Введение в дисциплину
«Информатика»
Цель
Сформировать представление о дисциплине «Информатика» и ее фундаментальной роли в системе подготовки специалиста.
План
•1. Происхождение вычислительных машин.
•2. Понятие об алгоритмах.
Одним из первых вычислительных механизмов были счеты. Их история уходит корнями в античную Грецию и Рим.
В число изобретателей механических вычислительных машин входят:
француз Блез Паскаль (1623- 1662); немец Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646-1716);
англичанин Чарльз Бэббидж (1792-1871).
•Машина Паскаля выполняла только операцию сложения. В машине Лейбница алгоритмы были заключены в архитектуре машины, хотя она и предлагала разнообразные арифметические операции,
которые оператор мог выбирать. Разностная машина Бэббиджа (была построена только одна демонстрационная модель этой машины) подвергалась изменению для выполнения различных расчетов, а его аналитическая машина (на постройку которой он не получил субсидий) была бы программируемой.
•Аналитическая машина должна была получать указания в виде отверстий на бумажных картах. Сторонник Беббиджа - Августа Ада Байрон считается сегодня первым в мире программистом.
•Идею передачи алгоритма машине при помощи отверстий на бумаге Бэббидж заимствовал у Жозефа Жаккарда (1752-1834), построившего в 1801 году ткацкий станок. Алгоритм, которому следовал ткацкий станок и который определялся расположением отверстий на бумажных картах , мог быть легко изменен для производства различных узоров на ткани.
Другим исследователем, использовавшим идею Жаккарда, был Герман Холлерит (1860- 1929), который применил этот способ кодирования информации в виде отверстий на бумажных картах для ускорения процесса составления таблиц во время переписи населения в Америке в 1890 году (именно эта работа Холлерита привела к созданию IBM). Впоследствии такие карты стали называться перфокартами и оставались распространенным способом управления машиной до 70-х годов XX века. На самом деле этот способ живет и сейчас, как показали проблемы, возникшие в 2000 году во время президентских выборов.
Технологии того времени не позволяли производить сложные механические машины, спроектированные Паскалем, Лейбницем и Бэббиджем, они требовали больших материальных затрат. Но с успехами в области электроники в начале XX века этот барьер был преодолен. Примером этого прогресса являются электромеханическая машина Джорджа Стибица, построенная в 1940 году компанией Bell Laboratories, и машина Mark I, собранная Говардом Эйкеном и группой инженеров IBM в 1944 году в Гарвардском университете. Эти машины были созданы с использованием электромеханических реле. Они устарели почти сразу же, как только были построены
Другие исследователи применяли технологию электронных ламп, чтобы создать полностью электронную машину. Первая такая машина была построенна в период с 1937 по 1941 год в колледже штата Айова (сейчас университет) Джоном Атанасовым и его ассистентом Клиффордом Берри. Другая машина, названная Colossus, была собрана под руководством Томми Флаверса в Англии для дешифровки кодов, которыми пользовались немецкие войска в конце второй мировой войны.
Скоро последовали другие, более гибкие машины, такие как
ENIAC (electronic numerical integrator and calculator - электронно-цифровой интегратор и вычислитель), разработанная Джоном Моучли и Проспером Эккертом в Электротехнической школе Мура университета штата Пенсильвания.
С этого момента история развития вычислительных машин становится историей развития технологий.
Иерархия абстракций в персональном компьютере
Наиболее фундаментальное понятия вычислительной техники, - это понятие алгоритма (algorithm). Неформально, алгоритм — это набор шагов, которые определяют выполнение какой-либо задачи . Например, существует алгоритм для построения модели самолета
(выраженный в форме инструкции), для управления стиральной машиной (обычно изображен на лицевой стороне машины), для исполнения музыки (последовательность нот в нотной записи) и для выполнения фокусов.
Перед тем как машина сможет выполнить какую-либо задачу, необходимо разработать алгоритм и представить его в форме, совместимой с машиной. Представление алгоритма, совместимое с машиной, называется программой (program). Программы и алгоритмы, которые они представляют, называются программным обеспечением (software), в отличие от самой ЭВМ, которая
называется аппаратным обеспечением (hardware). Более точно, алгоритм — это упорядоченный набор однозначных, выполнимых шагов, которые определяют конечный процесс.