Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Інститут міжнародних відносин

Кафедра міжнародної інформації

Ас. Дерев’янко А. Г.

Інформатика конспект лекцій дисципліни

освітньо-професійної програми спеціальності 6.030400 "Міжнародна інформація"

Затверджена

Вченою радою

Інституту міжнародних відносин

1 вересня 2006 року,

протокол № 1

Київ – 2006

Тема 1. Інформація та інформаційні системи Лекція 1

Термін "інформація" як наукове поняття виник досить недавно. Півстоліття тому почали з’являтися перші наукові праці, які створили фундамент теорії інформації. Теорія інформації яскраво висвітлила і посилила те, що люди розуміли завжди: велику корисність знань, обізнаності. Інформація робить наші дії цілеспрямованими, заощаджує працю і час при досягненні мети.

"Інформувати" з давнини означало "повідомляти" які-небудь відомості. Але не будь-які відомості дають інформаційний ефект. Інформація завжди несе в собі елемент невідомого, нового, несподіваного.

ІнформацІЯ – це вІдомостІ, ЯкІ зменшують поЧаткову невизнаЧенІсть (неповноту знань) з будь-Якого питаннЯ, Яке нас цІкавить.

Чим більша ця невизначеність, тим більше треба одержати інформації для зменшення або уникнення цієї невизначеності. Висновок: інформацію можна вимірювати.

Якщо ми навчимося будь-яким чином вимірювати невизначеність, то кількість інформації I, яку містить в собі повідомлення, можна обчислити за формулою:

I=N–K,

де N – початкова невизначеність, K – кінцева невизначеність (після отримання повідомлення).

ОдиницЯ вимІрюваннЯ ІнформацІЇ називаЄтьсЯ БІт

Для пояснення суті поняття "Біт" розглянемо приклад. Людина кидає монету, спостерігає і отримує інформацію. Людину цікавить відповідь на питання: якою стороною монета упаде. Невизначеність після падіння дорівнюватиме 0, тобто буде досягнена повна ясність. А до кидання вона дорівнювала 1 (була максимальною). Обидві сторони монети рівноправні і тому однаково ймовірно, що випаде як одна, так і інша сторона. Таким чином,

I = 1 – 0 = 1

Тобто у будь-якому випадку в результаті падіння монети можна отримати кількість інформації в 1 Біт.

БІт – це кІлькІсть ІнформацІЇ, Яку можна отримати в результатІ звершеннЯ одного з виходІв двовихІдноЇ подІЇ

В останні роки спостерігається явище, яке має назву "інформаційний вибух". Людина за 1с може сприйняти 6-9 літер або цифр і, в кращому випадку, виконати кілька арифметичних або логічних дій. Вміння ефективно використовувати ЕОМ в роботі передбачає певну культуру. Вона містить в собі знання основних можливостей ЕОМ, виконання чіткої постановки задач, складання планів їх вирішення і запис їх у формі, яку розуміє ЕОМ тощо. Ця культура базується на знанні законів логіки та інформатики.

Інформатика – це наука, Яка вивЧаЄ закони І методи нагромадженнЯ, обробки та представленнЯ ІнформацІЇ

Однією з найважливіших складових частин ЕОМ є її пам’ять (запам’ятовуючий пристрій – ЗП). Головною характеристикою ЗП є об’єм. Об’єм ЗП вимірюється в одиницях інформації. ЗП ЕОМ складається з комірок. Об’єм пам’яті однієї комірки дорівнює восьми бітам або одному байту. В такій комірці може зберігатися восьмилітерний код символа алфавіту.

1 байт=2³ біт=8 біт;

1 КБ (кілобайт)=1024 байт≈ 10³ байт;

1 МБ (мегабайт)=1024 КБайт≈10⁶ байт;

1 ГБ (гігабайт)=1024 МБайт≈ 10⁹ байт;

1 ТБ (терабайт)=1024 ГБайт≈10¹² байт.

Слово "комп’ютер" означає пристрій для обчислювання. Потреба в автоматизації обробки даних, в тому числі обчислювань, виникла дуже давно. З давніх-давен для рахування використовували лічильні палички, камінці тощо. Більш ніж 1500 років тому (а можливо і раніше) для полегшення обчислювань стали використовувати рахівниці.

У 1642 р. Б. Паскаль винайшов пристрій для механічного додавання чисел, а в 1673 р. Г. Лейбніц сконструював арифмометр, який дозволяв механічно виконувати чотири арифметичні дії. Починаючи з ХІХ ст. арифмометри набули дуже широкого використання. За їх допомогою виконували навіть складні розрахунки, наприклад, розрахунки балістичних таблиць для артилерійської стрільби. Існувала і спеціальна професія – рахівник. Це була людина, яка працювала з арифмометром, швидко і чітко додержувалася певної послідовності інструкцій. Але розрахунки проводились дуже повільно, тому що вибір дій та запис результатів виконувався людиною, а швидкість її роботи досить обмежена.

В першій половині ХІХ ст. англійський математик Ч. Беббідж зробив спробу створити універсальний пристрій – аналітичну машину для виконання обчислення без участі людини. Машина повинна була вміти виконувати програми, які вводяться з перфокарт. Але ця машина так і не була реалізована на практиці. Лише через 19 років (в 1890 р.) після смерті Ч. Беббіджа одну із його ідей було втілено в діючому пристрої. Це був статистичний табулятор американця Г. Холеріта, який створив його з метою прискорення обробки результатів перепису населення США.

