Введение. Считается, что понятие «информатика» было введено на немецком языке в 1957 году (в настоящее время принято считать

Считается, что понятие «информатика» было введено на немецком языке в 1957 году (в настоящее время принято считать, что оно введено, по одним сведениям[1], – в 1960 году, по другим по сведениями[2] – в 1962 году) теоретиком программирования, «отцом» теории нейронных сетей Карлом Штайнбухом. При этом термин «информатика» К. Штайнбух образовал от таковых automatische Informations verarbeitung, где automatsche – автоматическая и Iformations verarbeitung – обработка информации. То есть, по К. Штайнбуху, дословно термин «информатика» – это автоматическая обработка информации, или же автоматизация информации.

Аналогичная трактовка термина «информатика» была предложена в 1962 году во Франции Ф. Дрейфусом. Французский термин informatique – информатика – образован путем слияния слов information – информация – и automatique – автоматика – и означает дословно «информационная автоматика или автоматизированная обработка информации».

Другая трактовка этимологии термина «информатика» исходит из того, что термин состоит из корня inform – информация – и суффикса matics – наука о …, т.е. информатика – это наука об информации.

Кроме Германии и Франции термин используется в ряде других стран Восточной Европы и в России. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин – computer science – наука о средствах вычислительной техники.

В качестве источников информатики обычно называют две науки – документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота. Основы близкой к информатике науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера (1894 – 1964 гг.), опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова kyberneticos – искусный в управлении.

Выделение информатики в самостоятельный вид деятельности связано в первую очередь с развитием вычислительной техники. Хотя вычислительные машины существовали и до 70-80-х годов XX века, их относительно массовое распространение пришлось именно на эти годы. Именно в это время заговорили и об информатике как о научной дисциплине.

Изначально компьютер был инструментом для автоматизации трудоемких вычислений. Однако постепенно эволюционировал в инструмент для работы фактически с любой информацией, а не только числовой. Получая исходную информацию в виде чисел, таблиц, изображений, текстов программное обеспечение вычислительных машин способно преобразовывать ее в другую информацию, а также сохранять и передавать в той или иной форме.

В свое время Е.П. Ершов определил информатику следующим образом: Информатика – это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

Информатика – молодая, быстро развивающаяся наука, поэтому строгого и точного определения ее предмета на сегодняшний день не сформулировано. Наиболее устоявшимися посылками в определении предмета информатики в настоящее время являются указания на изучение информационных процессов с применением компьютерных технологий. При таком подходе наиболее точным является следующее определение:

Информатика – это наука, изучающая

· методы реализации информационных процессов средствами вычислительной техники (далее – СВТ);

· состав, структуру и общие принципы функционирования СВТ;

· принципы управления СВТ.

Из определения следует, что информатика – прикладная наука, использующая научные достижения разных наук. Кроме того, информатика – практическая наука, которая не только занимается описательным изучением вопросов, но и во многих случаях предлагает способы их решения.

Так, методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информации, теорией кодирования, документоведением, математической логикой и т.д. В этом разделе изучаются:

· вопросы представления различных типов данных (числа, текст, графика, звук, видео и др.) в виде, удобном для обработки СВТ;

· форматы представления данных;

· теоретические проблемы сжатия данных;

· структуры данных, т.е. способы хранения с целью удобного доступа к данным.

При изучении состава, структуры и общих принципов функционирования СВТ используются научные положения электроники, автоматики, кибернетики. В этом разделе изучаются:

· основы построения элементов цифровых устройств;

· основные принципы функционирования ЦВУ;

· архитектура ЭВМ;

· аппаратные средства вычислительных систем;

· аппаратные средства компьютерных сетей.

В разработке принципов управления СВТ используются научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, теории игр и др. В этом разделе изучаются:

· программное обеспечение СВТ;

· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

· пользовательский интерфейс.

Обобщая вышесказанное, можно предложить следующую структурную схему информатики (рис. 1).

Рис. 1 Структура информатики как науки

Дисциплина «Информатика» входит в вариативную часть информационно-правового цикла дисциплин ФГОС ВПО по направлению 030900.62 «Юриспруденция».

Дисциплина изучается в первом семестре первого курса. Освоение дисциплины базируется на знаниях основ информатики, полученных в школьном курсе обучения. Знания, умения и навыки, полученные в ходе изучения дисциплины, должны использоваться студентами при освоении программ дисциплин «Информационные технологии в юридической деятельности» и «Интернет-технологии» («Информационно-вычислительные сети»), а также:

· на всех этапах обучения в вузе при освоении различных дисциплин учебного плана, подготовке рефератов, контрольных, курсовых и выпускных квалификационных работ;

· в процессе последующей профессиональной деятельности при решении прикладных задач, требующих получения, передачи и обработки информации.

Раздел 1. Основные понятия теории информатики

Термин «информация» используется во многих науках и сферах человеческой деятельности. Происходит он от латинского informatio – сведения, разъяснения, изложение.

Несмотря на привычность данного термина, строгого и общепринятого определения не существует. Проблема определения термина информация осложняется тем, что он является общенаучным. В литературе можно найти достаточно много определений термина информация, отражающих различные подходы к толкованию этого термина.

В ФЗ № 149-ФЗ дается следующее определение: информация – сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления[3].

Толковый словарь русского языка Ожегова приводит два определения слова информация:

· сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством;

· сообщения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-нибудь.

В технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов.

В информатике наиболее часто используется определение, где под информацией понимаются осознанные сведения об окружающем мире, которые являются объектом хранения, преобразования, передачи и использования.

Как известно, в материальном мире все физические объекты, окружающие нас, являются либо телами, либо полями. Физические объекты, взаимодействуя друг с другом, порождают сигналы различных типов[4]. Характеристика, которая используется для представления данных, называется параметром сигнала. Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число, то сигнал называется дискретным (например, текст, напечатанный на бумаге). Если параметр сигнала – непрерывная во времени функция, то сигнал называется аналоговым (например, скорость автомобиля или человеческая речь).

