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: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных. 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).

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. Например, ввод числа 19.42 при масштабе 0.1 эквивалентен подаче на вход напряжения в 1.942 В;
• 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.

АВМ просты и удобны в эксплуатации; программирование задач для решения на них нетрудоемкое, скорость решения изменяется по желанию оператора (больше, чем у ЦВМ), но точность решения очень низкая (относительная погрешность 2-5 %). На АВМ решают математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не содержащие сложной логики.

ЦВМ получили наиболее широкое распространение, именно их подразумевают, когда говорят про ЭВМ.

ГВМ целесообразно использовать для управления сложными быстродействующими техническими комплексами.

Классификация ЭВМ по поколениям.

1 поколение.

В 1946г. была опубликована идея использования двоичной арифметики (Джон фон Нейман, А.Бернс) и принципа хранимой программы, активно использующиеся в ЭВМ 1 поколения.

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

Дополнительные черты:

• устройства ввода-вывода: бумажная перфолента, перфокарты, магнитная лента, и печатающие устройства;
• внешняя память: магнитный барабан, перфоленты, перфокарты;
• пультовая работа программиста;
• программирование в машинных кодах.

ENIAC(Electronic Numerical Integrator and calculator)

Эта первая универсальная машина разработана в 1940г. в Пенсильванском университете, закончена к 1946г. Назначение: для военных баллистических расчетов, однако после завершения активно использовалась в научных целях.

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.

МЭСМ (Малая Электронно - Счетная Машина )

МЭСМ- 1947-51гг., Киев, руководитель проекта - академик Сергей Алексеевич Лебедев. Работала с 20-ти разрядными числами, со скоростью 50 операций в секунду. Объем памяти - 100 ячеек. Превосходила по своим характеристикам многие зарубежные образцы.

Задачи решались в основном вычислительного характера, содержащие сложные расчеты, необходимые для прогноза погоды, решения задач атомной энергетики, управления летательной техникой и других стратегических задач.

2 поколение.

1 июля 1948г. Bell Telefon Laboratory объявила о создании первого транзистора (первая демонстрация была еще раньше — в 1947г). Его разработали американские физики У. Браттейн, Бардин, У.Шокли.

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

Дополнительные черты:

• Внешняя память: магнитный барабан, перфоленты, перфокарты
• Пультовая или пакетная работа программиста
• Появление мониторов и первых операционных систем
• Программирование в машинных кодах и на первых языках программирования(FORTRAN, ALGOL).

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.

Дополнительные черты:

• мощные операционные системы
• развитые системы программного обеспечения для числовых и текстовых приложений
• возможность ограниченного диалога с программистом
• возможность удаленного, коллективного доступа

IBM SYSTEM 360(IBM CORP) — знаменитое семейство машин, программно совместимых снизу вверх. Машины примерно одинаковой архитектуры, но самых разных рабочих и стоимостных характеристик. До конца 70-х годов этот этап связывается с распространением ЭВМ серии IBM/360. Проблема этого этапа — отставание программного обеспечения от уровня развития аппаратных средств.

ЭВМ ЕС (Единой серии), выпускаемые бывшими странами СЭВ, семейство малых машин СМ ЭВМ.

С середины 60-х до середины 70-х годов важным видом информационных услуг стали базы данных, содержащие разные виды информации по всевозможным отраслям знаний.

Впервые возникает информационная технология поддержки принятия решений. Это совсем новый способ взаимодействия человека и компьютера.

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.

Начиная с середины 70-х годов с созданием национальных и глобальных сетей передачи данных ведущим видом информационных услуг стал диалоговый поиск информации в удаленных от пользователя базах данных.

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.

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 ЭВМориентированы 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. Это удобно (программу хранить в ПЗУ), в этом случае повышается надежность и быстродействие ЭВМ. Такой подход часто используется в бортовых ЭВМ; управлении режимом работы фотоаппарата, кинокамеры, в спортивных тренажерах.

Место информатики в системе наук.В системе наук информатика — это комплекс ряда современных научно-технических дисциплин, обладающих средствами и методами решения новых задач в условиях развития научно-технического прогресса и базирующихся на самых современных технических средствах — электронных вычислительных машинах, позволяющих наилучшим образом решать вопросы, связанные с разработкой, функционированием и применением информационных систем.

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.

Современное понимание информационной системы предусматривает использование компьютера как основного технического средства обработки информации. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом информационной системы.

В работе информационной системы можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных - формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п..

2. Накопление и систематизация данных - организация такого их размещения, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защита их от искажений, потери, деформирование целостности и др.

3. Обработка данных - процессы, вследствии которых на основании прежде накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные. Производные данные тоже можно обраббатывать, получая более обобщенные сведения.

