Шпаргалка по "Информатике"

1. Начальный этап  развития вычислительной техники

Все началось с идеи научить  машину считать или хотя бы складывать многоразрядные целые числа. Еще  около 1500 г. великий деятель эпохи  Просвещения Леонардо да Винчи разработал эскиз 13-разрядного суммирующего устройства, что явилось первой дошедшей до нас попыткой решить указанную задачу. Первую же действующую суммирующую машину построил в 1642 г. Блез Паскаль – знаменитый французский физик, математик, инженер. Его 8-разрядная машина сохранилась до наших дней.

От замечательного курьеза, каким восприняли современники машину Паскаля, до создания практически полезного  и широко используемого агрегата – арифмометра (механического вычислительного  устройства, способного выполнять 4 арифметических действия) – прошло почти 250 лет. Уже  в начале XIX века уровень развития ряда наук и областей практической деятельности (математики, механики, астрономии, инженерных наук, навигации и др.) был столь высок, что они настоятельнейшим образом требовали выполнения огромного объема вычислений, выходящих за пределы возможностей человека, не вооруженного соответствующей техникой. Над ее созданием и совершенствованием работали как выдающиеся ученые с мировой известностью, так и сотни людей, имена многих из которых до нас не дошли, посвятивших свою жизнь конструированию механических вычислительных устройств.

Еще в 70-х годах нашего века на полках магазинов стояли механические арифмометры и их “ближайшие родственники”, снабженные электрическим приводом –электромеханические клавишные вычислительные машины. Как это часто бывает, они довольно долго удивительным образом соседствовали с техникой совершенно иного уровня – автоматическими цифровыми вычислительными машинами (АЦВМ), которые в просторечии чаще называют ЭВМ (хотя, строго говоря, эти понятия не совсем совпадают). История АЦВМ восходит еще к первой половине прошлого века и связана с именем замечательного английского математика и инженера Чарльза Бэббиджа. Им в 1822 г. была спроектирована и почти 30 лет строилась и совершенствовалась машина, названная вначале “разностной”, а затем, после многочисленных усовершенствований проекта, “аналитической”. В “аналитическую” машину были заложены принципы, ставшие фундаментальными для вычислительной техники.

1. Автоматическое выполнение  операций.

Для выполнения расчетов большого объема существенно не только то, как-быстро выполняется отдельная арифметическая операция, но и то, чтобы между операциями не было “зазоров”, требующих непосредственного человеческого вмешательства. Например, большинство современных калькуляторов не удовлетворяют этому требованию, хотя каждое доступное им действие выполняют очень быстро. Необходимо, чтобы операции следовали одна за другой безостановочно.

2. Работа по вводимой  “на ходу” программе.

Для автоматического выполнения операций программа должна вводиться  в исполнительное устройство со скоростью, соизмеримой со скоростью выполнения операций. Бэббидж предложил использовать для предварительной записи программ и ввода их в машину перфокарты, которые к тому времени применялись  для управления ткацкими станками.

3. Необходимость специального  устройства – памяти – для  хранения данных (Бэббидж назвал  его “складом”).

Эти революционные идеи натолкнулись на невозможность их реализации на основе механической техники, ведь до появления первого электромотора  оставалось почти полвека, а первой электронной радиолампы – почти  век! Они настолько опередили  свое время, что были в значительной мере забыты и переоткрыты в следующем столетии.

Впервые автоматически действующие  вычислительные устройства появились  в середине XX века. Это стало возможным  благодаря использованию наряду с механическими конструкциями  электромеханических реле. Работы над релейными машинами начались в 30-е годы и продолжались с переменным успехом до тех пор, пока в 1944 г. под руководством Говарда Айкена – американского математика и физика – на фирме IBM (International Business Machines) не была запущена машина “Марк-1”, впервые реализовавшая идеи Бэббиджа (хотя разработчики, по-видимому, не были с ними знакомы). Для представления чисел в ней были использованы механические элементы (счетные колеса), для управления – электромеханические. Одна из самых мощных релейных машин РВМ-1 была в начале 50-х годов построена в СССР под руководством Н.И.Бессонова; она выполняла до 20 умножений в секунду с достаточно длинными двоичными числами.

Однако, появление релейных машин безнадежно запоздало и они были очень быстро вытеснены электронными, гораздо более производительными и надежными.

2. Начало современной  истории электронной вычислительной  техники

Подлинная революция в  вычислительной технике произошла  в связи с применением электронных  устройств. Работа над ними началась в конце 30-х годов одновременно в США, Германии, Великобритании и  СССР. К этому времени электронные  лампы, ставшие технической основой  устройств обработки и хранения цифровой информации, уже широчайшим образом применялись в радиотехнических устройствах.

