Курс лекций информатика

режиме реального времени, чтобы состояние всех банковских ресурсов корректно отражалось на каждом рабочем месте. Поскольку банки имеют отделения в разных городах, необходима надежная связь, осуществляемая по телекоммуникационным каналам. Особое внимание в банковских системах уделяется надежности и защите данных от несанкционированного доступа

Бухгалтерские программы предлагают компьютерный аналог традиционной бумажной технологии — обработку первичных документов

изаполнение журналов операций, с указанием кодов операций и других данных. Программы помогут составить общий баланс, отчеты для налоговых служб, распечатать платежные документы по установленным формам, произвести необходимые начисления, установленные нормативными документами, рассчитать зарплату, вести учет основных средств и т.д.

Подготовка презентаций. При анализе различных показателей работы предприятия (динамика суммарного денежного оборота, оборот по различным торговым точкам, клиентам, видам продукции, рынок и т.д.) очень удобно представлять данные наглядно: в виде графиков, круговых, столбчатых и объемных диаграмм. Эти иллюстрации можно включать в отчеты, показывать перед аудиторией и т.п. Компьютер позволяет быстро

иэффективно подготовить такого рода материал.

Автоматизация различных производств. Одно из применений компьютера - станки с числовым программным управлением (ЧПУ), которые по заданной программе производят обработку деталей, применяя различные инструменты (резцы, сверла и т.д.). Существует область промышленного применения компьютеров, связанная с непрерывным слежением за ходом технологического процесса. Результаты измерений различных параметров (давление, температура, концентрация компонентов) обрабатываются программно и влияют на ход управления исполняющими элементами (клапанами, нагревательными элементами, двигателями). Такие процессы реализуются, например, в химической,

42

пищевой, нефтяной, газовой и атомной промышленности. Измерение параметров необходимо вести в режиме реального времени с требованием быстрой реакции на события.

Создание и редактирование графических изображений. Это нужно для оформления печатных изданий, писем, рекламы, ретуширования и обработки фотографий и т.д. Самые простые графические редакторы позволяют создавать рисунки двумерных объектов, используя кисти разного цвета и толщины, закрашивать поверхности в различные цвета, применяя градиентные переходы, наносить текст на рисунок, имитировать такие художественные средства, как пульверизатор, перо переменной толщины и т.п. Более сложные редакторы имеют в арсенале множество специальных эффектов. Редакторы позволяют работать с изображениями различных форматов. Существуют огромные библиотеки стандартных изображений и заготовок, используя которые даже человек, далекий от живописи, может довольно быстро подготовить необходимый рисунок. Можно использовать для работы отсканированный рисунок или фотографию.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют с минимальными усилиями получать профессионально выполненные чертежи. Графические редакторы предлагают мощные средства оформления с возможностями трехмерного проектирования, автоматической простановкой размеров, составлением спецификации по сборочному чертежу и проведением разнообразных расчетов. Высокая точность вычерчивания и совмещения деталей позволяет избежать многих ошибок при деталировке сборочных чертежей. Системы компьютерной анимации в трехмерном пространстве позволяют моделировать работу устройства и взаимодействие его узлов.

Индивидуальные органайзеры позволяют никогда ничего не забывать; это некое подобие телефонной книжки, ежедневника и будильника, собранных вместе.

43

Обучающие программы - ориентированы на школьников и студентов вузов, которые могут использоваться как живой учебник. В них, как правило, есть обычный текст с рисунками; он может быть озвучен средствами мультимедиа. Компьютер позволяет эффективно демонстрировать различные объекты и явления, например броуновское движение или строение скелета человека, используя средства анимации. Это позволяет «увидеть» различные абстракции, масштабировать явления во времени и пространстве и т.д. Обучающие программы выпускаются по всем направлениям знаний: медицина, физика, математика, история, язык, право, дорожное движение, малярные работы и т.д. Большинство обучающих программ содержат вопросы, задачи и упражнения для самостоятельной работы. Есть специальные программы, помогающие преподавателю проводить экзамен.

