Понятие об информатике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятие об информатике

За последние 200 лет - до середины 50-х годов ХХ века история человечества насчитывала две технологические революции. Первая - промышленный переворот конца XVIII - начала XIX века, обусловленный внедрением в производство первого парового двигателя. Основы второй были заложены в конце прошлого - начале нынешнего столетия появлением электроэнергетики и электромеханики.

В наши дни, более чем через 40 лет после создания первой ЭВМ, можно утверждать, что началась и успешно развивается третья промышленная революция, одной из главных движущих сил которой являются современные электронные вычислительные машины (ЭВМ).

Удельный вес областей общественной жизни и производства, в которых применение ЭВМ становится насущной потребностью, с каждым днем возрастает.

Различные отрасли промышленности, научные исследования, культура, медицина, транспорт и связь сегодня немыслимы без использования ЭВМ.

Без ЭВМ были бы принципиально невозможны космические исследования, работы в области атомной энергетики, элементарных частиц, в астрофизике, микробиологии, метеорологии.

Компьютеры позволяют вести расчеты эффективности использования геологических ресурсов, экономические и социальные расчеты; помогают обрабатывать деловую и научную документацию и многое-многое другое.

Наконец, развитие вычислительной техники вызвало к жизни совершенно новую науку - информатику.

Краткая предыстория

Фундаментальной чертой развития человеческой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации в своих целях.

Вся жизнь человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Вообще, все человеческие знания - накопленная и систематизированная информация.

Читаем ли мы книгу или журнал, смотрим телевизор, разговариваем - мы постоянно и непрерывно получаем и обрабатываем информацию. В широком смысле слова к информации можно отнести любое воздействие на человека, которое приводит к изменению его состояния.

Например, горящий на перекрестке красный сигнал светофора является информацией, следуя которой человек (как правило) останавливается и ждет зеленого сигнала, который в свою очередь, сообщит, что можно начинать движение, и так далее.

Когда начали складываться цивилизации, человек уже обладал совершеннейшим и по сей день средством общения - языком. Уже предпринимались попытки оторвать информацию от конкретного носителя: имелась наскальная живопись, скульптура, обширная устная традиция; существовали средства связи - костры, барабаны. Многие способы рассуждения уже тогда естественным путем закреплялись в языке. Имелся уже счет, т.е. зачаток дискретной математики.

С появлением первых государств человек почувствовал потребность в более изощренных средствах передачи нарастающего количества информации. Наскальная живопись развилась в иероглифическое письмо; законодательства придали формальности рассуждению.

Видимо, тогда же следует искать истоки континуальной математики (измерение длин, площадей, весов). Первыми вычислительными машинами были весы и линейки (теперь их называют аналоговыми вычислительными машинами). Действительно, рычажные весы позволяют выполнять не только четыре действия математики, но и интегрирование (для жидких и сыпучих тел).

Таким образом, уже четыре-пять тысяч лет назад имелись мощные средства обработки величин как дискретной, так и континуальной природы. В Древнем Египте, а затем и в Древней Греции получили распространение автоматы (клепсидры Герона, торговые автоматы); развилась почта; использовались устройства типа абаков для механизации чета. Возникли позиционные системы счисления.

Крупнейшим достижением древнего мира явилось открытие буквенной письменности и методов формализации рассуждения (силлогистика Аристотеля).

В раннее средневековье центр научной мысли переместился в арабские страны: здесь появились символические изображения для переменных количеств - это был большой шаг на пути формализации вычислений, их отрыва от наглядных представлений о количествах.

Средневековая схоластика, развивая идеи Аристотеля, явилась основой для позднейшего расцвета логики; поставив логические задачи, решенные столетия спустя, создав традицию, она, наконец, исчерпала себя.

Созданная в XIII веке схоластом Луллием машина механизировала логический перебор - это была первая логическая машина (неаналоговая).

