1. Предмет информатики (Определения информатики и кибернетики. Место информатики среди других наук. Понятие информации. Определение и свойства. Структура информационных наук)
Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими
По определению А. П. Ершова информатика- “фундаментальная естественная наука”. Академик Б. Н. Наумов определял информатику “как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача) ”. Естественные науки – физика, химия, биология и другие – имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы – искусственных, биологических, общественных.
Однако, многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук – технических и гуманитарных (или общественных) . Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А. А. Дородницын определяет состав информатики как “три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные и алгоритмические”. Первоначальное наименовании школьного предмета “Основы информатики и вычислительной техники” в настоящее время изменено на “Информатика” (включающее в себя разделы, связанные с изучением технических. программных и алгоритмических средств) . Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания.
Кибернетика (от греч. kybernetike — искусство управления, от kybernáo — правлю рулём, управляю), наука об управлении, связи и переработке информации.
Информация — осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.
Информация — сведения, воспринимаемые человеком и (или) специальными устройствами как отражение фактов материального или духовного мира в процессе коммуникации (ГОСТ 7.0-99)
информация — сведения, которые должны снять в большей или меньшей степени существующую до их получения неопределенность у получателя, пополнив систему его понимания объекта полезными сведениями
Данные -инфа в зафиксир виде (форма представления инфы), пригодная для передачи, хранения, обраб-ки. Данн не инфа. У инфы нет строго опред-я. Инфа – различ сведения об окр мире не зависимо от формы их представления, являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.
данные — это информация, которая была сохранена и организована таким образом, чтобы ее можно было использовать для решения определенных задач.
Виды информации: графич, звуковая, текстовая, числовая, видеоинфа.
Свойства инфы:
объективность (отображает объективную действительность),
достоверность,
полнота (достаточно инфы для понимания),
точность (близка к реальности), (понятность),
актуальность, (своевременность),
полезность (ценность).
Структура инфы:
1. Теоретическая инфа:
Мат логика
Вычислительная математика
Теория инфы
Системный анализ
Теория принятия решений
2. Искусственный интеллект (ИИ)
Психолингвистика
Когнитивная психология
Робототехника
Экспертные системы
3. Программирование
Системное
ОС
Трансляторы
Прикладное
Языки программирования
4. Прикладная информатика
Автоматизированная система научных исследований (АСНИ)
Система автоматизированного проектирования (САПР)
Автоматизированная система управления (АСУ)
Автоматизированная информационная система (АИС)
Автоматизированная обучающая система (АОС)
5. Вычислительная техника
6. Кибернетика
Автоматическое управление
Бионика (применение в технич устр-вах принципов живой природы)
Распознавание образов
Гомеостатика (изучение системы с внутренними противоречиями)
Мат лингвистика
Синергетика
Теория управления
Теория автоматов
2. Структура информационных наук (Теоретическая информатика. Компьютерное моделирование. Теория информации. Системный анализ. Искусственный интеллект. Программирование. Прикладная информатика. Вычислительная техника. Структура ЭВМ. Структура ПК. Кибернетика. / АСНИ, АИС, АОС, Бионика, Гомеостатика. Алфавит, синтаксис и семантика. Логическое программирование. Императивное программирование. Сложные системы. Классификация проблем. Хорошо структурированные проблемы. Слабо структурированные проблемы. Неструктурированные проблемы. Модель проблем (X,Z,Y). Подходы к разработке ИИ: нисходящий и восходящий. Системное программное обеспечение. Операционные системы. Языки программирования и их уровни. Машинные, ЯНУ, ЯВУ, ЯСВУ).
Теоретическая информатика — математическая дисциплина использующая методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации.
Компьютерное моделирование — процесс вычисления компьютерной модели (иначе численной модели) на одном или нескольких вычислительных узлах. Реализует представление объекта, системы, понятия в форме, отличной от реальной, но приближенной к алгоритмическому описанию. Включает набор данных, характеризующих свойства системы и динамику их изменения со временем[1].
Теория информации — раздел прикладной математики, радиотехники (теория обработки сигналов) и информатики, относящийся к измерению количества информации, её свойств и устанавливающий предельные соотношения для систем передачи данных. Как и любая математическая теория, теория оперирует математическими моделями, а не реальными физическими объектами (источниками и каналами связи). Использует, главным образом, математический аппарат теории вероятностей и математической статистики.
Системный анализ — это совокупность методов, основанных на использовании ЭВМ и ориентированных на исследование сложных систем — технических, экономических, экологических и т.д.
