1 Основные понятия и история информации 2012

1

1 Основные понятия и краткая история информатики

1.1 Основные понятия информатики

В широком смысле информатика - наука о вычислениях, хранении и обработке информации, включающая дисциплины, относящиеся к компьютерным технологиям. Она аналогична англоязычным терминам computer science (компьютерные науки) в США или computing science (вычислительная наука) в Великобритании.

Основные термины, используемые в области информатики, регламентированы Межгосударственным стандартом ГОСТ ИСО/ МЭК 2382-99 «Информационные технологии. Словарь. Часть 1. Основные термины. Введен в действие 2000-07-01».

Ниже приводится краткий перечень изложенных в стандарте определений.

Информация (в обработке информации) - знание о таких объектах, как факты, события, явления, предметы, процессы, представления, включающие понятия, которые в определенном контексте имеют конкретный смысл.

Информация характеризуется следующими свойствами:

1)достоверностью;

2)актуальностью;

3)полнотой;

4)стоимостью;

5)объемом;

6)способом представления.

Данные - информация, представленная в формализованном виде, пригодном для ее передачи, интерпретации и обработки.

Текст - форма представления данных в виде символов, знаков, слов, фраз, блоков, предложений, таблиц и других знаковых средств, предназначенных для передачи смысла, интерпретация которых базируется исключительно на знании читающим естественного или искусственного языков.

Обработка информации - выполнение системой действий над информацией.

Обработка автоматическая данных - выполнение системой действий над данными: арифметические или логические операции над данными, объединение или сортировка данных, трансляция или компилирование программ или действия над текстом, такие как редактирование, сортировка, объединение, хранение, поиск, воспроизведение на экране или печать.

Аппаратные средства (аппаратное обеспечение) - все или часть физических компонентов системы обработки информации. Например, компьютеры, периферийные устройства.

Программные средства (программное обеспечение) - все или часть программ,

процедур, правил и относящаяся к ним документация системы обработки данных. Программно-аппаратное средство - упорядоченная совокупность команд и связанных

с ним данных, хранимая таким образом, что она функционально независима от основной памяти, обычно в постоянном запоминающем устройстве.

Память (запоминающее устройство) - функциональное устройство, в которое данные могут быть помещены, в котором они могут храниться и из которого могут быть извлечены.

Автоматический - относящийся к процессу или оборудованию, которые при определенных условиях функционируют без вмешательства человека.

Поколение компьютеров - категория в исторической классификации компьютеров, базирующаяся главным образом на технологии, используемой при их производстве.

Компьютерный центр (центр обработки данных) - средства, включающие персонал, аппаратные и программные средства, организованные для предоставления услуг по обработке информации.

Система обработки данных (компьютерная система) - один или более компьютеров, периферийное оборудование и программные средства, обеспечивающие обработку данных.

Система обработки информации - одна или более систем обработки данных и устройств, таких как офисное или коммуникационное оборудование, которые обеспечивают обработку информации.

Информационная система - система обработки информации в совокупности с относящимися к ней ресурсами организации, такими как люди, технические и финансовые ресурсы, которая предоставляет и распределяет информацию.

Функциональная схема - схема системы, в которой основные части или функции представлены блоками, соединенными линиями, показывающими отношение между блоками.

4

университета под руководством Говарда Айкена и назвали "Марк-1". Он был построен на основе гарвардской архитектуры с использованием электромеханических реле, программа вводилась с перфоленты. Компьютер имел размеры 2 м в высоту и 15 м в длину.

Рисунок 1.5 –компьютеры Mark-1 и Colossus

В Великобритании в декабре 1943 г создан британский компьютер Colossus — первое полностью электронное вычислительного устройство, предназначенного для расшифровки закодированных с помощью немецких машин Enigma секретных сообщений. Было построено десять «Колоссов», но все они были уничтожены после войны. В 1943 году было начато

кремниевых диодов, 1500 реле, 70000 резисторов и 10000 конденсаторов (около 6 м в высоту и 26 м в длину), имел производительность 5000 операций в секунду типа сложение и 360 типа умножения, стоивший 2.8 млн. долларов по ценам того времени. Потребляемая мощность — 150 кВт. Вычислительная мощность — 300 операций умножения или 5000 операций сложения в секунду. Вес - 27 тонн. Он был построен в по заказу армии США в Лаборатории баллистических исследований для расчѐтов таблиц стрельбы. Использовался для расчетов при создании водородной бомбы. Компьютер последний раз включался в 1955 году. "ЭНИАК" послужил прототипом для создания всех последующих компьютеров..

