Информатизация, как научная проблема.

Информатизация – это не только научная, но и социальная проблема, так как информатизация глубоко затрагивает интересы практически всех слоёв общества. Информатизация способна кардинально изменить как труд, так и сам образ жизни человека, поэтому информатизация требует проведения соответствующей работы среди населения по подготовке к участию в информатизации, восприятию последствий информатизации, восприятию необходимости жить в информационном обществе.

Подготовка населения к информатизации предусматривает:

• формирование и развитие информационных потребностей и интересов населения, в том числе формирование спроса изучение рынка информационных услуг и реклама этих услуг,
• подготовка специалистов по информатике,
• подготовка специалистов по обслуживанию информационной техники, информационных систем и инфраструктуры.
• переподготовка специалистов, потребности в которых сокращаются в процессе информатизации,
• просвещение и обучение реальных и потенциальных пользователей информационной техники и информационных систем (ИС),
• формирование общественного мнения в пользу информатизации.

Конечной целью подготовки населения к информатизации должно стать зарождение и формирование информационной культуры, начальной ступенью которой является всеобщая компьютерная грамотность населения.

 

Заключение.

Информатизация, как процесс преобразования общества, информатика, как наука и рыночная экономика, как инструмент развития страны оказываются тесно взаимосвязаны, и это необходимо учесть при выработке научно-технической и экономической политики в регионе и стране.

ВТ. История развития.

Понятие ВМ.

Вычислительная машина (ВМ) – физическая система (устройство или комплекс устройств), предназначенная для автоматизации процесса алгоритмизации, обработки информации и вычислений.

Физические системы, применяемые для вычислений, могут быть механическими, пневматическими, гидравлическими, электрическими, электронными, оптическими или смежными.

Общая схема вычислительных машин:

 

физический процесс

вход выход

 

программа

 

 

Аргументы, заданные в математической зависимости, изображаемые с помощью физических величин, подаются на вход. В машине протекает такой физический процесс, при котором измерение переменных величин в тех или иных частях машины даёт результаты вычислений, передающиеся на выход.

Простейшими ВМ являются машины для выполнения отдельных операций и имеющие ручной ввод данных. Наиболее сложными и универсальными являются ВМ с автоматическим управлением.

 

память промежуточных результатов

 

 

 

 

 

 

Характерной особенностью машин с автоматическим управлением является полная автоматизация всего вычислительного процесса. Вычислительный процесс выполняется по специальной программе. Устройство для математических вычислений часто называют процессором. Помимо процессора в машине имеются ЗУ для хранения программ, исходных данных, промежуточных результатов вычислений УУ обеспечивает автоматическое выполнение вычислительного процесса

 

Классификация ВМ.

Все ВМ от простейших до самых сложных можно классифицировать по двум основным признакам – по методу решения задач и по форме представления обработанной информации. В зависимости от метода решения задач различают вычислительные машины с аналоговым и программно-управляемым методами решения. По форме представления информации вычислительные машины можно разделить на машины непрерывного действия, или аналоговые (АВМ) и машины дискретного действия, или цифровые (ЦВМ).

В основу аналогового метода решения задач положена теория математического моделирования. Эта теория опирается на подобие математических описаний реального объекта и его модели. При аналоговом методе определённые математические зависимости выбирают определённый набор функциональных блоков, взаимная связь между которыми не изменяется.

Программно-управляемый метод основан на использовании числовых методов математического анализа и заключается в том, что определённой математической зависимости соответствует определённая последовательность выполнения простейших арифметических операций. Эта последовательность называется алгоритмом вычислений, который осуществляется в результате изменения в процессе решения взаимной связи отдельных устройств и блоков.

Данные, с которыми оперируют аналоговые вычислительные машины, представлены в непрерывном виде. В подобных машинах представление информации реализуется заменой математических величин некоторыми физическими значениями.

Данные, с которыми оперируют ЦВМ, представлены в дискретном виде. В данных машинах непрерывное изменение аргументов представлено в виде последовательности цифровых значений. В ЦВМ обрабатываются данные, представленные в виде цифровых кодов.

Наиболее широкое распространение в практике обработки информации получили именно эти машины. Аналоговые же закончили свою эпоху в 60-х годах прошлого века.

