Некоторые кибернетические аспекты информатики

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи  информатики состоят в следующем:

• исследование информационных процессов любой природы;
• разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
• решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

 
 
 
 
 

3. Технические средства информатики.

3.1. ЭВМ — основное техническое средство обработки информации.

Компьютеры  могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: по принципу действия, назначению, способам организации  вычислительного процесса, размерам и вычислительной мощности, функциональным возможностям, способности к параллельному выполнению программ и др.

По назначению ЭВМ можно разделить на три  группы:

• универсальные (общего назначения) — предназначены для решения самых разных инженерно-технических задач. Характерными чертами этих ЭВМ являются высокая производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичных, десятичных, символьных), разнообразие выполняемых операций (арифметических, логических, специальных), большая емкость оперативной памяти, развитая организация ввода-вывода информации;
• проблемно-ориентированные — предназначены для решение более узкого круга задач, связанных обычно с технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных (управляющие вычислительные комплексы);
• специализированные — для решения узкого круга задач, чтобы снизить сложность и стоимость этих ЭВМ, сохраняя высокую производительность и надежность работы (программируемые микропроцессоры специального назначения, контроллеры, выполняющие функции управления техническими устройствами).

 

 3.2. Классификация ЭВМ по принципу действия.

По  принципу действия (критерием деления вычислительных машин является форма представления информации, с которой они работают):

• аналоговые вычислительные машины (АВМ) — вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной форме, т.е. виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения); в этом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной.
• цифровые вычислительные машины (ЦВМ) — вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой, форме — в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной;
• гибридные вычислительные машины (ГВМ) — вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме.

                                                     1 поколение.

ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в  кодах.

Руководители  проекта: Джон Моучли, инженер Дж.Эккерт

Занимала  комнату 10*15 кв.м, 18000 эл. ламп, 1500 реле, мощность 150Квт. За секунду выполняла 5000 сложений или 300 умножений.

2 поколение.

По сравнению  с ЭВМ предыдущего поколения  улучшились все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки, предприняты первые попытки автоматического программирования.

3-е  поколение.

Особенностью  ЭВМ 3 поколения считается применение в их конструкции интегральных схем, а в управлении работой компьютера — операционных систем. Появились  возможности мультипрограммирования, управления памятью, устройствами ввода-вывода. Восстановление после сбоев взяла на себя операционная система.

4-е  поколение

Основные  черты этого поколения ЭВМ  — наличие запоминающих устройств, запуск ЭВМ с помощью системы  самозагрузки из ПЗУ, разнообразие архитектур, мощные ОС, объединение ЭВМ в сети.

5 поколение

ЭВМ со многими десятками параллельно  работающих процессоров, позволяющих  строить эффективные системы  обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельной векторной  структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы.

6 поколение

Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом  и нейронной структурой — с  сетью из большого числа (десятки  тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих структуру нейронных биологических систем.  
 
 

3.3. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

Большие ЭВМ

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до ИС со сверх  высокой степенью интеграции. Однако их производительность оказалась недостаточной для моделирования экологических систем, задач генной инженерии, управления сложными оборонными комплексами и др.

Большие ЭВМ часто называют за рубежом MAINFRAME и слухи об их смерти сильно преувеличены.

Как правило они имеют:

• производительность не менее 10 MIPS (миллионов операций с плавающей точкой в секунду)
• основную память от 64 до 10000 МВ
• внешнюю память не менее 50 ГВ
• многопользовательский режим работы

Основные  направления использования —  это решение научно-технических задач, работа с большими БД, управление вычислительными сетями и их ресурсами в качестве серверов.

Примеры: Семейство mainframe: IBM ES/9000 ( Enterprise System), включает более 18 моделей, реализованных на основе архитектуры IBM390.

Малые ЭВМ

Малые (мини) ЭВМ — надежные, недорогие  и удобные в эксплуатации, обладают несколько более низкими, по сравнению  с большими ЭВМ возможностями.

Супер-мини ЭВМ имеют:

• емкость основной памяти — 4-512 МВ
• емкость дисковой памяти — 2 - 100 ГВ
• число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Мини-ЭВМ  ориентированы на использование  в качестве управляющих вычислительных комплексов, в системах несложного моделирования, в АСУП, для управления технологическими процессами.

