 |
Дальнейшее развитие средств обработки информации
|
|
|
|
Первые вычислительные машины создавались в единичных экземплярах, они стоили страшно дорого, занимали огромные площади и ко всему прочему были весьма ненадежны. Работать с этими машинами могли только профессионалы высочайшей квалификации. Просто для того, чтобы обслуживать машину, ремонтировать ее при сбоях и т. д. требовался целый коллектив специалистов. Первые ЭВМ использовались в основном для выполнения математических вычислений при решении задач научно-технического характера в оборонной и некоторых других областях. Однако, несмотря на все вышеперечисленные недостатки, их применение для обработки информации оказалось весьма успешным.
По мере развития технологической базы машины уменьшались в размерах, становились все более надежными и дешевыми. Накапливался опыт применения ЭВМ в различных областях деятельности человека. Постепенно машины стали применять в коммерческой деятельности, метеорологии, лингвистике (для расшифровки надписей на древних языках) и в других областях, где можно было с успехом применять математический аппарат. Появились новые долговременные носители информации, такие как магнитные ленты и барабаны, магнитные, оптические и другие диски, на которых научились хранить не только числовую, но и текстовую, звуковую, графическую информацию. Появились удобные средства для организации взаимодействия человека и машины, такие как подобные телевизионным приемникам монохромные и цветные устройства для отображения информации — дисплеи, компактные и надежные клавиатуры, служащие для первичного ввода информации и управления работой компьютера. Увеличивались темпы выпуска машин. Так, в 1952-1953 годах в мире производилось примерно 10 машин в год, а уже к 1965 году производство возросло до 40 тысяч машин в год. Если в 1983 году было продано 2 миллиона, то в 1994 году — уже 100 миллионов персональных компьютеров. Широкое распространение получили компьютерные сети, представляющие собой объединение с помощью специальных средств нескольких (от двух до сотен миллионов) компьютеров.
|
|
|
Все это создало предпосылки для резкого расширения сфер применения вычислительной техники и привело к тому, что в последней четверти XX века создалась ситуация, когда хранить информацию на бумаге стало невыгодно — более удобным и дешевым оказалось ее хранение на машинных носителях информации. Машинные носители обеспечили также чрезвычайно высокую плотность хранения информации.
ПРИМЕЧАНИЕ
Например, фирма «Мацусита электрик» в начале 90-х годов XX века приступила к выпуску интегральных схем со следующими характеристиками: площадь, занимаемая одной схемой, — 94 квадратных миллиметра (квадратик со стороной в один сантиметр); схема состоит из 3,5 миллиона логических элементов, каждый из них может содержать 64 газетные страницы текста. Еще пример. Если 100 компакт-дисков (в упаковке) разместить рядом друг с другом, то они займут на полке участок длиной 50 сантиметров. Если содержащийся на этих дисках текст напечатать в виде книг, то, размещенные рядом друг с другом, они займут 2 километра книжных полок.
При этом все шире стали использовать такие технологии работы с информацией, при которых она сразу попадает в компьютеры без предварительной фиксации на бумаге. Кроме того, следует отметить, что на обмен информацией, зафиксированной на бумажном носителе, затрачивается теперь гораздо больше времени, чем при использовании машинных носителей. Это позволяет сделать вывод о переходе человечества на рубеже XX-XXI веков в эру безбумажных способов работы с информацией.
|
|
|
Таким образом, разработка в середине XX века устройств, которые способны без вмешательства человека осуществлять обработку информации, ознаменовала собой начало революционных изменений в этой области. Если изобретение письменности и, в особенности, книгопечатания (вообще говоря, всего лишь способов долговременного хранения и тиражирования информации) позволило человечеству совершить мощнейший рывок в развитии производства и материально-технических благ, то трудно себе представить, во что выльется эта информационная революция. Революция, связанная с широчайшим использованием в повседневной практике компьютеров — устройств, обеспечивающих не только автоматизацию хранения информации, но и практически мгновенный обмен данными между тысячами участников производственного процесса. А самое главное — компьютеры обеспечивают автоматизацию процесса обработки информации, и не только простейших ее разновидностей, таких как текстовая или числовая, но и имеющих очень сложную структуру — звуковую, графическую и т. д.
Персональный компьютер
Наиболее революционные изменения в сфере обработки информации произошли после широкого внедрения в 80-х годах в общественную жизнь персональных компьютеров (ПК) или персональных ЭВМ (ПЭВМ). Появление персональных компьютеров связано с микроминиатюризацией всех основных узлов и элементов вычислительных машин. Персональный компьютер, многократно превосходящий по своим возможностям и по своей вычислительной мощности первые вычислительные машины, теперь умещается на письменном столе и может использоваться специалистом индивидуально.
