Компьютер

Вид материала

Содержание

Устно: Некоторые вехи в развитии вычислительной техники
1801 год — Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью компл
Классификация компьютеров
В общем случае, суперкомпьютер - это компьютер значительно более мощный, чем компьютеры, доступные для большинства пользователей
Программное обеспечение (по)
Все смешалось в доме Облонских…
Преимущества коммерческого/проприетарного программного обеспечения.
Операционная система
Хронология появления некоторых операционных систем
Моделирование систем

Подобный материал:

Часть 2.

КОМПЬЮТЕР

(dia.org/wiki/Компьютер)

Компьютер от англ. computer — «вычислитель».

Первоначально в английском языке это слово означало человека, производящего арифметические вычисления с привлечением или без привлечения механических устройств.

ЭВМ – аббревиатура от Электронная Вычислительная Машина.

Определение:

Компьютер (синоним ЭВМ) — вычислительная машина для передачи, хранения и обработки информации.

Термин ЭВМ был практически вытеснен из употребления после появления персональных компьютеров.

При помощи вычислений компьютер способен обрабатывать информацию по заранее определённому алгоритму.

Результат выполненной задачи может быть представлен пользователю при помощи различных устройств ввода-вывода информации, таких, как ламповые индикаторы, мониторы, принтеры, проекторы и т. п.

Определение:

Терминал – это устройство ввода-вывода, отделённое (и часто удалённое) от управляющего компьютера.

Физически компьютер может функционировать за счёт:

перемещения механических частей;
движения электронов, фотонов, квантовых частиц;
за счёт использования эффектов других физических явлений.

Устно:

Архитектура компьютеров может моделировать решаемую проблему, максимально близко. Так, электронные потоки могут использоваться в качестве моделей потоков воды при моделировании дамб или плотин. Подобным образом сконструированные аналоговые компьютеры были обычны в 1960-х годах.

В большинстве современных компьютеров проблема описывается в понятном компьютеру виде (как правило представляется в двоичной форме), после чего действия по её обработке сводятся к применению простой алгебры логики. Поскольку практически вся математика может быть сведена к выполнению булевых операций, достаточно быстрый электронный компьютер может быть применим для решения большинства математических задач, а также и большинства задач по обработке информации, которые могут быть сведены к математическим.

Устно:

Некоторые вехи в развитии вычислительной техники:

XVI век — в России появились счёты, в которых было 10 деревянных шариков на проволоке.
1492 год — Леонардо да Винчи в одном из своих дневников приводит эскиз 13-разрядного суммирующего устройства с десятизубцовыми кольцами. Хотя работающее устройство на базе этих чертежей было построено только в XX веке, всё же реальность проекта Леонардо да Винчи подтвердилась.

1642 год — Блез Паскаль представляет «Паскалин» — первое реально осуществлённое и получившее известность механическое цифровое вычислительное устройство. Прототип устройства суммировал и вычитал пятиразрядные десятичные числа. Паскаль изготовил более десяти таких вычислителей, причём последние модели оперировали числами с восемью десятичными разрядами.
1801 год — Жозеф Мари Жаккар строит ткацкий станок с программным управлением, программа работы которого задается с помощью комплекта перфокарт.
1912 год — создана машина для интегрирования обыкновенных дифференциальных уравнений по проекту российского ученого А. Н. Крылова.
1927 год — в Массачусетском технологическом институте (MIT) был изобретён аналоговый компьютер.
1941 год — немецкий инженер Конрад Цузе создаёт первую вычислительную машину Z3, обладающую всеми свойствами современного компьютера.
В начале 1943 года успешные испытания прошла первая американская вычислительная машина Марк I, предназначенная для выполнения сложных баллистических расчётов американского ВМФ.
В конце 1943 года заработала английская вычислительная машина специального назначения Колосс. Машина работала над расшифровкой секретных кодов фашистской Германии.
1946 год стал годом создания первой универсальной электронной цифровой вычислительной машины ЭНИАК.
В Советском Союзе первая электронная вычислительная машина была создана в Киеве в Институте электротехники АН УССР группой под руководством академика С.А. Лебедева в 1950 году.
В 1958 году Н. П. Брусенцов с группой единомышленников построили в МГУ первую троичную ЭВМ с позиционной симметричной троичной системой счисления «Сетунь».