Первой действующей ЭВМ  стал ENIAC (США, 1945 – 1946 гг.). Его название по первым буквам соответствующих английских слов означает “электронно-числовой интегратор и вычислитель”. Руководили ее созданием  Джон Моучли и Преспер Эккерт, продолжившие начатую в конце 30-х годов работу Джорджа Атанасова. Машина содержала порядка 18 тысяч электронных ламп, множество электромеханических элементов. Ее энергопотребление равнялось 150 кВт, что вполне достаточно дляобеспечения небольшого завода.

Практически одновременно велись работы над созданием ЭВМ в  Великобритании. С ними связано прежде всего имя Аллана Тьюринга – математика, внесшего также большой вклад в теорию алгоритмов и теорию кодирования. В 1944 г. в Великобритании была запущена машина “Колосс”.

Эти и ряд других первых ЭВМ не имели важнейшего с точки  зрения конструкторов последующих  компьютеров качества – программа  не хранилась в памяти машины, а  набиралась достаточно сложным образом  с помощью внешних коммутирующих  устройств.

Огромный вклад в теорию и практику создания электронной  вычислительной техники на начальном  этапе ее развития внес один из крупнейших американских математиков Джон фон  Нейман. В историю науки навсегда вошли “принципы фон Неймана”. Совокупность этих принципов породила классическую (фон-неймановскую) архитектуру  ЭВМ. Один из важнейших принципов  – принцип хранимой программы  – требует, чтобы программа закладывалась  в память машины так же, как в  нее закладывается исходная информация. Первая ЭВМ с хранимой программой (EDSAC) была построена в Великобритании в 1949 г.

В нашей стране вплоть до 70-х годов создание ЭВМ велось почти полностью самостоятельно и независимо от внешнего мира (да и  сам этот “мир” был почти полностью зависим от США). Дело в том, что электронная вычислительная техника с самого момента своего первоначального создания рассматривалась как сверхсекретный стратегический продукт, и СССР приходилось разрабатывать и производить ее самостоятельно. Постепенно режим секретности смягчался, но и в конце 80-х годов наша страна могла покупать за рубежом лишь устаревшие модели ЭВМ (а самые современные и мощные компьютеры ведущие производители – США и Япония – и сегодня разрабатывают и производят в режиме секретности).

Первая отечественная  ЭВМ – МЭСМ (“малая электронно-счетная  машина”) -была создана в 1951 г. под руководством Сергея Александровича Лебедева, крупнейшего советского конструктора вычислительной техники, впоследствии академика, лауреата государственных премий, руководившего созданием многих отечественных ЭВМ. Рекордной среди них и одной из лучших в мире для своею времени была БЭСМ-6 (“большая электронно-счетная машина, 6-я модель”), созданная в середине 60-х годов и долгое время бывшая базовой машиной в обороне, космических исследованиях, научно-технических исследованиях в СССР. Кроме машин серии БЭСМ выпускались и ЭВМ других серий – “Минск”, “Урал”, М-20, “Мир” и другие, созданные под руководством И.С.Брука и М.А.Карцева, Б.И.Рамеева, В.М.Глушкова, Ю.А.Базилевского и других отечественных конструкторов и теоретиков информатики.

С началом серийного выпуска  ЭВМ начали условно делить по поколениям; соответствующая классификация  изложена ниже.

3. Поколения ЭВМ. Первое поколение(1948-1958 гг.) Применение вакуумно-ламповой технологии, использование систем памяти на ртутных линиях задержки, магнитных барабанах, электронно-лучевых трубках (трубках Вильямса). Для ввода-вывода данных использовались перфоленты и перфокарты, магнитные ленты и печатающие устройства. Была реализована концепция хранимой программы. Быстродействие (операций в секунду) 10-20 тыс. Второе поколение (1959 — 1967 гг.) Замена электронных ламп как основных компонентов компьютера на транзисторы. Компьютеры стали более надежными, быстродействие их повысилось, потребление энергии уменьшилось. С появлением памяти на магнитных сердечниках цикл ее работы уменьшился до десятков микросекунд. Главный принцип структуры - централизация. Появились высокопроизводительные устройства для работы с магнитными лентами, устройства памяти на магнитных дисках. Быстродействие (операций в секунду) 100-500 тыс решения научно-технических и планово-экономических задач; для систем противоракетной обороны; ЭВМ общего назначения, ориентированные на решение инженерно-технических задач Третье поколение(1968 — 1973 гг.) малые интегральные схемы (МИС) Компьютеры проектировались на основе интегральных схем малой степени интеграции (МИС - 10 - 100 компонентов на кристалл) и средней степени интеграции (СИС - 10 -1000 компонентов на кристалл). Появилась идея, которая и была реализована, проектирования семейства компьютеров с одной и той же архитектурой, в основу которой положено главным образом программное обеспечение. В конце 60-х появились мини-компьютеры. В 1971 году появился первый микропроцессор. Быстродействие (операций в секунду) порядка 1 млн. Четвертое поколение(1974 — 1982 гг.) большие интегральные схемы (БИС) Использование при создании компьютеров больших интегральных схем (БИС - 1000 - 100000 компонентов на кристалл) и сверхбольших интегральных схем (СБИС - 100000 - 10000000 компонентов на кристалл). Началом данного поколения считают 1975 год - фирма Amdahl Corp. выпустила шесть компьютеров AMDAHL 470 V/6, в которых были применены БИС в качестве элементной базы. Стали использоваться быстродействующие системы памяти на интегральных схемах - МОП ЗУПВ емкостью в несколько мегабайт. В случае выключения машины данные, содержащиеся в МОП ЗУПВ, сохраняются путем автоматического переноса на диск. При включении машины запуск системы осуществляется при помощи хранимой в ПЗУ (постоянное запоминающее устройство) программы самозагрузки, обеспечивающей выгрузку операционной системы и резидентного программного обеспечения в МОП ЗУПВ. В середине 70-х появились первые персональные компьютеры. Быстродействие (операций в секунду) десятки и сотни млн. Пятое поколение(после 1982 года) Главный упор при создании компьютеров сделан на их "интеллектуальность", внимание акцентируется не столько на элементной базе, сколько на переходе от архитектуры, ориентированной на обработку данных, к архитектуре, ориентированной на обработку знаний. Обработка знаний - использование и обработка компьютером знаний, которыми владеет человек для решения проблем и принятия решений.