Родоначальник современных мини-ЭВМ — PDP-11,(programm driven processor -программно-управляемый процессор) фирмы DEC (США). 

Супер ЭВМ

Это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием  сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

Достичь такую производительность на одном  микропроцессоре по современным технологиям невозможно, в виду конечного значения скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/сек), ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько миллиметров (размер стороны МП) становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создают в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее  время в мире насчитывается несколько  тысяч суперЭВМ, начиная от простеньких  офисных Cray EL до мощных Cray 3, SX-X фирмы NEC, VP2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (Германия).

Микро ЭВМ или персональный компьютер

ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие  требованиям общедоступности и  универсальности:

малую стоимость, автономность эксплуатации, гибкость архитектуры, дающую возможность адаптироваться в сфере образования, науки, управления, в быту;

дружественность операционной системы;

высокую надежность (более 5000 часов наработки  на отказ);

По конструктивным особенностям можно классифицировать ПК так:

1. Стационарные (настольные)
2. Переносимые: Портативные, блокноты, карманные, электронные секретари, электронные записные книжки.

Большинство из них имеют автономное питание  от аккумуляторов, но могут подключаться к сети.

Более подробно ПК рассматривается в п. 2.5.

Специальные ЭВМ

Специальные ЭВМ ориентированы на решение специальных вычислительных задач или задач управления. В качестве специальной ЭВМ можно рассматривать также электронные микрокалькуляторы. Программа, которую выполняет процессор находится в ПЗУ или в ОП. Т.к. машина решает, как правило, одну задачу, то меняются только данные.

4. Некоторые кибернетические аспекты информатики

   Слово «кибернетика» происходит от греческого слова, означающего в переводе «кормчий». Его современное значение связано  с научной областью, начало которой положила книга американского ученого Норберта Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», вышедшая в 1948 г. Вскоре предметом новой науки стали не только биологические и технические системы, но и системы любой природы, способные воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. Под управляющими системами здесь понимаются не только технические, а и любые биологические, административные и социальные системы». Кибернетику все чаще считают частью информатики, ее «высшим» разделом, в какой-то степени аналогичным по положению «высшей математике» по отношению ко всей математике вообще (примерно в таком же положении по отношению к информатике находится и наука «Искусственный интеллект»).

   Кибернетические разделы информатики богаты подходами  и моделями в исследовании разнообразных  систем и используют в качестве аппарата многие разделы фундаментальной  и прикладной математики.

   Классическим  и до известной степени самостоятельным  разделом кибернетики считают исследование операций. Под этим термином понимают применение математических методов для обоснования решений в различных областях целенаправленной человеческой деятельности.

   Решение есть выбор из ряда возможностей, имеющихся у ответственного лица. Решения могут быть удачными и неудачными, разумными и неразумными. Оптимальными называют решения, по тем или другим принципам более предпочтительные, чем другие. Цель исследования операций - математическое (количественное) обоснование оптимальных решений.

Исследование  операций включает в себя следующие  разделы:

1) математическое программирование (обоснование планов, программ хозяйственной деятельности); оно включает в себя относительно самостоятельные разделы: линейное программирование, нелинейное программирование, динамическое программирование (во всех этих названиях термин «программирование» возник исторически и не имеет отношения к программированию ЭВМ);

2) теорию массового обслуживания, опирающуюся на теорию случайных процессов;

3) теорию игр, позволяющую обосновывать решения, принимаемые в условиях неполноты информации.

   Еще одним классическим разделом кибернетики  является распознавание образов, возникшее  из задачи моделирования в технических  системах восприятия человеком знаков, предметов и речи, а также формирования у человека понятий (обучение в простейшем, техническом смысле). Этот раздел в значительной мере возник из технических потребностей робототехники. Например, требуется, чтобы робот-сборщик распознавал нужные детали. При автоматической сортировке (или отбраковке) деталей необходима способность распознавания.

   Вершиной  кибернетики (и всей информатики  в целом) является раздел, посвященный  проблемам искусственного интеллекта. Большинство современных систем управления обладают свойством принятия решений - свойством интеллектуальности, т.е. в них смоделирована интеллектуальная деятельность человека при принятии решений.