Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Кодирование информации и системы счисления. Учебное пособие
.pdf
21
лочной передачи сигналов. Немалый вклад внесли в это французский физик Э. Бранли (1844–1940 гг.), а также английский
ученый О. Дж. Лодж (1851–1940 гг.).
Первая в мире радиопередача была осуществлена в России знаменитым изобретателем и ученым А. С. Поповым
(1859–1906 гг.). Сам изобретатель из-за своей скромности
и бескорыстия (академик А. Н. Крылов впоследствии назвал это
«идеализмом») не закрепил за собой собственности на изобретение, не взяв никакого патента.
Между тем летом 1896 г. в печати появились (без сообщения каких-либо технических подробностей) сведения о том, что
итальянец Маркони открыл способ «беспроволочного телеграфирования». Г. Маркони (1874–1937 гг.) не имел специального
образования, но обладал энергичной коммерческой и технической предприимчивостью. Тщательно изучив все, что было
опубликовано о передаче излучений без проводов, он сам сконструировал соответствующие приборы и отправился в Англию.
Там он сумел заинтересовать руководство почтового ведомства
и других предпринимателей. 2 июня 1896 г. он получил английский патент на устройства для «беспроволочного телеграфирования» и лишь после этого ознакомил публику с конструкцией
своего изобретения. Оказалось, что оно в основном воспроизводит аппаратуру Попова.
В 1916 г. началось регулярное вещание первой радиостанции — 9XM в США. В середине 1920-х гг. появились первые
удобные и доступные радиоприемники. Тогда же начались первые эксперименты по передаче видеосигнала»
5
.
Этот этап важен для информатики прежде всего тем, что
появились средства информационной коммуникации.
Четвертая революция (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персональных компьютеров. На базе микропроцессоров и интегральных схем создаются компьютеры, компьютерные сети, системы
передачи данных (информационные коммуникации).
5
Информационные революции // Сайт Валерия Семенова. Информационный ре-
сурс для родных, друзей и студентов: сайт. URL: https://vshot.ru/it-ebook/b02.html (дата
обращения: 29.03.2022).
22
«Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:
– переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным средствам;
– миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
– создание программно-управляемых устройств и процессов.
Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль — информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Ин-
формационная технология — процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных
(первичной информации) для получения информации нового
качества о состоянии объекта, процесса или явления»6.
В настоящий момент мы переживаем пятую информаци-
онную революцию, «связанную с формированием и развитием
трансграничных глобальных информационно-телекоммуникационных сетей, охватывающих все страны и континенты, проникающих в каждый дом и воздействующих одновременно и на
каждого человека в отдельности, и на огромные массы людей.
Наиболее яркий пример такого явления и результат пятой
революции — Интернет. Суть этой революции заключается в интеграции в едином информационном пространстве по всему миру программно-технических средств, средств связи и телекоммуникации, информационных запасов или запасов знаний как
единой информационной телекоммуникационной инфраструктуры, в которой активно действуют юридические и физические
лица, органы государственной власти и местного самоуправления. В итоге неимоверно возрастают скорости и объемы обрабатываемой информации, появляются новые уникальные возможности производства, передачи и распространения информации,
6
Информационные революции // Сайт Валерия Семенова. Информационный ре-
сурс для родных, друзей и студентов: сайт. URL: https://vshot.ru/it-ebook/b02.html (дата
обращения: 29.03.2022).
23
поиска и получения информации, новые виды традиционной
деятельности в этих сетях.
Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества»7.
1.5. ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ
Человечество занималось обработкой информации тысячи
лет. Чем совершеннее общество, тем совершеннее формы передачи информации и способы ее обработки. В истории вычислительной техники наиболее заметными являются два рубежа, связанные со счетными (вычислительными) устройствами: докомпьютерный этап и компьютерный этап.