4. Отображение данных - представление их в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, то есть создание документов на так называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Сообщения, которые формируются на первом этапе, могут быть обычным бумажным документом, сообщением в "машинном виде" или тем и другим одновременно. В современных информационных системах сообщения массового характера большей частью имеют "машинный вид". Аппаратура, которая используется при этом, имеет название средства регистрации первичной информации.

Потребности второго и третьего этапов удовлетворяются в современных информационных системах в основном средствами вычислительной техники. Средства, которые обеспечивают доступность информации для человека, то есть средства отображения данных, являются компонентами вычислительной техники.

Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с пользователем. Типичные программные компоненты информационных систем включают: диалоговую подсистему ввода-вывода, подсистему, которая реализует логику диалога, подсистему прикладной логики обработки данных, подсистему логики управления данными. Для сетевых информационных систем важным элементом является коммуникационный сервис, обеспечивающий взаимодействие узлов сети при общем решении задачи. Значительная часть функциональных возможностей информационных систем закладывается в системном программном обеспечении: операционных системах, системных библиотеках и конструкциях инструментальных средств разработки. Кроме программной составной информационных систем важную роль играет информационная составная, которая задает структуру, атрибутику и типы данных, а также тесно связана с логикой управления данными.

Сегодня под названием «информатика» скрывается целый конгломерат наук, объединенных общим объектом исследования - информацией. Информатику составляют различные научные направления, представляющие собой комплексы самостоятельных наук, границы которых обнаружить весьма трудно, так как каждое из направлений информатики характеризуется взаимопроникновением методов и идей.

Как и другие науки, которые принято делить на теоретические и прикладные (например, в математике выделяются теоретическая и прикладная математика), информатика тоже состоит из научных разделов, которые можно назвать теоретической информатикой и прикладной информатикой. Каждый из этих разделов в свою очередь можно делить и дальше. Но такая структуризация информатики не слишком удобна, так как в один раздел попадают научные направления, значительно отличающиеся друг от друга и взглядом на информацию, и теми методами, которые в них используются. Поэтому группой ученых во главе с академиком Д. А. Поспеловым предпринято другое деление информатики на основные направления, опирающееся на внутреннее единство решаемых в них задач и подходов к пониманию сущности информации.

Важно отметить и такую специфику информатики. Ее интересуют комбинированные системы — человеко-машинные. Поэтому иногда говорят, что информатика есть применение науки и инженерного мастерства в обработке и использовании информации в управленческих, познавательных и иных социальных процессах.

Таким образом, информатика способствует активизации человеческого фактора, поскольку с помощью ЭВМ позволяет повышать «разрешающую силу человеческого мозга», информатизировать, т.е. насыщать информацией, все сферы человеческой деятельности. Ныне общепризнанно, что переработка информации столь же необходимое условие для успешного осуществления производственного процесса, как и затрата энергии, сырья, материалов. Их надо не просто истратить, переработать. Их надо израсходовать разумно, целесообразно, с наилучшей отдачей. Для этого надо принять наилучшее решение, учитывающее все условия производства. Информация и есть не что иное, как отражение реальной действительности.

Все сказанное делает правомерным вывод, что информатика стала сегодня своеобразным катализатором научно-технического прогресса. В этом ее главная особенность. Информатика сегодня определяет не только уровень современной технологии, но и прогресс науки, производя революционные перемены. Информатика способствует включению в действие всех интеллектуальных резервов общества. Без информатики и информатизации немыслимы и процессы компьютеризации.

Роль информации в современном обществе.Информация - это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (исходная информация) или сохраняется внутри определенной системы.

Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..

Важнейшие свойства информации:

• объективность и субъективность;
• полнота;
• достоверность;
• адекватность;
• доступность;
• актуальность.

Данные являются составной частью информации, представляющие собой зарегистрированные сигналы.

Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного вида в другого с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество разных операций. Основными операциями есть:

• сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения;
• формализация данных - приведение данных, которые поступают из разных источников к единой форме;
• фильтрация данных - устранение лишних данных, которые не нужны для принятия решений;
• сортировка данных - приведение в порядок данных за заданным признаком с целью удобства использования;
• архивация данных - сохранение данных в удобной и доступной форме;
• защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения и модификации данных;
• транспортирование данных - прием и передача данных между отдаленными пользователями информационного процесса. Источник данных принят называть сервером, а потребителя - клиентом;
• преобразование данных - преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

Виды информационных процессов.Существуют три вида информационных процессов: хранение, передача, обработка.

Хранение информации.С хранением информации связаны следующие понятия: носи­тель информации (память), внутренняя память, внешняя память, хранилище информации.

Носитель информации – это физическая среда, непосредственно хранящая информацию. Память человека можно назвать опера­тивной памятью. Заученные знания воспроизводятся чело­веком мгновенно. Собственную память мы еще можем назвать внутренней памятью, поскольку ее носитель – мозг – находится внутри нас.

