информатика і обчислювальна техніка

Інформатика - наука, що досліджує закони і методи переробки і накопичення інформації.

Ускладнення сучасного промислового виробництва, необхідність оперативного зв’язку між різноманітними підприємствами , потреба в опрацюванні за короткий час величезної кількості інформаціі поставили на порядок денний питання автоматизації багатьох функцій управління різними галузямивиробництва, науки, освіти. Для ефективного управління досить складною системою, наприклад підприємством чи галуззю виробництва, потрібно в стислі строки обробляти величезні потоки інформації.

Об’єктивна можливість такого управління з’явилось лише завдяки досягненням математики, кібернетики, теорії інформації, а також розвитку електронно - обчислювальної техніки.

Слово “кібернетика” (гр. ”мистецтво керманича”) вперше вжив як термін для управління в загальному розумінні давньогрецький філософ Платон. Видатний французський вчений Ампер запропонував називати кібернетикою науку про управління людським суспільством.

Кібернетика як наука виникла лише в 40-х роках нашого століття. У 1948 році з’явилася перша праця, присвячена питанням кібернетики - “Кібернетика, або управління і зв’язок у тварині і машині”. Автор її - відомий американський учений Норберт Вінер.

Процес упрапвління з погляду кібернетики є процес збирання, опрацювання інформації та видачі результатів такого опрацювання у вигляді нової інформації ( вказівок, інструкцій, рекомендацій, результатів аналізу вхідної інформації).

Ефективне і якісне управління складними динамічними системами в наш час немислиме без застосування швидкодіючих електронно-обчислювальних машин (ЕОМ).

З давніх часів люди створювали всеможливі механізми і машини для полегшення своєї праці. Однак до недавнього часу машини полегшували лише фізичну працю людини. Діяльність, пов’язана з розумовою працею, обходилась без серйозної участі машин.

Створення швидкодіючих ЕОМ справедливо вважається одним із видатних науково-технічних досягнень людства. Сучасні ЕОМ здатні виконати за секунду мільйони арифметичних операцій, в той час як досвідчений обчислювач тратить на виконання однієї дії в середньому півхвилини. Таким чином, з появою ЕОМ за короткий проміжок часу (біля 35 років) швидкість обчислень зросла приблизно в 100 млн. разів.

Приклад. Англійський математик ХІХ віку Вільям Шенкс потратив більше 20 років життя на обчислення числа  з точністю 707 значущих цифр. Цей результат - рекорд обчислень ХІХ століття. Однак виявилось, що Шенкс помилився на 520 знаці. (1853-1873рр.) ці числа за його проханням були зображені на могильній плиті.

1981 рік - учень 9 класу м. Арзамас С.Баталов обчислив більше 50 тисяч знаків за годину (БЕСМ - 6 - більше мільйона операцій в секунду). Шенку потрібно було б не менше 200 тисяч років.

Вже найперші обчислювальгні машини (25 грудня 1951 року - вступила в дію МЕСМ - перша в СРСР ЕОМ - С.О. Лєбєдєв) одержали 2 тис. знаків . В 1961 році - 100 тисяч знаків (за 9 годин). Сьогодні відомо більше півмільйона знаків числа .

Отже, обчислювальні машини здатні дуже швидко і точно виконувати арифметичні розрахунки. Але це вміння - не єдине і навіть не головне.Завдяки ЕОМ відбувається інтенсивний процес математизації не лишн природних і технічних, а й суспільних наук, математичні моделі широко використовуються в хімії, біології, медицині, економіці, психології, лінгвістиці. Розглянем деякі основні “професії” ЕОМ.