1.5.1. Вычислительные средства
(докомпьютерный этап)
В Древней Руси при счете применялось устройство, похо-
жее на абак, и называлось оно «русский щот». В XVII в. этот
прибор уже имел вид привычных русских счётов, которые
можно встретить и в наши дни.
В начале XVII столетия, когда математика стала играть
ключевую роль в науке, все острее ощущалась необходимость
в изобретении счетной машины. К этому времени относится создание французским математиком и физиком Блезом Паскалем
первой счетной машины, названной Паскалиной, которая выполняла сложение и вычитание.
В 1670–1680 гг. немецкий математик Готфрид Лейбниц
сконструировал счетную машину, которая выполняла все четыре арифметических действия.
Наиболее широкое распространение получил арифмо-
метр, сконструированный петербургским инженером Однером
7
Информационные революции // Сайт Валерия Семенова. Информационный ре-
сурс для родных, друзей и студентов: сайт. URL: https://vshot.ru/it-ebook/b02.html (дата
обращения: 29.03.2022).
24
в 1874 г. Конструкция прибора оказалась весьма удачной, так
как позволяла довольно быстро выполнить операции умножения
и деления.
«Важным событием XIX в. было изобретение английского
математика Чарлза Беббиджа, который вошел в историю как
изобретатель первой вычислительной машины — прообраза современных компьютеров. В 1812 г. он начал работать над так
называемой “разностной” машиной. Совершенствуя разностную
машину, Беббидж приступил в 1833 г. к разработке аналитиче-
ской машины (рис. 1.4). Она должна была отличаться от раз-
ностной машины большей скоростью и более простой конструкцией.
Аналитическая машина была задумана как чисто механи-
ческий аппарат с тремя основными блоками. Первый блок —
устройство для хранения чисел на регистрах из зубчатых колес
и система, которая передает эти числа от одного узла к другому
(в современной терминологии это память). Второй блок —
устройство, позволяющее выполнять арифметические операции.
Беббидж назвал его “мельницей”. Третий блок предназначался
для управления последовательностью действий машины. В конструкцию аналитической машины входило также устройство
для ввода исходных данных и печати полученных результатов.
Предполагалось, что машина будет действовать по программе, которая задавала бы последовательность выполнения
операций и передачи чисел из памяти в мельницу и обратно.
Программы, в свою очередь, должны были кодироваться и переноситься на перфокарты (рис. 1.4). В то время подобные карты уже использовались для автоматического управления ткацкими станками. Тогда же математик леди Ада Лавлейс разрабатывает первые программы для машины Беббиджа. Она заложила
многие идеи и ввела ряд понятий и терминов, которые используются и по сей день»
8
.
8
Счетно-решающие средства до появления ЭВМ // Персональный сайт Ивано-
ва А. М.: сайт. URL: https://xn----7sbbfb7a7aej.xn--p1ai/informatika_09_68/informatika_ma-
terialy_zanytii_09_68_66.html (дата обращения: 29.03.2022).
25
Рис. 1.4. Аналитическая машина Бэббиджа. Перфокарты для машины
К сожалению, из-за недостаточного развития технологии
проект Беббиджа не был реализован. Тем не менее его работы
имели важное значение; многие последующие изобретатели
воспользовались идеями, заложенными в основу придуманных
им устройств.
Огромное влияние на развитие вычислительной техники
оказали теоретические разработки математиков: англичанина
А. Тьюринга и работавшего независимо от него американца
Э. Поста. «Машина Тьюринга (Поста)» — прообраз програм-
мируемого компьютера. Эти ученые показали принципиальную
возможность решения автоматами любой проблемы при условии, что ее можно представить в виде алгоритма, ориентированного на выполняемые машиной операции.
1.5.2. Тенденции развития ЭВМ. Поколения ЭВМ
Появление электронно-вакуумной лампы позволило ученым
претворить в жизнь идею создания вычислительной машины.