В свою очередь, сигналы могут порождать в физических телах изменение свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе[5], называются данными. Существует большое количество физических методов регистрации сигналов на материальных носителях. Это могут быть механические воздействия, перемещения, изменения формы или магнитных, электрических, оптических параметров, химического состава, кристаллической структуры. В соответствии с методами регистрации, данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях. Наиболее часто используемый и привычный носитель – бумага; сигналы регистрируются путем изменения ее оптических свойств. Сигналы могут быть зарегистрированы и путем изменения магнитных свойств полимерной ленты с нанесенным ферромагнитным покрытием, как это делается в магнитофонных записях, и путем изменения химических свойств в фотографии.

Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, так как одни и те же данные могут восприниматься (отображаться или еще говорят интерпретироваться) в сознании разных людей совершенно по-разному. Например, текст, написанный на русском языке (т.е. данные), даст различную информацию человеку, знающему алфавит и язык, и человеку, не знающему их.

Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним применить методы, которые преобразуют данные в понятия, воспринимаемые человеческим сознанием. Методы, в свою очередь, тоже различны. Например, человек, знающий русский язык, применяет адекватный метод, читая русский текст. Соответственно, человек, не знающий русского языка и алфавита, применяет неадекватный метод, пытаясь понять русский текст. Таком образом, можно считать, что информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных методов.

Из вышесказанного следует, что информация не является статическим объектом, она появляется и существует в момент слияния методов и данных, все прочее время она находится в форме данных.

Момент слияния данных и методов называется информационным процессом.

Другой подход к определению информации отталкивается от представления процесса ее передачи. В этом случае можно выделить три элемента:

· источник информации;

· среда передачи;

· приемник (потребитель) информации.

При взаимодействии источника и потребителя, собственно говоря, и возникает информация – некоторое сообщение, которое тем или иным способом уменьшает незнание потребителя о некотором объекте, факте или явлении. Основываясь на данном подходе, Клод Шеннон[6] определил информацию как снятую неопределенность.

Все разнообразие окружающей информации можно сгруппировать по различным признакам.

По способу передачи и восприятия различают информацию:

· визуальную – передается видимыми образами и символами;

· аудиальную – передается звуками;

· тактильную – передается ощущениями;

· органно-лептическую – передается запахами и вкусом;

· машинную – выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники.

По направлению информационных потоков можно выделить информацию:

· входящую;

· внутреннюю;

· исходящую.

Информацию, создаваемую и используемую человеком, по общественному назначению делят на:

· массовую (общественно-политическая и научно-популярная);

· специальную (научная, техническая, экономическая и т.д.);

· личную.

По форме представления, способам кодирования и хранения информацию делят на:

· числовую;

· текстовую;

· графическую или изобразительную;

· звуковую;

· видеоинформацию.

В зависимости от того, с каких позиций оценивается информация, различают такие ее аспекты, как синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств. На синтаксическом уровне рассматриваются формы представления информации для ее передачи и хранения. Обычно информация, предназначенная для передачи, называется сообщением. Сообщение может быть представлено в виде знаков и символов, преобразовано в электрическую форму, закодировано, т.е. представлено в виде определенной последовательности электрических сигналов, однозначно отображающих передаваемое сообщение, и промодулировано для того, чтобы имелась возможность его передачи по выбранному каналу связи. При хранении синтаксический аспект определяется другими формами представления информации, которые позволяют наилучшим образом осуществить поиск, запись, обновление, изменение информации в информационной базе. Информацию, рассмотренную только относительно синтаксического аспекта, часто называют данными.

Семантический аспект отражает смысловое содержание информации и соотносит ее с ранее имевшейся информацией. Смысловые связи между словами или другими элементами языка отражает тезаурус, который состоит из двух частей: списка слов и устойчивых словосочетаний, сгруппированных по смыслу, и некоторого ключа, позволяющего расположить слова в определенном порядке. При получении информации тезаурус может изменяться, и степень этого изменения характеризует воспринятое количество информации.

Прагматический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации. Этот аспект отражает потребительские свойства информации. Если информация оказалась ценной, поведение ее потребителя меняется в нужном направлении. Проявляется прагматический аспект информации только при наличии единства информации, потребителя и поставленной цели.

Понятие «информация», как уже было сказано ранее, используется многими научными дисциплинами, имеет большое количество разнообразных свойств, но каждая дисциплина обращает внимание на те свойства информации, которые ей наиболее важны. В рамках нашего рассмотрения наиболее важными являются такие свойства, как дуализм, полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность. Рассмотрим их подробнее.

Дуализм информации характеризует ее двойственность. С одной стороны, информация объективна в силу объективности данных, с другой – субъективна, в силу субъективности применяемых методов. Иными словами, методы могут вносить в большей или меньшей степени субъективный фактор и таким образом влиять на информацию в целом. Например, два человека читают одну и ту же книгу и получают подчас весьма разную информацию, хотя прочитанный текст, т.е. данные, были одинаковы. Более объективная информация применяет методы с меньшим субъективным элементом.

Полнота информации характеризует степень достаточности данных для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся. Неполный набор данных оставляет большую долю неопределенности, т.е. большое число вариантов выбора, а это потребует применения дополнительных методов, например, экспертных оценок, бросание жребия и т.п. Избыточный набор данных затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов, например, фильтрацию, сортировку. И неполный и избыточный наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного решения.

Пример:

Свидетель сообщил, что видел гражданина Н вблизи места преступления – информация неполная (недостаточно для ареста). Экспертиза обнаружила отпечатки пальцев гр-на Н на орудии преступления. Под давлением улик гр-н Н сознался – информация полная.

Достоверность информации – это свойство, характеризующее степень соответствия информации реальному объекту с необходимой точностью. При работе с неполным набором данных достоверность информации может характеризоваться вероятностью, например, можно сказать, что при бросании монеты с вероятностью 50 % выпадет герб.

Недостоверность информации может быть связана с тем, что данные изначально были подготовлены как ложные (например, оставление на месте преступления объектов с отпечатками пальцев посторонних лиц), в результате модификации данных (удаление отпечатков пальцев с объекта) или в результате того, что данные трудно выделить на фоне регистрации посторонних сигналов (объект с отпечатками пальцев преступника несет многочисленные отпечатки пальцев посторонних лиц).

Пример:

В записной книжке обнаружен номер телефона, в котором неразборчиво написана несколько цифра (1 или 4). Интерпретация неразборчивой цифры как 1 представляется недостоверной.