ЦВМ можно разделить в зависимости от способа управления на машины с ручным управлением, машины с жёсткой программой и универсальные машины, вычисления в которых производятся по заранее созданной программе. Такие машины обеспечивают полностью решение задач от ввода исходных данных до получения результата. Универсальные ЦВМ называются универсальными, потому что они обладают алгоритмической универсальностью. С помощью универсальных цифровых машин производятся вычисления и обработка информации практически во всех сферах человеческой деятельности.

 

АВМ.

АВМ – это вычислительные машины, которые обрабатывают информацию, представленную в аналоговой, то есть в непрерывной форме.

АВМ – некоторая специально сконструированная материальная система или модель, предназначенная для воспроизведения, то есть моделирования определённых соотношений между непрерывно меняющимися физическими величинами (машинными элементами, которые являются аналогами соответствующих математических переменных решаемых задач).

В зависимости от физического процесса, положенного в основу модели, различают следующие АВМ: электрические, электронные, гидравлические, механические. В электрических АВМ используется электрическое напряжение в качестве переменной величины.

АВМ имеют свою историю. Первая АВМ (машина Буша) была построена в 20-х годах прошлого века. В 1904-м году русский математик Крылов сконструировал первую дифференциальную машину. Эти машины были широко распространены в 30-х – 40-х годах ХХ-го века. Их использовали вплоть до 60-х – 70-х годов того же века.

Также АВМ можно разделить на машины, построенные по принципу простой аналогии и по принципу сложной аналогии. В машинах постой аналогии связь между машинными переменными и переменными исходных решаемых уравнений задаётся при помощи постоянных коэффициентов.

АВМ простой аналогии предназначены для изучения материальных объектов по средствам объекта другой физической природы. Это возможно лишь тогда, когда оба объекта задаются аналогичными по форме уравнениями.

Общий порядок решения задач на АВМ:

1. На основании заданной системы уравнений составляется структурная схема модели. Эта структурная схема представляет собой блок-схему соединения основных устройств АВМ в соответствии со структурой решаемых уравнений.

		+

x(f) y(f)

b(f)

 

 

2. По заданным максимальным значениям переменных исходных уравнений рассчитывают масштабные коэффициенты, которые представляют собой отношение переменных исходного уравнения к соответствующим машинным переменным.

3. По коэффициентам исходных уравнений и по рассчитанным масштабным коэффициентам вычисляют значения параметров схемы, величины сопротивления, ёмкости, параметры линейных решающих элементов.

4. Решение задачи набирается на АВМ при помощи наборного поля.

АВМ – серьезный шаг в развитии ВТ.

ЦВМ.

 

ЦВМ – устройство переработки информации, представленной в виде цифровых кодов. Современные ЦВМ являются сложными устройствами, состоящих из сотен тысяч различных элементов. Их быстродействие достигает десятков миллиардов операций в секунду (flop’ов). Память способна хранить абсолютно любую информацию – текст, графику, звук.

Большие ЦВМ являются алгоритмически-универсальными средствами обработки информации. С её помощью решаются сложные математические и информационно-логические задачи, создаются различные СУ, моделируются сложные процессы и явления.

Первое механическое устройство, предназначенное для выполнения арифметических операций, было создано Блезом Паскалем в начале 17-го века, однако, бурное развитие ЦВМ началось в конце 40-х годов прошлого столетия, когда для их создания стали использовать электронные лампы.

Идея создания программно-управляемой ЦВМ принадлежит английскому математику Чарльзу Беббиджу. Он в 1833-м году спроектировал ЦВМ, которую назвал аналитической машиной. Проект не был реализован.

В 1944-м году под руководством Эйкена была создана Mark-1, первая электронно-механическая ЦВМ. Революционным поворотом явилось создание электронных ЦВМ с программным управлением.

Первая электронная ЦВМ – ЭНИАК построена в США в 1946 –м году (18000 электронных ламп, 100кВт*ч). Машина ЭНИАК работала в десятичной системе счисления. Складывала за 200 мкс, умножала за 2800 мкс.

В 1948-м году в Англии создана машина “Manchester baby”.

