1 . Основные понятия и методы теории информатики и кодирования.

Сигналы, данные, информация) Информатика – наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации. Процессы, связанные с получением, хранением, обработкой (преобразованием) и передачей информации, называются информационными процессами. Понятие «информация» здесь можно определить как сведения об окружающем мире, получаемые с помощью органов чувств (в технике – датчиков) и дорабатываемые путём мышления (в технике – путём обработки информации).

Сигнал – это физический процесс, некоторая характеристика которого

несёт информационный смысл.

Виды сигналов

Сигналы различаются, прежде всего, по своей физической природе.

Примеры: световой сигнал, звуковой, электрический, радиосигнал...

В зависимости от порождающего их источника сигналы бывают

естественные или искусственные.

Формы сигналов

По форме сигналы бывают аналоговые, дискретные и цифровые.

Аналоговый (или непрерывный) сигнал представляет собой физический

процесс, информационная характеристика которого изменяется плавно.

Дискретный сигнал представляет собой физический процесс,

информационная характеристика которого изменяется скачкообразно и может

принимать только некоторый ограниченный набор значений

Особенность дискретного сигнала – это чёткое разграничение между двумя

разными значениями сигнала. Общее число возможных значений, которые

может принимать дискретный сигнал, всегда ограничено.

Цифровой сигнал – это частный случай дискретного сигнала, когда

информационная характеристика принимает только два возможных значения:

либо есть сигнал, либо нет сигнала

Данные - это запись информации на определённом материальном

носителе.

Поскольку такая запись всегда создаётся путём регистрации сигналов,

справедливо и следующее определение: данные - это зарегистрированные

сигналы.

Данные необязательно возникают путём регистрации непосредственно

исходного сигнала. Чаще всего исходный сигнал сначала преобразуется в

сигнал, другой по природе, но такой же по информационным характеристикам.

Например, звуковой сигнал, чтобы его можно было записать на

магнитофонную ленту, сначала преобразуется в электрический сигнал, а затем

в магнитный.

Примеры данных:

 фотоснимок – результат регистрации светового сигнала, излучаемого или

отражённого от изучаемых объектов;

 запись на бумаге – результат регистрации мыслей человека (мысли можно

рассматривать как множество электрических сигналов, возникающих в нервной

системе человека); при этом электрические сигналы нервной системы с

помощью мышц руки преобразуются в механическое перемещение карандаша

или ручки;

 записанная на магнитной ленте речь человека – результат регистрации

звукового сигнала; при этом в качестве средства регистрации сигнала

используется магнитофон;

 данные, записанные на дискету, жёсткий диск, лазерный диск или

магнитооптический диск, на флэш-память или в оперативную память; и

другие...

Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Данное определение как раз подчёркивает тот факт, что иметь данные для получения информации недостаточно. Необходимо также иметь адекватные методы чтения и интерпретации данных. Если таковых методов нет, данные так и останутся просто записью – из них невозможно будет получить информацию.

Например, дискета (хотя, предположим, на ней имеются весьма ценные

данные) будет бесполезна, если нет компьютера с дисководом для дискет.

Более того, даже если удастся прочитать (скопировать) данные с дискеты, но на

компьютере не окажется нужной программы для их воспроизведения, тогда всё

равно информация останется недоступна.

Свойства информации

Информация– многогранный объект, который можетхарактеризоваться

различными типами свойств. Рассмотрим следующие типы свойств: атрибутивные свойства– свойства, являющиеся неотъемлемойчастьюинформации–свойства, присутствующие всегда, у любой информации; несуществует такой информации, у которой бы не было этих свойств;

 качественные свойства – свойства, позволяющие оценить качествоинформации; динамические свойства–характеризуют поведение информации, изменение информации во времени.

2 Этапы развития эвм

Блез Паскаль В 1641-42 году сконструировал механический вычислитель, который позволил складывать и вычитать числа.

Первый этап (до 1955 г.). За точку отсчета эры ЭВМ принимают 1946 г., когда началась опытная эксплуатация первых образцов подобных машин. Известны такие данные о первой из них: общая масса — 30 т, число электронных ламп — 18 тыс, потребляемая мощность — 150 кВт (мощность, достаточная для небольшого завода), объем памяти — 20 10-разрядных десятичных чисел, время выполнения операций: сложения — 0,0002 с, умножения — 0,0028 с. Числа в ЭВМ вводились с помощью перфокарт и набора на переключателях, а программа задавалась соединением гнезд на специальных наборных полях. Производительность этой гигантской ЭВМ была ниже, чем канцелярском магазине. Ламповые ЭВМ имели большие габариты и массу, потребляли много энергии и были очень дорогостоящими, что резко сужало круг пользователей ЭВМ, а следовательно, объем производства этих машин. Основными их пользователями были ученые, решавшие наиболее актуальные научно-технические задачи, связанные с развитием атомной энергетики, реактивной авиации, ракетостроения и т. п. Увеличению количества решаемых задач препятствовали низкие надежность и производительность ламповых машин, ограниченность их ресурсов и чрезвычайно трудоемкий процесс подготовки, ввода и отладки программ, написанных на языке машинных команд. Повышение быстродействия ЭВМ шло за счет увеличения ее памяти и улучшения архитектуры: использование двоичных кодов для представления чисел и команд, а также размещение их в увеличивающейся памяти ЭВМ упростили структуру процессора и повысили производительность обработки данных. Для ускорения процесса подготовки программ стали создавать первые языки автоматизации программирования (языки символического кодирования и автокоды).