Адекватность информации выражает степень соответствия создаваемого с помощью информации образа реальному объекту, процессу, явлению. Полная адекватность достигается редко, так как обычно приходится работать с не самым полным набором данных, т.е. присутствует неопределенность, затрудняющая принятие адекватного решения. Получение адекватной информации также затрудняется при недоступности адекватных методов.

Пример:

Закон различает права свидетелей и подозреваемых. В то время как сообщение заведомо ложных данных подозреваемым считается адекватным поведением, те же действия со стороны свидетелей адекватными не являются и рассматриваются как правонарушение.

Доступность информации – это возможность получения информации при необходимости. Доступность складывается из двух составляющих: из доступности данных и доступности методов. Отсутствие хотя бы одного дает неадекватную информацию.

Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Информация существует во времени, так как существуют во времени все информационные процессы. Информация, актуальная сегодня, может стать совершенно ненужной по истечении некоторого времени.

Пример:

Программа телепередач на нынешнюю неделю будет неактуальна для многих телезрителей на следующей неделе.

Вся информация, которая хранится, обрабатывается и передается по сетям с помощью средств вычислительной техники, представлена в компьютере в виде двоичных чисел. Существуют международные стандарты и методы кодирования числовой, текстовой, графической, звуковой и видеоинформации.

Можно сказать, что любое число имеет значение (содержание) и форму представления. Значение числа задает его отношение к значениям других чисел (больше, меньше или равно) и, следовательно, порядок расположения чисел на числовой оси. Форма представления определяет порядок записи числа с помощью предназначенных для этого знаков. При этом значение числа является инвариантом, т.е. не зависит от способа его представления. Это означает также, что число с одним и тем же значением может быть записано по-разному, т.е. отсутствует взаимно однозначное соответствие между представлением числа и его значением. В связи с этим возникают вопросы:

· о формах представления чисел;

· о возможностях и способах перехода от одной формы к другой.

Способ представления числа определяется системой счисления.

Система счисления – это правило записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков – цифр.

Существуют различные системы счисления. От их особенностей зависят наглядность представления числа при помощи цифр и сложность выполнения арифметических операций. Различают позиционные и непозиционные системы счисления.

В непозиционных системах счисления, которые появились значительно раньше позиционных, смысл каждого символа не зависит от того места, на котором он стоит. Примером такой системы счисления является римская, в которой для записи чисел используются буквы латинского алфавита. При этом буква I всегда означает единицу, буква – V пять, X – десять, L – пятьдесят, C – сто, D – пятьсот, M – тысячу и т.д. Например, число 264 записывается в виде CCLXIV. Недостатком непозиционных систем является отсутствие формальных правил записи чисел и, соответственно, арифметических действий с многозначными числами.

В вычислительной технике применяются позиционные системы счисления.

Позиционными называются системы счисления, в которых значение каждой цифры в изображении числа определяется ее положением (позицией) в ряду других цифр.

Позиционных систем счисления существует множество, и отличаются они друг от друга алфавитом – множеством используемых цифр. Размер алфавита (число цифр в нем) называется основанием системы счисления. Последовательная запись символов алфавита (цифр) изображает число. Позиция символа в изображении числа называется разрядом. Разряду с номером 0 соответствует младший разряд целой части числа. Каждому символу соответствует определенное число, которое меньше основания системы счисления. В зависимости от позиции (разряда) числа значение символа умножается на степень основания, показатель которой равен номеру разряда.

Таким образом, любое число А в позиционной системе счисления можно представить в виде полинома:

, (1)

где q – основание системы счисления;

m – номер разряда целой части, отсчитываемый от нуля;

k – количество цифр в дробной части числа;

- коэффициент i -го разряда.

Например, .

Из коэффициентов при степенях основания строится сокращенная запись числа:

(2)

Наиболее распространенной и привычной системой счисления является всем нам хорошо известная десятичная система счисления. Любое число в ней записывается с помощью цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

В ЭВМ для представления информации используются также двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления.

Теоретически наиболее экономичной системой счисления является система с основанием . Использование же двоичной системы счисления обусловлено:

· более простой реализацией алгоритмов выполнения арифметических и логических операций;

· более надежной физической реализацией основных функций, так как они имеют два состояния (0 и 1);

· экономичностью аппаратной реализации всех схем ЭВМ.

Восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления являются производными от двоичной. Они используются в основном для более компактного изображения двоичной информации, так как запись значения числа производится существенно меньшим числом знаков.

Для удобства сопоставления рассмотренных систем счисления приведем таблицу первых 16 чисел натурального ряда.

Таблица 1

Натуральный ряд чисел в различных системах счисления

десятичная	двоичная	восьмеричная	шестнадцатеричная
			A
			B
			C
			D
			E
			F

В цифровых вычислительных системах используют также комбинированную, двоично-десятичную систему счисления, облегчающую запись больших чисел с применением двоичного кода. В этом случае каждый разряд десятичного числа записывают двоичным кодом, используя для этого соответствующие тетрады (четырехзначные двоичные элементы). Недостатком такой системы является ее избыточность для чисел меньших восьми (недоиспользуются многие двоичные разряды).

Поскольку одно и то же число может быть записано в различных системах счисления (например, ), то встает вопрос о переводе представления числа из одной системы в другую. Правила перевода для целых и дробных чисел отличаются.

Для перевода чисел из любой системы счисления в десятичную можно воспользоваться формулой (1).

Пример. Перевести в десятичную систему счисления числа

Решение:

Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую

1. Делить заданное число на новое основание, записанное в виде числа со старым основанием до получения остатка.

2. Полученное частное следует вновь делить на новое основание, и этот процесс надо повторять до тех пор, пока частное не станет меньше делителя.

3. Полученные остатки от деления и последнее частное записываются в порядке обратном полученному при делении.

Пример. Перевести число в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления.

Решение:

Перевод дробных чисел из одной системы счисления в другую

Умножить заданное число на новое основание, записанное в виде числа со старым основанием. При каждом умножении целая часть произведения берется в виде очередной цифры соответствующего разряда, а оставшаяся дробная часть принимается за новое множимое. Число умножений определяет разрядность полученного результата.

Пример. Перевести число в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления.

Решение:

Пример. Перевести число в двоичную систему счисления.