Искусственный интеллект – это наука и разработка интеллектуальных машин и систем, особенно таких интеллектуальных компьютерных прог, которые позволяют понять человеческий интеллект. (Джон Маккарти 1956).
Программирование – создание компьютерных программ.
Прикладная информатика - научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов получения, хранения, передачи и обработки информации в различных областях деятельности человека с применением средств вычислительной техники и телекоммуникационных систем.
Вычислительная техника — область науки, изучающая принципы создания и функционирования технических и математических средств автоматизации вычислений и обработки информации. В узком смысле — совокупность таких средств — устройств, оборудования, а также методов и приёмов, применяемых для вычислений. Обычно рассматривается как область информатики, иногда подчёркивается как составная часть единой дисциплины «информатика и вычислительная техника»; приблизительно соответствует направлению, обозначаемому в англоязычной традиции как англ. computing.
Структура ЭВМ: Процессор, устройства ввода-вывода, память (двойные стрелки от каждого к каждому).
Структура ПК:
Системный блок:
Микропроцессор (МП)
Внутренняя память – ОЗУ (оперативное ЗУ), ПЗУ (постоянное ЗУ)
Внешняя память – Винчестер (жесткий диск – HDD (hard disk drive), HMDD (magnetic)), SSD (твердотельный накопитель, Solid-State Drive), MD (мини диск), FD (floppy disk – дискета, гибкий магнитный диск), FM (flash memory), EM (external memory – внешняя память), CD (компакт диск, Compact Disc), DVD (Digital Video Disc, цифровой видеодиск), модем
Внешние устройства: клавиатура, мышь, монитор, принтер, факс, граф планшет и др
Кибернетика — это наука об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации. Основатель Норберт Винер.
АСНИ – автоматизированная система научных исследований
АИС – автоматизированная ИС
АОС – автоматизированная обучающая система
САПР – система автоматизированного проектирования
АСУ – автоматизированная система управления
Бионика – наука о применении в технических устройствах принципов и свойств живой природы
Гомеостатика – изучение системы с внутренними противоречиями (для динамичного поддержания постоянства внутри среды).
Алфавит – символы для записи на точных языках/записи высказываний.
Синтаксис – правило построения осмысленных высказываний.
Семантика – смысл высказывания, совокупность соглашений, описывающих наше понимание формул.
Логическое программирование – парадигма программирования, основанная на математической логике — программы в ней задаются в форме логических утверждений и правил вывода. Яз лог прогр: Пролог 1972, Lisp 1958, PLANNER 1969, Mercury 1995.
Императивное программирование – парадигма программирования, где процесс вычисления представлен в виде инструкций.
Отличие логич программирования от императив-го – программа пишется не в виде последовательности инструкций, а в виде множества фактов и правил, итог – вывод нужных результатов. В логич прогр программа описывает свойства задачи, а не алгоритм ее решения.
Сложная система — система, состоящая из множества взаимодействующих составляющих (подсистем, в каждой подсистеме есть элементы), вследствие чего она приобретает новые свойства.
Классификация проблем, все проблемы подразделяются на три класса:
-хорошо структурированные (well-structured), или количественно сформулированные проблемы, в которых существенные зависимости выяснены очень хорошо;
-неструктурированные (unstructured), или качественно выраженные проблемы, содержащие лишь описание важнейших ресурсов, признаков и характеристик, количественные зависимости между которыми совершенно неизвестны;
-слабо структурированные (ill-structured), или смешанные проблемы, которые содержат как качественные элементы, так и малоизвестные, неопределенные стороны, которые имеют тенденцию доминировать.
Модель проблем (X,Z,Y)
Количественно формализуемые факторы (Х) -> Система -> Выходные параметры (Y)
↑
Неизвестные факторы (неформализуемые) (Z)
Структурируемые проблемы Z<<X
Слабо структурируемые проблемы Z>X, Z~X
Неструктурируемые проблемы Z>>X
Для решения 1 типа проблем применяется мат программирование, теория игр, методы Монте Карло. Для 2 типа – интуиция, опыт, теория вероятности. Для 3 – интуитивно логические методы.
Подходы к разработке ИИ.
Нисходящий, семиотический подход – подразумевает создание символьных систем, моделирующих такие психические процессы как: мышление, суждения, речь, эмоции, творчество и т. д.;
Восходящий биологический подход – моделирует интеллектуальное поведение на основе биологических элементов, а также создание соответствующих вычислительных систем, таких как нейрокомпьютер или биокомпьютер.