Замечание:

После изобретения интегральной схемы развитие компьютерной техники резко ускорилось.

Этот эмпирический факт, замеченный в 1965 году (через шесть лет после изобретения интегральной схемы) соучредителем компании Intel Гордоном Е. Муром, назвали по его имени Законом Мура.

Определение:

Закон Мура - предположение, что число транзисторов на кристалле будет удваиваться каждые 24 месяца.

В 2007 году Мур заявил - очевидно, что его закон скоро перестанет действовать из-за атомарной природы вещества и ограничения скорости света.

КЛАССИФИКАЦИЯ КОМПЬЮТЕРОВ

По назначению:

Калькулятор
Электронное вычислительное устройство для выполнения операций над числами или алгебраическими формулами.
Консольный компьютер
Компьютер, выполняющий подготовительные действия, необходимые для запуска основной компьютерной системы.
Миникомпьютер
В настоящее время вытеснено понятием персональный компьютер.
Мэйнфрейм
Высокопроизводительный компьютер, предназначенный для организации хранилищ данных и выполнения интенсивных вычислительных работ.
Рабочая станция
Рабочее место, сочетающее полноценный компьютер или терминал, набор необходимого ПО, и необходимое вспомогательное оборудование.
Сервер
Компьютер, выделенный из группы персональных компьютеров (или рабочих станций) для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека.
Суперкомпьютер
В общем случае, суперкомпьютер - это компьютер значительно более мощный, чем компьютеры, доступные для большинства пользователей.
Шутливая классификация Гордона Белла и Дона Нельсона, разработанная приблизительно в 1989 году, предлагала считать суперкомпьютером любой компьютер, весящий более тонны.
Персональный компьютер (ПК)
Компьютер, предназначенный для личного использования.
- Настольный компьютер
  Стационарный ПК, предназначенный для работы в офисе или в домашних условиях.
- Ноутбук (Лэптоп)
  Портативный переносной ПК.
  - Нетбук
    Небольшой ноутбук, предназначенный для доступа к Интернету и работы с офисными приложениями.

Игровая приставка (Игровая консоль)
Специализированное электронное устройство, разработанное и созданное для видеоигр.
Карманный компьютер (КПК, наладонник, PDA - Personal Digital Assistant)
Личный цифровой секретарь - портативное вычислительное устройство, которое обладает широкими функциональными возможностями.
Коммуникатор, смартфон
Мобильный телефон c расширенной функциональностью, сравнимой с КПК.
Надеваемый компьютер (носимый компьютер)
Компьютер, занимающий промежуточное положение между наручными часами и ноутбуком, который военные или медики могут носить на теле.
Планшетный персональный компьютер («Чистый планшетник», планшетный ноутбук, UMPC)
Класс ноутбуков, оборудованных планшетным устройством рукописного ввода, объединенным с экраном.

По базовой системе счисления:

двоичные (практически все современные компьютеры)
троичные (советский троичный компьютер Сетунь)
четверичные (процессоры, созданные Хитогуровым в МИФИ)
десятичные (первая американская вычислительная машина Марк I).

По элементной основе:

релейные (на основе электромеханических компонентов - реле)
ламповые (на основе вакуумных электронных ламп)
ферритдиодные (на основе ферритдиодных ячеек)
транзисторные дискретные (на основе транзисторов)
транзисторные интегральные (на основе полупроводниковых интегральных схем - кремниевых чипов).

Перспективы развития элементной базы компьютеров:

Создание оптических компьютеров, использующих световые сигналы вместо электрических.
Использование достижений молекулярной биологии и исследований ДНК.
Разработка квантовых компьютеров (наиболее перспективное направление, способное привести к грандиозным изменениям в области вычислительной техники).

Применение компьютеров:

Для вычислений.
Даже самые примитивные компьютеры в этой области во много раз превосходят людей.
Работа с базами данных.
Управление всевозможными устройствами.
Использование компьютеров в быту (набор текста, просмотр фильмов, хранение информации, пересылка данных по каналам связи).
Суперкомпьютеры используются для моделирования сложных физических и биологических процессов (например, для моделирования ядерных реакций, климатических изменений или структуры молекулы).
Некоторые проекты проводятся при помощи распределённых вычислений, когда большое число относительно слабых компьютеров одновременно работает над небольшими частями общей задачи, формируя таким образом очень мощный компьютер.
Применение компьютеров разработках технологий искусственного интеллекта (например для игр, машинного перевода текста).