В 1950-м году в СССР создана первая советская ЦВМ – МЭСМ (2000 электронных ламп).

В 1952-м году в СССР – БЭСМ. Далее – БЭСМ-1, БЭСМ-2, БЭСМ-6.

В 50-х годах в схемах ЦВМ начали использовать транзисторы, которые к 60-м годам практически вытеснили электронные лампы.

В середине 60-х годов началось внедрение ИС.

В 1965-м году выпущена IBM-360. Прогресс электроники шёл по пути всё большей интеграции электронных схем. Была создана IBM-370 (1970) на больших интегральных схемах (БИС).

В процессе своего развития машины прошли 5 стадий модернизации. Следовательно, они делятся на поколения от 0-го до 4-го:

1. Электронные лампы.

2. Полупроводниковые элементы.

3. ИС.

4. БИС.

Развитие ЭБ открыло новые возможности по совершенствованию логических структур машин.

Во 2-й половине 60-х годов ХХ-го века начали выпускать многопроцессорные ЦВМ.

В конце 60-х годов появились супер-ЭВМ.

Вместе с усовершенствованием машин разрабатывается математическое обеспечение, создаются эффективные системы программирования, основанных на универсальных программно-ориентированных принципах.

Развиваются операционные системы (ОС). Развитие математического обеспечения в свою очередь оказывает сильное влияние на принципы построения машин. В структурах машин реализуются некоторые компоненты, что существенно повышает эффективность работы.

 

Классическая схема ЦВМ.

Типовая схема ЦВМ: ЗУ для программ и исходных данных, промежуточных и окончательных результатов; арифметическое устройство, служащее для преобразования информации; устройство ввода, обеспечивающее ввод и запись информации в память; устройство вывода, предназначенное для вывода результатов вычислений и обработки; УУ, синхронизирующее работу всех вышеупомянутых устройств.

ЦВМ содержат мультиплексные и селекторные каналы, которые связывают память машины, УУ, память и внешние устройства. Информация в ЦВМ представлена в двоичном кодированном виде, а числа в двоичной системе. При кодировании используются электрические элементы, надёжные, экономичные и быстродействующие, с двумя устойчивыми состояниями, например, есть сигнал или нет сигнала, включен или выключен. В двоичной системе технически просто реализовать выполнение одной из двух операций. Единицей информации служит машинное слово. Оно может быть командой, числом, группой символов. Под машинное слово отводят несколько десятков двоичных разрядов. В ЦВМ используют формы двоичных чисел с фиксированной или плавающей запятой. Метод записи с фиксированной запятой позволяет в простом арифметическом устройстве получить высокое быстродействие. Однако, для машин с такой формой записи усложнён процесс программирования всвязи с введением масштабных коэффициентов для исключения переполнения разрядной сетки.

Метод записи с плавающей запятой повышает время арифметических операций и усложняет арифметическое устройство, но программирование становится проще.

Каждая ЦВМ выполняет свой список операций. Операции условно разделяются на арифметические, логические, операции управления и ввода/вывода. В современных машинах обычно используют командно-адресный метод управления. Машинная команда содержит информацию о командах и операндах. Операнды – объекты, над которыми совершают операции. Операнды и команды чаще всего задаются своими адресами в памяти. В современных машинах широко используются одно-, двух- и трёхадресные команды. Для обеспечения высокой производительности расширения класса решаемых задач, память машины должна иметь большую ёмкость и малое время обращения к памяти. Однако, построить одно ЗУ, которое имело бы такие показатели невозможно. Поэтому в машинах создаётся иерархическая (многоуровневая) система памяти. Каждый уровень имеет свои показатели по скорости и ёмкости. С увеличением быстродействия увеличивается стоимость машины и уменьшается ёмкость ЗУ. Вычислительная мощность (производительность) ЦВМ, в основном, определяется её быстродействием и объёмом памяти. Существует несколько методов определения быстродействия. Например, за быстродействие принимают величину, обратную средневзвешенному времени выполнения одной операции. Для этого операциям присваивают веса в соответствии с их частотой появления в типичных задачах. Такое быстродействие имеет размерность [оп/сек] или [flop].