Мыслители нового времени, отвергая схоластику, не смогли обновить логику: но все же дедуктивный метод Аристотеля был дополнен индукцией Декартом; его же аналитическая геометрия - большой шаг формализации мышления, абстрагирования его от наглядных геометрических образцов, а, следовательно, и начало новой эпохи обработки информации.

Но легче, да и полезнее оказалось формализовать арифметические операции. Развитие механики (таких, в частности, автоматов, как андроиды) позволило реализовать эти идеи в металле. В 1642 году Паскаль создал механический вычислитель, производящий сложение и вычитание, а в 1673 году Лейбниц демонстрировал механический умножитель. (Великий Лейбниц всю жизнь был одержим идеями создания универсального языка науки и исчисления высказываний - чтобы решить проблему истины в научном споре; из первой идеи возник математический анализ, из второй - современная символическая логика).

Размышляя над проблемой механизации вычислений, замечательный английский естествоиспытатель Беббидж в 1834 году предложил проект универсального счетного устройства, предвосхитившего архитектуру появившихся столетия спустя цифровых вычислительных машин (ЦВМ). К сожалению, техническая база того времени (автоматы со сменной программой на штифтах типа музыкальных шкатулок или на перфолентах типа жаккардовых станков) не позволила воплотить уникальный замысел Беббиджа.

Целый ряд блестящих математиков: Буль, де Морган, Фрегет, Гильберт, Гедель, Черч, Тьюринг - за столетие с 1840 по 1940 год заложил тот логический фундамент, на котором смогли появиться первые цифровые машины.

Созданные примерно в то же время электромеханические, а затем электронные реле представили, наконец, конструкторам средства построение универсальных ЦВМ.

С другой стороны к 40-м годам ХХ века объем получаемой человеком информации резко возрос (для точной характеристики этого процесса существует даже специальный термин - информационный взрыв).

Сегодня на планете зажигаются экраны полумиллиарда телевизоров, включаются около полутора миллиардов радиоприемников, выпускаются сотни миллионов экземпляров только ежедневных газет.

Но во всем этом потоке информации, который обрушивается на современного человека, особое место занимает информация, порожденная такой отраслью человеческой деятельности, как наука.

информатика вычислительный техника

Что такое информатика

Согласно энциклопедическому словарю, информатика - «отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности».

Попробуем разобраться, для чего потребовалась такая отрасль и обоснованы ли те огромные затраты сил и средств на разработку новых проектов и выпуск ЭВМ миллионными тиражами, на которые идут технически развитые страны мира для ее развития.

По некоторым данным, объем научной деятельности, т.е. рост открытий научной информации, числа научных работников, начиная с XVII века удваивается примерно каждые 10-15 лет. Поэтому одной из очень важных проблем современной науки является лавинообразный рост количества информации в любой из ее отраслей.

Сейчас специалисту для того, чтобы уследить за всеми новыми печатными работами в интересующей его области, требуется почти все его рабочее время! Причем львиная доля этого времени уходит, как правило, на поиски и выбор необходимых публикаций (для этого существуют даже специальные библиотечные дни). Очевидно, что в такой библиотечный день выполнять свои непосредственные обязанности специалист не может.

Если есть возможность каким-либо образом сократить временные затраты и тем самым повысить производительность труда?

Многие страны мира уже подключены к глобальной сети Internet. Возможности ее практически безграничны: по любому вопросу любой специалист буквально в считанные минуты может найти исчерпывающую информацию. Ясно, что в таких условиях время поиска необходимой информации резко сокращается.

Наличие ЭВМ на рабочем месте позволяет хранить огромное количество информации, в короткое время в том или ином виде систематизировать ее. Это избавляет от необходимости терять драгоценное время специалиста на поиск и обработку различной справочной литературы, а также на выполнение большого объема чисто канцелярской и технической работы.

Например, в физике в процессе эксперимента, который длится некоторое продолжительное время, происходит весьма быстрое изменение сразу многих параметров: температуры, напряжения, частоты колебаний, скорости течения химической реакции и так далее.