Разработка первой электронной серийной машины UNIVAC (Universal Automatic Computer) начата в 1947 г. Эккертом и Маучли, основавшими в декабре того же года фирму ECKERT-MAUCHLI. Первый образец компьютера UNIVAC-1 был запущен в эксплуатацию весной 1951 г для бюро переписи США. Работала она с тактовой частотой 2,25 МГц и содержала около 5000 электронных ламп. В 1952 г. IBM выпустила свой первый промышленный электронный компьютер IBM 701, который представлял собой синхронный компьютер параллельного действия, содержащую 4000 электронных ламп и 12000 германиевых диодов.

В1949 году в городе Хюнфельде (ФРГ) Конрад Цузе создал компанию Zuse KG и в сентябре 1950 года закончил работу над компьютером Z4 (единственный работающий компьютером в континентальной Европе в те годы), который стал первым в мире проданным компьютером: опередив на пять месяцев Марк I и на десять UNIVAC. Компанией Цузе создавались компьютеры, название каждого из которых начиналось с буквы Z. Наиболее известны машины Z11, продававшийся предприятиям оптической промышленности и университетам, и Z22 — первый компьютер с памятью на магнитных носителях.

В1945 году С.А. Лебедев создал первую в СССР электронную аналоговую вычислительную машину для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, которые встречаются в задачах электротехники. С осени 1948 г. в Киеве С.А. Лебедев начал разработку Малой электронной счетной машины (МЭСМ). В 1950 году МЭСМ была смонтирована в двухэтажном здании бывшего монастыря в Феофании под Киевом.

Во второй половине 50-xx годов XX века в Минске под руководством Г.П. Лопато и В.В. Пржиялковского начались работы по созданию первых белорусских компьютеров семейства «Минск-1» на Заводе вычислительных машин в различных модификациях: «Минск- 1», «Минск-11», «Минск-12», «Минск-14». Средняя производительность машины составляла 2000 - 3000 операций в секунду.

Вкомпьютерах первого поколения выявилось противоречие между высоким быстродействием центральных устройств и низкой скоростью работы и несовершенством внешних устройств. Первым носителем данных в компьютерах была перфокарта и перфорационные бумажные ленты или просто перфоленты. Запоминающие устройства реализовывались на ферритовых кольцах, нанизанных на проволочные матрицы.

5

Рисунок 1.6 – Носители данных компьютеров первого поколения: перфокарта и перфолента Второй этап развития компьютеров - замена в конструкции компьютера электронных

ламп на полупроводниковые приборы. Начался во второй половине 50-хх годов XX века. (23 декабря 1947 году в лабораториях компании Bell Labs, Уильям Шоклей, Уолтер Братэйн и Джон Бардин изобрели точечный биполярный транзисторный усилитель). Это позволило снизить массогабаритные, стоимостные и энергетические показатели компьютеров и улучшить их технические характеристики.

быстродействие 250 000 операций в секунду. В эти годы возник новый тип компьютеров, предназначенный для управления технологическими процессами и получивший название управляющая вычислительная машина (УВМ) – промышленные компьютеры. Особенностями этого класса компьютеров является работа в режиме реального масштаба времени. Компьютеры стали использоваться для централизованной обработки данных в финансовой сфере.

В 1956 году IBM были разработаны плавающие магнитные головки на воздушной

RAMAC. Последняя имела пакет, состоявший из 50 металлических дисков с магнитным покрытием, которые вращались со скоростью 12000 об/мин.

В 1963 году Даглас Энгельбарт изобрѐл компьютерную мышь — устройство ввода размерной информации.

4 июня 1966 года Роберт Деннард из IBM получил патент на однотранзисторную ячейку памяти (DRAM Dynamic Random Access Memory — динамическая память с произвольным доступом) и на базовую идею 3-транзисторной ячейки памяти, используемой для краткосрочного хранения информации в компьютере.

Рисунок 1.8 - Дисковый накопитель и первая компьютерная «мышь» Третий этап - использование при производстве компьютеров технологии

интегральных схем (ИС), изобретенных в 1958 году Джеком Килби из Texas Instruments и Робертом Нойсом из Fairchild Semiconductor независимо друг от друга. Начался во второй половине 60-ых годов XX века. При этом с ростом числа компьютеров возник вопрос их программной совместимости. Компьютеры третьего поколения имели не только улучшенные технико-экономические показатели, но и изготавливались с использованием

6

модульного принципа технических и программных средств. Компьютеры третьего поколения могли обрабатывать данные не только в виде чисел, но и в виде символов и строк текста.