Ч. Беббідж не зміг довести до кінця свою роботу по створенню аналітичної машини – вона була надто складною для техніки того часу. Але він розробив всі основні ідеї, і в 1943 р. американець Г. Ейкен за допомогою праць Ч. Беббіджа на основі техніки ХХ ст. – електромеханічних реле – створив таку машину під назвою "МАРК-1". І тільки у 1945 р. вже на основі електронних ламп було побудовано подібну машину. Ця машина мала назву "ЕНІАК" і працювала в 1000 разів швидше.

Перші електронні машини були дуже великими за своїми розмірами. Перший крок до їх зменшення став можливим після винаходу в 1948 р. транзистора. У другій половині 50-х років з’явились комп’ютери, основані на транзисторах. Наступний крок у справі мініатюризації комп’ютерів був підготовлений винаходом інтегральних мікросхем наприкінці 60-х років. Елементна база комп’ютерів постійно удосконалювалась.

У своєму розвитку ЕОМ пройшли ряд етапів, які називають поколіннями. Щоб визначити, до якого покоління належить ЕОМ, досить просто вивчити, з яких деталей вона складається.

Перший етап (1944-1955 рр.). ЕОМ першого покоління мали великі габаритні розміри, низьку надійність і велику вартість. Так, перша ЕОМ (ЕНІАК), яка була створена у США під керівництвом Дж. фон Неймана, містила у собі 20000 ламп і займала площу 300 м². Щомісяця 2000 ламп виходило з ладу. Машину обслуговував великий штат технічного персоналу.

Другий етап (1955-1964 рр.). Машини другого покоління будувалися на основі дискретних напівпровідникових приладів – транзисторів і діодів, які значно менші за розмірами й вартістю та мають значно більшу швидкодію (приблизно в 500 раз більшу, ніж лампові аналоги) і більш високу надійність.

Наступні етапи розвитку ЕОМ пов’язані з появою інтегральних мікросхем (ІМС). Інтегральна мікросхема – це функціонально закінчена електронна схема, яка складається, в свою чергу, з кількох елементарних схем і розміщена повністю на одному кристалі з кремнію.

Компонентами інтегральних мікросхем є: ключові елементи – транзистори, резистори; діоди й конденсатори. Технологія виготовлення перших ІМС припускала розміщення на одному кристалі всього кілька елементарних схем, таких як логічні елементи, тригери та деякі інші. Такі ІМС належать до мікросхем з малим ступенем інтеграції. Пізніше домоглися розміщення сотень елементарних схем в одному кристалі – ІМС середнього ступеня інтеграції. Останні досягнення в напівпровідниковій технології дають змогу на одному кристалі розміром 1см³ розміщати електронні схеми величезної складності у кілька тисяч електронних схем, які споживають малу енергію і характеризуються низькими витратами при виготовленні. Ці мікросхеми називають схемами з великим ступенем інтеграції, або великими інтегральними мікросхемами (НВІС), які містять у собі сотні тисяч і мільйони елементарних схем.

Третій етап (1964-1971 рр.). ЕОМ третього покоління будувалися на основі ІМС малого та середнього ступеня інтеграції. Різні типи програмно-сумісних машин цього покоління й утворюють початок сім’ї ЄС ЕОМ (Єдина система ЕОМ), призначеної для розв’язування багатьох науково-технічних, економічних, управлінських і різних спеціальних задач.

Четвертий етап (1971 – 1975 рр.). ЕОМ четвертого покоління мали своєю основою мікросхеми середнього ступеня інтеграції ВІС.

З 1975 р. почалася і продовжувалася розробка наступних поколінь ЕОМ на основі ВІС підвищеного ступеня інтеграції та новітніх фізичних принципів, а також створення інтелектуальних ЕОМ.

У серпні 1981 р. новий комп’ютер під назвою IBM PC був офіційно показаний публіці і дуже швидко набув широкої популярності у користувачів. Принцип відкритої архітектури, який дав можливість постійно вдосконалювати окремі частини комп’ютера, забезпечив великий успіх комп’ютеру IBM PC.

Появі електронно-обчислювальних машин передував глибокий математичний аналіз всіх можливих методів обчислення, в результаті чого виникла потреба в зовсім нових методах.

З’ясувалось, наприклад, що машинам зручніше рахувати не в десятковій, а в двійковій системі числення, а операції множення та ділення доцільно зводити до додавання та віднімання.

• Система ЧисленнЯ (надалІ СЧ) – це сукупнІсть символІв та правил, за допомогою Яких будуютьсЯ Числа в данІй СЧ

Для запису будь-яких чисел в двійковій СЧ використовуються цифри 0 і 1. Вибір двійкової СЧ пов’язаний з тим, що вона може бути легко реалізована технічно на так званих елементах двійкової логіки.

Основи сучасної двійкової системи числення було закладено Готфридом-Вільгельмом Лейбніцем. Він вважав, що "1" і "0" мають містичний зміст, що з них виникло все, а також, що будь-яке математичне поняття можна виразити цими двома цифрами. "1" асоціювалась у нього з Богом, а "0"– з порожнечою – Всесвітом до того, як у ньому з’явилися інші істоти, крім Бога.

Через 100 років після Лейбніца пошуками універсальної логічної мови займався англійський математик Джордж Буль. Його логічна система названа на його честь бульовою алгеброю. В ХХ ст. вчені об’єднали створений Булем математичний апарат з двійковою системою обчислення і тим самим заклали основи для розробки цифрового електронного комп’ютера.