Информатика и информация

 

 

 

 

 

 

ИНФОРМАЦИЯ И  ИНФОРМАТИКА.

§1.Информация и  живая природа.

Способность принимать,  передавать,  запоминать  и обрабатывать  разнообразную  информацию  является  одним из  самых главных признаков живого  мира.  В  той  или иной  степени это свойство  присуще животным,  растениям и даже  бактериям.  Растения  и  животные  реагируют на  температуру окружающей  среды и отдельных предметов. 

Важные сведения живые организмы  запоминают и признаков живого мира хранящаяся в организме информация активно используется в процессе обработки вновь поступающей  информации.  Следовательно,  с  помощью приёма,  передачи,  хранения  и обработки различного  рода  информационных  потоков из  внешней среды любой отдельно  взятый  организм  обеспечивает  свою  жизнедеятельность.  Таким  образом,  информация  для живого  организма не  менее важна,  чем пища,  с помощью которой в организм  поступает необходимая для его жизнедеятельности энергия.

 

 

§2 Информационные процессы в живых организмах

Информационные  процессы – способы получения  обработки, сохранения и передачи информации.

Человек воспринимает окружающий мир  с помощью органов чувств

Чтобы правильно ориентироваться  в мире, человек  запоминает полученные сведения. Весь процесс познания является процессом получения и накопления информации. Человеческая память является носителем очень большого объёма информации в виде зрительных образов, знания различных с помощью книг, а в последнее время всё больше на электронных носителях.

В процессе достижения каких-либо целей  человек принимает решения (обрабатывает информацию), а в процессе общения  с другими людьми передаёт и принимает  информацию.

Для обмена информацией между людьми служат языки. Устное общение развивалось  от имитации звуков, существующих в  природе до словесного выражения  мысли. Есть универсальные языки: язык живописи, язык музыки.

В наше время появилось понятие  «средства массовой информации», или  СМИ (газеты, журналы, радио, ТВ, Интернет). Благодаря современным техническим  средствам, информация распространяется в считанные секунды на огромные расстояния и люди могут следить  за происходящим в мире событиями  в режиме реального времени, быстро реагировать на них.

 

 

Носители информации, традиционно используемые человеком

 

Носителем информации считается любая  материальная среда, служащая для её хранения или передачи

Львиную долю информации из внешней  среды человек получает с помощью  электромагнитных колебаний, органом  приёма которых являются глаза. Кроме  того, принимаются акустические колебания  воздушной среды, температура окружающей среды (терморецепторы кожи), молекулы вещества, создающие у человека ощущения запаха и вкуса (нос и язык). Получив  информацию, человек обрабатывает, запоминает или сохраняет её. Для  этого человек использует различные  носители и способы хранения информации. Это – мозг человека (память), традиционные бумажные носители – от записной книжки до личного дела в отделе кадров и научных публикаций в журналах, киноплёнка и фотография, магнитофонные  записи, видеозаписи. В зависимости  от полученной информации человек предпринимает  те или иные действия

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средства, применявшиеся  человеком для обработки информации до появления компьютеров.

1-й этап

Около миллиона лет назад  начала формироваться речь человека – самый совершенный в живой  природе способ обмена информацией.  Он совпал по времени с возникновением первых орудий труда

 

2-й этап:

Около 30 – ти тысяч лет  назад человечество вступило в эпоху  письменности.

Таким образом, человек получил  более надёжный и долговременный способ хранения информации по сравнению  с человеческим мозгом

 

3-й этап

В XV веке Иоганном Гуттенбергом был изобретён печатный сок, который  позволил тиражировать знания на долговременном печатном носителе. Книгопечатание послужило  началом эры бумажной информатики. Она стала катализатором промышленной революции XVIII века.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ручной, механический и электромеханический этапы  в развитии информатики.

 

Ручной этап.

Ручной  период автоматизации вычислений начался  на заре человеческой цивилизации и  базировался на использовании частей тела,  в первую очередь пальцев рук и ног. Пальцевый счет уходит корнями в глубокую древность, встречаясь в том или ином виде у всех народов и в наши дни. Конечно, счёт был примитивным, а уровень абстракции очень низким. Понятие числа максимально конкретно, оно неразрывно связано с предметом (т.е. это, например, не число «два», а «две рыбы», «два коня» и т.д.). Диапазон счёта невелик. Можно выделить три типа таких счётных приспособлений. Искусственные приспособления: зарубки (насечки) на различных предметах, в Южной Америке получают широкое распространение узелки на верёвках. Предметный счёт, когда используются предметы типа камешков, палочек, зёрен и т.д. Часто этот тип счёта использовался вместе с пальцевым. Счёт с помощью предметов был предшественником счёта на абаке - наиболее развитом счётном приборе древности, сохранившем некоторое значение в настоящее время (в виде русских счётов, китайского суань-паня и др.). Под абаком понимается счётный прибор, на котором отмечены места (колонки или строчки) для отдельных разрядов чисел.

