Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Основні етапи розвитку обчислювальної техніки. Класифікація та основні характеристики сучасних комп’ютерів. Етапи розв’язання задачі з використанням комп’ютера. Поняття інформаційної моделі задачі.





Основні етапи розвитку обчислювальної техніки. Людство пройшло довгий шлях, перш ніж досягло сучасного стану засобів обчислювальної техніки. Основними етапами розвитку обчислювальної техніки є: I. Ручний — з 50-го тисячоліття до н. э.; II. Механічний — з середини XVII століття; III. Електромеханічний — з дев'яностих років XIX століття; IV. Електронний — з сорокових років XX століття.

I. Ручний період автоматизації обчислень почався на зорі людської цивілізації. Він базувався на використанні пальців рук і ніг. Рахунок за допомогою угрупування і перекладання предметів з'явився попередником рахунку на абаку — найбільш розвиненому рахунковому приладі старовини. Аналогом абака на Русі є рахівниці, що дійшли до наших днів. Використання абака припускає виконання обчислень по розрядах, тобто наявність деякої позиційної системи числення. Обчислення на них проводилися шляхом переміщення рахункових кісток і камінчиків (калькулей) в полоськових поглибленнях дощок з бронзи, каменя, слонячої кістки, кольорового скла. У своїй примітивній формі абак був дощечкою (пізніше він прийняв вид дошки, розділеної на колонки перегородками). На ній проводилися лінії, що розділяли її на колонки, а камінчики розкладалися в ці колонки за тим же позиційним принципом, по якому кладеться число на наші рахівниці. Це нам відомо від ряду грецьких авторів.

II. Розвиток механіки в XVII столітті став передумовою створення обчислювальних пристроїв і приладів, що використовують механічний спосіб обчислень.Ескіз механічного трінадцятиразрядного пристрою, що підсумовує, з десятьма колесами був розроблений ще Леонардо да Вінчі (1452— 1519рр). По цих кресленнях в наші дні фірма IBM в цілях реклами побудувала працездатну машину. Перша механічна рахункова машина була виготовлена в 1623 р. професором математики Вільгельмом Шиккардом (1592—1636рр.). В ній були механізовані операції складання і віднімання, а множення і ділення виконувалося з елементами механізації. Але машина Шиккарда незабаром згоріла під час пожежі. Тому біографія механічних обчислювальних пристроїв ведеться від машини, що підсумовує, виготовленої у 1642 р. Блезом Паскалем (1623—1662), надалі великим математиком і фізиком.У 1673 р. інший великий математик Готфрід Лейбніц розробив рахунковий пристрій, на якому вже можна було множити і ділити. З деякими удосконаленнями ці машини, а названі вони були арифмометрами, використовувалися до недавнього часу.

III. Електромеханічний етап розвитку обчислювальної техніки є найменш тривалим і охоплює близько 60 років — від першого табулятора Г.Холлерита до першої ЕОМ “ENIAC”.

В кінці XIX ст. були створені складніші механічні пристрої. Найважливішим з них був пристрій, розроблений американцем Германом Холлерітом. Винятковість його полягала в тому, що в ньому вперше була спожита ідея перфокарт і розрахунки велися за допомогою електричного струму. Це поєднання робило машину настільки працездатною, що вона отримала широке застосування свого часу. Наприклад, при переліку населення в США, проведенному у 1890 р., Холлеріт, за допомогою своїх машин зміг виконати за три роки те, що уручну робилося б в перебігу семи років, причому набагато більшим числом людей.



Початок — 30-і роки XX століття — розробка рахунковоаналітичних комплексів, які складаються з чотирьох основних пристроїв: перфоратора, контрольника, сортувальника і табулятора. На базі таких комплексів створюються обчислювальні центри. В цей же час розвиваються аналогові машини.

1930 р. — В.Буш розробляє диференціальний аналізатор, використаний надалі у військових цілях.

1937 р. — Дж. Атанасов, К.Берри створюють електронну машину ABC.

1944 р. — Г.Айкен розробляє і створює керовану обчислювальну машину MARK-1. Надалі було реалізовано ще декілька моделей.

1957 р. — останній найбільший проект релейної обчислювальної техніки — в СРСР створена РВМ-I, яка експлуатувалася до 1965 р.

IV. Електронний етап, початок якого пов'язують із створенням в США в кінці 1945 р. електронної обчислювальної машини ENIAC американським інженером-електронщиком Дж. П. Эккерт і фізиком Дж.У. Моучлі.

