно, что программный продукт должен стать неотъемлемой частью машины и должен поставляться пользователю вместе с аппаратной частью (hardware)

44. ЭВМ третьего поколения, как правило, программно-совместимы снизу вверх, их частью становятся операционные системы, которые стали брать на себя задачи управления памятью, устройствами ввода-вывода и другими ресурсами. Появились системы управления базами данных (СУБД), системы автоматизирования проектных работ (САПР), совершенствуются АСУ и АСУТП. Создаются пакеты прикладных программ (ППП) различного назначения. Появляются новые и совершенствуются существующие языки программирования, их количество достигло уже 3000.

45. Начала формироваться ПК-индустрия. Приступили к производству компьютеров фирмы Apple Computers, Tandy Radio Shark, Commodore. В 1981 году фирма IBM начинает выпуск PC/XT/AT и PS/2. Лавинообразно растет программное обеспечение ПК. Для того чтобы сориентироваться в мире ПК для пользователей и программистов начинают выходить популярные журналы и газеты, устраиваться выставки, задействована реклама. Несмотря на то, что персональные компьютеры мы видим везде, производство компьютеров не ограничивается только ими. Для решения научных задач, задач повышенной сложности, для управления сложными объектами необходимы ЭВМ, возможности которых гораздо больше, чем даже самые мощные ПК, это - супер-ЭВМ. Для супер-ЭВМ характерна высокая производительность (не менее 2х107 о/с) и нетрадиционная архитектура. Первой супер-ЭВМ можно считать Amdahl 470V16 (1975) и совместимую с IBM- серией. В настоящее время к классу супер-ЭВМ относят модели, имеющие среднее быстродействие 20 мегафлопсов (1 мегафлопс = 1 млн. операций с плавающей точкой в секунду). Первой моделью такой производительности является ILLIAC-IV (1975, США), затем появилась Cray- серия (с 1976 года) - быстродействие 130 мегафлопсов, Cyber 205 (400 мегафлопсов), RP-3, FACOM VP-200, SK-2.

46.

47. В Советском Союзе была предпринята попытка создания отечественной

супер-ЭВМ серии ≪Эльбрус≫, а также ЕС 1191, ЕС 1766, которая по известным причинам, не увенчалась успехом. Компьютер ≪Эльбрус-1≫ был построен в 1978 году на 15 лет раньше западных машин и воплотил принципы суперскалярной архитектуры. ≪Эльбрус-2≫ имел идентичную архитектуру, но более совершенную элементную базу. В 1986 году началась разработка ≪Эльбруса-3≫, основанная на совершенно новых архитектурных идеях. В ≪Эльбрусе-3≫ впервые в мире были реализованы явный параллеризм на уровне операций и широкое командное слово – принципы, которые составляют основы современной технологии EPIC (explicitly parallel instruction computing). Следует отметить, что идеи, заложенные в архитектуру, были настолько революционными, что с 1992 года между фирмой Sun и группой специалистов- разработчиков ≪Эльбрусов≫ (Московский ≪Центр SPARC-технологий≫ (МЦСТ)) заключен контракт, предполагающий реализацию идей заложенных в ≪Эльбрусе-3≫ на западных технологиях. А в 2000 году компанией МЦСT был создан процессор ≪Эльбрус-2000≫ (E2r) в котором воплощены идеи ≪Эльбруса-3≫ в доработанном и усовершенствованном виде. На основе этих идей созданы также процессоры Crusoe компанией Transmeta и IA-64 фирмами Intel и HP. В 1999 году усилиями российских НИИ (≪Квант≫, института прикладной математики РАН) и промышленных предприятий создан 96-процессорнный супер-компьютер МВС-1000 производительностью 1 млрд. о/с с телекоммуникационным доступом в том числе и по Internet.

48.

49.

50. Обеспечивать простоту применения ЭВМ путем реализации эффективных систем ввода/вывода информации голосом и изображениями; диалоговой обработки информации с использованием естественных языков; возможности обучаемости, ассоциативных построений и логических выводов (интеллектуализация ЭВМ);

Упростить процесс создания программных средств автоматизации синтеза программ по спецификациям исходных требований на естественных языках; усовершенствовать вспомогательные инструментальные средства и интерфейс разработчиков с вычислительными средствами.

Улучшить основные характеристики и эксплуатационные качества ВТ для удовлетворения различных социальных задач; улучшить соотношения затрат и результатов, быстродействия, легкости и компактности ЭВМ; обеспечить их разнообразие, высокую адаптируемость к приложениям и надежность в эксплуатации.