4. Персональные  компьютеры. История создания человечеством различных приспособлений для облегчения вычислений насчитывает уже несколько столетий. В ходе развития компьютеров и компьютерных технологий можно выделить несколько значительных событий, определивших в свое время основные направления их дальнейшего развития:1) 1640–е гг. – изобретение Б. Паскалем механического устройства, с помощью которого можно было складывать числа;2) конец XVIII в. – создание Г. В. Лейбницем механического устройства, позволяющего не только складывать, но и умножать числа. 1946 г. считается годом изобретения первых универсальных электронных вычислительных машин (ЭВМ). В этом году американскими учеными Дж. Фон Нейманом, Г. Голдстайном и А. Бернсом была опубликована статья, в которой излагались основополагающие принципы создания универсальной ЭВМ. Уже в конце 40–х гг. начали появляться первые опытные образцы подобных машин, которые условно называются ЭВМ первого поколения. Эти ЭВМ были сконструированы на основе электронных ламп, уступая по своей производительности даже современным калькуляторам.В дальнейшем развитии ЭВМ выделяют следующие этапы:1) второе поколение ЭВМ, связанное с изобретением транзисторов;2) третье поколение ЭВМ, связанное с изобретением интегральных схем;3) четвертое поколение ЭВМ, связанное с появлением микропроцессоров в 1971 г.Первые микропроцессоры были выпущены фирмой «Intel», что и стало толчком к разработке нового поколения персональных ЭВМ. Дальнейший выпуск и повсеместное внедрение персональных компьютеров было осуществлено фирмой «Apple Computer**, начавшей в 1977 г. выпуск персональных компьютеров «Apple».В связи с возникшим в обществе массовым интересом к персональным ЭВМ компания «IBM» (International Business Machines Corporation) приступила к созданию нового проекта персонального компьютера.Фирма «Microsoft» получила заказ на разработку программного обеспечения для этого компьютера. Проект был завершен в августе 1981 г., и новый персональный компьютер получил название IBM PC.Разработанная модель персональной ЭВМ произвела настоящую информационную революцию и очень быстро вытеснила с рынка все прежние модели персональных компьютеров на последующие несколько лет.Компьютер IBM PC положил начало выпуску стандартных IBM PC – совместимых компьютеров, составляющих большую часть современного рынка персональных компьютеров.Помимо IBM PC – совместимых компьютеров, существуют и другие разновидности ЭВМ, позволяющие решать задачи различной сложности во всевозможных областях человеческой деятельности.

5. КОДИРОВАНИЕ  СИМВОЛОВ. ВИДЫ КОДИРОВОК. ТАБЛИЦЫ  ASCII. UNICODE. Любые числа (в определенных пределах) в памяти компьютера кодируются числами двоичной системы счисления. Для этого существуют простые и понятные правила перевода. Однако на сегодняшний день компьютер используется куда шире, чем в роли исполнителя трудоемких вычислений. Например, в памяти ЭВМ хранятся текстовая и мультимедийная информация. Поэтому возникает первый вопрос: Как в памяти компьютера хранятся символы (буквы)? Каждая буква принадлежит определенному алфавиту, в котором символы следуют друг за другом и, следовательно, могут быть пронумерованы последовательными целыми числами. Каждой букве можно сопоставить целое положительное число и назвать его кодом символа. Именно этот код будет храниться в памяти компьютера, а при выводе на экран или бумагу «преобразовываться» в соответствующий ему символ. Чтобы отличить представление чисел от представления символов в памяти компьютера, приходится также хранить информацию о том, какие именно данные закодированы в конкретной области памяти.