У історії розвитку ЕОТ прийнято виділяти декілька поколінь, кожне з яких має свої відмітні ознаки і унікальні характеристики. Головна відмінність машин різних поколінь полягає в елементній базі, логічній архітектурі і програмному забезпеченні, крім того, вони розрізняються по швидкодії, оперативній пам'яті, способам введення і виведення інформації.

Комп'ютер - це електронний пристрій, що виконує операції введення інформації, зберігання та оброблення її за певною програмою, виведення одержаних результатів у формі, придатній для сприйняття людиною. За кожну з названих операцій відповідають спеціальні блоки комп'ютера: пристрій введення, центральний процесор, запам'ятовуючий пристрій, пристрій виведення.

Всі ці блоки складаються з окремих дрібніших пристроїв. Зокрема в центральний процесор можуть входити арифметико-логічний пристрій (АЛП), внутрішній запам'ятовуючий пристрій у вигляді регістрів процесора та внутрішньої кеш-пам'яті, керуючий пристрій (КП). Пристрій введення, як правило, теж не є однією конструктивною одиницею. Оскільки види інформації, що вводиться, різноманітні, джерел може бути декілька. Це стосується і пристрою виведення.

Комп'ютери класифікуються за сферою застосування, конструктивним виконанням та іншими критеріями. Наприклад, дотепер використовується така класифікація: суперЕОМ, чи суперкомп'ютери, комп'ютери загального призначення, чи універсальні комп'ютери, або «мейнфрейми» (mainframe), робочі станції, персональні комп'ютери, мобільні комп'ютери. Засновник фірми Microsoft Білл Гейтс, людина, що багато в чому визначає напрямок розвитку комп'ютерної індустрії у світі, ввів таку класифікацію персональних комп'ютерів: сервери, настільні, портативні, кишенькові, ПК-кіоски й інтерактивні телевізори.

У наш час практично не існує відмінностей між технічними характеристиками комплектуючих і готових вузлів, з яких складають різні класи комп'ютерів. Основні розбіжності між класами визначаються кількістю, компонуванням і якістю комплектуючих, типом корпуса й екрана, розмірами, енергоспоживанням. Для апаратного забезпечення ГІС можуть використовуватися усі типи комп'ютерів, тобто: суперкомп'ютери; сервери; робочі станції; настільні персональні комп'ютери; мобільні комп'ютери.

Сучасну архітектуру комп'ютера визначають також такі принципи:

Принцип програмного керування. Забезпечує автоматизацію процесу обчислень на ЕОМ. Згідно з цим принципом, запропонованим англійським математиком Ч.Беббіджем у 1833 р., для розв'язання кожної задачі складається програма, що визначає послідовність дій комп'ютера. Ефективність програмного керування є високою тоді, коли задача розв'язується за тією самою програмою багато разів (хоч і за різних початкових даних).

Принцип програми, що зберігається в пам'яті. Згідно з цим принципом, сформульованим Дж. фон Нейманом, команди програми подаються, як і дані, у вигляді чисел й обробляються так само, як і числа, а сама програма перед виконання завантажується в оперативну пам'ять. Це прискорює процес її виконання.

Принцип довільного доступу до пам'яті. Згідно з цим принципом, елементи програм та даних можуть записуватися у довільне місце оперативної пам'яті. Довільне місце означає можливість звернутися до будь-якої заданої адреси (до конкретної ділянки пам'яті) без перегляду попередніх.

Для успішного розв’язку будь-якої задачі потрібно чітко визначити послідовність дій. Як це саме зробити - якраз цьому і присвячена ця стаття.

З самого початку комп’ютери були створені для арифметичних обчислень і власне кажучи вони тільки те і вміли, що швидко виконували обчислення. Сьогодні комп’ютери використовуються для вивчення явищ природи, управління технологічними процесами, в кіно, телебаченні, у видавництві тощо. І ми зараз розглянемо, як можна використати комп’ютер для розв’язання різних і не тільки розрахункових задач, а також розглянемо основні етапи розв’язання задачі за допомогою комп’ютера.

Розв’язання задач в будь-якій сфері діяльності – це завжди отримання деяких результатів. А процес отримання результатів спирається на деякий спосіб дій і пропонує використання визначених засобів. Одним із нових засобів розв’язання різних задач стають сучасні комп’ютери – універсальні пристрої опрацювання і накопичування даних.

Універсальність комп’ютерів полягає в тому, що вони можуть опрацьовувати будь-які дані і розв’язувати задачі в будь-якій предметній області.

Розв’язання задачі на комп’ютері проходить в декілька етапів.