Системное ПО – это набор программ, которые управляют компонентами вычислительной системы (процессор, коммуникационные и периферийные устройства), и которые предназначены для обеспечения функционирования и работоспособности всей системы.
Операционные системы (ОС) - это комплекс программ, предназначенных для управления ресурсами компьютера и организации взаимодействия с пользователем. ОС: MS-DOS, Microsoft Windows, Mac OS, UNIX, Linux, Inferno, Off++, Оберон, Эльбрус.
Языки программирования - формальный язык, предназначенный для записи компьютерных программ. Уровни:
машинный код (система команд (набор кодов операций) конкретной вычислительной машины, например двоичный код),
яз программирования низкого уровня (ассемблер, MSIL),
язык программирования высокого уровня (Фортран, Бейсик, Паскаль, Си, Си++, Ада, PHP),
язык программирования сверхвысокого уровня (Ruby, Python, Haskell, 1С, Perl, Icon).
1948 – рождение инфы как науки
Парадигмы программирования: структурное (следствие, ветвление, цикл), функциональное (вычисление значений функций), логическое, императивное, объектно-ориентированное (прога в виде совокупности взаимодействующих объектов).
Свойства инфы: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность.
Измерение
инфы.
Мера инфы аддитивна. Можно выделить
следующие меры: мера Хартли (логарифмич
мера инфы 1928, ввел понятие информации
(энтропии) как случайной переменной);
мера Шеннона. Мера Хартли – i = log2L,
где I — количество информации, L – число
различных состояний. Мера Шеннона: H=
2 вида сигнала: аналоговый (непрерывный) и дискретный (цифровой).
3. История вычислительной техники и информатики до 1940 года (Домеханический период. Механический период. Вклад Блеза Паскаля. Машина Готфрида Лейбница. Проблема памяти. Деятельность Чарльза Бэббиджа. Аналоговые вычислительные машины, области применения. Механические и электромеханические вычислительные машины. / Аналоговые (механические, пневматические, гидравлические, электромеханические, электронные). Домеханический период. Джон Непер. Роберт Биссакар (1654), С. Патридж (1657). Счетная машина Л. да Винчи. Машина Паскаля. Машина Лейбница. Проблема памяти, Жозеф Мари Жаккар. Вычислительная машина Чарльза Бэббиджа, идея программируемой машины. Ада Лавлейс. Устройства Германа Холлерита. Электродинамическая счётно-аналитическая машина САМ модель Т-1)
Домеханический период до 17 века. Абак (5в до н.э), счетные палочки и камешки. Десятичная система счисления с помощью палочек с насечками. В 16-17вв появились счеты.
Первое устройство для выполнения умножения – счетные палочки Джона Непера 1617 (начало 17в).
Механический период.
Леонардо да Винчи (15в) разработал чертеж счетной машины (суммирующее устройство), но не создал. Гуателли в 1968г создал копию счетной машины на основе чертежей Леонардо да Винчи.
Первую механическую машину (сложение и вычитание) изобрел в 1642г Блез Паскаль.
В 1673 г. Готфрид Лейбниц, развив идею Паскаля, создал механический арифмометр, на котором можно было выполнять все четыре арифметические операции (+,-,*,:) с многозначными числами.
В 1880 г. русский изобретатель В.Т.Однер создал арифмометр с зубчаткой с переменным количеством зубцов. Более того, в 1890 г. он наладил массовый выпуск арифмометров, нашедших применение во всем мире.
Проблема памяти.
Жозеф Мари Жаккар (1752-1834) изобретатель автоматического ткацкого станка для узорчатых тканей, который управлялся с помощью перфокарт.
Чарлз Бэббидж в 1822г создал разностную машину (механическую, двоич сис счисл). В 1822г предложил создание большой разностной машины, первого автоматического вычислительного устройства, но действующей машины построено не было.
Ада Лавлейс создала описание вычислительной машины, проект которой был разработан Чарльзом Бэббиджем. Составила первую в мире программу (для этой машины).
В конце XIX в. Германом Холлеритом создано более сложное механическое устройство, в нем впервые была употреблена идея перфокарт, расчеты велись с помощью электрического тока.
1930г Ванневар Буш создал аналоговый компьютер (дифференциальный анализатор) для расчета траектории стрельбы корабельных орудий. С него началась компьютерная эра.
1935г – первая советская электродинамическая счетно-аналитическая машина САМ.
Доля аналоговых устройств сокращается, но используется до сих пор (автомобильная трансмиссия, музыкальные синтезаторы).
Механические и электромеханические вычислительные машины.