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ (ПО)

(dia.org/wiki/Программное_обеспечение)

Определение:

Программное обеспечение (англ. software) - важнейшая составляющая информационных технологий, включающая компьютерные программы и данные, устанавливаемые на компьютеры, предназначенные для решения определённого круга задач и хранящиеся на носителях информации.

Программное обеспечение представляет собой либо данные для использования в других программах, либо алгоритм, реализованный в виде последовательности инструкций для процессора.

Замечание:

В компьютерном сленге часто используется слово софт (от software).

Классификация ПО

По назначению ПО подразделяется на:

системное
прикладное
инструментальное

По способу распространения ПО делится на:

коммерческое
открытое
свободное

Определение:

Системное ПО - это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, выступая как интерфейс, с одной стороны которого находится аппаратура, а с другой приложения пользователя.

Т.о., системное обеспечивает работу других программ, управляет аппаратными ресурсами вычислительной системы и т.д.

В состав системного ПО входят:

Операционные системы
Встроенные программы
Системы программирования
Утилиты
Системы управления базами данных

Определение:

Операционная система - комплекс системных программ, расширяющий возможности вычислительной системы, а также обеспечивающий управление её ресурсами, загрузку и выполнение прикладных программ, взаимодействие с пользователями.

В большинстве вычислительных систем ОС являются основной, наиболее важной (а иногда единственной) частью системного ПО.

Определение:

Встроенные программы (или firmware) - это программы (так называемые "прошивки"), "зашитые" в цифровые электронные устройства.

Замечание:

В достаточно простых устройствах вся операционная система может быть встроенной.

Определение:

Системы программирования это системные программы, предназначенные для разработки программного обеспечения.

Определение:

Утилиты (англ. utility или tool) - программы, предназначенные для решения вспомогательных задач.

Определение:

Прикладная программа - программа, предназначенная для решения конкретных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем.

Примеры прикладного ПО: система обработки заказов (обслуживание предприятий и организаций), ПО информационного работника (процессоры электронных таблиц, текстовые процессоры), ПО доступа к ресурсам Интернета (веб-броузер, почтовый клиент).

Определение:

Инструментальное ПО - программное обеспечение, предназначенное для использования в ходе проектирования, разработки и сопровождения программ.

Обычно этот термин применяется для акцентирования отличия данного класса ПО от прикладного и системного программного обеспечения..

Некоторые виды инструментального ПО:

Интегрированные среды разработки ПО.
Компиляторы, интерпретаторы, линковщики, отладчики.
Генераторы документации.
Средства автоматизированного тестирования.
Системы управления версиями.
и др.

Определение:

Коммерческое программное обеспечение - ПО, созданное коммерческой организацией с целью получения прибыли от его использования другими лицами и организациями.

Определение:

Открытое ПО (англ. open source software) - это программное обеспечение, с открытым исходным кодом. То есть исходный код таких программ доступен для просмотра, изучения и изменения.

При этом «открытая» лицензия не требует, чтобы открытое ПО предоставлялось бесплатно.

Определение:

Свободное (бесплатное) ПО (англ. freeware) - это программное обеспечение, распространяемое бесплатно. При этом «свободная» лицензия не требует, чтобы свободное ПО поставлялось с исходным кодом.

Все смешалось в доме Облонских…

Подавляющее большинство открытых программ является одновременно свободными. Определения открытого и свободного ПО не полностью совпадают друг с другом, но близки, и большинство лицензий соответствуют обоим.

Вообще, отличие между движениями открытого ПО и свободного ПО заключается в основном в приоритетах. Сторонники термина «open source» делают упор на эффективность открытых исходников как метода разработки, модернизации и сопровождения программ. Сторонники термина «free software» считают, что именно права на свободное распространение, модификацию и изучение программ являются главным достоинством свободного ПО.