Решение: Переведем отдельно целую и дробную части числа в двоичную систему счисления.

.

Соединяя целую и дробную части, получим

Так как двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная системы счисления связаны друг с другом через степени 2, то преобразования между ними можно выполнять более простым способом.

1. Для перевода из шестнадцатеричной (восьмеричной) системы счисления в двоичную достаточно двоичным кодом записать шестнадцатеричные (восьмеричные) коды цифр тетрадами (триадами).

2. Обратный перевод из двоичного кода производится в обратном порядке: двоичное число разбивается влево и вправо от запятой на тетрады для последующей записи цифр в шестнадцатеричном представлении и на триады – для записи их значений восьмеричными цифрами.

3. При переходе из восьмеричной системы счисления в шестнадцатеричную и обратно используется вспомогательный, двоичный код числа.

Пример. Перевести число в восьмеричную, шестнадцатеричную системы счисления.

Решение:

Пример. Перевести число в двоичную систему счисления.

Решение:

Существует два вида чисел и два способа их представления: форма с фиксированной точкой (применяется для целых чисел) и форма с плавающей точкой (применяется для вещественных чисел).

ЭВМ оперирует с числами, содержащими конечное число двоичных цифр (разрядов). Количество разрядов ограничено длиной разрядной сетки ЭВМ. Под разрядной сеткой понимается совокупность двоичных разрядов, предназначенных для хранения и обработки машинных слов (двоичных кодов).

Количество двоичных разрядов и положение точки в разрядной сетке ЭВМ определяют такие важные характеристики как точность и диапазон представляемых чисел.

При решении задач целые числа встречаются в случаях представления индексов переменных, подсчета числа повторений каких-либо действий и т.д. Для хранения целых чисел в ячейке памяти предусматривается распределение разрядов (разрядная сетка) (рис. 2). Один из n разрядов отводится под знак числа, остальные разряды отводятся под модуль числа.

Рис. 2 Разрядная сетка

Обычно применяют следующий способ кодирования знака числа: «+» обозначают цифрой 0, а «–» – цифрой 1 в знаковом разряде.

Модуль числа занимает в разрядной сетке ее младшие разряды, свободные старшие разряды заполняются нулями. Например, число –13₁₀, представленное в двоичной системе счисления значением –1101₂, в 8-разрядной сетке имеет вид, показанный на рисунке 3.

Рис. 3 Запись числа –13, представленного в двоичной системе счисления,
в 8-разрядной сетке

Если количество значащих разрядов модуля числа превышает , происходит потеря старших разрядов модуля. Это явление, называемое переполнением разрядной сетки, приводит к ошибке в представлении числа.

Диапазон модулей чисел, которые могут быть представлены в n -разрядной сетке, от 0 (при цифре 0 во всех разрядах) до (при цифре 1 во всех разрядах модуля).

В универсальных ЭВМ обычно используется два формата целых чисел: короткий – с числом разрядов и длинный – с .

Для научно-технических расчетов необходимо представлять числа в широком диапазоне и с достаточно большой точностью. Указанным требованиям отвечают вещественные числа, представляемые как числа с плавающей точкой (рис 4).

Рисунок 4 Запись числа с фиксированной точкой

Число состоит из мантиссы, старший разряд которой определяет знак числа, и порядка со знаком. Значение модуля мантиссы представляется двоичным дробным числом, т.е. запятая фиксируется перед старшим разрядом модуля мантиссы, порядок представляется целым числом. Порядок указывает действительное положение запятой в числе. В общем виде число с плавающей точкой записывается следующим образом:

,

где

Поскольку размер памяти, отводимый под мантиссу и порядок, ограничен, то действительные числа представляются с некоторой погрешностью, определяемой количеством разрядов в мантиссе числа, и имеют определенный диапазон изменения, определяемый количеством разрядов в порядке числа.

Точность представления значений зависит от количества значащих цифр мантиссы. Для повышения точности числа с плавающей точкой представляют в нормализованной форме, при которой значение модуля мантиссы лежит в пределах . Признаком нормализованного числа служит наличие единицы в старшем разряде модуля мантиссы. В нормализованной форме могут быть представлены все числа из некоторого диапазона за исключением нуля.

В современных ЭВМ числа с плавающей точкой имеют основание системы счисления 16 и представляются в двух форматах: коротком (с числом разрядов 32) и длинном (с числом разрядов 64). Длинный формат предусматривает увеличение количества разрядов, отводимых в разрядной сетке под мантиссу, за счет чего повышается точность представления чисел.

Для кодирования букв и других символов, используемых в печатных документах, необходимо закрепить за каждым символом числовой номер – код – уникальное беззнаковое целое двоичное число. Совокупность вводимых и отображаемых символов называют алфавитом компьютерной системы. Система, в которой каждому символу алфавита поставлен в соответствие уникальный код, называется кодовой таблицей. Разные производители средств вычислительной техники создавали для одного и того же алфавита символов свои кодовые таблицы. Это привело к тому, что символы, набранные с помощью одной таблицы кодов, неверно отображались при использовании другой. Для решения проблемы многообразия кодовых таблиц в 1981 году Институт стандартизации США принял стандарт кодовой таблицы, получившей название ASCII (American Standard Code of Information Interchange). В таблице ASCII содержится 256 символов и их кодов. Таблица состоит из двух частей – базовой и расширенной (рис. 5).

Рис. 5 Базовая часть таблицы кодов ASCII

Первые русские ЭВМ использовали 7-битную кодировку символов КОИ-7. Позднее на первых отечественных персональных компьютерах использовалась расширенная «ГОСТ-альтернативная» таблица (рис. 6).

Рис. 6 Расширенная таблица «ГОСТ-альтернативная»

В 1991 году производители программных продуктов и организации, утверждающие стандарты, пришли к соглашению о выработке единого стандарта, который был построен по 16-битной схеме кодирования и получил название UNICODE.

Изображение – некоторая двумерная область, свойства каждой точки которой могут быть описаны. Каждая такая точка называется пикселем, множество точек – растром, а изображение, которое формируется на основе растра, – растровым.

На экране монитора всегда формируется растровое изображение, однако для хранения может использоваться и векторное представление информации, где изображение представлено в виде набора графических примитивов, и фрактальное, использующее для представления изображения математические формулы.