Хранение информации. Любой организации приходится работать с большим объемом документов — входящих, исходящих, внутренних и т.д. В процессе работы эти документы обрастают подписями, резолюциями, печатями и прочими атрибутами. Хранятся они обычно в папках, и поиск нужной бумаги занимает иногда очень много времени. Для облегчения этого процесса разработаны специализированные аппаратно-программные комплексы, называемые DIP-системами (Document Image Processing Systems). Документы вводятся в базу данных в графическом виде, что позволяет сохранить рукописные пометки. Графический образ сопровождается текстовым материалом, полученным путем обработки изображения системой распознавания текста и дополненным необходимыми комментариями, содержащими дату и номер документа, ключевые слова и другие сведения. Поиск ведется по одному или нескольким ключам. Найденный документ можно распечатать на принтере, послать по факсу либо найти его оригинал, используя ссылку на каталог.

Электронная почта (e-mail) - средство пересылки и хранения сообщений между пользователями компьютерной сети. По принципу

44

действия напоминает обычную почту. С помощью e-mail можно посылать сообщения, получать их в свой электронный почтовый ящик, отвечать на письма корреспондентов, рассылать копии писем сразу нескольким адресатам, переправлять полученное письмо по другому адресу. Электронная почта не требует одновременного присутствия обоих абонентов на разных концах линии. Кроме того, она оставляет письменную копию послания, которое может быть сохранено или передано дальше. Письмо одновременно может быть послано нескольким абонентам. При пользовании e-mail из-за ее оперативности складывается впечатление телефонной связи, но следует осознавать, что это все же почта. Все сообщения документированы. E-mail не обладает приватностью обычной почты, не следует доверять электронному письму конфиденциальных сведений. Анонимность также исключена: источник сообщения прослеживается без труда.

Системы электронной коммерции (e-commerce, e-коммерция) —

приложения сетевой информационной технологии, в задачи которых входят поддержка бизнес-процессов и предложение товаров и услуг. Рождение e-commerce относят к 1993, когда в результате существенного снижения стоимости и повышения производительности аппаратных и программных средств началось массовое использование системы Интернет.

Компьютерные игры, число которых просто ошеломляет, помогают разрядиться и отдохнуть после трудового дня. Игры могут выполнять не только развлекательные, но и познавательно-образовательные функции. Для детей существуют хорошо иллюстрированные сказки, элементы картинок которых оживают, когда их касается курсор, что возможно только благодаря применению компьютера. С помощью компьютера можно отправится в экскурсию по Лувру, познакомиться с шедеврами русского деревянного зодчества, попутешествовать по Венеции, причем это может быть увлекательнее, чем сидение перед обычным телевизором.

45

2.8.Контрольные вопросы

1.Раскройте понятие «информация».

2.Перечислите известные Вам виды информации.

3.Объясните важнейшие свойства информации.

4.Что такое система счисления?

5.В чем отличие позиционной системы счисления от непозиционной?

6.Как можно представить запись произвольного числа в P–ичной системе счисления?

7.Назовите преимущества двоичной системы счисления перед другими системами.

8.Что означает понятие «двоичное кодирование»?

9.Что такое бит, байт?

10.Назовите известные Вам единицы измерения информации. 11.Что такое ИС? Перечислите функциональные подсистемы ИС. 12.Охарактеризуйте обеспечивающие подсистемы ИС. 13.Опишите основные информационные процедуры. 14.Назовите направления применения компьютеров.

46

Глава 3. Технические средства реализации информационных процессов

История возникновения информационных технологий уходит своими корнями в глубокую древность. Проблема упрощения и ускорения вычислений всегда имела первостепенное значение. Один из путей ее решения связан с усовершенствованием методов счета.