ЕОМ в АСУ Основу людино-машинної технології управління становить мережа сполучених між собою каналами автоматичного зв’язку обчислювальних центів різних рівнів (сюди входить розгалужена мережа терміналів - автоматизованих робочих місць адміністративно-управлінських працівників замість потоку паперової документації створюється кругообіг машинно-орієнтованої інформації. У пам’яті ЕОМ, включених у систему, є постійно оновлювана інформаційна база, яка вичерпно характеризує всі рівні економіки. Є також система програм, які розв’язують практично всі або більшість задач економічного і соціальногоуправління. Це створює можливість не просто робити моментальні “знімки” стану н/г-ва, в даний момент, а й регулювати поведінку економіку як “живої” кібернетичної системи.

ЕОМ і наукові ддослідження. Це якісно новий засіб для прведення наукових досліджень та створення інженерних проектів (с-ма автомат. проектування буд-ва і масове виробництво буд. проектів за допомогою ЕОМ).

ЕОМ на виробництві: автомат виробляє складні сталеві деталі для кораблів - у пам’яті електронного мозку машини зберігаються правила нарисної геометрії, автоматичні маніпулятори з програмним управлінням - промислові роботи.ЕОМ на транспорті: визначає оптимальні потоки вантажу під час збиранняцукрових буряків, складає новий план перевезень, оптимальні графіки розвезення хліба; інформаційно-довідкова система “Омега”, яка регулює перевезення пасажирів на залізничному транспорті; лічильно-розв’язуючий пристрій “Спрут”на пожвавлених перехрестях, телеавтомат системи “Старт” - єдиний загальноміський центр керування дорожнім рухом.

ЕОМ у сфері зв’язку: автомат здійснює облік міжміських переговорів.

ЕОМ в економіці: головний обчислювальний центр Держбанку СРСР обробляє внутрібанківські звіти, статистичні дані, касовий обіг, балансові звіти, кредити та інші операції (обчислювальна система “Банк”).

ЕОМ в медицині: створення АСУ для обробки інформації і розв’язування задач планування, управління охороною здоровєєя (стежити за станом хворих, вести історії хвороб, обробляти лабораторні дані. Автоматизована діагностика.

ЕОМ в метеорології: машина розраховує лінії рівного тиску атмосфери і видає їх за допомогою додаткових пристроїв у вигляді метеокарт.

ЕОМ у роботі бібліотек та інформаційних центрів. Москва - міжнародний центр наукової і технічної інформації. Встановлено теледоступ до даних науково-технічної інформації в країнах РЕВ за допомогою супутників зв’язку.

Машинні переклади (як звичайний переклад із словником). Слово, яке перекладається, порівнюється із словами, що містяться в пам’яті машини, поки не встановлюється збіг.

ЕОМ у сфері обслуговування. Оперативно-керуюча система “Інтелект” (1983 р.). Побудована на основі ЕОМ, аналізаторів, синтезаторів мови система дає можливість за допомогою автоматичного пристрою виходу на АТС вести бесіду з ЕОМ через звичайний телефонний апарат.

Створення ЕОМ можна порівняти до таких досягнень людства, як винайдення колеса чи розробки технології виготовлення металів, створення парової машини чи освоєння електричної та атомної енергії.

Ще з давніх-давен людина застосовувала засоби обчислень і намагалася удосконалити їх. Першим лічильним інструментом, який сама природа дала в розпорядження людини, були 10 пальців на її руках. Лічба на пальцях зумовила виникнення десяткової системи числення.

Протягом багатьох століть людству вірно служив абак, одним з різновидів якого є звичайна канцелярська рахівниця. Колись у деяких конструкціях абака для моделювання одиниць тих чи інших розрядів, використовували камінці, найчастіше з вапняку (лат.calculus від calc - вапняк). Звідси й походить дієслово calculare - лічити і саме слово “калькулятор” - обчислювач, лічильний пристрій.

Кілька поколінь інженерів і науковців користувалися логарифмічною лінійкою для проведення досить простих підрахунків, що не потребували високої точності.

