- •ВВЕДЕНИЕ
- •1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИНФОРМАТИКЕ
- •1.1. Информатика как наука
- •1.2 Определения информации
- •1.3. Виды информации
- •1.4. Структура информации
- •1.5. Требования, предъявляемые к социальной информации
- •Контрольные вопросы и задания:
- •2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
- •2.1. Ручной период вычислений или период абака
- •2.2. Механический период
- •2.3. Электромеханический период
- •2.4. Электронный период
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. ПОКОЛЕНИЯ ЭВМ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •4. СФЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭВМ
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ. СТРУКТУРА ЭВМ, НАЗНАЧЕНИЕ ОСНОВНЫХ БЛОКОВ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •6. ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •7. ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •8. ПАМЯТЬ, ЕЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
- •8.1. Определения. Единицы емкости памяти
- •8.2. Принципы устройства памяти
- •Рис. 8.1. Взаимодействие процессора с памятью
- •8.3. Виды памяти.
- •Рис. 8.2 Структурная схема памяти персонального компьютера
- •8.4. Внешние запоминающие устройства
- •Контрольные вопросы и задания:
- •9. ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ. ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММ
- •9.1. Понятие программы
- •9.2. Машинный язык и языки программирования высокого уровня
- •9.3. Компиляторы и интерпретаторы языков программирования
- •9.4. Лингвистическое обеспечение современных ЭВМ.
- •9.5. Этапы разработки программ для ЭВМ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •10. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ
- •10.1. Роль программного обеспечения
- •10.2. Понятие об операционной системе
- •10.3. Основные задачи, решаемые ОС ПЭВМ
- •10.4. Современные операционные системы
- •10.5. Понятие интерфейса ОС
- •10.6. Классификация операционных систем. Современные операционные системы
- •10.7. Оболочки операционных систем
- •10.8. Прикладное программное обеспечение
- •10.8.1.Текстовые редакторы
- •10.8.2. Табличные процессоры
- •10.8.3. Базы данных и СУБД
- •Контрольные вопросы и задания:
- •11. АЛГОРИТМЫ
- •11.1. Понятие алгоритма
- •11.2. Свойства и состав алгоритмов
- •11.3. Способы записи алгоритмов. Блок-схемы
- •11.4. Базовые структуры алгоритмов: следование, ветвление, цикл
- •Контрольные вопросы и задания:
- •12. ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ
- •12.1. Классификация информационных систем
- •12.1.1. Классификация по масштабу
- •12.1.2. .Классификация по целям.
- •12.1.3. Классификация по способу организации
- •12.2. Архитектуры информационных систем
- •Контрольные вопросы и задания:
- •13. ПОНЯТИЕ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА. КАЧЕСТВО И ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА
- •13.1. Программный продукт. Особенности разработки программного обеспечения
- •13.2. Качество программных продуктов
- •13.3. Показатели эффективности разработки программного обеспечения
- •13.4.1.Основные этапы жизненного цикла ПО
- •13.4.2. Структура жизненного цикла ПО
- •13.4.3. Модели жизненного цикла ПО
- •Рис. 13.1. Каскадная схема разработки ПО
- •Рис. 13.2. Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме
- •Рис 13.3. Спиральная модель ЖЦ
- •Контрольные вопросы и задания:
- •14. МЕТОДОЛОГИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
- •Рис14.1. Представление технологической операции проектирования
- •14.1. Методологии и инструменты проектирования
- •14.2. Методы и средства структурного анализа и проектирования
- •14.3. Диаграммы потоков данных
- •14.3.1. Основные символы
- •14.3.2. Контекстная диаграмма и детализация процессов
- •14.3.3.Спецификация процесса (описание операций)
- •14.3.4. Диаграммы сущность связь
- •14.4. Методология RAD
- •Контрольные вопросы и задания:
- •15. ТЕСТИРОВАНИЕ И ОТЛАДКА ПРОГРАММ
- •15.1.Понятие тестирования и отладки программ
- •15.2. Классификация ошибок, способы их выявления и устранения
- •Контрольные вопросы и задания:
- •16. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
- •16.1. Формы передачи информации на большие расстояния
- •16.2. Передача информации между компьютерами
- •16.3. Компьютерные сети
- •16.4. Классификация сетей
- •16.5. Локальные сети. Общие понятия
- •16.6. Глобальная сеть Internet. Общие понятия
- •Рис 16.2. Иерархическая структура Internet
- •Контрольные вопросы и задания:
- •17. ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
- •17.1. Способы несанкционированного доступа к компьютерной информации
- •17.2. Компьютерные вирусы и защита от них
- •17.2.1. Способы проявления компьютерных вирусов
- •17.2.2. Защита от поражения компьютерными вирусами
- •17.3. Нормативно правовая база защиты информации
- •Контрольные вопросы и задания:
- •18. СОВРЕМЕННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА (АНАЛОГОВАЯ И ДИСКРЕТНАЯ)
- •18.1. Аналоговая вычислительная техника
- •18.2. Основные характеристики АВМ
- •18.3. Гибридная вычислительная техника
- •18.4. Сравнительные характеристики аналоговой и дискретной техники
- •Контрольные вопросы и задания:
- •БИБЛИОГРАФИЯ
- •ОГЛАВЛЕНИЕ
16
3)блок управления последовательностью вычислений, ему Бэббидж не дал названия, (теперь это устройство управления);
4)блок ввода исходных данных и печати результатов (устройство ввода-
вывода).