 

 

Механический  этап

Через двести лет после появления печатного  станка были разработаны первые устройства для механической обработки числовой информации, наиболее простой и важной для того периода разновидности информации. С этого времени начинается механический этап в развитии средств обработки информации. Основное отличие этого этапа состоит в том, что вычисления осуществляются путём механических перемещений различных узлов – рычагов, валиков различной формы, зубчатых колёс и т. д.

Первой  известной попыткой построения такого механизма является относящийся  примерно к 1500 году эскиз суммирующего устройства Леонардо да Винчи. К сожалению, в то время построить по этому  эскизу реальное счётное устройство не удалось.

Первое  действующее устройство для выполнения сложения было создано только в 1623 году

Вильгельмом Шиккардом. Он называл своё изобретение  «Суммирующими часами», так как  оно было создано на базе механических часов.

В 1641-1645 годах Блез Паскаль разработал суммирующую машину, которая получила широкую известность и была выпущена целой серией

в 50 машин, из которых 8 экземпляров дошло до наших дней. Машина Паскаля могла выполнять только операции сложения и вычитания.

В 1671-1674 годах Готфриду Лейбницу удалось  построить арифмометр – машину для  выполнения всех четырёх арифметических операций.

В 1874 г. инженер из Петербурга Вильгодт Однер значительно усовершенствовал конструкцию арифмометра, применив для ввода чисел колёса с выдвижными зубьями (колёса Однера). Это позволяло проводить вычислительные операции со скоростью до 250 действий с четырёхзначными цифрами за один час.

В ходе промышленной революции появились  и стали широко использоваться бумажные ленты с отверстиями – перфоленты и листы из плотного картона с  отверстиями – перфокарты, которые  являются разновидностью долговременных носителей информации. С помощью  определённых комбинаций отверстий на перфолентах и перфокартах задавался конкретный план работы различных устройств.

Примером  является автоматический ткацкий станок, изобретённый во Франции в 1801-1808 годах  Жозефом Жаккардом. Работой этого станка управляла перфокарта с заранее нанесёнными на неё отверстиями. Наличие или отсутствие отверстия в перфокарте заставляло подниматься или опускаться нить при одном ходе челнока. Станок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, автоматически работающим по заданному плану.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромеханический этап.

В конце  XIX века в связи с появлением электрических устройств начался электромеханический этап в развитии средств обработки информации. Его отличительной чертой является сочетание при выполнении вычислительных операций механических перемещений с работой электрических устройств. Первым такого рода устройством считается табулятор – машина, автоматизирующая выполнение простых вычислений на основе данных, нанесённых в виде пробивок на перфокарты. При этом какие-либо программы вычислений не использовались, а вычислительные операции сводились к считыванию с перфокарт больших массивов числовых данных.

Первый  табулятор был создан Германом Холлеритом в 1887 году. Основу этого устройства составляли простейшие электромеханические реле. Табуляторы широко использовались для выполнения расчётов статистического характера, например, для проведения переписи населения в конце XIX века в США, Канаде, России и некоторых других странах. Для производства табуляторов Г. Холлерит в 1897 году организовал фирму Tabulating Machine Company, которая впоследствии преобразовалась в фирму IBM – широко известного в настоящее время мирового лидера в сфере компьютерного производства. Различного рода табуляторы эффективно использовались во всём мире вплоть до середины ХХ века.

Проекты машин Ч. Бэббиджа

Постепенно роль человека свелась  к составлению плана выполнения нужных действий, а сами действия уже  выполнялись без участия человека – автоматически. Очевидно, должна была возникнуть мысль о том, что  машине можно поручить не только выполнение действий по изготовлению тканей, но и  выполнение некоторых вычислений, которые  в то время были наиболее важной разновидностью действий по обработке  информации. Эта мысль возникла у  английского математика Чарльза  Бэббиджа.

В 1822 году он опубликовал статью с  описанием так называемой «разностной» машины, предназначенной для вычисления и печати таблиц математических функций, используемых в морской навигации. Разностная машина, которая «умела»  выполнять только операции сложения и вычитания при решении однотипных задач была построена и успешно работала.