Определение:

Проприетарное программное обеспечение (англ. proprietary software частное, патентованное) - ПО, являющееся частной собственностью авторов или правообладателей. Правообладатель сохраняет за собой монополию на его использование, копирование и модификацию, полностью или в существенных моментах.

Замечание:

Рассматриваемое понятие не тождественно понятию коммерческого ПО.

Ярчайшим представителем проприетарного ПО является ОС Windows.

В области просмотра графики/видео – засилье бесплатных вьюеров и плееров.

Преимущества коммерческого/проприетарного программного обеспечения.

Качественная техническая поддержка продукта.

Для продуктов распространяющихся на коммерческой основе действуют обычно бесплатные службы поддержки призванные увеличить уровень доверия у клиентов и потенциальных покупателей.

Минимальные сроки внесения изменений.
Широкий спектр решаемых задач.

Коммерческие программные продукты первыми заполняют свободные ниши и предлагают варианты решения задач сразу по мере обнаружения вакуума в каком-либо секторе рынка.

Как правило сроки внесения критически важных изменений в коммерческих продуктах значительно меньше, чем у некоммерческих проектов.

Это связано с тем, что над коммерческим продуктом работают целые группы разработчиков и эта работа является их основным занятием. Разработчикам-любителям как правило приходится искать дополнительные способы заработка, и это увеличивает время, затрачиваемое на разработку, дополнения и изменения программ.

Возможность разработки полноценной программы «на заказ».

Это отдельный вид коммерческих программ, когда работа по их написанию оплачивается непосредственно заказчиком.

Преимущества свободного/открытого программного обеспечения.

Программу можно свободно использовать с любой целью («нулевая свобода»).
Доступность исходного текста программы позволяет изучать, как программа работает, и адаптировать её для своих целей («первая свобода»).
Можно свободно распространять копии программы («вторая свобода»).
Программу можно свободно улучшать и публиковать свою улучшенную версию - с тем, чтобы принести пользу всему сообществу («третья свобода»).

Операционная система

ОС позволяет абстрагироваться от деталей реализации аппаратного обеспечения, предоставляя разработчикам программного обеспечения минимально необходимый набор функций. С точки зрения обычных пользователей ОС включает в себя программы пользовательского интерфейса.

Состав ОС:

ядро
системные библиотеки
интерфейс пользователя (оболочка с утилитами).

Определение:

Ядром ОС – называются основные, критически важные внутренние элементы операционной системы, включающие планировщик, драйверы устройств, сетевую подсистему, файловую систему и координирующие доступ приложений к таким ресурсам как процессорное время, память и внешние устройства.

Определение:

Драйверы – это специальные программы, непосредственно управляющие оборудованием.

Функции ОС:

Загрузка приложений в оперативную память и их выполнение.
Стандартизованный доступ к периферийным устройствам (устройства ввода-вывода).
Управление оперативной памятью (распределение между процессами, виртуальная память).
Управление доступом к данным на энергонезависимых носителях (таких как жёсткий диск, компакт-диск и т. д.), организованным в той или иной файловой системе.
Предоставление пользовательского интерфейса.
Обеспечение операций для работы в сети.
Параллельное или псевдопараллельное выполнение задач (многозадачность).
Взаимодействие между процессами: обмен данными, взаимная синхронизация.
Защита самой системы, а также пользовательских данных и программ от несанкционированных действий других пользователей или приложений.
Разграничение прав доступа и многопользовательский режим работы (аутентификация, авторизация).

Хронология появления некоторых операционных систем:

1957 - BESYS (Bell System)

1969 - Unix

1978 - Apple DOS

1981 - MS-DOS

1982 - SunOS

1984 - Macintosh OS

1985 - Microsoft Windows 1.0 (надстройка над MS DOS)

1987 - OS/2

1991 – ядро Linux и GNU/Linux

1992 - Windows 3.1 (надстройка над MS DOS)

1993 – FreeBSD, Windows NT

1995 - Windows 95

2001 - Windows XP

2007 - Windows Vista

2009 - Windows 7

Моделирование систем

Определение:

Модель – это некоторый объект или описание объекта или системы, которые при определенных условиях (предложениях, гипотезах) можно использовать для замещения оригинала (исходной системы) с целью изучения оригинала или воспроизведения каких-либо его свойств.