51. Принципы построения ЭВМ, как мы говорили ранее, были заложены в 40-ые годы нашего столетия знаменитым ученом Джоном фон Нейманом (1903-1957), тогда, когда появились первые электронно-вычислительные машины, эти принципы, несмотря на то, что современные ЭВМ очень непохожи на своих бабушек ни по внешнему виду, ни по функциям ими выполняемыми, используются до сих пор:

1. Машина должна работать не в десятичной, а в двоичной системе счисления (бинарной), Это означает, что программа и данные должны быть записаны в коде двоичной системы, где каждое число или символ представляется определенной комбинацией нулей и единиц.

2. Программа, которая управляет последовательностью выполнения операций, должна храниться в памяти машины. Там же должны храниться исходные данные и промежуточные результаты.

3. Чтобы достаточно быстро можно было считать, память компьютера следует организовать по иерархическому принципу, т.е. она должна состоять, по крайней мере, из двух частей: быстрой, но небольшой по емкости (оперативной) и большой (и поэтому медленной) внешней.

Машины, построенные на этих принципах, называются машинами фон- неймановского типа или машиной с фон-неймановской архитектурой.

52. Архитектура ЭВМ, предложенная фон Нейманом, следующая: компьютер должен содержать: арифметически-логическое устройство (АЛУ); центральное устройство управления (УУ), ответственное за функционирование всех основных компонент компьютера; запоминающее устройство (ЗУ), причем, в памяти должны сохраняться не только числа, но и команды (этого у Бэббиджа 20 нет); система ввода и вывода информации. Была обоснована необходимость двоичной системы счисления, электронной технологии и последовательного выполнения операций.

53.

54.

55.

56. Фон Нейман с соавторами предложил ее структуру, которая п олностью воспроизводилась в течение первых двух поколений ЭВМ. Схема устройства такой ЭВМ представлена на рисунке. Тонкими стрелками показаны направления движения информации, а толстыми – управляющие воздействия УУ центрального процессора на все остальные устройства машины.

Наиболее существенной особенностью данной реализации ЭВМ является центральное положение процессора в схеме. Во-первых, через него проходят все информационные потоки, а во-вторых, он управляет согласованной работой всех устройств машины.

Принцип работы

На рисунке схематически изображены ОЗУ, некоторые регистры процессора и – в качестве вводимой информации – данные на перфоленте. Посмотрим, как это все взаимодействовало.

И сполняемая команда, хранящаяся в регистре команд, задает действие, которое необходимо сделать, а так же ячейки памяти, с которыми требуемое действие необходимо произвести.

Адреса необходимых ячеек по очереди копируются из регистра команд в регистр адреса ОЗУ, а затем данные считываются (или записываются) через специальный регистр данных.

Информация с внешнего устройства поступает в другой регистр. Во всей этой схеме отчетливо видно, что информация с внешнего устройства сначала попадает в процессор, формируется там и только тогда записывается в ОЗУ.

Вся информация поступает в машину через процессор.

57. Монитор или дисплей (display - показ) предназначен для отображения

текстовой и графической информации. Мониторы бывают цветными и

монохромными. Они могут работать в одном из двух режимов: текстовом или графическом.

В текстовом режиме экран монитора условно разбивается на отдельные участки - знакоместа (чаще всего 25 строк по 80 символов). В графическом режиме экран монитора представляет собой область, разбитую на клетки или точки, размер этих точек - это минимальная единица изображения, которую монитор может воспроизвести четко и раздельно. Эти точки называются пикселями.

58. Количество пикселей, которое может воспроизвести монитор, называется его разрешающей способностью. “Разрешающая способность 800х600” означает, что монитор может воспроизводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой строке.

59. Персональные компьютеры - это небольшие ЭВМ, основой которых

служит процессор, иначе говоря, его можно было бы назвать Микро-ЭВМ, но отличие ПК от микро-ЭВМ в том, что микро-ЭВМ может быть направлена на решение одной задачи, например на регулирование подачи топлива в автомобильный двигатель, т.е. микро-ЭВМ предназначены для решения узких задач.

ПК - представляет индивидуальному пользователю самые разнообразные

возможности, которые расширяются с развитием компьютерной техники.

