Аверянов Современная информатика 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЯДЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИФИ»

Г.П. Аверьянов, В.В. Дмитриева

СОВРЕМЕННАЯИНФОРМАТИКА

Рекомендовано УМО «Ядерные физика и технологии» в качестве учебного пособия

для студентов высших учебных заведений

Москва 2011

3

5.3.Структура и сравнительные характеристики процедурно-ориентированных (императивных)

6.1.Общие сведения, классификация программного обеспечения и краткая характеристика отдельных

4

5

6

ПРЕДИСЛОВИЕ

Существует большое количество учебников по информатике и их написание продолжается. В чем же причина этого изобилия?

Основы современной информатики были сформулированы еще в 40-х годах прошлого столетия и обычно связываются с именами таких ученых, как Джон (Янош) фон Нейман, Алан Тьюринг и др. К сожалению, очень редко упоминаются наши, отечественные, не менее значимые фигуры, как Лебедев С.А., Глушков В.М., Марков А.А., Ляпунов А.А. и многие др.

Следует отметить, что основы информатики пока не подвергаются серьезным изменениям. Тем не менее, развитие этой науки и расширение ее сферы влияния превзошло все мыслимые и самые оптимистические прогнозы и связано с колоссальными технологическими достижениями.

Все это приводит к расширению круга лиц вовлеченных в изучение этой дисциплины, а постоянное совершенствование технических, лингвистических и программных средств информатики (особенно за последние 60 лет) требует постоянных дополнений в изучении и описании информатики.

Чтобы понять революционные изменения, произошедшие за последние 4 0 – 5 0 лет, и повсеместное внедрение их в самые разнообразные области человеческой деятельности, необходимо провести небольшой экскурс в эволюцию традиционных компьютерных систем за этот период.

Так, в 60 – 80-х годах прошлого века сами компьютеры (технические средства) были отделены от пользователя и обслуживались специалистами-профессионалами по различным компонентам машин (по процессору, различным периферийным устройствам и т.п.). То же самое имело место и в разделе программного обеспечения. Работа трансляторов языков программирования, операционных систем, различных библиотечных программ обеспечивалась специальными группами людей, которые (по недоразумению) назывались математиками, а отделы назывались математическими. У пользователя не было необходимости разбираться в этих средствах. Он должен был знать сами языки программирования и команды ОС и трансляторов. Основное направление использования компьютеров – научно-технические расчеты.

7

В связи с этим для рядового пользователя изучение информатики ограничивалось изучением курса программирования. Этот курс считался традиционным, как правило, включая изучение языков программирования, ориентированных на различные предметные области, а также особенности их реализации на различных типах больших компьютеров (в современной терминологии – мейнфреймы).

Ссередины 70-х годов в связи с появлением мини-компьютеров,

ав дальнейшем и персональных компьютеров и вычислительных сетей ситуация резко изменилась. Техника приблизилась к конечному пользователю (значительно расширилась сфера использования компьютеров) и потребовала от него определенных знаний, которые прежде были доступны только профессионалам, обслуживающим большие компьютеры. В большинстве случаев пользователь сам должен определять стратегию выбора и приобретения технических средств. К тому же значительно расширился спектр средств вычислительной техники. С появлением 16-разрядного микропроцессора, а затем 32- и 64-разрядных, кроме повсеместно распространенных персональных компьютеров, в рамках серьезных научно-технических и инженерных применений получили широкое распространение высокопроизводительные рабочие станции, а также серверы и так называемые суперсерверы – сетевые машины коллективного использования.

Появление новой элементной базы оказало значительное влияние на развитие мейнфреймов, которые успешно развиваются до последнего времени, несмотря на неоднократные предположения об их неминуемой гибели.

Высокую динамику демонстрирует рынок суперкомпьютеров. Это один из наиболее быстро развивающихся видов вычислительных систем. Новые архитектурные подходы при создании этих самых мощных компьютеров связаны с так называемыми кластерными системами и обязаны также интенсивному развитию твердотельной интегральной электронной техники. Широкое распространение этих машин связано не только с традиционными научнотехническими применениями, но также с использованием их в промышленности (автомобильная, авиационная, металлургическая и т.п.), для управления крупными базами данных, для принятия глобальных стратегических решений и т.п.

