Информатика как наука
Информатика – научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов накапливания, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ и другим технических средств; группа дисциплин, занимающихся различными аспектами применения и разработки ЭВМ: прикладная математика, программирование, программное обеспечение, искусственный интеллект, архитектура ЭВМ, вычислительные сети.
Основные направления информатики:
Теоретическая информатика – матем.дисциплина, использующая методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации. Она создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится всё здание информатики
Кибернетика – наука об управлении в живых, неживых и искусственных системах. Может рассматриваться, как прикладная информатика в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности: от управления отдельным объектом (станок, автомобиль), до сложнейших систем управления целыми отрослями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей. Наиболее активно развивается техническая кибернетика, результаты которой используются для управления в промышленности и науке.
Программирование – сфера деятельности, направленная на создание отдельных программ и пакетов прикладных программ, разработку языков программирования, создания операционных систем, организацию взаимодействия компьютеров с помощью протоколов связи.
ИИ – цель работ в этой области направлена на раскрытие и постижение механизмов творческой деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. Исследования в области ИИ необходимы при создании роботов, создании баз знаний и экспертных систем на основе этих баз знаний.
Информационные системы – системы, предназначенные для хранения, поиска и выдачи информации по запросам пользователей.
Вычислительная техника
Защита информации
Предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления.
Основные задачи – методы моделирования процессов принятия решений, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов ИИ.
На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства в вычислительной технике, что и информатика, а информатика в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.
История развития вычислительной техники
Компьютер – «вычислитель».
Одним из простейших приспособлений человека для счёта можно назвать абак, который появился в Азии в четвёртом тысячелетии до н.э. Далее их заменили счёты и другие приспособления, например «механические часы» для операций сложения. Автор «часов» - Вильгельм Шиккард, Германия, 1623 год.
Суммирующее устройство, первый в мире серийный механический калькулятор. Автор – Блез Паскаль. 1642 год.
Механический калькулятор Лейбница. Германия 1673. Выполнял все четыре операции.
Все эти устройства использовали жёсткую логику работы. Лишь благодаря работам английского математика Чальза Бебеджа в первой половине 19 века, стала возможной идея гибкой автоматизации автоматических устройств. Эта идея используется и в современных компьютерах. Суть этой идеи, реализованной им в «аналитической машине» состоит в разделении команд и данных. Несмотря на революционность идей, эти устройства были механическими. Лишь появление электричества и более совершенных технологий (использование электронных реле, электронных ламп, полупроводники, микросхем) позволили перейти от механических устройств к электрическим и электронным. В 1888 году американец немецкого происхождения Гермах Холлери сконструировал первую счётную машину, использующую электрическое реле – табулятор. В 1945 году Мочли и Эйкер для упрощения процесса задания программ стали конструировать новую машину, которая могла бы хранить программу в своей памяти. К этой работе был привлечён математик Джон фон Нейман, который, помимо прочего, подготовил доклад об этой машине. Этот доклад был разостлан многим учёным и получил широкую известность, поскольку в нём фон Нейман ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств (компьютеров). Подавляющее большинство компьютеров в дальнейшем было сделано в соответствии с теми принципами, которые изложил в своём докладе в 1945 году Нейман.
Говоря об истории развития вычислительной техники, обычно выделяют поколения машин, беря за точку отсчёта момент появления соответствующей электронной базы.
Вычислительной техникой первого поколения принято называть ЭВМ, использовавшие электронные лампы. Примерами являются ENIAC(США, 1946. Со спортивный зал, Быстродействие – тысячи операций (примерно)), БЭСМ (СССР, 1951. Быстродействие – 8,000 операций в секунду). Расход электроэнергии, надёжность низкая, Стоимость – 500,000 долларов.
В 1948 году, благодаря изобретению транзисторов, стало возможно появление более мощных и дешёвых ЭВМ второго поколения.
В 1959 году некто Роберт Нойс (будущий основатель фирмы Intel) изобрёл метод, позволяющий создать на одной пластинке и транзисторы, и все соединения между ними. Полученные электронные схемы стали называться интегральными схемами или чипами. В 1970 году фирмаIntelначала продавать интегральные схемы памяти. Использование интегральных микросхем привело не только к резкому увеличению надёжности ЭВМ, но и к снижению размеров, энергопотребления и стоимости (до 50000 долларов), что ознаменовало эру ЭВМ третьего поколения..
1970 год – начало эры ЭВМ четвёртого поколения. Фирма Intelсоздала БИС (Большая Интегральная Схема), содержащую в себе практически всю основную электронику компьютера. В 1971 году появился первый микропроцессорIntel4004. Цена – несколько десятков долларов. Это привело к снижению цен на ЭВМ до уровня, доступного широкому кругу пользователей. Примеры: первый персональный компьютерApple– 1966 год.IBMPC– 1981 год. В настоящее время во всём мире наибольшее распространение получилиIBM-совместимые персональные компьютеры. В период машин четвёртого поколения стали так-же серийно производиться «супер-ЭВМ» - несколько процессоров. Примером отечественной супер-ЭВМ является многопроцессорный вычислительный комплекс «Эльбрус» с быстродействием до 1,8*108
С конца 1980-+х годов наступила пора пятого поколения ЭВМ. Технологические, конструкторские, структурные и архитектурные идеи машин пятого поколения принципиально отличаются от машин предшествующего поколения. Прежде всего, их структура и архитектура отличается от классической фон Немановской. Высокая скорость выполнения вычислений дополняется высокими скоростями логического вывода. В связи с появление новой базовой структуры, в машинах пятого поколения широко используются модели и средства, разработанные в области ИИ. Современное поколения использует технологии интегральной схемотехники и сверхбольшие интегральные схемы. Разработчики вплотную приблизились к решению проблемы ИИ. В 1989 году уже был представлен первый рабочий образец нейропроцессора. Три миллиарда соединений в секунду, алгоритм обучения отсутствует, процессор эмулирует работу шестидесяти четырёх биологических нейронов. 1993 год: следующий процессор. 10 миллиардов соединений в секунду и возможность обучения. К настоящему времени разработано большое число всевозможных лат-ускорителей и специализированных нейро-вычислителей. Нейронные компьютеры уже находят применение в различных сферах деятельности человека. В США действует система по обнаружению пластиковой взрывчатки в багаже пассажиров, идентификация людей по отвечаткам – используются нейронные сети.
Ещё один перспективный путь создания производительных компьютеров – это использование вместо электрических сигналов, световых сигналов, движущихся с гораздо большей скоростью. Производительность современных ПС больше, чем у супер-компьютеров, сделанных десять лет назад.
Устройство
обработки Устройство
хранения Устройство
ввода-вывода
Устройство
управления