Лекция 1.6. Понятие о методах сжатия информации

Два типа методов сжатия данных и области их применения

С моделями представления информации тесно связана еще одна проблема – сжатие информации.

При архивировании и передаче по каналам связи объем информации является основным параметром. Поэтому модели представления дополняются процедурами сжатия, т.е. плотной упаковкой информации.

Применяются два типа алгоритмов сжатия: сжатие с изменением структуры данных (оно происходит без потери данных) и сжатие с частичной потерей данных. Алгоритмы первого типа предусматривают две операции: сжатие информации для хранения или передачи и восстановление данных точно в исходном виде, когда их требуется использовать. Такой тип сжатия применяется для текстов (алгоритмы Хафмана, Keyword encoding и Лемпеля – Зива). Алгоритмы второго типа не позволяют полностью восстановить оригинал и применяются для сжатия графики или звука; для текстовых, числовых данных или программ они не применяются.

Вопросы для самоконтроля

1. С какой целью применяют сжатие данных?

2. Какие типы алгоритмов сжатия вы знаете?

3. Какие методы сжатия можно использовать для текстовых файлов, а какие нельзя?

4. Какие методы сжатия можно использовать для графических файлов?

Лекция 1.7. Основные этапы развития вычислительной техники

История развития средств ВТ

Слово «компьютер» означает «вычислитель», т.е. устройство для вычислений. Потребность в автоматизации обработки данных, в том числе и вычислений, возникла очень давно. Многие тысячи лет назад для счета использовались пальцы, счетные палочки, камешки, веревки с узелками. Более 1500 лет назад для вычислений стали использовать абак (разновидностью которого являются русские счеты).

В 1642 г. Блэз Паскаль изобрел устройство, механически выполняющее сложение чисел, а в 1673 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий механически выполнять четыре арифметических действия. Начиная с XIX в. арифмометры получили очень широкое применение. На них выполняли даже артиллерийской стрельбы. Существовала и специальная профессия – счетчик – человек, работающий с арифмометром, быстро и точно соблюдающий определенную последовательность инструкций (такая последовательность инструкций получила название «программа»). Но многие расчеты производились медленно – даже десятки счетчиков должны были работать несколько недель и месяцев. Причина проста – при таких расчетах выбор выполняемых действий и запись результатов производились человеком, а скорость его работы весьма ограничена.

В первой половине XIX в. английский математик Чарльз Бэббидж попытался построить универсальное вычислительного устройство – аналитическую машину - которая должна была выполнять вычисления без участия человека. Для этого она должна была уметь исполнять программы, вводимые с помощью перфокарт (карт из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий, которые придумал Жакард, они в то время уже широко употреблялись в ткацких станках), и иметь «склад» для запоминания данных и промежуточных результатов (память). Бэббидж не смог довести до конца работу по созданию аналитической машины – она оказалась слишком сложной для техники того времени. Однако, он разработал все основные идеи. В 1943 г. американец Говард Эйкен с помощью работ Бэббиджа на основе электромеханических реле смог построить на одном из предприятий фирмы IBM такую машину под названием «Марк-1». Еще раньше идеи Бэббиджа были переоткрыты немецким инженером Конрадом Цузе, который в 1941 г. построил аналогичную машину.

К тому времени, потребность в автоматизации вычислений (в том числе и для военных нужд – баллистики, криптографии) уже стала настолько велика, что над созданием машин подобного типа одновременно работало несколько групп исследователей. Начиная с 1943 г. группа специалистов под руководством Джона Мочли и Преспера Экерта в США начала конструировать машину уже на основе электронных ламп, а не реле. Их машина, названная ENIAC, работала в тысячу раз быстрее, чем «Марк-1», однако для задания программы приходилось в течение нескольких часов или даже дней подсоединять нужным образом провода. Чтобы упростить процесс задания программы, Мочли и Экерт стали конструировать машину, которая бы могла хранить программу в своей памяти. В 1945 г. к работе был привлечен знаменитый математик Джон фон Нейман, который подготовил доклад об этой машине, в котором ясно и просто сформулировал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств, и разослал его многим ученым.

Первый компьютер, в котором были воплощены принципы фон Неймана, был построен в 1949 г. английским исследователем Морисом Уилксом.

Эволюция ЭВМ

В развитии вычислительной техники принято выделять пять поколений ЭВМ.

§ ЭВМ 1 поколения. ЭВМ, элементной базой которой являлись лампы. Она обладала малым быстродействием и объемом памяти, неразвитой операционной системой, программированием на машинном языке. Использовалась в 50-е годы («Урал», БЭСМ).

§ ЭВМ II поколения. ЭВМ, элементной базой которой являются полупроводники. Она имеет изменяемый состав внешних устройств, использует языки программирования высокого уровня и принцип библиотечных программ. Наиболее большое применение нашла в 60-е годы (БЭСМ-6, М-220, «Минск-32», «Весна»).

§ ЭВМ III поколения. ЭВМ, характерными признаками которой являются интегральная элементная база, развитая конфигурация внешних устройств с использованием стандартных средств сопряжения, высокое быстродействие и большой объем основной и внешней памяти, развитая операционная система, обеспечивающая работу в мультипрограммном режиме. Появление первых ЭВМ этого поколения относится к началу 70-х годов (ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, IBM).

§ ЭВМ IV поколения. ЭВМ, характерными признаками которой являются элементная база на основе больших интегральных схем (БИС), виртуальная память, многопроцессорность, параллелизм выполнения операций, развитые средства диалога. Появилась в середине 80-х годов («Эльбрус-2», ПЭВМ ЕС1841, ЕС1842, IBM PC).

§ ЭВМ V поколения. ЭВМ, характерными признаками которой являются использование в качестве элементной базы сверхбольших интегральных схем (СБИС), применение принципа «управления потоками данных» (в отличие от принципа фон Неймана «управление потоками команд»), использование новых решений в архитектуре вычислительной системы и принципов искусственного интеллекта.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие ключевые события из истории развития вычислительной техники вам известны?

2. По каким признакам ЭВМ относят к тому или иному поколенияю?

3. Каковы совокупные признаки ЭВМ 1-, 2-, 3-, 4-го поколений?