Здесь сразу следует отметить, что, несмотря на то, что элементная база современных компьютеров такая, какой не могли во время Бэббиджа придумать фантасты, принципы построения аналитической машины и современных ЭВМ, те же.
Для ввода информации и управления процессом вычислений Бэббидж предлагал перфокарты, существовавшие до конца 80-х годов XX века.
Для вывода информации Бэббидж предлагал устройство, выводящее окончательный и промежуточный результат на бумагу. Для вывода графиков расчетов он предлагал использовать графопостроитель.
Долговременное хранение информации предлагалось на специальных металлических пластинках или дисках.
Вклад Бэббиджа в развитие вычислительной техники трудно переоценить. Основатель кибернетики, разработчик теории информации Норберт Винер оценил вклад Бэббиджа так: «Бэббидж имел удивительно современные представления о вычислительных машинах, однако, имевшиеся в его распоряжении технические средства намного отставали от его представлений».
Рассказывая о Бэббидже, нельзя обойти стороной имя его ученицы и соратницы Ады Лавлейс. Она сделала полное и доступное описание машины Бэббиджа, написала первую программу для счетной машины, проектировала некоторые узлы машины, исследовала возможность применения двоичной системы счисления, принятой в современныx ЭВМ, высказала ряд идей, которые нашли применение в наше время.
Аду Лавлейс можно считать первым программистом, и один из современных языков программирования носит в ее честь имя Ада.
2.3. Электромеханический период
Этот этап является наименее продолжительным: с 1887 по 1945 год.
Став привычными и необходимыми, арифмометры перестали устраивать из-за скорости вычислений. Она зависела от скорости вращения ручки. Первым, что было внедрено для увеличения скорости счета арифмометров, была замена ручки прибора электроприводом. Скорость вычислений при этом увеличилась, а вот скорость ввода чисел не шла ни в какое сравнение с вычислениями. Чтобы устранить эту диспропорцию, в машины ввели клавишную установку. Устранение этих недостатков повлекло за собой и другие усовершенствования: развитие техники пошло по пути автоматизации.
В начале были созданы машины, выполняющие автоматически только деление, их называют полуавтоматами. Затем появились машины, которые автоматически выполняли умножение, их стали называть автоматическими. Широкое распространение получили полуавтоматические и автоматические
17
электрические вычислительные машины «Рейнметалл”, “Гаман-Селекта”, ВК-2, ВММ-2 и др.
С создания первого табулятора Германом Голлеритом (США) в 1887 году начинается электромеханический этап развития вычислительной техники.
В1890 году машина Голлерита была применена для переписи населения.
Вкачестве информационного носителя Голлерит использовал перфокарты. Испытания машина Голлерита прошла успешно и использовалась для переписи населения в России (1897 г.), Австро-Венгрии (1890), в Канаде (1891). В 1890 году Голлерит организовал фирму Tabulating Mashine Company, в 1911 году Голлерит отошел от дел, продал свою фирму, которая объединившись с другими фирмами получила название International Business Mashines Corporation или IBM.
Г. Голлерит стал основоположником нового направления в развитии ВТ - счетно-перфорационного (счетно-аналитического), состоящего в применении табуляторов для выполнения широкого круга экономических, статистических и научно-технических расчетов.
На основе работ Голлерита и в других странах начали производиться модели счетно-аналитических комплексов таких как: «Пауэрс» фирмы “Ремингтон”, “Бюль” фирмы “Бюль” и, конечно, «Голлерит» фирмы IBM.