Еще в начале своего развития выделились два направления развития вычислений и вычислительной техники: цифровое и аналоговое. Вычислительные системы, производящие арифметические действия путем манипулирования непрерывными физическими переменными вычисляемых величин, получили название аналоговых. Системы, оперирующие дискретными величинами, называют цифровыми.

3.1.Аналоговые вычислительные машины и принципы их

построения

В аналоговых вычислительных машинах (АВМ) каждому мгновенному значению переменной величины, участвующей в исходных соотношениях, ставится в соответствие мгновенное значение другой величины. Оно, зачастую, отличается от исходной физической природой и масштабным коэффициентом. АВМ состоит из решающих элементов, каждый из которых выполняет строго определенную математическую операцию над машинными величинами. Чтобы решить на АВМ определенную задачу, необходимо операционные блоки соединить между собой в соответствии с формулами аналитических зависимостей. При решении другой задачи прежние соединения между блоками будут уже непригодны, поэтому необходимо установить новые соединения. Таким образом, структура АВМ определяется решаемой задачей. Применяют АВМ во многих областях народного хозяйства для различных математических расчетов; исследований динамических систем, описываемых дифференциальными уравнениями; для моделирования сложных систем автоматического регулирования и управления и т. д.

47

Представление исходных величин в виде физических аналогов, структура построения операционных блоков и способы их соединений обеспечивают большую скорость работы, простоту программирования и набора задачи, однако ограничивают динамический диапазон и точность получаемого результата. АВМ менее универсальны по сравнению с цифровыми вычислительными машинами, так как при переходе от одного класса решаемых задач к другому требуется не только изменить соединения между операционными блоками, но и ввести новые блоки. Количество операционных блоков в АВМ и их типы характеризуют вычислительные возможности машины: чем больше блоков в машине и чем разнообразнее их математические возможности, тем более сложные задачи можно на ней решать.

По физической природе АВМ разделяют на пневматические, гидравлические, электромеханические и электронные. В настоящее время распространены электронные АВМ, которые по сравнению с другими имеют простое и удобное сопряжение отдельных блоков и устройств, обладают большей точностью, компактны, надежны и удобны в управлении, наладке и регистрации выходных величин.

По назначению выделяют АВМ общего назначения, предназначенные для решения систем линейных и нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений и дифференциальных уравнений в частных производных, и АВМ специализированного назначения — для решения задач в определенных областях промышленности, на транспорте и т. д.

Для моделирования сложных задач с повышенной точностью используют аналого-цифровые вычислительные системы, в которых сочетаются преимущества аналоговых и цифровых вычислительных машин. Ограничение точности в большинстве случаев не составляет существенного препятствия для использования этих машин и устройств в автоматике, так как системы автоматического регулирования и

48

управления, как правило, представляют собой достаточно грубые динамические системы, параметры которых известны с погрешностью.

Аналоговое направление, получило наибольшее развитие в конце XIX — середине XX века. В этот период были созданы: планиметр для вычисления площади плоских фигур (1814 г., изобретатель Герман), курвиметр (определение длины кривых), дифференциатор, интегратор, интеграф (графические результаты интегрирования), интегример (интегрирование графиков) и др. устройства.

Основоположником аналогового направления является автор идеи логарифмического исчисления Джон Непер, подготовивший в 1614 г. научный фолиант «Описание удивительной таблицы логарифмов». Он не только теоретически обосновал функции, но и разработал практическую таблицу двоичных логарифмов. На основе теории и таблиц логарифмов были созданы первые логарифмические линейки.