Рисунок 1.9 - Интегральные микросхемы Началом эпохи компьютеров третьего поколения явился анонс 7 апреля 1964 г.

фирмой IBM универсальной вычислительной машины IBM System/360. Ее разработка обошлась в 5 млрд. долларов США в ценах того времени. Она явилась прототипом серии ЕС ЭВМ стран членов СЭВ, производство которых началось в 1972 г. При этом возникли разные классы компьютеров: малые ЭВМ, мини-ЭВМ, настольные ЭВМ, супер-ЭВМ. Класс управляющих вычислительных машин (УВМ), именуемых теперь промышленными компьютерами и контроллерами, развивался как самостоятельно, так и совместно с остальными компьютерами.

Рисунок 1.10 – Компьютер третьего поколения IBM System/360

Компания DEC создала первый коммерческий мини-компьютер PDP-1 (размером с автомобиль) с монитором и клавиатурой стоимостью 120 тысяч долларов. Фактически PDP-1 явился первой игровой платформой для компьютерной игры Star War, написанной студентом Массачусетского технологического института (МIT) Стивом Расселом.

Четвертый этап связан с разработкой технологии больших интегральных схем (БИС) и нового класса электронных процессоров – микропроцессоров. Первый микропроцессор разработан фирмой Intel i4004 15 ноября в 1971 года для калькуляторов японской фирмы Nippon Calculating Machine, Ltd и стоил 200 долларов США. Появилась возможность качественно улучшить технические характеристики компьютеров и резко снизить их стоимость. Во второй половине 70-х стали выпускаться компьютеры четвертого поколения.

Рисунок 1.11 - – Первый микропроцессор Intel 4004

В конце 70-х годов XX века начались разработки по созданию новых микросхем сверхбольшой степени интеграции (СБИС) для систем компьютеров, обрабатывающих не только алфавитно-цифровые, но и данные в виде звука и видеоизображений.

Компьютеры стали использовать для создания детерминированных систем обработки данных. Появление микропроцессоров привело к возникновению нового класса компьютеров, являющегося в настоящее время самым широко распространенным - персонального компьютера (ПК или ПЭВМ). Первый такой компьютер - Altair 8800 был разработан фирмой

Micro Instrumentation and Telemetry system (Альбукерк, США) в 1975 г.

8

В1977 году в СССР разработан первый многопроцессорный комплекс "Эльбрус-1" (15 млн. операций в секунду), идеологом архитектуры которого был Борис Арташесович Бабаян.

В1978 году Seiko Epson представила матричный принтер TX-80, установивший новый стандарт для недорогих высокопроизводительных печатающих устройств.

Массовое распространение получили ПК с 1981 года, когда был создан IBM PC 5150

на базе микропроцессора Intel 8088, стоивший 3000 долларов США - первый ПК этой серии, оснащенный программным системным обеспечением фирмы Microsoft. В 1981-1985 годах IBM продала более 1 млн. ПК, а рассчитывала изначально 250 тыс., которые раскупили за один первый месяц. Особенностью этого ПК явилось использование принципа открытой архитектуры. Благодаря этому множество фирм стали производить компьютеры данного типа, что резко снизило цены, и сделало доступными компьютеры не только фирмам, но и отдельным частным лицам. Для данного класса компьютеров были разработаны новые типы периферийных устройств, позволяющих использовать их в системе автоматизации делопроизводства, создания единых распределенных информационных вычислительных сетей, использовать ПК как средство связи.

В марте 1979 году в ходе мероприятия «Optical digital audio disc demo» в голландском Эйндховене, был представлен первый прототип оптический носитель прототип CD, получивший название Pinkeltje, должен был заменить на рынке популярные в то время музыкальные пластинки.

Рисунок 1.15 – Персональный компьютер IBM PC 5150

7 мая 1984 году Hewlett-Packard (США) выпустила первый лазерный принтер серии LaserJet производительностью 8 страниц в минуту с разрешением 300 точек на дюйм стоимостью $3500 и ценой печати страницы $0.041.

В 1982 году компания Hewlett-Packard выпустила первый карманный компьютер - органайзер HP-75 с однострочным жидкокристаллическим дисплеем, оперативной памятью объемом 16 Кб (плюс 48 Кб ROM). Конфигурацию дополняли достаточно большая клавиатура (без отдельного цифрового блока), а также считыватель для магнитных карт, гнездо расширения памяти и интерфейс HP-IL для подключения принтеров, внешних накопителей и т.п. Устройство было оснащено интерпретатором языка BASIC и текстовымй редактором.