ПРИМЕЧАНИЕ
Для более наглядного представления о масштабах миниатюризации первых вычислительных «динозавров» часто используется следующее сравнение. Если бы легковой автомобиль можно было бы уменьшить в такой же пропорции, в которой уменьшились ЭВМ от первых экземпляров до современных ПК, без нарушения его функциональных возможностей, то легковой автомобиль стоил бы около 2 долларов, весил 200 граммов и на одном литре бензина проезжал бы 2 миллиона километров.
Кроме беспрецедентного уменьшения в размерах и стоимости, произошли и другие немаловажные изменения. Персональные компьютеры очень надежны — они могут безотказно работать сутками, обеспечивая при этом очень малый расход энергии. Но, пожалуй, самым важным является то, что благодаря множеству заранее разработанных программ созданы все возможности для использования вычислительных машин при решении задач обработки информации почти во всех областях человеческой деятельности. При этом специалисту в своей области знаний практически не приходится самому составлять программы и для этого изучать способы их составления. Ему достаточно освоить несколько не очень сложных приемов работы с машиной, которые к тому же однотипны для большинства случаев применения. Таких специалистов называют конечными пользователями или просто пользователями.
|
|
|
ВНИМАНИЕ
Пользователем принято называть человека, использующего вычислительную технику для получения нужной информации, для решения конкретной задачи в той или иной предметной области или в каких-либо иных целях.
Как и любые другие компьютеры, персональные машины могут объединяться в компьютерные сети, содержащие миллионы машин, которые могут быть размещены на всех континентах земного шара. Это позволяет людям, разделенным десятками тысяч километров, в считанные секунды обмениваться между собой информацией. Специалисты получают практически мгновенный доступ к мировым информационным центрам, не отходя от своего рабочего места.
Суммируя все вышесказанное, можно сделать следующий вывод. Основой широчайшего внедрения компьютерной обработки информации во всем мире в конце XX века стали:
§ сравнительно невысокая стоимость компьютеров;
§ высокая плотность и низкая стоимость хранения информации на машинных носителях;
§ высокая степень надежности машинной обработки и хранения информации;
§ высокая скорость машинной обработки информации;
§ простота использования машин для решения огромного количества практических задач;
§ практически мгновенный доступ к важнейшим мировым информационным ресурсам в компьютерных сетях и возможность обмена информацией между любыми подсоединенными к сети машинами.
|
|
|
Информатика
Таким образом, к исходу XX века способы работы с информацией изменились принципиально, и следствием этого процесса кардинальных изменений можно считать возникновение информатики — новой науки, новой сферы производства и новой сферы приложения трудовых ресурсов. Однако от появления первых компьютеров до обособления информатики как отдельной науки, со своим предметом и своими методами исследования, прошло еще почти двадцать лет.
Термин «информатика» в том смысле, в котором он сейчас используется, возник в начале 60-х годов во французском языке (informatique). Английским эквивалентом считается словосочетание computer science. Слово «информатика» образовано из двух слов — «информация» и «автоматика». Следовательно, смысл этого слова должен был быть примерно таким: автоматическая работа с информацией. На самом деле в настоящее время речь идет только лишь об «автоматизированной» работе с информацией, то есть о сочетании функций человека и технического устройства. Заметим, что термин «автоматический», вообще говоря, означает без участия человека. Вплоть до начала девяностых годов XX века в нашей стране проходили дискуссии, в которых пытались как можно более точно определить как сам термин «информатика», так и зафиксировать предмет этой науки и разграничить ее с родственными науками. Впрочем, и до настоящего времени существует несколько различных точек зрения по данному вопросу. Мы будем понимать под этим термином следующее.
ВНИМАНИЕ
Информатика представляет собой фундаментальную естественную науку об осуществляемой преимущественно с помощью автоматизированных средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как отображение знаний и фактов, сведений, данных в различных областях человеческой деятельности. Это наука о средствах, методах и способах сбора, обмена, хранения и обработки информации.
В настоящее время в нашей стране, так же как и во всем мире, достаточно бурно протекают процессы компьютеризации и информатизации в большинстве сфер народного хозяйства.