Предшествовали появлению ЭВМ и создавались в первой половине 1940гг.
К. Цузе: Z1 (1938) - механическое вычислительное устройство. Это двоичная вычислительная машина с вводом данных с помощью клавиатуры в десятичной системе счисления в виде чисел с плавающей запятой. Z2 (1939) - усовершенствованная версия программируемого вычислителя Z1. Первая в мире электромеханическая вычислительная машина, которая была запущена в эксплуатацию. Z3 (1941 г) - первый в мире электронный программируемый калькулятор.
4. Технические предпосылки электромеханических компьютеров (Первые ЭВМ. Ламповый диод. Триоды. Ламповые триггеры. Характеристики первых ЭВМ конца 30-х – начала 40-х годов. Элементная база для памяти)
Период электромеханических компов 1930-1950гг
Первые гражданские ЭВМ Z1 и Z2 были созданы в конце 1930-х годов в Германии.
1940 г. Конрад Цузе (1910-1995), Берлин, первый в мире программируемый электромеханический компьютер Z2.
Z3 (1941 г) - первый в мире электронный программируемый калькулятор, выполнял 3,4 сложения в секунду, 2600 электромеханических реле, ОЗУ - 64 22-разрядных слова
1937-1942 г. Джон Атанасов (1903-1995) и Клиффорд Эдвард Берри (США). Первый электронный цифровой компьютер без движущихся частей (Atanasoff-Berry Computer - ABC) для решения больших систем линейных алгебраических уравнений (до 30×30), машина не была завершена
1944г Джон Мочли (США), ЭВМ Eniac (корпорация ABC) – первая действующая ЭВМ 1го поколения.
Фридрих Гатри изобрел диод в 1873 году, но не применил его на практике. Томас Эдисон самостоятельно разработал его в 1880 году, а затем использовал его в своем патенте на лампу накаливания 1883 года. Джон Амброз Флеминг получил первый патент на сам диод в 1904 году.
Триод изобрел в 1906г Ли де Форест (США)
Ламповый триггер (триггер -переключатель, переключающее реле) – Джордан (1919), Бонч-Бруевич (1918), Экклз.
Характеристики компов:
COLOSSUS-1 - Англия. 1943 г.
Под рук. А. Бистчли и Т. Флаверса, 1500 электронных ламп
Для расшифровки радиосообщений, зашифрованных с помощью Системы Lorenz SZ
MAPK-1 1944г, США, Айкн:
Размеры: 15 х 2,5 м., 750000 деталей. "Марк-1" мог перемножить два 23-х разрядных числа за 4 с.
ENIAC создал Джон Моучли (John Mauchly) (1907-1980)
(Electronic Numerical Integrator and Computer электронный числовой интегратор и калькулятор)
Создание 1942-1945, рассекречена 1946г:
178468 электронных ламп 7200 кристалических диодов 4100 магнитных элементов площадь в 300 кв.метром в 1000 раз превосходил по быстродействию релейные ВM. последний раз включен в 1955 г. Мощность 150 кВт
1 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Электронно-вакуумные лампы - 1946-1958
Быстродействие: 8 - 20 тыс. оп/с Десятки, Перфокарта, Перфолента
Программное обеспечение: язык "Ассемблер"
Названия: "МЭСМ", "БЭСМ", "Эниак"
2 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Полупроводники (транзисторы, диоды) - 1958-1964
Быстродействие: 0,1 - 1 млн. оп/с
Тысячи, магнитная лента
Программное обеспечение: транслятор и компилятор
Названия: "БЭСМ-6", "Днепр-1"
3 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (МНС, СИС) - 1964-1972
Быстродействие: 1 млн. оп/с
Десятки тыс., диски
Программное обеспечение: языки высокого уровня ("Pascal", "Basic"); отладчики
Названия: IBM 360/370, ЕСЭВМ
4 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (БИС, СБИС) - 1972 - Настоящее время
Быстродействие: более 1 млн. оп/с
Миллионы, гибкие диски, оптические
Программное обеспечение: объектно-ориентированные языки программирования, программные оболочки, различные редакторы.
5 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (БИС, СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). – разработка с 1990х гг. Программа разработки была принята в Японии в 1982 г.