В 1620 г. англичанин Эдмунд Понтер применил для расчетов на популярном в те времена пропорциональном циркуле специальную пластинку, на которую были нанесены параллельно друг другу логарифмы чисел и тригонометрических величин (так называемые «шкалы Гюнтера»). В 1623 г. Уильям Отред изобрел прямоугольную логарифмическую линейку, а Ричард Деламейн в 1630 г. - круговую. В 1775 г. библиотекарь Джон Робертсон добавил к линейке «бегунок», облегчающий считывание чисел с разных шкал. И, наконец, в 1851 -1854 гг. француз Амедей Маннхейм резко изменил конструкцию линейки, придав ей почти современный вид. Господство логарифмической линейки продолжалось до тех пор, пока не появились электрические арифмометры, которые позволяли проводить несложные арифметические вычисления с гораздо большей точностью. Логарифмическая линейка постепенно утратила свои позиции, но оказалась незаменимой для сложных тригонометрических вычислений и потому сохранилась и продолжает использоваться и в наши дни.

49

3.2.История и принципы создания цифровых

вычислительных машин

3.2.1. История создания цифровых вычислительных машин

Историческая необходимость появления и развития средств вычислительной техники связана с деятельностью человеческого общества. Поиск средств обработки данных в истории человечества велся постоянно, так Леонардо да Винчи еще в начале XVI в. создал эскиз 13разрядного суммирующего устройства с десяти зубными кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в

XXв., все же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

Сначалом промышленной революции возросли потребности общества в производстве расчетов и в XVII в. начали появляться механические вычислительные машины, главная особенность которых состояла в том, что алгоритмы выполнения арифметических операций закладывались в само устройство.

В 1623 году немецкий ученый Вильгельм Шиккарди построил первую работающую модель 6-ти разрядного механического вычислительного устройства, которое могло складывать и вычитать числа.

В 1642 г. французский философ и механик Блез Паскаль построил первую механическую 8-разрядную цифровую машину, способную суммировать числа с соответствующим увеличением разрядов. Назначение этой машины было облегчить работу отца Б. Паскаля — инспектора по сбору налогов. Проводить вычисления с многозначными числами на такой машине было достаточно сложно. Изобретенный Паскалем принцип связанных колес стал основой для вычислительных устройств следующих трех столетий.

В1673 г. известный немецкий философ и математик Готфрид Вильгельм фон Лейбниц изобрел механический калькулятор — более совершенную счетную машину, способную выполнять основные арифметические действия. При помощи двоичной системы счисления машина могла складывать, вычитать, умножать, делить и извлекать

50

квадратные корни. Лейбниц предположил, что двоичная система может стать универсальным логическим языком.

В 1820 г. состоялся первый промышленный выпуск цифровых счетных машин - арифмометров. В 1874 г. инженер из Петербурга В. Однер значительно усовершенствовал конструкцию арифмометра, применив для ввода чисел колеса с выдвижными зубьями (колеса «Однера»). Арифмометр позволял проводить вычислительные операции со скоростью до 250 действий с четырехзначными цифрами за один час.

Вполне возможно, что развитие цифровой техники вычислений так и осталось бы на уровне малых машин, если бы не открытие француза Жозефа Мари Жаккара, который в 1804 году применил для управления ткацким станком для выработки крупноузорчатых тканей карту с пробитыми отверстиями (перфокарту). Машина Жаккара программировалась при помощи целой колоды перфокарт, каждая из которых управляла одним ходом челнока так, что при переходе к новому рисунку, оператор заменял одну колоду перфокарт другой. Ученые попытались использовать это открытие для создания принципиально новой счетной машины, выполняющей операции без вмешательства человека.

В1830 году Бэббидж разработал проект аналитической машины для выполнения разнообразных научных и технических расчетов. В этом проекте предугаданы все основные устройства современной ЭВМ, в том числе и прототип периферийных устройств ввода и печати. В качестве носителей информации при вводе и выводе Бэббидж предлагал использовать перфокарты. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путем. Уровень технологии в те годы был еще недостаточно высок для создания столь сложных машин. Поэтому разработка машины так и не была закончена.

Всередине 19 века английский математик Джордж Буль в своей работе «Законы мышления» (1854 г.) сформулировал основы математической логики. Эта формальная логика высказывания известна теперь как алгебра Буля и составляет основу электронной обработки

51