ВНИМАНИЕ
Компьютеризацией называется процесс оснащения организаций, предприятий и рабочих мест отдельных специалистов различными средствами вычислительной техники, объединения отдельных машин в компьютерные сети, установки и освоения современных программных систем. Информатизацией называется широкое внедрение современных информационных технологий в профессиональную деятельность специалистов различного профиля, в учебную, научно-исследовательскую, управленческую, административную деятельность, в быт и досуг человека. Информационной технологией называется какая-либо конкретная система средств, методов и способов сбора, накопления, поиска, обработки, приема и передачи информации.
|
|
|
Примером морально устаревшей информационной технологии является чисто бумажная технология, когда вся работа с информацией осуществляется на бумаге или ее эквивалентах. Современные информационные технологии, в частности, подразумевают:
§ практически полный отказ от бумажных носителей информации, начиная с регистрации первичной информации на машинных носителях;
§ доступность любой информации (кроме информации, доступ к которой ограничен законом) в любой точке земного шара и в любое время.
Многие специалисты считают, что человечество постепенно переходит из индустриальной стадии своего развития в постиндустриальную, а точнее, в информационную стадию, поскольку на современном этапе дальнейшее развитие науки, техники, экономики государства невозможно представить без широчайшего использования последних достижений информатики. Да и жизнь отдельно взятого человека все более и более оказывается связанной с информатикой. Информацию, информатизацию относят к одним из важнейших видов стратегических национальных ресурсов, и по этим показателям, в частности, определяется экономическая и военная мощь государства.
Контрольные вопросы
1. Какую роль играет информация в живой природе? Какие действия с информацией осуществляют живые организмы?
2. Укажите традиционно используемые человеком носители информации.
3. Что такое знания? Укажите возможные способы хранения и передачи знаний.
4. Какую роль сыграли речь, письменность и книгопечатание в общественном развитии?
5. Укажите средства, применявшиеся человеком для обработки информации до появления ЭВМ. В чем их особенности?
6. В чем состояли идеи Бэббиджа?
7. Укажите основные причины и последствия информационного взрыва.
8. Назовите первые вычислительные машины и укажите их особенности.
9. Укажите основные предпосылки перехода к безбумажной информатике.
10. Дайте определение терминам «пользователь», «информатика», «компьютеризация», «информатизация», «информационная технология».
11. Назовите и охарактеризуйте основные этапы в развитии средств обработки информации.
12. Проследите связь между изменениями в средствах и способах хранения и обработки информации и общественным развитием.
ГЛАВА 2. Основные понятия информатики
Основными понятиями информатики являются: «информация», «информационная модель», «алгоритм» и «электронно-вычислительная машина» («компьютер»),
Информация
Понятие «информация» относится к так называемым первичным, неопределяемым понятиям. В математике существует группа понятий, дать строгое определение которым в принципе невозможно. К ним относятся понятия «множество», «точка» и некоторые другие. Любая попытка каким-либо образом определить их сведется к использованию синонимов. Например, часто используемыми синонимами для термина «информация» являются термины «сведения» и «данные». В таких случаях понятие вводится путем его объяснения, которое опирается на интуицию, здравый смысл или бытовое использование термина.
В вышеприведенном определении предмета «информатика» дано одно из часто используемых пояснений понятия «информация».
ВНИМАНИЕ
Под информацией понимается отображение знаний и фактов (сведений, данных), используемых в различных областях человеческой деятельности.
Смысл термина «знание», в котором мы его применяем, также раскрыт выше: это осознанные и запомненные людьми свойства предметов, явлений и связей между ними, а также способы выполнения тех или иных действий для достижения нужных результатов. Примерами знаний являются: знания правил хорошего тона, знания иностранных языков, знания правил выполнения четырех арифметических операций, высказывания типа «при нормальном давлении вода кипит при 100 градусах Цельсия» или «сумма квадратов катетов в прямоугольном треугольнике равна квадрату гипотенузы» и т. д.
Как знания, так и отдельные систематизированные и несистематизированные факты сведения или данные передаются с помощью сообщений. В качестве примеров таких сообщений можно привести следующие предложения: «Поезд номер 10 задерживается до 12 часов 40 минут московского времени»; «Подозреваемому на вид 40-45 лет, рост 190 см»; «Вес выпавшего осадка 15 мг»; «Уровень радиации не превышает 10 микрорентген в час» и т. д.
Сообщения могут передаваться между людьми: устно или письменно на различных языках — русском, английском, китайском, закодированными с помощью точек и тире, которые передаются по рации (азбука Морзе), закодированными с помощью флажковой азбуки на флоте и т. д. В общем, человечество использует для этого множество самых разнообразных способов. Однако любое сообщение всегда материально, то есть представлено некоторой материальной субстанцией — камнем, глиной, бумагой, магнитной пленкой, электромагнитными или акустическими колебаниями, молекулами или атомами вещества и т. д.
ВНИМАНИЕ
Сообщение — это материальная форма информации.
Фактически все вышеприведенные примеры, которые трактовались как информация (наскальные рисунки, запахи, звуки, бумажные тексты, фотографии и т. д.), представляют собой примеры сообщений, несущих человеку некоторую важную или не важную для него информацию.