5. История вычислительной техники и информатики после 1940 года (Поколения ЭВМ Элементная база. Быстродействие. Программное обеспечение. Примеры ЭВМ. Интегральные схемы и их развитие. Основные требования к ЭВМ пятого поколения. Закон Мура. / Вычислители К. Цузе)
1 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Электронно-вакуумные лампы - 1946-1958
Быстродействие: 8 - 20 тыс. оп/с Десятки, Перфокарта, Перфолента
Программное обеспечение: язык "Ассемблер"
названия: "МЭСМ", "БЭСМ", "Эниак"
2 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Полупроводники (транзисторы, диоды) - 1958-1964
Быстродействие: 0,1 - 1 млн. оп/с
Тысячи, магнитная лента
Программное обеспечение: транслятор и компилятор
Названия: "БЭСМ-6", "Днепр-1"
3 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (МНС, СИС) - 1964-1972
Быстродействие: 1 млн. оп/с
Десятки тыс., диски
Программное обеспечение: языки высокого уровня ("Pascal", "Basic"); отладчики
Названия: IBM 360/370, ЕСЭВМ
4 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (БИС, СБИС) - 1972 - Настоящее время
Быстродействие: более 1 млн. оп/с
Миллионы, гибкие диски, оптические
Программное обеспечение: объектно-ориентированные языки программирования, программные оболочки, различные редакторы.
5 ПОКОЛЕНИЕ
Эл. база: Интегральные схемы (БИС, СБИС) с использованием оптоэлектронных принципов (лазеры, голография). – разработка с 1990х гг. Программа разработки была принята в Японии в 1982 г.
Интегральные схемы и их развитие
Идею интеграции множества стандартных электронных компонентов в монолитном кристалле полупроводника впервые предложил в 1952 году британский радиотехник Джеффри Даммер, не реализовано из-за недостаточного развития технологий. Не существует единого мнения о том, кто именно является изобретателем ИС. Американская пресса 1960-х годов признавала изобретателями интегральной схемы 4х человек: Килби (1959), Нойса, Леговца и Эрни.
Ранние логические ИС упомянутых серий строились буквально из стандартных компонентов, размеры и конфигурации которых были заданы технологическим процессом. Схемотехники, проектировавшие логические ИС конкретного семейства, оперировали одними и теми же типовыми диодами и транзисторами. В 1961—1962 гг. парадигму проектирования сломал ведущий разработчик Sylvania Том Лонго, впервые использовав в одной интегральной схеме различные конфигурации транзисторов в зависимости от их функций в схеме. В конце 1962 г. Sylvania выпустила в продажу первое семейство разработанной Лонго транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) — исторически первый тип интегральной логики, сумевший надолго закрепиться на рынке. В аналоговой схемотехнике прорыв подобного уровня совершил в 1964—1965 годах разработчик операционных усилителей Fairchild Боб Видлар.
Первая в СССР микросхема была создана в 1961 году в ТРТИ (Таганрогском радиотехническом институте) под руководством Л. Н. Колесова. Первая в СССР гибридная толстоплёночная интегральная микросхема (серия 201 «Тропа») была разработана в 1963-65 годах в НИИ точной технологии («Ангстрем»), серийное производство с 1965 года.
Основные требования к компьютерам 5-го поколения: Создание развитого человеко-машинного интерфейса (распознавание речи, образов); Развитие логического программирования для создания баз знаний и систем искусственного интеллекта; Создание новых технологий в производстве вычислительной техники; Создание новых архитектур компьютеров и вычислительных комплексов.
Закон Мура - эмпирическое наблюдение, изначально сделанное Гордоном Муром, согласно которому (в современной формулировке) количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые 24 месяца.
Вычислители К. Цузе: Z1 (1938) - механическое вычислительное устройство. Это двоичная вычислительная машина с вводом данных с помощью клавиатуры в десятичной системе счисления в виде чисел с плавающей запятой. Z2 (1939) - усовершенствованная версия программируемого вычислителя Z1. Первая в мире электромеханическая вычислительная машина, которая была запущена в эксплуатацию. Z3 (1941 г) - первый в мире электронный программируемый калькулятор.
6. Краткая история персонального компьютера и соответствующей периферии (Электронно-лучевая трубка. Цветной монитор. Матричные принтеры. Магнитные диски. IBM PC XT и AT. CD-ROM. Отечественные разработки. Развитие интернета. Шина USB. LCD-мониторы. Многоядерные процессоры. Исторические изменения типичных конфигураций персональных ЭВМ)
Решающую роль в появлении персональных компьютеров сыграло изобретение в 1971 году микропроцессора. В 1975 году появился компьютер Альтаир 8800, родоначальник линии персональных компьютеров. В 1976 году появился компьютер Apple I. В 1977 году появились первые массовые персональные компьютеры: Apple II. В 1981г разработана ЭВМ индивидуального пользования «Электроника НЦ-8010». Это был первый в СССР прототип персонального компьютера.