Второй этап (до 1965 г.). Появление ЭВМ, построенных на транзисторах, привело к уменьшению их габаритов, массы, энергозатрат и стоимости, а также к увеличению надежности и производительности. Это сразу расширило круг пользователей и, следовательно, номенклатуру решаемых задач. Стали создавать алгоритмические языки для инженерно-технических (АЛГОЛ, ФОРТРАН) и экономических (КОБОЛ) расчетов. Но и на этом этапе основной задачей технологии программирования оставалось обеспечение экономии машинных ресурсов (машинного времени и памяти). Для ее решения стали создавать операционные системы (комплексы служебных программ, обеспечивающих лучшее распределение ресурсов ЭВМ при исполнении пользовательских задач). Первые операционные системы (ОС) просто автоматизировали работу оператора ЭВМ, связанную с выполнением задания пользователя: ввод в машину текста программы, вызов нужного транслятора, вызов потребовавшихся для программы библиотечных подпрограмм, вызов компоновщика для размещения этих подпрограмм и основной программы в памяти ЭВМ, ввод исходных данных и т. д. Теперь же вместе с программой и данными в ЭВМ вводилась еще и инструкция, где перечислялись этапы обработки и приводился ряд сведений о программе и ее авторе (чтобы было известно, с кого брать деньги за обработку данных). Затем в ЭВМ стали вводить сразу по несколько заданий пользователей (пакет заданий), операционные системы стали распределять ресурсы ЭВМ между этими заданиями — появился мультипрограммный режим обработки данных (например, пока выводятся результаты одной задачи, производятся расчеты для другой и в память вводятся данные для третьей)

Третий этап (до 1970 г.). Увеличения быстродействия и надежности полупроводниковых схем, а также уменьшения их габаритов, потребляемой мощности и стоимости удалось добиться за счет создания технологии производства интегральных микросхем (ИС), состоящих из десятков электронных элементов, образованных в прямоугольной пластине кремния с длиной стороны не более 1 см. Такая пластина (кристалл) размещается в небольшом пластмассовом корпусе, размеры которого, как правило, определяются только числом “ножек” (выводов от входов и выходов электронной схемы, созданной на кристалле). Это позволило не только повысить производительность и снизить стоимость универсальных ЭВМ (больших ЭВМ), но и создать малогабаритные, простые, дешевые и надежные машины — мини-ЭВМ. Мини-ЭВМ первоначально предназначались для замены аппаратно-реализованных контроллеров (устройств управления) в контуре управления каким-либо объектом, в автоматизированных системах управления технологическими процессами, системах сбора и обработки экспериментальных данных, различных управляющих комплексах на подвижных объектах и т. д. Появление мини-ЭВМ позволило сократить сроки разработки контроллеров. Вместо длительной процедуры разработки и создания сложной электронной схемы надо было лишь купить готовый универсальный “полуфабрикат” контроллера, чтобы потом запрограммировать его на выполнение требуемых функций. Правда, такое универсальное устройство, как правило, обладало функциональной избыточностью (для создаваемого контроллера могли не потребоваться некоторые команды мини-ЭВМ, часть ее памяти, высокое быстродействие и т. п.). Однако низкая цена серийной мини-ЭВМ, большое число серийных устройств связи с объектом управления и хорошее программное обеспечение обычно обусловливали экономическую эффективность использования такого программируемого контроллера. Организации, покупавшие мини-ЭВМ для создания контроллеров, довольно быстро поняли, что на этих машинах можно решать и вычислительные задачи традиционные задачи больших ЭВМ. Простота обслуживания мини-ЭВМ, их сравнительно низкая стоимость и малые габариты позволяли снабдить этими машинами небольшие коллективы исследователей, разработчиков, экспериментаторов и обучающихся, т. е. дать их прямо в руки пользователей ЭВМ. В начале 70-х годов с термином мини-ЭВМ связывали уже два существенно различных типа средств вычислительной техники: универсальный блок обработки данных и выдачи управляющих сигналов, серийно выпускаемый для применения в различных специализированных системах контроля и управления; небольших габаритов универсальную ЭВМ, проблемно-ориентированную пользователем на решение ограниченного круга задач в рамках одной лаборатории, технологического участка, т. е. задач, в решении которых оказывались заинтересованными 10—20 человек, работавших над одной проблемой.