Для представления цвета используются цветовые модели – способы разделения цветового оттенка на составляющие компоненты.

Цветов огромное количество, однако, при цветовосприятии человеческим глазом непосредственно воспринимаются три цвета – красный, зеленый, синий. Остальные цвета образуются при смешивании этих трех основных. Именно на данных цветах основана цветовая модель RGB (по первым буквам английских названий базовых цветов этой модели – Red (красный), Green (зеленый), Blue (синий)). При сложении (смешении) двух основных цветов результат осветляется (речь идет о световых лучах определенного цвета, чем больше света, тем светлее).

красный + зеленый = желтый

зеленый + синий = голубой

синий + красный = пурпурный

Если смешиваются все три цвета, в результате образуется белый. Цвета этого типа называются аддитивными. Смешав три базовых цвета в разных пропорциях, можно получить все многообразие оттенков. В модели RGB количество каждого компонента измеряется числом от 0 до 255, то есть имеет 256 градаций.

В цвета модели CMYK окрашено все, что не светится собственным светом. Окрашенные несветящиеся объекты поглощают часть спектра белого света, их освещающего. В зависимости от того, в какой области спектра происходит поглощение, объекты окрашены в разные цвета. Цвета, которые сами не излучают, а используют белый свет, вычитая из него определенные цвета называются субтративными («вычитательными»).

Для их описания используется модель CMYK. В этой модели основные цвета образуются путем вычитания из белого цвета основных аддитивных цветов модели RGB. Понятно, что в таком случае и основных субтративных цветов будет три, тем более, что они уже упоминались:

белый - красный = голубой

белый - зеленый - пурпурный

белый - синий = желтый

Но так как цветные красители по отражающим свойствам не одинаковы, то для повышения контрастности применяется еще черный цвет. Таким образом, в модели CMYK присутствует четыре цвета: С –Cyan (голубой), М –Magenta (пурпурный), Y – Yellow (желтый), а (внимание!) К – это BlасК (черный), то есть из слова взята не первая, а последняя буква.

Модель HSB получила название по первым буквам английских слов: цветовой тон (hue), насыщенность (saturation), яркость (brightness). Характеризующие параметры цвета:

· цветовой тон (собственно цвет) или спектральный цвет располагается на цветовом круге и определяется величиной угла в диапазоне от 0 до 360 градусов.

· насыщенность (процент добавления к цвету белой краски) – это параметр цвета, определяющий его чистоту. Если по краю цветового круга располагаются максимально насыщенные цвета (100%), то остается только уменьшать их насыщенность до минимума (0%). Цвет с уменьшением насыщенности осветляется, как будто к нему прибавляют белую краску. При значении насыщенности 0% любой цвет становится белым.

· яркость (процент добавления черной краски) – это параметр цвета, определяющий освещенность или затемненность цвета. Все цвета рассмотренного выше цветового круга имеют максимальную яркость (100%) и ярче уже быть не могут. Яркость можно уменьшить до минимума (0%). Уменьшение яркости цвета означает его зачернение. Работу с яркостью можно характеризовать как добавление в спектральный цвет определенного процента черной краски.

В общем случае, любой цвет получается из спектрального цвета добавлением определенного процента белой и черной красок, то есть фактически серой краски.

На цветовом круге основные цвета моделей RGB и CMYK находятся в такой зависимости: каждый цвет расположен напротив дополняющего его (комплиментарного) цвета; при этом он находится между цветами, с помощью которых получен. Например, сложение зеленого и красного цветов дает желтый. Чтобы усилить какой-либо цвет, нужно ослабить дополняющий его цвет (расположенный напротив него на цветовом круге). Например, чтобы изменить общее цветовое решение в сторону голубых тонов, следует снизить в нем содержание красного цвета.

Звук – это упругая продольная волна в воздушной среде. Частота волны определяет высоту звукового тона, а амплитуда – громкость звука.

Во время оцифровки сигнал дискретизируется по времени и квантуется по уровню (рис. 7).

Рис. 7 Схема обработки звукового сигнала

Количество измерений уровня звукового сигнала за 1 секунду называется частотой дискретизации и измеряется в герцах. Чем больше частота дискретизации, тем качественнее звук.

Видеоинформация – наиболее сложный вид для хранения, обработки и воспроизведения. Стандарты кодирования видео разрабатываются группой экспертов в области цифрового видео MPEG (Moving Picture Experts Group). Алгоритмы кодирования видео очень сложны, их описание можно найти в специальной литературе или на сайте http://www.mpeg.org.

Получение информации связано с уменьшением неопределенности. Это, а также наличие у информации такого свойства как полнота негласно предполагает, что имеется возможность измерять количество информации. Какое количество информации содержится в данной книге, какое количество информации в популярной песенке? Что содержит больше информации: роман «Война и мир» или сообщение, полученное в письме от товарища? Ответы на подобные вопросы не просты и не однозначны, так как во всякой информации присутствует субъективная компонента.

А возможно ли вообще объективно измерить количество информации? Важнейшим результатом теории информации является вывод о том, что в определенных, весьма широких условиях, можно, пренебрегая качественными особенностями информации, выразить ее количество числом, а, следовательно, сравнивать количество информации, содержащейся в различных группах данных.

Количеством информации называют числовую характеристику информации, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения информации.

Рассмотрим пример: дома осенним утром, старушка предположила, что могут быть осадки, а могут и не быть, а если будут, то в форме снега или в форме дождя, т.е. «бабушка надвое сказала – то ли будет, то ли нет, то ли дождик, то ли снег». Затем, выглянув в окно, увидела пасмурное небо и с большой вероятностью предположила – осадки будут, т.е., получив информацию, снизила количество вариантов выбора. Далее, взглянув на наружный термометр, она увидела, что температура отрицательная, значит, осадки следует ожидать в виде снега. Таким образом, получив последние данные о температуре, бабушка получила полную информацию о предстоящей погоде и исключила все, кроме одного, варианты выбора.

Приведенный пример показывает, что понятия «информация», «неопределенность», «возможность выбора» тесно связаны.

Существует несколько подходов в определении количества информации в сообщении.

Содержательный подход.

Пример: бросание монетки

Чем больше количество возможных событий, тем больше неопределенность и тем большее количество информации будет содержать сообщение о результатах опыта.