1-й етап – постановка задачі. На цьому етапі будується описова інформаційна модель об’єкта чи процесу. Пошук розв’язання будь-якої задачі розпочинається з аналізу її умови. Результатом аналізу повинна стати чітка постановка задачі, в якій повинно бути відповіді на чотири запитання:Що дано?Що потрібно?Які дані допустимі?Які результати будуть правильними, а які ні?Розглянемо процесс розв’язування задачі на конкретному прикладі:Спочатку формулюється умова задачі звичайною мовою.Потім дається точна постановка задач.Далі слідує саме розв’язок задачі.

2 -й етап – розробка математичної моделі. Математична модель – це математичні відношення, які зв’язують результати з вихідними даними. Правильність результатів розв’язування задачі за допомогою комп’ютера залежить, перш за все, від правильності вибраного методу розв’язку. Метод розв’язку є правильним, якщо для будь-яких допустимих вихідних даних він приводить до результату, які відповідають постановці задачі. Для розв’язування задач за допомогою комп’ютера відповідним методам потрібно дати математичну інтерпретацію. Як правило, будується математична модель задачі. Створюючи математичну модель, потрібно записувати математичні відношення (формули, рівняння, нерівності тощо), які зв’язують результати з вихідними даними. Якщо повернутися до попередньої задачі, то математична модель для цієї задачі можна записати так.

3- й етап – конструювання. На основі математичної моделі конструюється алгоритм. Про поняття алгоритму і його властивостях і способи конструювання ми будемо вивчати на наступних уроках. А тут даний етап виконаємо для нашої задачі без детальних пояснень.

4- й етап – перевід алгоритму в програму. Дальше дослідження інформаційної моделі, записаної у вигляді алгоритму, можна проводити різними способами. Можна закодувати алгоритм на мові програмування або використати спеціальні програмні додатки.

5- й етап розв’язування задачі полягає в проведенні комп’ютерного експерименту. Якщо ми досліджуємо інформаційну модель у вигляді програми в деякому середовищі програмування, то до цього етапу відносяться: завантаження вибраного середовища програмування; набір тексту програми; збереження цього тексту на диску; запуск програми на виконання.

6- й етап полягає в аналізі отриманих результатів і корегуванні досліджуваної моделі. Для нашої задачі очевидно, що по-перше, доцільно отримати значення координат для послідовності моментів часу і по-друге, немає фізичного сенсу обчислення координат тіла після його падіння на поверхню землі.

Інформаці́йна моде́ль — система сигналів, що свідчать про динаміку об'єкта управління, умови зовнішнього середовища та стан самої системи управління. В якості інформаційної моделі можуть служити наочні зображення (фото, кіно, відео), знаки (текст, знакове табло), графічні моделі (графік, креслення, блок-схема) і комбіновані зображення (мнемосхема, карта). Інформаційна модель — модель об'єкта, представлена у вигляді інформації, що описує істотні для даного розгляду параметри та змінні величини об'єкта, зв'язки між ними, входи і виходи об'єкта і дозволяє шляхом подачі на модель вхідних величин моделювати можливі стани об'єкта. Інформаційна модель — сукупність інформації, що характеризує істотні властивості і стани об'єкта, процесу, явища, а також взаємозв'язок із зовнішнім світом.

Успішнорозв'язувати задачі можна тільки при чіткому і водночас однозначному визначенні вимог до кінцевих результатів. Розпливчастість і невизначеність формулювань може привести до різного тлумачення умов і, як наслідок — розбіжності в оцінці правильності результатів.

Точні постановки задач — це можливість забезпечити однакове розуміння цих задач різними людьми. Точність визначень і формулювань має бути такою, щоб вони не допускали двозначного тлумачення, а найголовніше, щоб за ними можна було однозначно міркувати, чи є пропоновані розв'язки правильними. Така точність формулювань і тверджень характерна для математики. А оскільки ЕОМ — це математичні пристрої для опрацювання даних, то постановка задач, що розв'язуються обчислювальними машинами, також повинна виражатися у математичній формі.

Опис найбільш суттєвих властивостей об'єктів і явищ, які досліджуються в задачі за допомогою математичних формул і рівнянь, називається побудовою математичної моделі цього об'єкта. Математична модель дає можливість звести розв'язування реальної задачі до вирішення математичної задачі. Саме цей факт лежить в основі застосування математики у пізнанні законів і їх. практичного застосування.

Математичні постановки задач (формалізація ) — це вимоги^ що формулюються за допомогою математики.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.