Четвертый этап (до 1978 г.). Успехи в развитии электроники привели к созданию больших интегральных схем (БИС), где в одном кристалле размещалось несколько десятков тысяч электрических элементов. Это позволило разработать более дешевые ЭВМ, имеющие большую память и меньший цикл выполнения команды: стоимость байта памяти и одной машинной операции начала резко снижаться. Но так как затраты на программирование почти не сокращались, то на первый план вышла задача экономии человеческих, а не машинных ресурсов. Разрабатывались новые операционные системы, позволяющие программистам отлаживать свои программы прямо за дисплеем ЭВМ (в диалоговом режиме), что облегчало работу пользователей ЭВМ и ускоряло разработку программ. Это полностью противоречило концепциям первых этапов информационной технологии: “процессор выполняет лишь ту часть работы по обработке данных, которую люди принципиально выполнить не могут,— массовый счет”. Стала прослеживаться другая тенденция: “все, что могут делать машины, должны делать машины; люди выполняют лишь ту часть работы, которую нельзя автоматизировать”. В 1971 г. была изготовлена первая БИС, в которой полностью размещался процессор ЭВМ простой архитектуры. Стала реальной возможность размещения в одной БИС (на одном кристалле) почти всех электронных устройств несложных по архитектуре ЭВМ, т. е. возможность серийного выпуска простых ЭВМ стоимостью 5—50 руб. (без учета стоимости внешних устройств). Появились дешевые . (карманные клавишные ЭВМ) и — управляющие устройства, построенные на одной или нескольких БИС, содержащих процессор, память и системы связи с датчиками и исполнительными органами в объекте управления (т. е. с внешними устройствами такой специализированной ЭВМ). Программы управления подачей топлива в двигатель автомобиля, движением электронной игрушки или заданным режимом стирки белья вводились в память ЭВМ либо при изготовлении подобного контроллера, либо непосредственно на предприятиях, выпускающих автомобили, игрушки, стиральные машины и т. п. В 70-х годах стали изготавливать и универсальные вычислительные системы, состоящие из процессора, памяти, схем сопряжения с устройствами ввода-вывода и тактового генератора, размещенных в одной БИС (однокристальная ЭВМ) или в нескольких БИС, установленных на одной печатной плате (одноплатная ЭВМ). Таким образом, повторялась картина 60-х годов, когда первые мини-ЭВМ отбирали часть работы у больших универсальных ЭВМ.

Пятый этап. Улучшение технологии производства БИС позволяло изготавливать дешевые электронные схемы, содержащие сотни тысяч элементов в кристалле—схемы сверхбольшой степени интеграции (СБИС). Появилась возможность создать настольный прибор с габаритами массового телевизора, в котором размещались микроЭВМ, клавиатура, экран, кассетный магнитофон (или гибкий диск), а также схемы сопряжения с малогабаритным печатающим устройством (например, с электрической пишущей машинкой), измерительной аппаратурой, другими ЭВМ и т. д. Благодаря операционной системе, обеспечивающей простоту общения с этой ЭВМ, большой библиотеке прикладных программ по различным отраслям человеческой деятельности, а также малой стоимости такой персоне то, становится необходимой принадлежностью инженера, исследователя, экономиста, врача, агронома, преподавателя, редактора, секретаря и даже ребенка. Кроме функций помощника в решении традиционных задач расчетного характера персональный компьютер (ПК) может выполнять работу личного секретаря: помогать в составлении личной картотеки и ведении рабочей тетради; создавать, хранить (например, на магнитной ленте), редактировать и размножать различные тексты (письма, документы, статьи, конспекты лекций и даже книги); получать по линиям связи различные справочные данные из библиотек и архивов и т. д. ПК можно использовать для обучения детей (с помощью учебных машинных курсов), в развлекательных целях (от остросюжетных до познавательных игр) и во многих других приложениях. Наиболее широкое применение нашли микроЭВМ в гибких системах автоматизации производства (ГАП) и научных исследований (АСНИ). Здесь используются как персональные компьютеры, так и встраиваемые в аппаратуру микроконтроллеры и микроЭВМ. Существует и множество других приложений микроЭВМ. Для построения интеллектуальных систем и устройств выпускается очень большое число вычислительных средств: общий объем мирового производства оценивался в 1985 г. на уровне 200 млн микропроцессоров и 10 млн персональных компьютеров в год. Их встраивание в аппаратуру, обслуживание и программирование требует колоссального числа специалистов, которых нельзя (да и нецелесообразно) готовить в рамках одной специальности. Поэтому программирование постепенно перекладывается на плечи непрофессиональных программистов — специалистов различных отраслей народного хозяйства, которые приобрели начальные навыки программирования, освоив небольшие по объему дисциплины в техникумах, вузах или на курсах повышения квалификации. Эти же непрофессионалы должны выполнять и часть работ по встраиванию микроЭВМ в разрабатываемую ими аппаратуру. В связи с этим сейчас так много людей изучает в том или ином объеме устройство микроЭВМ и их язык.

40-50 годы 20 века - первые ЭВМ в США и СССР;

50-60 годы 20 века - первые языки программирования;

60-70 годы 20 века - первые АСУ, САПР, ЕС ЭВМ;

70-80 годы 20 века - первые персональные компьютеры;

80-90 годы 20 века - массовое применение персональных компьютеров.