Для количественного выражения любой величины необходимо определить единицу измерения. За единицу информации принимается один бит (англ. bit – binary digit – двоичная цифра). Это количество информации, при котором неопределенность, т.е. количество вариантов выбора, уменьшается вдвое или, другими словами, это ответ на вопрос, требующий односложного разрешения – да или нет.

Бит – слишком мелкая единица измерения информации. На практике чаще применяются более крупные единицы, например, байт, являющийся последовательностью из восьми бит. Именно восемь битов, или один байт, используется для того, чтобы закодировать символы алфавита, клавиши клавиатуры компьютера. Один байт также является минимальной единицей адресуемой памяти компьютера, т.е. обратиться в память можно к байту, а не биту.

Широко используются еще более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт,

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт.

Существует формула, связывающая количество возможных событий и количество информации:

Алфавитный подход.

Определение количества информации на основе уменьшения неопределенности рассматривает информацию с точки зрения содержания. С этой точки в опыте по бросанию монетки одинаковое количество информации содержится и в видимом образе, и в сообщении «орел», и во фразе «монета упала на поверхность той стороной, на которой изображен орел».

Однако при хранении и передаче информации с помощью технических средств целесообразно рассматривать информацию как последовательность символов (набор символов знаковой системы – алфавит – можно рассматривать как различные возможные события).

Тогда, если считать, что появление символов в сообщении равновероятностно, можно рассчитать, какое количество информации несет каждый символ. При этом, чем больше количество символов в алфавите, тем большее количество информации несет один знак.

Пример: информационная емкость одной буквы в русском алфавите (без буквы «ё»)

На основании алфавитного подхода можно подсчитать количество информации в сообщении , для этого надо информационную емкость символа умножить на количество символов в сообщении

Энтропийный подход.

Энтропия – в теории информации – мера неопределённости какого-либо опыта (испытания), который может иметь разные исходы, а значит, и разное количество информации.

Энтропия в информатике – степень неполноты, неопределённости знаний.

Количество информации в сообщении определяется тем, насколько уменьшится мера неопределенности после получения информации.

Учитывая, что вероятности возникновения разных событий не всегда равны, Клод Шеннон предложил следующую формулу для определения количества информации

В случае равновероятностных событий получаем формулу Хартли

В качестве примера определим количество информации, связанное с появлением каждого символа в сообщениях, записанных на русском языке. Будем считать, что русский алфавит состоит из 33 букв и знака «пробел» для разделения слов. По формуле Хартли .

Однако в словах русского языка, как и в словах других языков, различные буквы встречаются неодинаково часто. Учитывая вероятности частоты употребления различных знаков русского алфавита, полученные на основе анализа очень больших по объему текстов, и воспользовавшись формулой Шеннона, получим .

Получение информации тесно связано с информационными процессами, поэтому имеет смысл рассмотреть отдельно их виды.

Сбор данных – это деятельность субъекта по накоплению данных с целью обеспечения достаточной полноты. Соединяясь с адекватными методами, данные рождают информацию, способную помочь в принятии решения. Например, интересуясь ценой товара, его потребительскими свойствами, мы собираем информацию для того, чтобы принять решение: покупать или не покупать его.

Передача данных – это процесс обмена данными. Предполагается, что существует источник информации, канал связи, приемник информации, и между ними приняты соглашения о порядке обмена данными, эти соглашения называются протоколами обмена. Например, в обычной беседе между двумя людьми негласно принимается соглашение, не перебивать друг друга во время разговора.

Хранение данных – это поддержание данных в форме, постоянно готовой к выдаче их потребителю. Одни и те же данные могут быть востребованы не однажды, поэтому разрабатывается способ их хранения (обычно на материальных носителях) и методы доступа к ним по запросу потребителя.

Обработка данных – это процесс преобразования информации от исходной ее формы до определенного результата. Сбор, накопление, хранение информации часто не являются конечной целью информационного процесса. Чаще всего первичные данные привлекаются для решения какой-либо проблемы, затем они преобразуются шаг за шагом в соответствии с алгоритмом решения задачи до получения выходных данных, которые после анализа пользователем предоставляют необходимую информацию.

Понятие «технология» определяется как система взаимосвязанных способов обработки материалов и приемов изготовления продукции в производственном процессе. Создание и функционирование информационных систем тесно связано с развитием информационных технологий.

Информационная технология – это совокупность методов, процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, накопление, хранение, поиск, обработку, выдачу и распространение информации для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, повышения их надежности и оперативности.

Информационные технологии играют важную стратегическую роль, так как их применение позволило представить в формализованном виде, пригодном для практического использования, концентрированное выражение научных знаний и практического опыта для реализации и организации социальных процессов. Это привело к экономии затрат труда, времени, энергии, материальных ресурсов, необходимых для осуществления этих процессов. Роль информационных технологий быстро возрастает, что объясняется рядом их свойств.

1. ИТ позволяют активизировать и эффективно использовать информационные ресурсы общества, что экономит другие виды ресурсов – сырье, энергию, полезные ископаемые, материалы и оборудование, людские ресурсы, социальное время.

2. ИТ раньше были средством повышения персональной продуктивности сотрудников, а сегодня становятся силой, помогающей компании получить и сохранить преимущества в конкурентной борьбе.

3. ИТ реализуют наиболее важные, интеллектуальные функции социальных процессов.

4. ИТ влияют не только на функционирование отдельных компаний, но и на экономику в целом. Они превращаются в социальное явление, определяющее, как выглядит общество в мировом масштабе.

5. ИТ обеспечивают информационное взаимодействие людей, что способствует распространению массовой информации. Они быстро ассимилируются культурой общества, снимают многие социальные, бытовые и производственные проблемы, расширяют внутренние и международные экономические и культурные связи, влияют на миграцию населения по планете.

6. ИТ занимают центральное место в процессе интеллектуализации общества, в развитии системы образования, культуры, новых (экранных) форм искусства, в популяризации шедевров мировой культуры, истории развития человечества.

7. ИТ играют ключевую роль в процессах получения, накопления и распространения новых знаний.

8. ИТ позволяют реализовать методы информационного моделирования глобальных процессов, что обеспечивает возможность прогнозирования многих природных ситуаций, экологических катастроф, крупных технологических аварий, повышенной социальной и политической напряженности.