Модель - результат отображения одной структуры на другую.

Комментарии.

Отображая физическую систему (объект) на математическую систему (например, математический аппарат уравнений) получим физико-математическую модель системы или математическую модель физической системы.

В частности, система кровообращения человека (физиологическая система) подчиняется некоторым законам термодинамики и описав эту систему на физическом (термодинамическом) языке получим физическую, термодинамическую модель физиологической системы.

Если записать эти законы на математическом языке, например, выписать соответствующие термодинамические уравнения, то получим математическую модель системы кровообращения. Эту модель можно назвать физиолого-физико-математической моделью или физико - математической моделью.

Модели бывают трех типов:

познавательные
прагматические
инструментальные.

Определение:

Познавательная модель - форма организации и представления знаний, с целью соединения новых и старых знаний.

Познавательная модель, как правило, подгоняется под реальность и является теоретической моделью.

Определение:

Прагматическая модель - средство организации практических действий, рабочего представления целей системы для ее управления.

Реальность в них подгоняется под некоторую прагматическую модель. Это, как правило, прикладные модели.

Познавательные отражают реально существующие отношения и связи, а прагматические - хоть и не существующие, но желаемые и, возможно, исполнимые.

Определение:

Инструментальная модель - является средством построения, исследования и/или использования прагматических и/или познавательных моделей.

По уровню ("глубине") моделирования модели бывают:

Эмпирические - на основе эмпирических фактов, зависимостей.
Теоретические - на основе математических описаний.
Смешанные (полуэмпирические) - использующие эмпирические зависимости и математические описания.

Основные требования к модели:

наглядность построения;
обозримость свойств и отношений;
доступность для исследования или воспроизведения;
простота исследования, воспроизведения;
сохранение информации, содержавшиеся в оригинале (с точностью рассматриваемых при построении модели гипотез);
получение новой информации.

Моделирование состоит из трех задач:

построение модели;
исследование модели;
использование модели.

Определение:

Модель называется статической, если в ней не заложена зависимость временного параметра.

Статическая модель в каждый момент времени дает лишь "фотографию" системы, ее срез.

Определение:

Модель является динамической, если среди ее параметров есть временной параметр.

Т.е. она отображает систему (процессы в системе) во времени.

Определение:

Модель называется дискретной, если она описывает поведение системы только в дискретные (в некоторые) моменты времени.

Определение:

Модель является непрерывной, если она описывает поведение системы для всех моментов времени из некоторого временного промежутка.

Определение:

Модель называется имитационной, если она предназначена для испытания, изучения или «разыгрывания» возможного поведения объекта и возможных путей его развития за счет варьирования некоторых или всех параметров модели.

Определение:

Модель является детерминированной, если каждому входному набору параметров соответствует вполне определенный и однозначно определяемый набор выходных параметров.

В противном случае модель считается недетерминированной (стохастическая, вероятностной).

Свойства модели:

Конечность: модель отображает оригинал лишь в конечном числе его свойств и отношений.
Упрощенность: модель отображает только существенные стороны объекта.
Приблизительность: действительность отображается моделью грубо или приблизительно.
Адекватность: модель успешно описывает моделируемую систему.
Информативность: модель должна содержать достаточный для построения объем информации.

Модели и моделирование применяются по следующим направлениям:

Обучение использованию системы.
Познание и разработка теории исследуемых систем.
Прогнозирование выходных данных, ситуаций, состояний системы.
Управление системой в целом, отдельными подсистемами, выработка управленческих решений и стратегий.
Автоматизация системы или отдельных подсистем системы.

Определение:

Компьютерное моделирование – моделирование систем и построения баз знаний с использованием компьютерных средств и технологий.

Замечание:

Разновидностью компьютерного моделирования является вычислительный эксперимент.

Основные функции компьютера при моделировании систем:

вспомогательное средство для решения задач, решаемых обычными средствами, алгоритмами, технологиями;
средство постановки и решения новых задач, не решаемых традиционными средствами, алгоритмами, технологиями;
средство конструирования компьютерных обучающе-моделирующих сред;
средство моделирования для получения новых знаний;
"обучения" самообучающихся моделей.

Blog

Компьютер

Содержание