Предмет информатики. История информатики

Информатика – отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности. Термин «информатика» используется в указанном смысле во многих языках. В английском языке имеется соответствующий термин «computer scince» (вычислительная наука).

Предмет информатики точно невозможно определить – он сложный, многосторонний, динамичный.

Можно отметить три основные ветви информатики: теоретическую, практическую и техническую. Отметим, что деление информатики как науки и человеческой деятельности на те или иные части зависит от целей, задач, ресурсов рассматриваемой проблемы и часто оно бывает условным.

Теоретическая информатика (brainware, "мозговое" обеспечение) изучает теоретические проблемы информационных сред.

Практическая, прикладная информатика (software, «гибкое», программное обеспечение) изучает практические проблемы информационных сред.

Техническая информатика (hardware, «тяжелое», аппаратное обеспечение) изучает технические проблемы информационных сред.

Современная информатика бурно развивалась последние 50 лет, однако многие её корни уходят далеко в историю. Можно сказать, что информатика началась тогда, когда впервые попытались механизировать умственную деятельность. Без сомнения, это не было делом рук одного единственного человека. Если все же хотят назвать кого-то одного, то им неизбежно оказывается Г[отфрид] Лейбниц, которого во многих отношениях следует считать основателем информатики. Лейбниц высказывал ряд интересных идей, касающихся роли вычислительной техники в научных исследованиях будущего. Так, Лейбниц писал о машинах, которые будут пригодны не только для работы с группами цифр, изображающими числа, но и с группами символов, изображающими формулы, тексты и т.д. Эти машины представлялись Лейбницу способными правильно выполнять действия логического характера (вывод формул и т.д.) подобно тому, как арифмометры правильно выполняют арифметические действия. Эта идея большинству современников (в XVIII в.) казалась полным абсурдом.

Становление информатики как науки идет двумя взаимосвязанными путями: разработкой теоретической базы и совершенствованием технических средств.

Наиболее существенными достижениями теории, способствовавшими появлению и развитию информатики, обычно считают:

1. Формулировка принципа двоичного кодирования, создание теории кодирования и теории информации.Так, английский философ Френсис Бекон

(1561 — 1626) первым понял, что для кодирования информации достаточно двух цифр и применил принцип двоичного кодирования для тайнописи. Его код был пятиразрядным, состоящим из букв А и В, и кодировал 24 буквы английского алфавита: а – «ААААА»; b – «AAAAB»; c – «AAABA»; d – «AAABB». Затем в развитии теории двоичного кодирования наблюдается некоторый «застой», который продолжается до второй половины 19 века, когда начинается интенсивное развитие средств связи (изобретение телеграфа, а затем радио). В середине 20 века французский ученый Грей строит двоичный код, уменьшающий величину ошибки от воздействия помех, а американский ученый

Ричард Хэмминг создает код, позволяющий исправлять ошибки. Существенно новое направление придал делу американский ученый Клод Шеннон. Исходя из своих исследований по криптографической надежности, выполненных во время второй мировой войны, он создал теорию информации, базирующуюся исключительно на статических предположениях об источнике сообщений. Шеннон установил также, какое количество информации можно передавать при наличии помех. Аналогичные результаты независимо от него в то же время получили Норберт Винер и советский математик Андрей Николаевич Колмогоров.

2. Создание логического исчисления (алгебры логики).Решающим шагом в создании логического исчисления стала разработка алгебры логики англичанином Джорджем Булем в 1847 г. Введение понятий логической переменной и логической функции, формулировка законов алгебры логики и разработка методов минимизации логических функций (работы Шеффера, Пирса, Карно) позволили впоследствии создать теорию цифровых автоматов, которые являются основной частью арифметико-логических устройств (АЛУ)

современных микропроцессоров.

