Основные понятия вычислительной техники

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН

Лекция№1

Информация — сведения о событиях, процессах, объектах, являющиеся предметом восприятия, передачи, преобразования, хранения. Информация — основное понятие кибернетики.

Кибернетика изучает машины и живые организмы с точки зрения их способности воспринимать определенную информацию, сохранять ее в памяти, передавать по каналам связи, перерабатывать в сигналы, направляющие деятельность машин и организмов в определенном направлении. Кибернетика — греческое слово, обозначающее искусство управления. Предметом исследований кибернетики как научного направления являются кибернетические системы.

Кибернетической системой называется абстрактное представление реальных систем под определенным (информационным) углом зрения. При таком абстрагировании основным методом исследования стали моделирование и эксперимент.

Предмет исследований информатики — информационные тех­нологии, а вычислительной техники — ВМ (вычислительные машины), вычислительные ком­плекты (ВК), ВС, сети.

ВМ, ВК, ВС и сети, на базе которых реализуются современные информационные технологии, с одной стороны, служат инстру­ментарием для реализации основных методов исследования кибернетики, с другой стороны, они рассматриваются как киберне­тические системы и поэтому в их проектировании, сопровожде­нии, развитии существенную роль играет научный метод, зало­женный в кибернетике.

С наступлением информационной эры создаются информационное общество и информационная экономика. Основой развития информационной экономики является создание и потребление информационных ресурсов или информационных ценностей различных категорий.

Информационная экономика характеризуется рядом особенностей:

• основным предметом накопления становится накопление знаний;

• определяющими становятся наукоемкость и информация, а роль энергии и материи уменьшается;

• экономически целесообразным становится мелкосерийное производство;

• создается информационная инфраструктура производств;

• усиливаются интеграционные процессы.

Создание информационной инфраструктуры связано с использованием вычислительных машин и сетей, систем телекоммуникаций, развитием подготовки кадров в области информационных средств и технологий, развитием правовых основ.

ВМ и ВС предназначены для автоматизации процессов обра­ботки, хранения и передачи информации. ВМ относятся к сложным системам, при их описании и проектировании используются понятия и принципы, определенные в общей теории систем: система, алгоритм, функция, структура, функциональная и структурная организации.

Система — это совокупность элементов или устройств, соединенных между собой для достижения определенной цели. Среди систем выделяют сложные системы. Это качественное понятие. Перечислим основные отличительные признаки сложных систем. Большая размерность — большое число элементов: сотни, тысячи. Разнородность элементов и узлов, как следствие этого — отсутствие единого математического аппарата для описания поведения этих элементов и узлов. Многокритериальность при оптимизации выбора вариантов построения системы.

Вычислительная машина — это система, выполняющая заданную, четко определенную последовательность операций (программу) в соответствии с выбранным алгоритмом обработки информации.

Алгоритм — набор предписаний, однозначно определяющий содержание и последовательность выполнения действий для систематического решения задачи. Для алгоритма можно выделить семь характеризующих его параметров: совокупность возможных исходных данных, совокупность возможных результатов, совокупность возможных промежуточных результатов, правило начала процесса обработки данных, правило непосредственной обработки, правило окончания процесса, правило извлечения результата. Алгоритм должен обладать свойствами массовости и результативности.

Массовость — применимость для решения задачи с любым на­бором исходных данных из совокупности возможных, результативность — получение результата из совокупности возможных за конечное число шагов.

Для наглядного представления ВМ и ВС изображаются в виде схем, состоящих из блоков и связей между ними. Такие схемы (функциональная, структурная) представляют собой ориентированный граф, вершины которого — блоки. В функциональной схеме блоки выделяются по функциональному признаку в ходе функциональной декомпозиции. В структурной схеме блоки соответствуют конструктивным компонентам — устройствам, конструктивным узлам, интегральным схемам. В частном случае отдельные блоки функциональной и структурной схем могут совпадать. С каждым блоком связаны входы, выходы и функция.

Функция определяет алгоритм работы блока, т.е. правила получения выходных последовательностей по входным последовательностям.

Структура показывает, как устроен блок, раскрывая его в виде схемы, содержащей блоки более низкого уровня иерархии.

Функциональная организация ВМ (ВС) — это представление ее как абстрактной системы в виде функциональной схемы, иллюст­рирующей результат функциональной декомпозиции. В целях боль­шей наглядности и простоты понимания для сложных систем (та­ких; как ВМ и ВС) используют иерархию представлений. При этом на некотором уровне иерархии функциональные схемы представляют функции отдельных блоков схемы более высокого уровня представления. Чем ниже уровень представления, тем проще функции соответствующих блоков.

Структурная организация — это представление системы (блока) в виде схемы, содержащей реально реализуемые устройства, узлы, элементы.

При описании, проектировании ВМ и управлении вычислительными процессами применяется иерархический подход. При его использовании обеспечивается возможность абстрагирования от ряда деталей при рассмотрении системы в целом. Возможности анализа по частям при переходе к более детальному описанию составляют суть того упрощения, которое дает иерархический подход.

Решению задачи на ВМ предшествуют алгоритмизация и программирование. Алгоритмизация — реализация причинно-след­ственных связей и других закономерностей в виде направленного процесса обработки информации по формальным правилам. Программирование — разработка программ для ВМ, реализующих за­данный алгоритм. В ВМ управление процессами ввода, вывода и обработки информации осуществляется на основе программ. Программа — алгоритм, записанный в виде последовательности ма­шинных команд — кодов, соответствующих некоторым соглашениям, принятым при разработке ВМ. Для уменьшения трудоемкости программирования в настоящее время программы разрабатываются на одном из алгоритмических языков высокого уровня. Далее перед исполнением такая программа транслируется в последовательность машинных команд.

На ранних этапах развития ВМ реализовали преимущественно вычислительные алгоритмы, что и нашло отражение в самом понятии «вычислительная машина». Обработка, хранение и коммутация сигналов в ВМ в основном реализуется электронными схемами. Поэтому для ВМ долгое время использовалась аббревиатура ЭВМ (электронная вычислительная машина). Этот термин появился у первых ЭВМ для их отличия от механических и электромеханических счетно-решающих устройств. В связи с успехами микроэлектроники использование в ВМ сложных электронных устройств — сверхбольших интегральных схем (СБИС) стало общепринятым и привычным. Поэтому слово «электронная» применительно к ВМ уже не несет существенной информации. Кроме того, ВМ содержат не только устройства обработки и хранения информации, но и устройства ввода и вывода. Если устройства обработки и хранения информации реализуют на базе СБИС, то устройства ввода и вывода наряду с электронными компонентами содержат электромеханические, оптоэлектронные и другие узлы. Поэтому в настоящее время предпочтительнее использовать тер­мин «вычислительная машина».

По мере развития вычислительной техники и информационных технологий класс реализуемых алгоритмов существенно рас­ширился. С помощью ВМ успешно решается широкий класс задач «не вычислительного» характера: обработка текстов и изображений, сжатие информации, распознавание образов, информационно-поисковые задачи и др. Однако, термин «вычислительная машина» сохранился. В связи с массовым применением компьютеров закономерности взаимодействия человека с ВМ стали предметом научных исследований. Результаты этих исследований воплощаются в так называемой информационной технологии — систематических методах и приемах применения ВМ в производственных процессах, управлении, образовании, научной работе, проектировании и других сферах деятельности. Практические применения информационных технологий обусловили создание быстро развивающегося сектора промышленности, получившего название «индустрии информатики» или «компьютерной индустрии».

Дата добавления: 2014-01-13