9. Профессиональные знания включаются посредством ИТ в наукоемкие изделия и продаются на мировом рынке. Идет торговля невидимым продуктом: знаниями, культурой. Происходит навязывание стереотипа поведения. Именно поэтому в информационном обществе стратегическими ресурсами становятся информация, знание, творчество.

10. Информационные технологии оказывают огромное влияние посредством дистанционного обучения, компьютерных игр, компьютерных видеофильмов и др.

11. Социальное влияние информационных технологий будет заключаться в синтезе западной и восточной мысли.

Эволюция технологии продолжает естественную эволюцию человечества. Освоение каменных орудий помогло сформироваться человеческому интеллекту. Металлические орудия повысили производительность физического труда. Машины механизировали физический труд. На этом пути развития информационная технология освобождает человека от рутинного умственного труда, усиливает его творческие возможности.

За время своего существования цивилизация пережила несколько информационных революций – принципиальных преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в способах и средствах сбора, хранения, накопления, обработки и передачи информации.

На ранних этапах развития общества профессиональные навыки передавались в основном личным примером по принципу «делай как я». В качестве форм передачи информации использовались ритуальные танцы, обрядовые песни, устные предания и т.д. Для синхронизации выполняемых действий человеку потребовались кодированные сигналы общения. Человеческий мозг решил эту задачу без искусственно созданных инструментов: развилась человеческая речь. Речь являлась и первым носителем знаний, которые накапливались и передавались от поколения к поколению в виде устных рассказов. Появление речи определило начало первой информационной революции.

Первым способом длительного хранения информации на материальном носителе стала пещерная живопись (сохраняет наиболее характерные зрительные образы, связанные с охотой и ремеслами) – выполнена 25–30 тыс. лет назад; затем гравировка по кости (лунный календарь, числовые нарезки для измерения) – выполнена 20–25 тыс. лет назад. Период между появлением инструментов для обработки материальных объектов и регистрации информационных образов составляет около миллиона лет.

Другими словами, период работы людей с информационными образами составляет всего 1% времени существования цивилизации. Становится понятным, почему при решении абстрактных информационных задач эффективность человека резко возрастает в случае представления информации в виде изображений материальных объектов (графические интерфейсы). В этом случае включаются в работу те области человеческой интуиции, которые развивались впервые 99% времени.

Вторая информационная революция произошла около 6 тыс. лет назад и связана с появлением письменности. Эра письменности характеризуется появлением технологии регистрации на материальном носителе символьной информации. В качестве носителей информации выступали и до сих пор выступают: камень, кость, дерево, глина, папирус, шелк, бумага. Сейчас этот ряд можно продолжить: магнитные покрытия (лента, диски, цилиндры и т.д.), жидкие кристаллы, оптические носители, полупроводники и т.д. Применение этих технологий позволяет осуществлять накопление и длительное хранение знаний.

В этот период накопление знаний происходит достаточно медленно и обусловлено трудностями, связанными с доступом к информации. Знания представленные в виде рукописных изданий хранятся в единичных экземплярах. Причем доступ к ним существенно затруднен, так как они охраняются специальной кастой – жрецами, которые наделялись исключительным правом монопольного доступа к фонду человеческого опыта и являлись посредниками между накопленными знаниями и заинтересованными людьми. Этот барьер был разрушен на следующем этапе.

Начало третьей информационной революции датируется 1445 годом, когда Иоганн Гутенберг изобрел печатный станок. Книгопечатание полностью изменило подходы человечества к тиражированию и распространению информации. Появление книг открыло доступ к информации широкому кругу людей и резко ускорило темпы накопления систематизированных по отраслям знаний. За три столетия после изобретения печатного станка оказалось возможным накопить ту «критическую массу» социально-доступных знаний, при которой начался лавинообразный процесс развития промышленной революции. Печатный станок сыграл роль информационного ключа, резко повысив пропускную способность социального канала обмена знаниями. С этого момента началось необратимое поступательное движение технологической цивилизации.

Открытие в конце XIX в. электричества и изобретение работающих на его основе технических устройств, таких как телеграф, телефон, радио, привело к четвертой информационной революции. Обмен информацией между людьми начинает вестись в режиме реального времени. Объемы передаваемой информации еще незначительные, но скорость распространения очень велика. Благодаря этому человечество начинает осознавать себя как единое целое.

Пятая информационная революция связана с открытием электрона и изобретением в середине ХХ века ЭВМ и телеприемника. К этому времени объемы информации различных видов, циркулирующей в человеческом обществе, еще больше увеличиваются. Для организации хранения, накопления и обработки информации потребовалось применение электронных вычислительных устройств, телевидение же стало способом передачи не только звуковой информации, но и графической, визуальной информации. Но на данном этапе ЭВМ в отличие от телевизора не были общедоступны из-за своих физических габаритов, очень высокой стоимости и сложности в эксплуатации.

Только в четвертом поколении ЭВМ изобретение микропроцессора способствовало созданию нового класса ЭВМ – микро-ЭВМ. Изобретение микропроцессорной технологии и появление персонального компьютера определило начало шестой информационной революции. Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:

· переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;

· миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;

· создание программно-управляемых устройств и процессов.

Начало седьмой информационной революции можно отнести к 1982 году, когда была опубликована эталонная модель взаимодействия открытых систем – ЭМ ВОС. Связана она с появлением и распространением компьютерных сетей. Основным результатом этой информационной революции является создание единого информационного пространства всего человечества.

Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило задатком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.

Информационное общество – общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации.

Характерные черты информационного общества:

· решение проблемы информационного кризиса, т.е. устранение противоречия между информационной лавиной, связанной с доступом к гигантскому объему информации, и информационным голодом, обусловленным трудностями в поиске надежной, достоверной и полезной информации в этом гигантском информационном банке;

· обеспечение приоритета информации по сравнению с другими ресурсами;

· главной формой развития станет информационная экономика;

· в основу общества будут заложены автоматизированные генерация, хранение, обработка и использование знаний с помощью новейшей информационной техники и технологии;

· информационная технология приобретет глобальный характер, охватывая все сферы социальной деятельности человека;

· формируется информационное единство всей человеческой цивилизации;

· с помощью средств информатики реализован свободный доступ каждого человека к информационным ресурсам всей цивилизации;

· реализованы гуманистические принципы управления обществом и воздействия на окружающую среду.

