Российский государственный университет физической культуры, спорта и туризма Кафедра естественно-научных дисциплин и информационных технологий 2007 г. Введение в информатику Тема лекции: Вопрос 1. Источники и предыстория информатики Вопрос 2. Искусственный интеллект Вопрос 3. Классификация вычислительных машин Вопрос 4. Эволюция вычислительных машин

Вопрос 1. Источники и предыстория информатики Источники информатики Документалистика Изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота (конец XIX в.) Кибернетика – управление в живых, неживых и искусственных системах (Kyberneticos /греч./- искусный в управлении, 1948 – Норберт Винер) - -методы моделирования информационных процессов принятия решений, - -методы и принципы искусственного интеллекта. Слайд. 2 НорбертВинер Физика: исследование физической природы инф.сигналов Математика: двоичная логика (0,1), теория вероятности Теория информации: количественная оценка сигналов. Энтропия Семиотика: наука о знаковых системах

Слайд. 3 Исторические предпосылки информатики История информатикипредистория информатики I ЭтапII ЭтапIII ЭтапIV Этап I Этап Освоение человеком развитой устной речи Мозг память Речь передача информации II Этап (3 тыс.до н.э.) Символьная письменность (иероглифы) Развитие древних наук, системы счисления III Этап (IX в. н.э.) Книгопечатание Воспроизводимость. Первая информационная технология IV Этап (IXX в. н.э.) Достижения точных наук. НТР Телефон, радио, фотография, кино ENIAC ABC

Слайд. 4 Вопрос 2. Искусственный интеллект (ИИ) (интеллект /от лат intellectus- разум, рассудок/) Психология: -результат взаимодействия природных, врожденнных познавательных способностей человека и среды, которая активизировала эти способности. ИИ – программно реализуемая система - Формализовать мышление человека, - мышление как совокупность элементарных операций, правил, процедур; - Н.Винер. Кибернетика или управление и связь в животном и машине - -Первые шаги – воспроизведение на ЭВМ элементарных процессов мышления е годы выделилось два самостоятельных направления: машинный интеллект (МИ), искусственный разум (ИР)

Слайд. 5 Феноменологическое, имитационное моделирование МИ Сутро, Олбус, Килмер ИР Розенблат, Минский, Хопфилд, Галушкин ИИ Моделирование результатов интеллектуальной деятельности Моделирование биологических систем Структурное моделирование Роботы Нейрокомпьютеры, нейронные сети - Прогнозирование результата - Моделирование подготовки - Оценка соответствия

Слайд. 6 Эвристическое программирование - Операционный уровень организации поведения интеллектуальных систем Построение модели методом ЭП - Поведение человека как последовательность мыслительных операций ИспытуемыйЗадача Устные комментарии алгоритма решения задачи ПРОТОКОЛ КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА (МОДЕЛЬ ПРОТОКОЛА) - Решатели задач Эвристика (от греч. Heuresko – открытие, открываю) – наука, изучающая творческую деятельность

Слайд. 7 Экспертные системы ЭС – знания профессионалов-экспертов предметной области: - -медицина, физика, военное дело, математика, информатика, метеорология, физическая культура и спорт. Например, суточный монитор ЭКГ Холтера Системы ИИ общего назначения (инженерия знаний) ДиАЛогДиАЛог Компоненты ЭС Рабочая память (база данных) База знаний правила Общие факты Решатель Толкователь Приобретение знаний Режим приобретения знаний Режим консультации Термин «эксперт» происходит от латинского слова означающего «опытный».

Слайд. 8 Геоинформационные системы ГИС объединяет компьютерную картографию и СУБД Информация о каком-либо участке земной поверхности, например, континент, страна, город улица. Концепция- многослойная электронная карта Основной слой (топооснова)- географически привязанная карта местности Дополнительные слои- Информация об объектах на данной территории: коммуникации, здания, земельные участки и т.д. -Векторная графика, -визуализация,

Слайд. 9 Аналоговые АВМ Цифровые ЦВМ Механические МВМ Электронные ЭВМ Смешанные СВМ по виду обрабатываемой информации по принципу действия Вопрос 3. Классификация вычислительных машин АВМ – машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывеых изменений физических величин (сила тока, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела). Специализированная машина. ЦВМ – машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. Универсальная машина. ЭВМ – для представления дискретной информации применяется алфавитный способ. Буква слово алфавит кодирование.

Слайд. 10 Классификация ЭВМ Большие ЭВМ Супер-ЭВМ, mainframe Мини-ЭВММикро-ЭВМ Персональные компьютеры - Вычислительный центр, - многопроцессорные комплексы (1000), - 10-ки человек, - 1 триллион оп/с, - -принцип конвеерной обработки, - моделирования ядерного реактора, - Cray, Эльбрус, IBM. - Вычислитеный центр, - управление предприятием, человек, г. PDP-8 (DEC). - Узкоспециализи- рованные, -Однокристальные, - 1 человек, - MK-51,Электроника Искра (500 КГЦ). - Лидеры продаж, - шинная архитектура, - 1 человек, - 3 ГГЦ, г. IBM PC, Macintosh.