Поэтому ПК можно представлять как систему, обладающую как минимум

следующими характеристиками:

1. Стоимость всей системы доступна рядовому пользователю;

2. В состав системы входит периферийная память в виде дискет или

компакт-дисков, либо она может подключаться к аналогичным устройствам других систем;

3. Микропроцессор способен работать с памятью объемом не меньше 64 килобайт (память современных ПК, как уже указывалась, исчисляется Гига и

Тетрабайтами);

4. ПК способен работать с программами, написанными, по крайней мере, на одном из языков программирования высокого уровня (Кобол, Паскаль и т.п.);

5. В программное обеспечение должна обязательно входить операционная система;

6. ПК рассчитаны на широкую продажу;

7. Система достаточно универсальна, что дает возможность выполнить обширный набор программ для различных приложений.

Эти характеристики ПК не являются окончательными, с развитием ПК они будут, несомненно, меняться.

61. В обычной жизни мы используем десятичную систему счисления, а вот компьютерах используется двоичная система. Т.е. все цифры, буквы и другие знаки, и все команды, для того чтобы их понимал компьютер, представляются в виде наборов двух чисел 0 и 1. 0 и 1 нужно понимать как условные логические значения сигналов, которые не стоит путать с физическими значениями. Физически 0 может соответствовать низкому напряжению, а 1 высокому, или наоборот. Это очень удобно для работы машины. Двоичная система счисления возникла задолго до создания ЭВМ. Ею особенно увлекались в XVI-XIX веках. Г. В. Лейбниц считал ее простой, удобной и красивой. Выбор двоичной системы счисления обусловлен тем, что работа машины с такой системой более надежна и при случайной помехе труднее изменить 0 на 1 или наоборот.

Еще одним преимуществом двоичной системы является то, что для обработки потоков информации не нужно иметь много преобразователей, так называемых логических элементов. Основные из них названы условно ИЛИ, НЕ, И. Именно с помощью этих элементов обрабатывается в компьютере информация. Двоичная система оптимальна для максимальной производительности ЭВМ фон-неймановского типа.

62. В современной информатике используются в основном три системы счисления (все – позиционные): двоичная, шестнадцатеричная и десятичная.

Двоичная система счисления используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является  вычислительная техника. Такое положение дел сложилось исторически, поскольку двоичный сигнал проще представлять на аппаратном уровне. В этой системе счисления для представления числа применяются два знака – 0 и 1.

Шестнадцатеричная система счисления  используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является хорошо подготовленный пользователь – специалист в области информатики. В такой форме представляется содержимое любого файла, затребованное через интегрированные оболочки операционной системы, например, средствами Norton Commander в случае MS DOS. Используемые знаки для представления числа – десятичные цифры от 0 до 9 и буквы латинского алфавита – A, B, C, D, E, F.

Десятичная система счисления используется для кодирования дискретного сигнала, потребителем которого является так называемый конечный пользователь – неспециалист в области информатики (очевидно, что и любой человек может выступать в роли такого потребителя). Используемые знаки для представления числа – цифры от 0 до 9.

63. Разные типы ЭВМ имеют, как и люди, разную память. Про человеческую память говорят, что она лучше или хуже, а про компьютерную, что компьютер обладает памятью большей или меньшей емкости. Емкость же памяти измеряется битами или байтами.

Бит - это двоичный разряд, элементарная единица информации, принимающая значение 0 или 1.

Слово бит – это аббревиатура от BInary digiT, придумана в 1946 году американским ученым-статистиком Джоном Тьюки.

Байт - это общепринятая единица информации, используемая для указания объема памяти, скорости передачи информации и других характеристик ЭВМ. Один байт информации состоит из 8 битов. При представлении символьной информации каждая буква, цифра или другой знак, занимают 1 байт.

Слово байт(BYTE) – это аббревиатура слов BinarY TErm

64. Зная имя байта, можно совершать с ним две основные операции: читать из байта и записывать в байт для именования байтов принято использовать неотрицательные целые числа и говорить о номерах или адресах байтов.

65. Взаимодействие процессора с памятью производится с помощью

проводов, называемых шинами адресов и шинами данных. По шине адреса передается в ту или в другую сторону адрес байта, а по шине данных сам байт для записи в память или чтения из памяти передачи адресов и байтов происходят одновременно. Число проводов в шине данных называется разрядностью шины. Обычно разрядность равна 8, 16, 32 или 64 бит. Если шина восьмиразрядная, за одно обращение к памяти можно передать 1 байт или один адрес, а если 16- разрядная, то 2 байта данных и последовательно два адреса этих двух байтов и т. д. Шина адреса тоже может иметь разрядность. По 20-разрядной шине можно передавать одновременно 220=1048576 адресов и, соответственно, обслуживать 1 мегабайт памяти. Для работы на 20-разрядной шине, с памятью более 1 Мб, нужно разбить адрес на две части и передавать в два приема. Такой метод называется мультиплексирование, он позволяет иметь большее количество адресов за счет увеличения времени на передачу адреса.