Рисунок 1.16 - Первый карманный компьютер - органайзер HP-75

Пятый этап начался в конце 80-х и начале 90-х годов XX века и связан с технологическим совершенствованием всех компонентов компьютера и снижению стоимости, что позволило к созданию мобильных компьютеров и массовому внедрению компьютеров во все сферы жизнедеятельности человека: производство, обучение, медицина, финансы, коммуникации, отдых и развлечения. Появились в широкой продаже новые типы внешней памяти: CD-RW диски, карты памяти. Началось использование компьютерных сетей не только специалистами, но простыми пользователями.

9

Появились новые устройства ввода вывода на основе электронных микросхем флэшпамяти. В 1988 году Intel выпустила первую серийную микросхему флэш-памяти типа NOR объемом 256 Кбит, стоимостью 20 USD.

Компьютеры пятого поколения предназначены для простого пользователя, не имеющего специального образования.

В 2000 г. IBM создала суперкомпьютер серии RS/6000 SP - ASCI White (Accelerated Strategic Computing Initiative White Partnership), производительностью свыше 10 TFLOPS, пиковая производительность 12,3 TFLOPS. ASCI White представляет собой 512 компьютеров, соединенных вместе, площадью с две баскетбольные площадки. Компьютер разработан для Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора Министерства энергетики США, для моделирования ядерных взрывов и контроля за хранящимся ядерным оружием.

1.2.2 История развития информационных технологий и программирования

С точки зрения развития информационной технологии в истории вычислительной техники выделяют четыре этапа.

Первый этап (40 - 60-е годы XX века) связан с большими ограничениями машинных ресурсов компьютеров 1-го поколения, поэтому при составлении программ особая роль

переключателей, но это допустимо только для небольших программ.

Далее был разработан машинный язык (машинных кодов), с помощью которого стало возможно задавать команды, оперируя с ячейками памяти, полностью используя возможности машины. Однако его использование для большинства компьютеров было очень сложным, особенно при программировании ввода-вывода, да и разные процессора имеют отличия в наборе машинных команд. Это привело к появлению машинно-ориентированных языков — ассемблеров, которые используют мнемонические команды взамен машинных команд. Для упрощения и ускорения процесса кодирования вычислительных алгоритмов были созданы алгоритмические языки программирования АЛГОЛ, ФОРТРАН.

В компьютере UNIVAC-1103 впервые были применены программные прерывания. Сотрудники фирмы Remington-Rand использовали алгебраическую форму записи алгоритмов под названием ―Short Cocle‖. Офицер ВМФ США и руководитель группы программистов капитан (в дальнейшем единственная женщина в ВМФ США адмирал) Грейс Хоппер разработала первую программу компилятор в 1951 г. В 1957 году группа под руководством Д. Бэкуса завершила работу над первым языком программирования высокого уровня Fortran или ФОРТРАН (от словосочетания транслятор формул).

Второй этап (середина 60-х начало 80-х годов XX века) связан с экономией человеческих ресурсов. При этом произошел переход от технологии эффективного использования программ к технологии эффективного программирования. При разработке систем программирования особая роль стала отводиться экономии человеческих ресурсов. Были созданы языки программирования высокого уровня. Они напоминают естественные языки, используя слова разговорного английского языка и математические символы. Однако этот язык становился трудно управляемым разработке больших программ. Решение этой проблемы пришло после изобретения технологии структурного программирования (англ. structured programming language). Ее суть заключается в возможности разбиения программы на составляющие элементы.

Также создавались функциональные (аппликативные) языки (Пример: Lisp — англ.

LISt Processing, 1958) и логические языки (пример: Prolog — англ. PROgramming in LOGic, 1972).

В1964 году Джон Кемени и Томас Кюртц в колледже Dartmouth, разработали язык программирования BASIC (Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code или Многоцелевой Язык Символьных Кодов Инструкций для Начинающих). Американская Ассоциация Стандартов принимает новый 7-битовый стандарт для обмена информации ASCII (American Standard Code for Information Interchange.)

Язык программирования Pascal создан в 1969 году Никлаусам Виртом для первоначального обучения программированию.

В1969 году в Bell Laboratories был создан первоначальный вариант текстов

операционной системы UNIX с использованиям языка программирования С.

В1974 г. компанией Digital Research создана операционная система CP/M, ставшая базовой для ПК на базе 8-разрядных микропроцессоров Intel 8080 и Zilog Z-80.

Никлаусом Виртом в 1977 году разработан язык программирования Modula, а 1978 году – его дальнейшее развитие Modula-2.

В1978 году Сеймур Рубинштейн создал компанию MicroPro International, которая впустила один из первых качественных текстовых процессоров Word Master.