У ХУІІ столітті почали зєєявлятись механічні обчислювальні машини, особливість яких полягала в тому, що алгоритми виконання арифметичних операцій були закладені в самому пристрої. Їх конструкція поступово вдосконалювалась. У першій половині ХХ ст. для виконання обчислень з багаторозрядними числами використовували створені за цим принципом ручні арифмометри і настільні клавішні машини, які вводилися в дію електромотором.

Працюючи на таких машинах, потрібно було набирати вихідні дані на клавіатурі, записувати результати в спеціальну таблицю; стежити за порядком виконання арифметичних операцій, який визначався алгоритмом розв’язування задачі.

Самі ж операції виконувала машина у кілька разів швидше, ніж це робилося в ручну.

У першій половині ХХ ст., особливо в 30-ті - 40-і роки, у зв’язку з розвитком науки й техніки перед математиками постало багато тих прикладних задач. Обсяг обчислень зростав так стрімко, що необхідний був принципово новий крок у вдосконаленні обчислювальних засобів. І такий крок було зроблено: з’явились ЕОМ.

Першу вітчизняну ЕОМ (МЄСМ) розроблено в Інституті електротехніки АН УРСР у 1948-19511 рр. під керівництвом академіка С.О. Лебедєва. під його ж керівництвом у 1952 р. було створено ЕОМБЄСМ, що маал на той час в Європі найбільшу швидкодію. А вже наступного року в нашій країні розпочався випуск першої в Європі серійної ЕОМ високого класу “Стрела”. З того часу бурхливий розвиток електронної обчислювальної машини справляв величезний вплив на науково-технічний прогрес. З порівняно короткий час створено чотири покоління ЕОМ.

Кожне покоління ЕОМ характеризується:

1) елементною базою;

2) математичним забезпеченням

І покоління - 1955 - 1962 рр.-М-20, “Минск”-1,2 “Урал”

1) лампова техніка (електронно-вакуумні лампи)

2) коли машини

ІІ покоління - 1962 - 1969 рр. - БЄСМ-4, М-222, “Минск” - 22, 32.

1) напівпровідники

2) алгоритмічна мова

ІІІ покоління - 1970 - 1977 рр. - машини серії ЄС

1) інтегральні схеми

2) операційна система

ІУ 1978 - “Елбрус”-1

1) великі інтегральні схеми

2) єдине математичне забезпечення.Істотною рисою машин наступного, п’ятого покоління будуть великі “інтелектуальні можливості”. Численні функції, що в машинах ІУ покоління реалізуються за допомогою складних програмних комплексів, закладатимуться безпосередньо в апаратуру ЕОМ. Програмне забезпечення, в свою чергу, буде спрямоване на розвиток їх евристичних здібностей. Широко астосовуватимуться системи мовного введення і виведення, які дадуть змогу вести діалог з машиною у буквальному розумінні слова.

Розвиток сучасної обчислювальної техніки - невіддільний від досягнень мікроелектроніки й таких продуктів космічної ери, як мікро-ЕОМ, побудованих на великих інтегральних схемах. На відміну від звичайних обчислювальних машин (БЄСМ - 4 - 200 - 250 м2, Міні-ЕОМ- у звичайній кімнаті), мікро-ЕОМ створюють за інтегральною технологією на мініатюрному кристалі, який легко можна вмонтувати у верстат, електричну друкарську машину, електронний касовий апарат, кухонну плиту з надвисоко-частотним нагрівом, в автомобіль, світлофор та ін.

До мікрогабаритних ЕОМ належать і електронні мікрокалькулятори - ЕМК. За функціональним принципом вони поділяються на: арифметичні, інженерні, програмовані.

Арифметичні - виконують арифметичні дії з цілими числами і десятковими дробами, піднесення до степеня з натуральним показником (деякі - 1/х, %, мають регістр пам’яті).

Інженерні - не тільки виконують арифметичні операції, а й обчислюють значення ф-й 10х, ех. lg x, ln x, sin x, cos x, tg x, arcsin x, arccos x, arctg x, xy.