В 1946 г. американский инженер-электронщик Д. П. Эккерт и физик Д. У. Моучли сконструировали первую в мире электронно-вычислительную машину ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Computer). Она состояла из 20 тыс. электронных
ламп, выполняя за одну секунду 300 операций умножения или
5 000 операций сложения, и занимала площадь 300 м2 (рис. 1.5).
26
Рис. 1.5. Лаборатория для работы ЭВМ «ENIAC»
Это событие ознаменовало начало пути, по которому пошло развитие электронно-вычислительных машин (ЭВМ).
В 1952 г. в Москве под руководством академика С. А. Лебедева разработана БЭСМ-1 (большая электронная счетная машина) с быстродействием около 10 тыс. операций в секунду. В то
время это была самая производительная машина в Европе и одна из лучших в мире.
В настоящее время насчитывается уже несколько поколений ЭВМ. Под поколением ЭВМ понимают все типы и модели
электронно-вычислительных машин, разработанные различными конструкторскими коллективами, но построенные на одних
и тех же научных и технических принципах.
Первое поколение ЭВМ (1946 — середина 1950-х гг.).
Элементной базой служили электронно-вакуумные лампы, устанавливаемые на специальных шасси, а также резисторы и конденсаторы. Первая отечественная ЭВМ была создана в 1951 г.
под руководством академика С. А. Лебедева и называлась МЭСМ
(малая электронная счетная машина).
Вычислительные машины первого поколения отличались
большими габаритами, большим потреблением энергии, малым
быстродействием и низкой надежностью. Программирование осуществлялось в машинных кодах, поэтому было весьма трудоемким. Эти ЭВМ были предназначены только для работы с про-
27
граммами в режиме оператора. То есть оператор вводил одну
программу на перфоленте или перфокарте, и пока она не завершала свою работу, ввести другую программу было невозможно.
Ламповые ЭВМ занимали очень большие площади (например, ЭВМ «Урал» занимала площадь около 40 м
2
). Из-за
наличия огромного количества электронных ламп они так нагревались, что летом при высоких температурах начинались сбои
в работе. Скорость вычислений составляла несколько тысяч операций в секунду. ЭВМ первого поколения предназначались в основном для проведения программных научных расчетов.
Опыт использования машин первого поколения показал,
что существует огромный разрыв между временем, затрачиваемым на разработку программ, и временем вычислений. Эти
трудности начали преодолевать путем интенсивной разработки
средств автоматизации программирования, создания систем обслуживающих программ, упрощающих работу на машине и увеличивающих эффективность ее использования.
Второе поколение ЭВМ приходится на период от конца
1950-х до конца 1960-х гг. К этому времени был изобретен тран-
зистор, который пришел на смену электронным лампам. Это позволило заменить элементную базу ЭВМ на полупроводниковые
элементы — транзисторы и диоды. Решение задач производилось
в пакетном (мультипрограммном) режиме, то есть все програм-
мы вводились в ЭВМ подряд, друг за другом, и их обработка велась по мере освобождения соответствующих устройств.
Использование транзисторов позволило уменьшить габариты ЭВМ, повысить их быстродействие и надежность. ЭВМ
второго поколения производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях.
В СССР в 1967 г. вступила в строй наиболее мощная в Европе ЭВМ второго поколения БЭСМ-6, которая могла выполнять 1 млн операций в секунду. В БЭСМ-6 использовалось
260 тыс. транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах для хранения программ и данных, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства для вывода результатов
вычислений.
28
Работа программистов по разработке программ существенно упростилась, так как стала проводиться с использованием языков программирования высокого уровня (Алгол, Бейсик и др.),
появился широкий набор для решения разнообразных математических задач.
Машинам второго поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных
информационных систем. По-прежнему обрабатывалась только
программная информация и только в режиме оператора.
Третье поколение ЭВМ (с конца 1960-х до конца 1970-х гг.).
Появление интегральных схем ознаменовало новый этап в развитии вычислительной техники — рождение машин третьего
поколения.