10

В1980 году появились первые электронные таблицы VisiCalc Рея Оззи, которые позволили проводить расчеты простым пользователям без знания языка программирования.

В1981 году создана операционная система MS-DOS 1.0 компании Microsoft для ПК серии IBM PC.

Третий этап (от начала 80-х годов до середины 90-х XX века) - формализации

знаний. До этого этапа с компьютером работали в основном только специалисты в области программирования, задачей которых и являлось программирование формализованных знаний. За 30 лет использования вычислительной техники заметная часть знаний, накопленных в области точных наук за последние 300 лет, оказалась записанной во внешней памяти компьютера. К концу 1983 года 90 процентов пользователей компьютеров уже не являлись профессиональными программистами.

Структурное программирование оказывалось несостоятельным тогда, когда программы достигали определенного объема и сложности. В конце 1970-х и начале 1980-х были разработаны принципы объектно-ориентированного программирования (ООП). Первым языком ООП явился SmallTalk. Далее были разработаны С++ и Object Pascal (Delphi). ООП позволяет оптимально организовывать программы, разбивая проблему на составные части, и работая с каждой по отдельности. Программа на объектно-ориентированном языке, решая некоторую задачу, по сути, описывает часть мира, относящуюся к этой задаче.

В1984 году компания Westlake Data Corporation разработала первый файловый менеджер PathMinder многофункциональная оболочка для DOS.

В1985 году вышла первая версия программы для верстки Aldus PageMaker.

В1985 году фирмой SEA разработан первый архиватор ARC.

1986 году разработан файловый менеджер Norton Commander 1.0 для DOS компанией Peter Norton Computing (приобретенной впоследствии компанией Symantec).

В1986 году Ларри Уолл разработал сценарный (скриптовый) язык Perl.

Воктябре 1987 году создана первая версия электронной таблицы Microsoft Excel.

Вдекабре 1988 г. выпущена первая версия Word for Microsoft Windows.

Вдекабре 1989 года разработана первая версия программы Adobe Photoshop.

22 мая 1989 года вышла операционная среда Microsoft Windows 3.0, являющаяся не самостоятельной ОС, а лишь надстройкой над MS-DOS. В середина 1989 г. вышла первая версия популярного графического пакета CorelDRAW.

В1990 г. Microsoft разработан язык программирования Visual Basic.

Всентябре 1991 года выпущена первая версия свободно распространяемой операционной системы Linux 0.01 финским студентом Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds).

В1992 году создан стандарт MPEG-1, который определял 3 уровня кодирования аудио данных (третий уровень соответствует наилучшему качеству).

Вноябре 1993 году вышла операционная среда Microsoft Windows for Workgroups

3.11.

Осенью 1994 году вышла ОС IBM OS/2 Warp 3.0.

Вконце 1994 году принят стандарт кодирования и упаковки видеоданных MPEG-2. Четвертый этап (начался с середины 90-х XX века) связан с тем, что компьютеры в

основном используются неквалифицированными пользователями, это привело к применению простых интуитивно-понятных интерфейсов. Компьютеры превратились из средства вычисления в средства телекоммуникации и средства развлечения.

24 августа 1995 года анонс ОС Microsoft Windows 95 с новым интуитивным интерфейсом. Тогда же вышел пакет офисных программ Microsoft Office 95.

В сентябре 1995 г. IBM анонсировала операционную систему OS/2 Warp Connect 4.0. Использование систем классического программирования для разработки современного интерфейса прикладных программ, стало требовать слишком много времени от разработчика на составления его описания. Что привело к созданию систем визуального программирования или систем ускоренной разработки (RAD-систем), которые автоматически генерировали часть кода программы, отвечающую за программный интерфейс с пользователем. В 1995 году Borland выпустила среду ускоренной разработки программприложений (RAD-систему) Borland Delphi 1.0 на основе языка программирования Object Pascal для среды Windows 3.11. В 1996 году появилась первая версия RAD-системы для

языка программирования C++ Borland С Builder.

В1996 году Microsoft выпустила ОС Windows NT 4.0 с интерфейсом, аналогичным Windows 95 и поддержкой технологии автоматической настройки аппаратной части PnP.

Вдекабре 1999 года вышел офисный пакет Microsoft Office 97.

Виюле 1998 года вышла ОС для ПК Microsoft Windows 98.

Вдекабре 1999 года анонсированы офисный пакет Microsoft Office 2000 и ОС нового поколения Microsoft Windows 2000, объединившая семейства ОС Windows 9x и

Windows NT.