66. 67. Важной разновидностью зу является оперативная память или озу.

Именно здесь хранятся программа и данные, необходимые для немедленного решения каждой конкретной задачи. В любом компьютере ОЗУ обеспечивает гибкость его работы и быстродействие. Это быстрая память компьютера. Реализуется ОЗУ по-разному. Существуют магнитные ОЗУ, состоящие из большого числа магнитных ферритовых колец, каждое из которых можно намагничивать в одном или в другом направлении и этим запоминается один бит информации. Сколько колец в таком ОЗУ, столько бит информации, оно может запомнить. Магнитные ОЗУ громоздки, им на смену пришли более быстрые и компактные, состоящие из большого числа триггеров - специальной схемы, способной запомнить один бит информации.

Существует еще сверхоперативная память (СВОП) для временного хранения промежуточных результатов. Она представляет собой набор электронных ячеек памяти – регистров, поэтому эту память еще называют регистровой. Регистр – это последовательность триггеров.

Другим видом запоминающего устройства в компьютере является постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое служит для хранения программ и данных, постоянно необходимых для работы компьютера. К числу таких программ относится, например, самая главная программа BIOS (Basic Input Output System), служащая для загрузки ОС. Их составляют заранее, а затем хранят в ПЗУ. Информация, хранящаяся в ПЗУ энергонезависима, т. е. она сохраняется после выключения компьютера. ПЗУ отличается тем, что позволяет только считывание записанной информации. Для того чтобы стереть или записать новую информацию в ПЗУ, необходимы специальные устройства – праграмматоры и стиратели, а также время порядка 1 часа. Стирание осуществляется через специальное окошко в корпусе микросхемы, либо электрическим способом путем подачи повышенного напряжения на специальные входы программирования.

В 1989 году фирмой Intel была выпущена на рынок флэш-память - электронное стираемое программируемое ПЗУ. Флэш-память, обладая свойствами ПЗУ, в то же время, позволяет ее быстро перепрограммировать.

Программируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) используется для записи новых программ и данных, с которыми будет работать пользователь далее постоянно. Этот вид памяти занимает промежуточное место между ОЗУ и ПЗУ.

Еще один тип внутренней памяти ЭВМ, время доступа, к которой не более нескольких десятков наносекунд - это кэш-память. Этот вид памяти, ранее используемый только в супер-ЭВМ и мощных ПК, в настоящее время атрибут всех персональных компьютеров. Так, ПК Tulip 4/100 имеет кэш- память объемом 256 Кбайт, что соответствует памяти ПК 80-х годов. Кэш- память устанавливается на быстродействующих БИС и ее быстродействие должно соответствовать скорости работы АЛУ и УУ. Кэш-память используется для хранения наиболее часто используемых программ и данных, осуществляет своего рода связующий буфер между быстрыми устройствами ЦП и более медленной ОП и позволяет получать существенный временной выигрыш. Работу кеш-памяти можно описать следующим образом. Всякий раз, когда процессор намерен прочитать некоторый байт, сначала проводится анализ: есть ли байт с этим адресом в быстрой кэш-памяти? Если он там есть, то происходит чтение из кэш-памяти. Если нет, то байт копируется из основной памяти в кэш- память и передается процессору. Таким образом, кэш-память повышает производительность компьютера.

68.

69. Внешние запоминающие устройства можно разделить на устройства с

произвольным и последовательным доступом. Примером устройства с последовательным доступом может служить магнитная лента. Данные с нее можно считывать или записывать на нее только последовательно, а если порядок нарушается, нужно ждать пока лента будет перемотана на нужное место. Достоинство магнитных лент в том, что они могут содержать очень большое количество информации. Устройства для работы с магнитными лентами называются стримерами. Скорость записи на магнитную ленту составляет 4-5 Мгб в мин. Дешевизна магнитных лент позволяет использовать их для длительного хранения больших объемов информации. Обычные видеокассеты теперь тоже могут с помощью специальных устройств использоваться для записи цифровой информации. На одной кассете может храниться около 2 Гб информации. Устройства с произвольным доступом, позволяют получить доступ к произвольной порции данных за одно и тоже время. К таким устройствам относятся дискеты. Данные на них хранятся на концентрированных магнитных дорожках с двух сторон дискеты, поэтому чтение и запись на дискету можно производить в любом месте дискеты, подождав время, необходимое не более чем требуется для одного оборота

70.