3. Разработка теории алгоритмов, алгоритмических языков и программирования.На протяжении веков термином «алгоритм» обозначали инструкцию, предписание, рецепт, правило, в соответствии с которым нужно что-то сделать. Поворотным пунктом в развитии теории алгоритмов стала формализация, то есть отказ от естественного языка с присущей ему неточностью и обращение к символьным языкам для описания алгоритмов и их объектов. Термин «алгоритмические языки» впервые ввел в обиход Боттенбурк в 1958 году. В это же время начинают создаваться алгоритмические языки с целью их применения для программирования ЭВМ. Первым существенным достижением в этой области стали Фортран и Алгол.

4. Формулировка принципов программного управления.В 1945 году американский математик Джон фон Нейман сформулировал принципы программного управления, которые используются в настоящее время при построении ЭВМ:

· Управляющая программа, представленная в виде управляющих слов (команд) и данные, над которыми выполняются операции, различаются по способу использования, но не по способам кодирования.

· Слова информация (данные и команды) размещаются в ячейках памяти и идентифицируются номерами ячеек, называемыми адресами слов.

Первые ЭВМ с программным управлением и хранимой в памяти программой появились практически одновременно в Англии, США и СССР. Однако их появлению предшествовал долгий исторический процесс совершенствования технических средств вычислений. Вот основные вехи этого пути:

· В 1642 году французский физик и математик Паскаль сконструировал машину, выполнявшую операции сложения и вычитания.

· В 1694 году Лейбниц создал машину, выполнявшую 4 арифметических действия, возведение в степень и извлечение корня.

· В 1820 году был разработан арифмометр.

· В конце 19 века появились первые электромеханические счетные машины. Однако, все эти устройства позволяли выполнять одну операцию над одним или двумя числами и не позволяли проводить сложные вычисления. Но еще в 1833 году профессор Кембриджского университета Ч. Бэббидж пришел к выводу о возможности построения машины, способной выполнить любые вычисления, заданные оператором. «Аналитическая машина» Бэббиджа состояла из «мельницы» и «склада». «Мельница» предназначалась для выполнения арифметических операций над числами, а «склад» для хранения чисел. Современными аналогами «мельницы» и «склада» машины Бэббиджа являются

· АЛУ и память ЭВМ. Для ввода чисел и управления процессором вычислений Бэббидж предполагал использовать перфокарты. При жизни Ч. Бэббиджа его машина не была построена. Прошло более 100 лет, прежде чем идея Бэббиджа была реализована.

· В 1942 году в Германии и позднее в США построили вычислительные машины на электромагнитных реле с управлением от программы.

· В конце сороковых годов в Англии, США и СССР практически одновременно были построены электронные вычислительные машины на лампах. Первая ЭВМ, построенная в нашей стране, называлась Малая Электронная Счетная Машина (МЭСМ). В 1952 – 54 г.г. была построена Быстродействующая Электронная Счетная Машина (БЭСМ), которая выполняла 8000 операций в секунду и являлась одной из самых быстродействующих машин в мире. За прошедшее время сменилось несколько поколений ЭВМ.

Поколения ЭВМотличаются элементной базой и логической организацией:

· I поколение.Ламповые ЭВМ («Стрела», «Минск-1», «Урал-1,2»). Основной недостаток ЭВМ этого поколения – низкая надежность.

· II поколение.Полупроводниковые ЭВМ на дискретных элементах (конец 50-х годов — конец 60-х годов): «Минск-2, 22, 32», БЭСМ-4, «Мир». Производительность ЭВМ этого поколения достигала 1 млн. операций в секунду; надежность, хотя и оставляла желать лучшего, позволяла строить 8 автоматизированные системы управления производством и технологическими процессами.

· III поколение.ЭВМ на интегральных схемах (конец 60-х годов). Родоначальниками этого поколения стали: разработанная фирмой IBM система машин IBM-360 и миникомпьютер PDP-11 фирмы DEC. В нашей стране эти машины производились под именами Единая система ЭВМ (ЕС ЭВМ) и Система малых ЭВМ (СМ ЭВМ).

· IV поколение.ЭВМ на основе больших интегральных схем (БИС). Характеризуется наличием нескольких процессов. Быстродействие достигает сотен миллионов операций в секунду.