ВСоветском Союзе в 30-е годы создается завод счетно-аналитических машин (САМ), реконструируется завод по выпуску арифмометров “Феликс”.
Вэто время начинают применяться табуляторы с алфавитно-цифровым выводом и создаваться счетно-аналитические комплексы - прообразы локальных информационных сетей. В универмаге города Питсбурга (США) такая система содержала 250 терминалов, соединенных телефонными каналами с 20 табуляторами “Пауэрс” и с 15 пишущими машинками.
В40-е годы XX века создаются релейные и релейно-механические системы с программным управлением, характеризующимся алгоритмической универсальностью и способные выполнять сложные научно-технические вычисления в автоматическом режиме со скоростями на порядок превышающими скорость работы арифмометров с электроприводом.
Наибольший вклад в развитие машин этого типа внесли К. Цузе в Германии и Атанасов Д., Айкен Г. и Стиблиц Д. в США.
Машины К. Цузе серии Z - Z-1, Z-2, несмотря на воплощение в них многих новых идей (хранение информации в запоминающем устройстве (ЗУ), использования двоичной системы счисления, управления программой) - уступали по надежности и использовали не все идеи машины Бэббиджа.
В1941 году К. Цузе создал модель Z-3 - первую программноуправляемую универсальную вычислительную машину. Z-3 выполняла
несколько одноадресных команд: сложение, вычитание, извлечение квадратного корня, умножение на 1/2, 2, 10, 1/10 и 1; программа хранилась на 8- канальной перфоленте. Машина работала в двоичной системе счисления с плавающей точкой, время выполнения операций сложения и умножения составляло соответственно 0,3 и 4-5 с.
18
После войны Цузе изготовил модели Z-3 и Z-4, а в 1945 году создал язык Plankalkul (“исчисление планов”), это был машинно-ориентированный язык, однако, в некоторых моментах, касающихся структуры объектов, по своим возможностям превосходящий Алгол, ориентированный на работу с цифрами.
Машины К. Цузе эксплуатировались до 1955 года.
В1937 году в США Дж. Атанасов начал работы по созданию ВТ для решения задач математической физики. В 1942 году им совместно с К. Берри была построена машина АВС (Atanasoff-Berry Computer), состоящая из АЛУ на 300 вакуумных лампах и выполняющая только сложение и вычитание, еще 300 ламп использовались для реализации различных цепей управления и восстановления памяти. Модель АВС-вычислителя реализовала ряд идей, оказавших большое влияние на инженерные решения последующих средств ВТ. Она и ее прототип были первыми специальными машинами, демонстрирующими электронную технологию в цифровой ВТ и использующими восстановление данных в памяти.
Следует отметить, что АВС создавалась независимо от работ Цузе так как из-за войны его разработки были неизвестны в США.
АВС, в свою очередь оказали влияние на Д. Маучли (США) и ряд этих идей существенно ускорил создание ЭВМ ENIAC в 1945 году.
Среди моделей электромеханического этапа следует отметить машины серии MARK, управление которыми осуществлялось программами на бумажной перфоленте, содержали устройства для вычисления функций sinx, 10x
иlgx, MARK-2 (1947г.) была уже полностью релейной, а MARK-3 и MARK-4 использовали элементы электронных технологий.
Вфирме “Bell Laboratories” под руководством Дж. Стибица велись работы над релейными машинами серии “Bell”. “Bell-1” (1940 г.) работала с комплексными числами, “Bell-2” (1943 г.) могла решать задачи вычислительной математики, в ней была встроена схема обнаружения ошибок, а “Bell-6” уже включали десятичную арифметику с плавающей точкой и мультипроцессорную архитектуру.
Однако, несмотря на все новшества MARK и “Bell” были уже устаревшими по сравнению с ENIAC . Несмотря на широкое распространение счетно-аналитических машин и непрерывное их усовершенствование, в них не была устранена основная диспропорция характеристик. Электрическая передача сигналов производилась с огромной скоростью, но счетчики оставались механическими, поэтому все операции развертывались медленно. С механическим принципом работы счетчиков были связаны и большие размеры таких машин.
Последним крупным проектом релейной ВТ следует считать, построенную в СССР в 1957 году релейную вычислительную машину РВМ-
1, которая эксплуатировалась до 1964 года, в основном для решения экономических задач. Элементная база РВМ-1 на момент ее создания была уже устаревшей, ее проект был настолько удачным, что она была вполне конкурентоспособна по надежности и быстродействию по сравнению с ВТ того времени.