Для того, чтобы уследить за всеми изменениями, потребуется не одна, а несколько пар глаз. Кроме того, эти изменения могут происходить с большой скоростью, так как человек просто не в состоянии бывает уследить за ними.

Если же вся система всевозможных датчиков присоединена к соответствующей ЭВМ, то она четко и точно зафиксирует ход процесса и в удобной для человека форме - например, в виде напечатанных таблиц выдаст эту информацию по требованию.

Трудно переоценить ту помощь, которую оказывают современные ЭВМ конструкторам и проектировщикам. Такие вопросы, как перебор большого количества вариантов, выбор оптимальных параметров при наличии огромного числа взаимодействующих факторов и целый ряд других технических проблем, связанных с производством, сегодня берет на себя ЭВМ. Нельзя, конечно, забывать и об умении ЭВМ быстро (до нескольких миллиардов операций в секунду) производить разного рода арифметические вычисления. Заметная часть инженерных, экономических, физических и математических задач как раз и содержит такие расчеты.

В качестве примера можно рассмотреть задачу вычисления числа 71. На ЭВМ за несколько часов было получено 100 000 знаков числа 71. При этом было проделано невероятное количество вычислений. Оценим их масштабы.

Определим время, которое потребуется на получение суммы двух 100 000-значных чисел. Допустим, что можно писать (печатать на машинке) по 10 знаков в секунду. В этом случае лишь запись трех таких 100 000-значных чисел - двух слагаемых и суммы - займет ровно одну рабочую смену - 8 часов 20 минут!

Если мы предположим, что сложение любых двух цифр занимает около секунды, то для вычисления указанной суммы потребуется 83 часа! Это означает, что единственную операцию умножения двух таких 100 000-значных чисел человек не в состоянии завершить в течение всей своей жизни!

Огромную помощь могут оказать ЭВМ и в обучении. Возможность создания обучающих программ по различным школьным предметам позволяет добиться высокой эффективности учебного процесса.

Большую роль здесь играют и так называемые игровые возможности ЭВМ. Оказалось, что дорогостоящий прибор, созданный для решения сложнейших задач, может служить детской (а порой и совсем не детской) игрушкой. Причем одной из самых интереснейших игрушек в мире!

Экран дисплея, особенно если он цветной, практически ничем не отличается от экрана телевизора. А значит, на нем можно создавать различные картинки и движущиеся изображения, как в мультипликации. (Не случайно, первую из самых мощных в мире ЭВМ - суперкомпьютер Cray - приобрели крупнейшие кинофирмы Голливуда для создания реалистического космического и иного антуража).

Представьте себе красочное космическое путешествие со сложными посадками на разные планеты, со всевозможными опасностями и трудностями, главным действующим лицом, которого являетесь Вы - Ваш прототип на экране дисплея. И так же как в реальной жизни, успех предприятия зависит от скорости вашей реакции, умения принимать решения, вовремя рискнуть и так далее.

Конечно, не надо думать, что такое игровое использование ЭВМ является их основной функцией. Однако существует большое количество игр, развивающих вычислительные способности, скорость реакции, пространственное видение и так далее. Построенные на игровых принципах обучающие программы, доступные даже для самых маленьких, несомненно, могут повысить интерес к обучению даже самым сложным предметам.

Таким образом, появление вычислительной техники позволяет решать проблемы, которые до недавнего времени лежали за пределами человеческих возможностей.

Но необходимо понимать, что сама по себе ЭВМ - это только большая и сложная электрическая схема, обладающая умением очень быстро выполнять определенные действия над электрическими сигналами по записанной ей в память программе. А конкретную программу действий может создать только человек!

Таким образом, без человека любая, даже самая дорогая и сложная, ЭВМ останется лишь грудой металла и электрических соединений.

Размещено на Allbest.ru