71. Программа - план действий, подлежащих выполнению некоторым устройством, чаще всего ЭВМ. Предписание, алгоритм программы представляется в виде конечной совокупности команд (инструкций), каждая из которых побуждает выполнить некоторую элементарную операцию над данными, хранящимися в памяти исполнителя и имена которых являются параметрами команды.

72. -постановка задач

-построение математической модели

-выбор численного метода решения задачи

-составления алгоритма

-написание программы

-отладка и испытание программы

-решение задач ЭВМ

-анализ резельтатов

73. Машинный язык – это язык команд, которые может выполнять данная машина. Машинный язык определяется устройством и схемой компьютера. Каждый новый компьютер порождает новый машинный язык.

Написание программ в машинных кодах требует высокой квалификации от программиста. Для обеспечения его работы, в начале 50-х годов были разработаны системы, позволяющие писать программы не на машинном языке, а с использованием мнемонических обозначений машинных команд, имен точек программы и т.д. Такой язык для написания программы называется Автокодом или языком Ассемблера, т.е Ассемблер – это символическое представление машинного языка. Программы на Ассемблере очень легко переводятся на машинный язык специальной программой, называемой тоже Ассемблером. Ассемблер и сейчас широко используется, если необходимо написание быстродействующих программ. Однако, написание программы на языке Ассемблера тоже очень трудоемкое занятие, поэтому, для работы программиста были созданы более удобные языки общения человека с компьютером, так называемые языки программирования высокого уровня (ЯВУ).

74. Языки общения с компьютером делятся на языки низкого и высокого уровня. Языки низкого уровня это машинный и символический язык, им пользуются системные программисты - опытные пользователи, разработчики операционных систем. Языки высокого уровня приближены к естественным языкам человека и не требуют знаний об устройстве и функционировании компьютера. В связи с тем, что языки высокого уровня и первые программы появились в англоязычных странах, то они используют английский алфавит и английские слова.

75.

76. ФОРТРАН(программе операторы не нумеруются и выполняются в порядке следования в программе), БЭЙСИК, АЛГОЛ, ПАСКАЛЬ, АДА, С, С++, КОБОЛ(COBOL – Common Business-Oriented Language), PL/1, GPSS(общецелевая система моделирования)

77.

78. Имеются два основных вида средств реализации языка: компиляторы и интерпретаторы. Компиляторы транслируют весь текст программы, написанной на языке высокого уровня в машинный код в ходе одного непрерывного процесса. При этом создается полная программа, в машинных кодах, которую затем можно выполнять без участия компилятора. Работа с компилятором состоит из трех этапов: сначала текст программы создается при помощи редактора текстов или какой-либо другой программы текстовой обработки, затем текст компилируется, и наконец, скомпилированная программа выполняется. Первая программа-компилятор была создана полковником ВВС США Грейс Хоппер в 1951году. Интерпретаторы переводят на машинный язык по одному предложению программы по ходу ее выполнения.

80. В локальных и/или глобальных вычислительных сетях функцию общения с их ресурсами выполняют сетевые командные языки -V, позволяющие инициировать работу в сети (определение режимов доступа к ресурсам, начальных установок и др.), управлять работой сети, использовать ресурсы сети (конфигурация сети, электронная почта, управление печатью и др.) и т.д.

Интерфейс ОО обеспечивают языки графического, командного, табличного типов, типа меню или смешанного типа -IV. В качестве лингвистического обеспечения ОС выступают языки командного типа и языки управления заданиями - III. Например, MS DOS и OS/2 используют языки командного типа. Языки ОС позволяют использовать и управлять вычислительными ресурсами ЭВМ. Средства ППО располагают собственными языками - II, обеспечивающими как интерфейсные функции (инсталляции, запроса обслуживающих функций, управление режимами, выполнение работ в среде пакета, инструментальные (например, разработку документов в среде пакета)).

И, последнее: инструментальное ПО включает современные языки программирования различного типа и назначения - I, это ЯВУ о которых мы уже говорили.

81. Системные программы выполняют различные вспомогательные функции, такие как проверку работоспособности компьютера, создание копий, используемой информации и выдачу справочной информации о компьютере.

Инструментальное ПО. Когда пользователю необходимы собственные программы, он пишет их на одном из языков не понятных машине, а системы программирования предоставляют ему компилятор, преобразовывающий язык программы в программу в машинных кодах или интерпретатор, осуществляющий непосредственное выполнение текста программы на языке программирования высокого уровня; библиотеки программ − заранее подготовленные программы, к которым может обращаться пользователь; вспомогательные программы отладчики.

Прикладное программное обеспечение − непосредственно обеспечивают выполнение необходимых пользователю работ.