В 1897 году Карл Ф. Браун, на основе трубки У. Крукса, сконструировал первую электронно-лучевую трубку. Впервые в 1950 году в Кембриджском университете (Англия) электронно-лучевая трубка была использована для вывода графической информации на компьютере EDSAC
В 1981 году компания IBM начала поставлять монохромные дисплеи с видеоадаптером (MDA), которые принесли компьютерам резкость цветов. Для цветной графики в IBM разработали адаптер CGA, который подключался к композитному видеомонитору или дисплею со специальным соединением RGB (модель IBM 5153). В 1984 году компания представила новый стандарт мониторов и адаптеров EGA , который принес более высокое разрешение, большее количество цветов и конечно же, новое качество видения.
Разработчиком первого матричного принтера стала компания Epson. В 1964 году она реализовала проект, основанный на применении технологии матричной печати ради получения четких отпечатков требуемых данных. Краска наносилась путем ударов игл о красящую ленту, входящую в состав используемого картриджа. Постепенно этот аппарат улучшали, вплоть до появления привычных для нас матричных принтеров.
Среди первых серийно производимых устройств упоминания заслуживает разработка LA30 от DEC. Этот аппарат отличался доступностью и неплохой скоростью печати – около 30 символов ежесекундно.
IBM PC XT - 1983 г. Процессор: Intel 8088, 4,77 МГц
Оперативная память: 128—640 КБ
Устройства хранения данных: 10 МБ
ОС: IBM BASIC / PC-DOS 2.0
IBM PC/AT – 1984г. персональный компьютер, третье поколение IBM PC. С применением процессора Intel 80286 был связан переход на шину AT bus (больше оперативы).
Процессор: Intel 80286, 6 и 8 МГц
Оперативная память: 640 КБ — 16 МБ
Устройства хранения данных: 20—30 МБ
ОС: PC-DOS 3.0, OS/2
CD-ROM - Compact Disc Read-Only Memory - разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения. В начале 2000-х годов CD-ROM стал основным носителем для переноса информации между компьютерами, вытеснив с этой роли дискету. Начиная с середины 2000-х, он уступил эту роль более перспективным твердотельным носителям.
Ёмкость: 650—879 Мб
Скорость чтения: 150 Кб/с
Отечественные разработки: Триггерная система (1918 год), "ЛИТМО-1" (1958 год) – прототип современного ПК. ЭВМ "Мир" (1965 год) - Одна из первых в мире ЭВМ для одного пользователя. Создана для инженерных расчетов. БЭСМ-6 (1967 год) - На БЭСМ — больших электронных счетных машинах — выполнялись расчеты по запуску искусственных спутников Земли и первых космических кораблей с человеком на борту. В 1967-м начала работать БЭСМ-6, которая в течение нескольких месяцев была самой высокопроизводительной ЭВМ в Европе (около 1 млн операций в секунду). Многоформатная векторная структура ЭВМ (1984 год). Лазеры Алферова (2000 год) - Лазерные диоды, способны передавать информационные потоки через оптические сети.
История Интернета началась с разработки компьютеров в 1950-х годах и появления научных и прикладных концепций глобальных вычислительных сетей почти одновременно в разных странах. Принципы, по которым строится Интернет, впервые были применены в сети ARPANET, созданной в 1969 году по заказу американского военного агентства DARPA. Используя наработки ARPANET, в 1984 году Национальный научный фонд США создал сеть NSFNET для связи между университетами и вычислительными центрами. В отличие от закрытой ARPANET подключение к NSFNET было достаточно свободным. До 1980-х годов компьютерные сети были доступны в основном сотрудникам специализированных учреждений. Первой массовой сетевой технологией, решавшей эти задачи, стала электронная почта, на её базе в 1980 году была создана первая массовая глобальная сеть обмена компьютерной информацией — Usenet.
Переход на «общий», объединивший протокол TCP/IP в 1983 г., сеть ARPANET закрепила за собой термин «Интернет». Следующим этапом разработки была разработка системы доменных имён (англ. Domain Name System, DNS), которая состоялась в 1984 году. 1991 г - общедоступность Всемирной паутины в Интернете. 1993 год – появление веб-браузера NCSA Mosaic. В 1995 г образован Консорциум всемирной паутины (W3C), уполномоченный упорядочить веб-стандарты. С 1996 года Всемирная паутина (WWW) почти полностью подменяет себя предложением интернета, и обгоняет по трафику протокол пересылки файлов FTP. В 1990 году произошло массовое объединение большинства сетей под флагом Интернета.