Програмовані - крім того, що виконують усі ф-ції інженерних, можуть запам’ятовувати програму, складену обчислювачем, і виконувати за цією програмою повторні обчислення.

1) “Електроника Б3-14”, Б3-23, Б3-26, МК-57.

2) “Електроника Б3-18”, МКШ-2, Б3-32, Б3-36, С3-15.

3) “Електроника Б3-21”, Б3-24, МК-46, МК-54, МК-56.

Мікрокалькулятори побудовані за тим самим принципом (мають ті самі блоки), що й великі обчислювальні машини.

Будова ЕОМ:

Програми

Дані

За допомогою пристрою введення потрібнаінформація (програма, дані числа) надходить у машину (мікрокалькулятор). У пам’яті міститься інформація, що стосується остаточних результатів. Процесор - це пристрій, який здатний читати алгоритм, вибирати з пам’яті потрібну інформацію, виконувати відповідні операції, записуючи результати в пм’ять, а також керувати іншими блоками. За допомогою пристрою виведення результати обчислень виводяться з машини.

У мікрокалькуляторі пристроєм введення є клавіатура, пристроєм виведення - індикатор (екран, дисплей).

Спочатку термін “обчислювальна техніка” обмежував коло технічних засобів, які призначались в основному для зменшення часу під час обробки числових величин, починаючи від рахівниці, логарифмічної лінійки, арифмометра кінчаючи електронним калькулятором. в подальшому помірі того, як появились міні - і мікро ЕОМ, їх все більше проникнення в усі сфери життя людини, термін “електронно-обчислювальна техніка” почали використовувати для означення всіх видів еом.

Універсальні ЕОМ і зараз являються основою для побудови автоматизованих систем управління виробництвом (АСУВ) на великих і середніх підприємствах. В даний час промисловість виробляє зараз уніфіковану систему малих ЕОМ (СМ ЕОМ), представником якої є наша ЕОМ СМ1700.

Основним елементом мікро ЕОМ являється мікропроцесор.

Паралельно з розвитком ЕОМ удосконалювались системи числового рограмного управління (ЧПУ) обладнання. Спочатку появились електромеханічні командоапарати, які керують простим обладнанням. Потім появились електронні спеціалізовані пристрої для управління обладнанням по програмі , яку считують з паперової стрічки або синтетичної стрічки з перфорованими отворами (так звані перфострічки).

Електронно - обчислювальна техніка все ширше і ширше знаходить собі місце в керуванні технологічними процесами, виробництвом, транспортом, науковими експериментами. Коли мова заходить про застосування обчислювальної техніки, ми часто вимовляємо слова “керування”, “об’єкт керування”, “система керування”. Що ж вони означають?

В кібернетиці ці поняття визначаються слідуючим чином:

Керування - це прцес дії на об’єкт з певною метою привести його в бажаний стан.

Об’єкт, який потребує спеціально організованого керування керування, для успішної взаємодії з іншими об’єктами або зовнішнім середовищем, наз ивають об’єктом керування. В якості об’єкта керування може бути станок, двигун, літак, будь-який технологічний процес, цех, завод, профтехучилище, побутові прилади і т.п. Щобпоявилась можливість керувати об’єктом, необхідно по-перше мати набір правил, які дозволяють досягти мети керування в різних ситуаціях; тобто алгоритм керування;

по-друге повинен бути пристрій керування, який дозволяє створити керуючу дію в залежності та відповідності з алгоритмом керування.

Сукупність об’єкту керування та пристроїв керування, взаємодія яких приводить до виконання поставленої мети носить назву система керування.Заміна таких спеціалізованих пристроїв на міні та макро ЕОМ дозволяє створити системи, в яких програма роботи обладнання може змінюватись дистанційно по каналах зв’язку без втручання людини - оператора. Об’єднання мікро ЕОМ та високоточних механічних пристроїв (типу покрокових електродвигунів, пневматичних, гідравлічних та електричних).