8

Производительность суперкомпьютеров постоянно растет, что связано, с одной стороны, с постоянно возрастающими потребностями приложений, а с другой – постоянный рост производительности компьютеров нижнего уровня, использующих основные новации разработчиков суперкомпьютеров. Наряду с традиционным использованием суперкомпьютеров в научных и инженерных расчетах они применяются при работе с базами данных, в криптографии, биологии и медицине исследования (расшифровке) генома живых организмов, моделировании человеческого мозга, медицинских экспертных систем и обработке изображений.

Безусловно, все эти сведения необходимо знать современному инженеру.

Вопросы языков программирования (лингвистического обеспечения) также имеют очень важное значение при освоении средств вычислительной техники рядовым пользователем. В этом разделе информатики также происходят значительные изменения в связи с расширением сферы использования компьютеров, разработкой современных программных интерфейсов, особенностями различных аспектов сетевого программирования и т.п.

Развитие языков программирования происходит по ряду направлений. С одной стороны, происходит значительное расширение возможностей таких традиционных (императивных) языков программирования, как FORTRAN, Pascal, С, которые иногда называют языками высокого уровня, так как они не связаны с кодом конкретной машины, но, тем не менее, они ориентированы на так называемую «архитектуру фон Неймана» и связаны с кодированием предварительно разработанного математического алгоритма решаемой задачи. При реализации программы на компьютере требуются программные средства для перевода ее в код конкретного компьютера – трансляторы. Для пользователя также требуются определенные усилия по освоению таких языков, так как они далеки от языков человеческого общения.

С другой стороны, развитие языков связано с переходом на более высокий уровень, не зависимый от архитектуры компьютера, и

сисключением средств традиционного программирования.

Ктаким средствам можно отнести так называемые функциональные языки и языки логического программирования (LISP, Prolog, OCaml). Эти языки имеют пока очень ограниченное приме-

9

нение, хотя в определенных случаях оказываются достаточно эффективными.

Гораздо большее (массовое) распространение получили непроцедурные (так называемые дескриптивные) языки, которые также можно отнести к языкам сверхвысокого уровня. Это языки управления заданиями, языки пакетов прикладных программ, ориентированные на наиболее распространенные области применений, – языки электронных таблиц, систем управления базами данных, математические пакеты, экспертные системы и т.п.

Однако как в первом, так и во втором случае полностью исключить традиционное, процедурно-ориентированное программирование не удается, и подобные языки включают в свой состав его элементы. Так, известная фирма Microsoft включает в свои основные приложения язык Visual Basic, что позволяет пользователю самостоятельно и неограниченно расширять функциональные возможности приложений. Различные средства традиционного программирования включают в свои пакеты и другие фирмы. В связи с этим изучение средств программирования, развивающегося уже более 50-ти лет, по-прежнему актуально. В предлагаемом пособии описаны базовые элементы таких языков, их структура и направления развития, прошедшие за последние 50 лет (см. гл. 5).

Программное обеспечение современных вычислительных систем включает общесистемное, системное, инструментальное и прикладное обеспечение и по своему объему на несколько порядков превышает средства, устанавливаемые на первых персональных компьютерах. При этом программы приложения, которые непосредственно решают задачу пользователя, как правило, составляют незначительную долю программного обеспечения, установленного на компьютере. Однако пользователь должен иметь ясное представление обо всех программах, которые имеются на его компьютере для эффективного ее использования.

И в заключение следует отметить, что развитие современных компьютерных систем определяется (в значительной степени) развитием технологии кремниевых чипов. Эта технология развивается уже почти 60 лет. Один из отцов-основателей фирмы Intel Гордон Мур вывел в 1965 г. закономерность, позволяющую производителям приблизительно предвидеть перспективы: «количество транзисторов, которые могут быть размещены на чипе будут удваиватьсякаждые два года», а

10