USB была разработана группой из семи компаний(Compaq, Digital Equipment Corp, IBM PC Co., Intel, Microsoft, NEC и Northern Telecom). Первая спецификация (версия 1.0) USB была опубликована в начале 1996 года, а осенью 1998 года появилась спецификация 1.1, исправляющая проблемы, обнаруженные в первой редакции. Спецификация USB 2.0 была опубликована в апреле 2000 г
LCD-мониторы – ЖК дисплей - экран на основе жидких кристаллов. Жидкие кристаллы были открыты в 1888 году австрийским ботаником Ф. Райницером. в 1927 году русским физиком В. К. Фредериксом был открыт переход Фредерикса, ныне широко используемый в жидкокристаллических дисплеях. В 1964 году Джордж Хейлмейер создал первый жидкокристаллический дисплей, основанный на эффекте динамического рассеяния (DSM). В 1968 году RCA был впервые представлен жидкокристаллический монохромный экран.
Многоядерные процессоры - центральный процессор, содержащий два и более вычислительных ядра на одном процессорном кристалле или в одном корпусе. Первым многоядерным микропроцессором стал POWER4 от IBM, появившийся в 2001 году и имевший два ядра. в 2005 году Intel выпускает свой первый массовый двухъядерный процессор, а затем в том же году AMD выпустил свою версию на архитектуре Athlon X2
П О К О Л Е Н И Я Э В М |
ХАРАКТЕРИСТИКИ |
|||
I |
II |
III |
IV |
|
Годы применения |
1946-1958 |
1958-1964 |
1964-1972 |
1972 - настоящее время |
Основной элемент |
Эл.лампа |
Транзистор |
ИС |
БИС |
Количество ЭВМ в мире (шт.) |
Десятки |
Тысячи |
Десятки тысяч |
Миллионы |
Быстродействие (операций в секунду) |
103-144 |
104-106 |
105-107 |
106-108 |
Носитель информации |
Перфокарта, Перфолента |
Магнитная Лента |
Диск |
Гибкий и лазерный диск |
Размеры ЭВМ |
Большие |
Значительно меньше |
Мини-ЭВМ |
микроЭВМ |
Архитектура эвм – совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ.
Краткая история ПК:
1927 – монитор с электронно-лучевой трубкой
1954 – цветной монитор
1964 – матричные принтеры Epson
1971 – IBM первый гибкий магнитный диск (не для ПК)
1973 – IBM стационарный ЖД IBM 3340
1980 – первый диск для ПК
1981 – Выпуск IBM PC: 64 Кб ОЗУ, внешний гибкий магнитные диски 160 Кб
1983 – IBM PC XT, диск 10 Мб, 128 Кб ОЗУ, дисковод CD-ROM
1984 – IBM PC AT, диск 20Мб, 256Кб ОЗУ
1991 – WWW
1995 – универсальная последовательная шина (USB 1.0)
1998 – типичный ПК: 32Мб ОЗУ, 1Гб ЖД.
2000 – начало массового перехода на LCD дисплеи
2005 – первый двухъядерный процессор для ПК (ПентиумD, архитектуры х86-64)
2009 – типичный ПК: 2Гбт ОЗУ, 300Гбт ЖД
2016 – типичный ПК: от 4Гбт ОЗУ, 1 Тб ЖД
7. Основные свойства информации. Объективность и субъективность. Полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность.
Свойства инфы:
объективность (отображает объективную действительность), субъективность: Т.е. независимость от чужего мнения. Понятие объективности информации относительно. Более объективной принято считать то информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент.
достоверность: соответствие объективной реальности (как текущей, так и прошедшей) окружающего мира. Недостоверность информации может быть связана с тем, что данные изначально были подготовлены как ложные, в результате модификации данных или в результате того, что данные трудно выделить на фоне регистрации посторонних сигналов.
полнота (достаточно инфы для понимания): Полнота информации характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся.
адекватность: степень соответствия объективному состоянию явления. Неадекватная информация может возникать на основе неполных или недостоверных данных.
доступность: мера возможности получения информации (как доступность данных, так и доступность методов). Отсутствие доступа к данным или адекватным методам обработки данных приводит к тому, что информация оказывается недоступной.
актуальность (своевременность): степень соответствия информации текущему моменту времени.
точность (близка к реальности), (понятность),
полезность (ценность).