Машины третьего поколения — это семейство машин
с единой архитектурой, т. е. программно-совместимых. В качестве элементарной базы в них используются интегральные схе-
мы, которые также называются микросхемами. Интегральные
схемы могут содержать десятки, сотни и даже тысячи транзисторов и других элементов, которые физически неразделимы.
Они имеют существенно меньшие размеры и более высокую
степень надежности.
Произошли изменения в структуре ЭВМ. Наряду с микропрограммным способом управления, используются принципы
модульности и магистральности. Принцип модульности проявляется в построении компьютера на основе набора модулей —
конструктивно и функционально законченных электронных
блоков в стандартном исполнении. Под магистральностью понимается способ связи между модулями компьютера, то есть все
входные и выходные устройства соединены одними и теми же
проводами (шинами).
При существенном уменьшении габаритов и резком повышении быстродействия, по сравнению с двумя предыдущими
поколениями, появились также возможность создания графиков
и пакетный режим работы (одновременно загружались несколько программ, а процессор организовывал их параллельное выполнение). Стали использоваться монитор и клавиатура. Появилась возможность удаленного доступа.
29
ЭВМ на базе интегральных схем стали гораздо более компактными, быстродействующими и дешевыми. Такие мини-ЭВМ
производились большими сериями и были доступными для
большинства научных институтов и высших учебных заведений.
Примеры машин третьего поколения — семейство IBM360/370, ЕС ЭВМ и др. Быстродействие машин внутри семейства изменяется от нескольких десятков тысяч до миллионов
операций в секунду.
Четвертое поколение ЭВМ (от конца 1970-х гг. по настоящее время). Новые технологии создания интегральных схем
позволили разработать в конце 1970-х — начале 1980-х гг. ЭВМ
четвертого поколения на больших интегральных схемах (БИС),
степень интеграции которых составляет десятки и сотни тысяч
элементов на одном кристалле. Наиболее крупным сдвигом
в электронно-вычислительной технике, связанным с применением БИС, стало создание микропроцессоров. Это позволило приступить к выпуску компактных персональных компьютеров, доступных для массового пользователя.
Улучшились все технические характеристики, появился многопользовательский режим работы. Появились мощные многопроцессорные системы со скоростью вычисления от 10
8
операций в се-
кунду и выше.
Первым персональным компьютером был Аррle II (предшественник современных компьютеров Маcintosh), созданный
в 1977 г. В 1982 г. фирма IBM приступила к изготовлению персональных компьютеров, в 1984 г. был разработан персональный компьютер на базе микропроцессора 80286 фирмы Intel.
Машины четвертого поколения проектировались в расчете
на эффективное использование современных высокоуровневых
языков программирования и упрощение процесса программирования для конечного пользователя.
В рамках развития ЭВМ четвертого поколения выделяют
также суперЭВМ (суперкомпьютеры). Машины данного класса
значительно превосходят по своим техническим параметрам
и скорости вычислений большинство существующих в мире
компьютеров (рис. 1.6).
30
Рис. 1.6. Современный суперкомпьютер
Производительность суперкомпьютеров достигает 10
15
вы-
числительных операций в секунду (петафлопс) и выше. Суперкомпьютеры — это многопроцессорные комплексы, которые
позволяют добиться очень высокой производительности и могут
применяться для решения уникальных сложных вычислительных задач в реальном времени в метеорологии, военном деле,
геофизике и других отраслях науки.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Опишите три наиболее распространенных подхода (кон-
цепции) к определению термина «информация».
2. Назовите различные определения информации.
3. Перечислите виды информации по форме ее восприятия.
4. Назовите атрибутивные свойства информации.
5. Перечислите наиболее важные потребительские свой-
ства информации.
6. Приведите примеры информационных процессов.
7. Охарактеризуйте процесс передачи информации.
8. Опишите особенности этапов информационных рево-
люций.
9. Приведите примеры вычислительных средств докомпь-
ютерного этапа.
10. Как эволюционировала элементарная база ЭВМ от по-
коления к поколению?
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]