Все прочие виды носителей информации можно назвать вне­шними (по отношению к человеку): дерево, папирус, бумага и т.д. Хранилище информации - это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования (например, архивы документов, библиотеки, картотеки). Основной информационной единицей хранилища является определенный физический документ: анкета, книга и др. Под организацией хранилища понимается наличие определенной структуры, т.е. упорядоченность, классификация хранимых документов для удобства работы с ними.

Основные свойства хранилища информации: объем хранимой информации, надежность хранения, время доступа (т.е. время по­иска нужных сведений), наличие защиты информации.

Информацию, хранимую на устройствах компьютерной памя­ти, принято называть данными. Организованные хранилища данных на устройствах внешней памяти компьютера принято называть базами и банками данных.

Обработка информации.Схема обработки информации:

Исходная информация – исполнитель обработки – итоговая информация.

В процессе обработки информации решается некоторая информационная задача, которая предварительно может быть поставлена в традиционной форме: дан некоторый набор исходных данных, требуется получить некоторые результаты. Сам процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки. Объект или субъект, осуществляющий обработку, называют исполнителем обработки.

Для успешного выполнения обработки информации исполнителю (человеку или устройству) должен быть известен алгоритм обработки, т.е. последова­тельность действий, которую нужно выполнить, чтобы достичь нужного результата.

Различают два типа обработки информации. Первый тип обработки: обработка, связанная с получением новой информации, нового содержания знаний (решение математических задач, анализ ситуации и др.). Второй тип обработки: обработка, связанная с изменением фор­мы, но не изменяющая содержания (например, перевод текста с одного языка на другой).

Важным видом обработки информации является кодирование – преобра­зование информации в символьную форму, удобную для ее хра­нения, передачи, обработки. Кодирование активно используется в технических средствах работы с информацией (телеграф, ра­дио, компьютеры). Другой вид обработки информации – структурирование данных (внесение определенного по­рядка в хранилище информации, классификация, каталогизация данных).

Ещё один вид обработки информации – поиск в некотором хранили­ще информации нужных данных, удовлетворяющих определенным условиям поиска (запросу). Алгоритм поиска зависит от способа организации информации.

Передача информации.Схема передачи информации:

Источник информации – информационный канал – приемник информации.

Информация представляется и передается в форме последовательности сигналов, символов. От источника к приёмнику сообщение передается через некоторую материальную среду. Если в процессе передачи ис­пользуются технические средства связи, то их называют каналами передачи информации (информационными каналами). К ним относятся телефон, радио, ТВ. Органы чувств человека исполняют роль биологических информационных каналов.

Процесс передачи информации по техническим каналам связи проходит по следующей схеме (по Шеннону):

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Такие помехи, прежде всего, возникают по техническим причинам: пло­хое качество линий связи, незащищенность друг от друга различных потоков информации, передаваемой по одним и тем же ка­налам. Для защиты от шума применяются разные способы, например, применение разного рода фильтров, отделяющих полезный сигнал от шума.

Клодом Шенноном была разработана специальная теория ко­дирования, дающая методы борьбы с шумом. Одна из важных идей этой теории состоит в том, что передаваемый по линии связи код должен быть избыточным. За счет этого потеря какой-то части ин­формации при передаче может быть компенсирована. Однако нельзя делать избыточность слишком большой. Это при­ведёт к задержкам и подорожанию связи.

При обсуждении темы об измерении скорости передачи инфор­мации можно привлечь прием аналогии. Аналог – процесс пере­качки воды по водопроводным трубам. Здесь каналом передачи воды являются трубы. Интенсивность (скорость) этого процесса характеризуется расходом воды, т.е. количеством литров, перекачиваемых за единицу времени. В процессе передачи информации каналами являются техничес­кие линии связи. По аналогии с водопроводом можно говорить об информационном потоке, передаваемом по каналам. Скорость пе­редачи информации – это информационный объем сообщения, передаваемого в единицу времени. Поэтому единицы измерения скорости информационного потока: бит/с, байт/с и др.

Еще одно понятие – пропускная способность информационных каналов – тоже может быть объяснено с помощью «водопроводной» ана­логии. Увеличить расход воды через трубы можно путем увеличения давления. Но этот путь не бесконечен. При слишком большом дав­лении трубу может разорвать. Поэтому предельный расход воды, который можно назвать пропускной способностью водопровода. Аналогичный пре­дел скорости передачи данных имеют и технические линии инфор­мационной связи. Причины этому также носят физический характер.

Технические средства реализации информационных процессов.Носители информации:

· ОЗУ компьютера (оперативная память)

· Гибкие диски 3,5”

· Оптические диски CD, DVD и др.

· Жёсткие диски

· Переносные запоминающие устройства – flash и др.

Передача информации: источник, приёмник, канал

Обработка информации: компьютер и др.