8. Понятие архитектуры эвм. Аппаратные и программные средства. Отличие архитектуры
ЭВМ от структуры ЭВМ (Общая структура фон Неймановского процессора. Принципы, лежащие в основе фон Неймановской архитектуры: принцип загружаемой программы, принцип микропрограммного управления, универсальный набор команд, обработка прерываний, принцип последовательного выполнения команд. / Концепция взаимодействия hardware-software. Устройство управления – регистры)
Архитектура эвм – совокупность общих принципов организации аппаратно-программных средств и их основных характеристик, определяющая функциональные возможности ЭВМ.
Аппаратные средства (hardware) - электронные и механические части вычислительного устройства, входящие в состав системы или сети, исключая программное обеспечение и данные.
К аппаратному обеспечению обычно относят:
центральный процессор (процессоры)
оперативную память
системную логику
периферийные устройства
сетевое оборудование
Программные средства (software)– это набор программ, которые и заставляют аппаратную часть системы выполнять необходимые действия
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.
Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. (Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.)
Структура ЭВМ - это из чего состоит компьютер (т. е. системный блок), а именно внутренние устройства (CPU, RAM...) Архитектура ЭВМ - это принцип построения компьютера. (открытого типа архитектура, закрытого типа, с общей шиной, матричная, магистральная ...)
Наиболее распространены следующие архитектурные решения:
Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа.
Общая структура фон Неймановского процессора
Принципы, лежащие в основе фон Неймановской архитектуры:
1. Принцип загружаемой программы. Программа и данные, обрабатываемые этой программой, должны быть загружены в оперативную память для обработки их процессором. Это означает, что процессор выбирает очередную команду программы и данные, обрабатываемые этой командой из оперативной памяти ЭВМ. Загрузка в оперативную память с внешних устройств выполняется посредством операций ввода/вывода.
2. Принцип микропрограммного управления. Подразумевает наличие универсального АЛУ и специальной памяти для хранения микропрограмм, которые описывают работу процессора при выполнении команды по тактам
3. Универсальный набор команд. Процессор с точки зрения программирования обеспечивает разработчиков универсальным по типам и операциям набором машинных команд.
4. Обработка особых ситуаций по прерываниям. Особые ситуации, возникающие при работе процессора (ввод/вывод, таймер) или при выполнении команды (деление на ноль, переполнение порядка) обрабатываются с использованием особого аппаратно-программного механизма, называемого прерыванием. При возникновении особой ситуации происходит аппаратная смена содержимого регистра адреса команды, посредством чего процессор начинает выполнять специальную программу операционной системы обработчик прерываний
5. Принцип последовательного выполнения команд. Процессор выбирает очередную команду из оперативной памяти по адресу, расположенному в специальном регистре устройства управления процессором регистре адреса команды. После выборки команды в регистр команд регистр адреса увеличивается на длину машинной команды. Таким образом процессор последовательно выполняет команды загруженной программы, до тех пор, пока очередная выбранная команда не будет командой перехода по адресу. В этом случае адрес, указанный в команде перехода, замещает текущий адрес в регистре адреса команды УУ процессора, и тем самым следующая выбираемая процессором команда - это та, на которую указывала команда перехода.
Система работы РС включает четыре взаимосвязанных уровня взаимодействия прикладной программы с аппаратными средствами:
1) аппаратные средства (Hardware). Это – все электронное оборудование, кабельное хозяйство, электромеханические блоки и устройства компьютера;
2) -аппаратно-программные средства (Firmware). Это – программы ROM BIOS на SB и на картах расширения, встроенные программы, системные драйверы, и т. п.;
3) DOS (DOS-Software). Это – системное программное обеспечение, системные средства, интерфейс пользователя и прикладных программ, управление потоком данных, обработка прерываний, обслуживание систем ввода-вывода, планирование задач, ресурсов и т. д.;
4) прикладные программы (Software). Это – собственно пользовательские программы, решающие конкретные задачи (задачи пользователя): расчеты, ведение баз данных, управление, пакеты конструкторских, текстовых редакторов и т. п.
Устройство управления процессором - блок, устройство, компонент аппаратного обеспечения компьютеров. Структурно устройство управления состоит из: дешифратора команд (операций), регистра команд, узла формирования (вычисления) текущего исполнительного адреса, счётчика команд.
Регистр команд — часть блока управления центрального процессора, содержащая инструкцию, которая выполняется в настоящий момент. Регистр команд — это регистр управляющего устройства компьютера. Он предназначен для хранения кода команды на период времени, который необходим для ее выполнения. Только для разрядов командного регистра используется для хранения кода операции: в остальных разрядах хранятся коды адресов операндов.