ВНИМАНИЕ
Информация — это нематериальный смысл, извлекаемый человеком из сообщения.
Соответствие между информацией и сообщением, с помощью которого она передается, не является взаимно однозначным. Одна и та же информация может передаваться с помощью различных сообщений. Например, сообщение о задержке рейса, передаваемое в аэропорту на различных языках, — одна и та же информация, а сообщения разные. И наоборот, одно и то же сообщение может нести различную информацию. Сообщение «Над всей Испанией безоблачное небо» было воспринято большинством радиослушателей как часть метеосводки. И лишь очень немногие посвященные знали, что это условный сигнал к началу фашистского мятежа в Испании в 1936 году. Возможность извлекать разную информацию из одного и того же сообщения является следствием того, что разные получатели информации по-разному воспринимают, трактуют, интерпретируют сообщение. А в том случае, когда сообщение передается на неизвестном слушателю языке или же неизвестным образом закодированным (зашифрованное сообщение), его получатель, если он не обладает «ключом» для данного шифра, вообще не сможет извлечь из такого сообщения никакой информации.
Таким образом, возникает вопрос о способе, качестве и полноте извлечения информации из сообщения. Обычно способ выявления смысла сообщения является общепринятым (естественные языки), результатом договоренности между отправителем и получателем сообщения (шифрованные сообщения) или же он может быть предписан заранее им обоим (азбука Морзе). В общем случае говорят, что задается правило или группа правил интерпретации сообщений. Решающим фактором для извлечения информации из сообщения является знание языка сообщения или способа его кодирования, то есть совокупности правил интерпретации сообщения, истолкования его смысла. В качестве наглядных примеров правил интерпретации сообщений можно указать жаргоны, сленги, естественные, профессиональные и научные языки, криптографические шифры и т. д. Исходя из рассмотренных примеров и аналогий, группу правил, используемую для истолкования смысла, интерпретации сообщений, то есть для извлечения из сообщения полезной для получателя информации, часто называют языком интерпретации сообщений.
Как правило, сообщения записываются или передаются с помощью некоторой последовательности знаков — букв письменной или звуков разговорной речи, специально подобранных значков: точек и тире, «пляшущих человечков» из рассказов о Шерлоке Холмсе, математических, химических символов и т. д. Набор знаков, которые используются для формирования и передачи сообщений, принято называть алфавитом языка интерпретации сообщений. Алфавит, как правило, задается прямым перечислением всех входящих в него знаков. Например, набор знаков (цифр) {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} представляет собой алфавит, обычно используемый для записи чисел. Человечество за свою историю придумало большое количество различных наборов знаков, которые могут быть использованы для записи или передачи сообщений. Примерами могут служить алфавиты естественных языков, знаки зодиака, набор знаков азбуки Брайля (для слепых), азбука Морзе, международные флажковый и семафорный коды, которые широко применяются на флоте, набор знаков регулирования дорожного движения и т. д. Поскольку в общем случае для формирования сообщения могут использоваться не только буквы алфавитов естественных языков, принято говорить, что сообщение кодируется тем или иным набором знаков, а сам алфавит или набор знаков иногда называют еще и кодом.
Как было отмечено ранее, одна и та же информация может быть передана с помощью различных сообщений, причем эта разница обычно проявляется в различном выборе языка или кода, с помощью которого оно формируется. Например, международный морской сигнал бедствия SOS можно передать сообщением на английском языке «Save our soul», аналогичным сообщением на русском - «Спасите наши души», с помощью азбуки Морзе - «... ---...» и многими другими способами. Но во всех случаях, на любых языках и при любых способах кодирования смысл всех сообщений один и тот же - подан сигнал бедствия. Этот важный момент можно трактовать по-другому, а именно можно считать, что существует только одно сообщение, но применяются разные способы его записи, кодировки. Иначе говоря, одно и то же сообщение может быть без потери его смысла закодировано разными способами.
Из множества возможных способов кодирования сообщений наиболее важным для информатики частным случаем является кодирование двоичными наборами знаков, то есть наборами, состоящими всего из двух различных знаков, символов, цифр. Именно к таким наборам относится набор {есть отверстие, нет отверстия}, который использовался для записи информации на перфокартах в упомянутых выше примерах, и двоичный код — набор знаков, алфавит {0,1}, который применяется при хранении информации в памяти компьютера.
ПРИМЕЧАНИЕ
Несмотря на существенную разницу между понятиями «сообщение» и «информация», в соответствии с установившейся практикой устной и письменной речи в дальнейшем изложении практически везде используется термин «информация», хотя по контексту следовало бы использовать термин «сообщение».
|
|
|