Кроме положительных моментов прогнозируются и опасные тенденции:

· все большее влияние на общество средств массовой информации;

· информационные технологии могут разрушить частную жизнь людей и организаций;

· существует проблема отбора качественной и достоверной информации;

· многим людям будет трудно адаптироваться к среде информационного общества.

Исходя из вышесказанного, можно выделить ряд этапов развития информационных технологий, которые связаны в первую очередь с развитием инструментария информационных технологий.

Этап 1 (до середины ХIX века) – «ручная» информационная технология, инструментарий которой составляли: перо чернильница, бумага, книга. Коммуникации осуществлялись ручным способом путем отправления по почте писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии этого этапа – представление информации в нужной форме.

Этап 2 (до конца ХIX века) – «механическая» технология, инструментарий которой составляли: пишущая машинка, арифмометр, телефон, диктофон, почта, оснащенная более совершенными средствами доставки. Основная цель технологии – представление информации в нужной форме более удобными техническими средствами.

Этап 3 (до середины XX века) – «электрическая» технология, инструментарий которой составляли электромеханические вычислительные машины: перфораторы, табуляторы и т.д., а также электрические пишущие машинки, ксероксы, портативные диктофоны. Изменяется цель технологии. Акцент начинает перемещаться с формы представления информации на формирование ее содержания.

Этап 4 (до начала 70-х гг. XX века) – «электронная» технология, основным инструментарием которой становятся большие ЭВМ и создаваемые на их базе автоматизированные системы управления (АСУ) и информационно-поисковые системы (ИПС), оснащенные широким спектром базовых и специализированных программных комплексов. Основное внимание уделяется формированию содержательной стороны информации для управленческой среды различных сфер общественной жизни, особенно на организацию аналитической работы.

Этап 5 (с середины 80-х гг.) – «компьютерная» технология, основным инструментарием которой является персональный компьютер с широким спектром стандартных программных продуктов разного назначения. На этом этапе происходит процесс персонализации АСУ, который проявляется в создании систем поддержки принятия решений определенными специалистами. Подобные системы имеют встроенные элементы анализа и интеллекта для разных уровней управления, реализуются на персональном компьютере и используют средства телекоммуникации. В связи с переходом на микропроцессорную базу существенным изменениям подвергаются и технические средства бытового и культурного назначения. Основная цель состоит в вовлечении пользователя в технологический процесс обработки информации.

Этап 6 (по настоящее время) – «сетевая компьютерная» технология, базирующаяся на объединении большого числа компьютеров различных классов каналами связи и средствами передачи данных в единое информационное пространство. Основная цель – ускорить процессы передачи и обмена информации, приблизить их к режиму реального времени.

Раздел 2. Технические средства реализации информационных процессов

Электронная вычислительная машина (ЭВМ) – это комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе вычислительных и информационных задач.

ЭВМ классифицируются по ряду признаков:

· по этапам создания и элементной базе (вопрос рассматривается отдельно);

· по назначению;

· по способу организации вычислительного процесса;

· по размерам и вычислительным мощностям;

· по функциональным возможностям и т.д.

По назначению ЭВМ можно разделить на:

· универсальные или общего назначения;

· проблемно-ориентированные;

· специализированные.

Универсальные ЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических, экономических, математических и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. Они широко используются в ВЦ коллективного пользования и других мощных вычислительных комплексах. Характерными чертами универсальных ВМ являются:

· высокая производительность;

· разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичные, десятичные, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности их представления);

· обширный набор выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных;

· большая емкость оперативной памяти;

· развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные ЭВМ предназначены для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по сравнительно несложным алгоритмам. Они обладают ограниченными, по сравнению с универсальными ВМ, аппаратными и программными ресурсами.

Специализированные ВМ предназначены для решения определенного узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация ВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности работы.

По размерам и вычислительным мощностям ВМ можно разделить на:

· сверхбольшие или суперЭВМ;

· большие;

· малые;

· микроЭВМ.

СуперЭВМ предназначена для высокоскоростного выполнения прикладных процессов. СуперЭВМ может иметь один процессор, и тогда в нем одна последовательность команд работает с одним потоком данных. Вместе с этим большие скорости обработки данных можно получить лишь в многопроцессорных системах. По мере развития архитектур суперЭВМ в них возрастает степень параллельной обработки. Растет и число входящих в суперЭВМ процессоров. В дополнение к обычным подключаются векторные процессоры.

Большая ЭВМ – основной тип компьютера, используемый в больших информационных сетях, работает с большой скоростью и по производительности уступает суперЭВМ, но охватывает более широкий круг решаемых задач. С другой стороны, он превосходит малые ЭВМ по скорости работы и сложности выполняемых прикладных процессов.

МиниЭВМ – ЭВМ с ограниченными возможностями обработки данных. Имеет ограниченную оперативную память и относительно небольшое быстродействие, поэтому используется для решения более простых задач, чем большие ЭВМ. По сравнению с последними имеет небольшую стоимость, размеры и проще в эксплуатации. Термин «миниЭВМ» появился тогда, когда не было персональных компьютеров. Теперь же персональные компьютеры зачастую превосходят большие и миниЭВМ по возможностям. Поэтому рассматриваемый термин применяется все реже, уступая понятиям «рабочая станция» и «персональный компьютер».

МикроЭВМ – устройство, созданное на основе одного или нескольких микропроцессоров. Существует два подхода к определению микроЭВМ. Первый из них заключается в том, что под микроЭВМ понимается одна или несколько сверхбольших интегральных схем (СБИС). Для этого схемы должны содержать все логические элементы, необходимые для получения полноценного компьютера небольшой производительности. Во втором подходе микроЭВМ называется любой компьютер, в котором основными компонентами являются микропроцессоры. В дальнейшем эти ЭВМ стали именовать персональными компьютерами (ПК). В связи с этим под микроЭВМ чаще всего понимают устройство, созданное на одной или нескольких интегральных схемах. МикроЭВМ широко используются в технологии производства и в разнообразной аппаратуре автоматического управления.

Дата добавления: 2014-01-06