Затем Бэббидж начал работать над  проектом машины, которую впоследствии стали называть «аналитической». По его замыслу эта машина должна была уметь самостоятельно решать произвольные задачи с привлечением всех арифметических операций. Эта идея полностью исключала  участие человека в вычислениях, сводя его роль к подготовке необходимых  числовых данных к составлению программы, т.е. плана выполнения вычислений, зафиксированного в специальной форме. Собственно, процесс обработки информации должен был выполняться автоматически по заданной программе. Первый эскиз этой машины появился в 1834 году. Но несмотря на все затраченные усилия в течение нескольких десятилетий работы, Бэббиджу не удалось реализовать свои идеи, в основном из-за несовершенства материальной и технической базы того периода. Хотя аналитическая машина Бэббиджа существовала только в виде проекта, для неё была составлена первая в мире программа. В 1843 году Ада Лавлейс, дочь английского поэта Джорджа Байрона, опубликовала работу, в которой были заложены основы современного программирования и приведена упомянутая программа. Опередивший своё время проект машины Бэббиджа содержал все основные компоненты вычислительных машин, которые появились только через столетие.

 

 

 

Первые вычислительные машины

В тридцатых  годах ХХ века в разных странах  начались разработки принципиально  иных устройств – программно-управляемых  релейных вычислительных машин. Первая в мире программно-управляемая электромеханическая  вычислительная машина под названием  Z-3 была создана Кириллом Цуме в Германии в 1939-1941 годах. Эта машина могла «помнить» до 64 чисел одновременно и выполняла сложение двух чисел за 0,3, а умножение – за 5 секунд. Однако в ней не было возможности осуществлять программный выбор одного из нескольких возможных вариантов действий. Это не позволяет считать Z-3 универсальной вычислительной машиной.

Полностью идеи Чарльза Бэббиджа впервые были реализованы в машине Марк-1, разработанной  в фирме IBM под руководством Говарда  Айкена в 1937-1944 годах. Эта машина считается  первой в мире программно-управляемой  универсальной вычислительной машиной. Вместе с тем устройство для выполнения арифметических действий в машине Марк-1 было чисто механическим. Затем в 1947 году, была построена полностью  релейная, т.е. электромеханическая  машина «Марк-2». Она выполняла одну операцию умножения за 0,7 секунды.

 

Информационный  взрыв, его причины и последствия

Ускоренное  развитие производства естественным образом  сопровождалось соответствующим увеличением  суммы знаний, накопленных человечеством. Лавинообразный рост информационных потоков, начавшийся в XIX веке, к середине ХХ века привёл к тому, что люди потеряли возможность ориентироваться в море информации и эффективно её обрабатывать, поскольку даже на простой поиск нужной информации приходилось затрачивать весьма значительные усилия. И это несмотря на то, что существенная доля людей уже оказалась вовлечённой в трудовой процесс, непосредственно связанный с обработкой информации. Возникшая ситуация получила в своё время название «информационный взрыв». А к концу ХХ века основным предметом труда в общественном производстве промышленного развития стран стала информация.

 

 

Электронный этап в развитии информатики

Начало  важнейшего на сегодняшний день электронного этапа в развитии средств обработки информации относится к 40-м годам ХХ века. В 1937-1942 годах в США под руководством Дж.Атанасова и К. Берри была сконструирована первая полностью электронная машина АВС, содержавшая около 600 электронных ламп накаливания. Но эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания и, к сожалению, так и не стала действующей.

Первой  в мире работающей электронной цифровой машиной стал специализированный компьютер  COLOSSUS, который с 1943 года использовался англичанами для дешифровки радиосообщений, пересылаемых на немецкие подводные лодки.

Первая– программно-управляемая универсальная  электронно-вычислительная машина (англ. компьютер) была разработана в 1943-1945 годах в Пенсильванском университете США под руководством Д. Мочли и в полном смысле этого слова ЭВМ П.Эккерта. Она называлась ENIAC – электронно-цифровой интегратор и вычислитель. Она весила 30 тонн, её высота была 6 метров, а площадь 120 квадратных метров. Машина состояла из 18 тысяч электронных ламп накаливания и выполняла 5 тысяч арифметических операций в секунду.

Первой  машиной с хранимой программой был  компьютер EDSAC, построенный М. Уилксом  в Великобритании в 1949 году. С этой машины принято начинать отсчёт первого поколения компьютеров.