Слайд. 11 Классификация персональных компьютеров Настольные Desktop Портативные Notebook Карманные Palmtop Мобильные вычислительные устройства - Personal Digital Assistant, - КПК, встроенный в мобильный тел.

Слайд. 12 Этапы развития ВМ Вопрос 4. Эволюция ВМ 1. Ручной до 17 в. н.э. (Абак, русские счеты) 2. Механический до 90-х г. 19 в. н.э. (Суммирующая машина Паскаля, Арифмометр) 3. Электромеханический до 40-х г. 20 в. н.э. (Табулятор, Z-3, Mark-1) 4. Электронный до настоящего времени. (ENIAK, IBM, Macintosh)

Слайд Ручной этап развития ВМ до 17 в. н.э. 1. Пальциевый счет. Шумерская цивилизация г. до н.э. 2. Группировка и перекладываение предметов 3. Абак ( аbacus- лат.доска )- камешки в углублениях досок (Счет по разрядам, наличие позиционной системы счисления). Древня Греция, Рим. IV в. до н.э. Китай – Суаньпань (VI в.н.э.), Япония – Соробан (XVI в.н.э.), 4. Русские счеты. Спицы.Костяшки. (16 в. н.э. Купцы Строгановы)

Слайд Механический до 90-х г. 19 в. н.э г Сумматор. Блез Паскаль, франц. математик, физик, философ (сложение, вычитание над 6-ти разрядными числами, использовал 10- тичную С.С.)

Слайд Механический до 90-х г. 19 в. н.э. (продолжение) 1673 г Арифмометр. Вильгельм Лейбница, немецкий ученый (сложение, вычитание, умножение,деление над десятичными числами до 12 разрядов. Использовал 10-ую С.С.) Проф. счетчик. Баллистические таблицы. Арифмометр Феликс в России до 1970 г г. Зубчатое колесо Однера (Россия)

Слайд Механический до 90-х г. 19 в. н.э. (продолжение) 1801 г Ткацкий станок. Жозеф Жаккар, фрац. изобретатель (Ткацкий станок, читающий инструкции с бумажных карточек. ПЕРФОКАРТА

Слайд Механический до 90-х г. 19 в. н.э. (продолжение) 1834 г Аналитическая машина (проект). Чарльз Бэббидж, анг. математик (Арифмометр с программным управлением, с памятью и ариф. Устр. Использовал 10-ую С.С.) Б Управ-я Мельница Склад Б В/В Ада Лавлейс Байрон (Арифметические процедуры для вычислений на АМ)

Слайд Электромеханический до 40-х г. 20 в. н.э г Табулятор (на основе простейших электромеханических реле). Герман Холерит, США (Реализовал идеи аналитической машины, использовал 10-ую с.с.) Читала и сортировала данные, записанные на перфокарту. XI перепись населения США.

Слайд Электромеханический до 40-х г. 20 в. н.э. (продолжение) 1924 г IBM – International Business Machines. CTR (Computer Tabulating Recording, Холлерит) –> IBM (коммивояжер CТR Томас Уотсон-старший) Руководитель IBM c 1924 по 1952 гг Руководитель IBM c 1952 по 1971 гг г. – посол США в СССР 1935 г – Первая электрическая печатная машинка гг – Выполнение оборонных заказов США гг – совместно с учеными Гарвардского университета велись работы по созданию первых ЭВМ

Слайд Электромеханический до 40-х г. 20 в. н.э. (продолжение) гг Серия ВТ Z1,Z2,Z3,Z4 – Конрад Цузе (немецкий инженер) –> - на основе электромеханических реле, управлялись программой на перфоленте Z3 – первая программно- управляемая универсальная ВТ, использовала двоичную с.с., 2600 эмр, 8 команд, извлечение кв.корня

Слайд Электромеханический до 40-х г. 20 в. н.э. (продолжение) гг Маrк-1 – Mаrк-2 Говард Эйкен (амер. ученый) –> - на основе электромеханических реле, управлялись программой на перфоленте, вес – 5 тонн, основу составляло механическое АУ, приводимое в движение электромотром 5 л.с. Mаrк-2 – использовала 10-ую с.с., эмр, сложение – 0,2 с., умножение – 0,7 с.

Слайд Электронный этап развития ВМ (с 40-х г. 20 в. н.э. до настоящего времени). Поколения ЭВМ по элементной базе 1. Первое поколение. Э.Б. – электронные лампы (1940-е – 1950-е годы) 2. Второе поколение. Э.Б. – транзисторы (1950-е – 1960-е годы) 3. Третье поколение. Э.Б. – интегральные схемы (1960-е – 1970-е годы) 4. Четвертое поколение. Э.Б. – большие интегральные схемы /БИС/ (1970-е – 1980-е годы). 5. Пятое поколение. Э.Б. – сверхбольшие интегральные схемы /СБИС/ (1990-е – по настоящее время).

Слайд Электронный этап развития ВМ (продолжение) 1. Первое поколение. Э.Б. – электронные лампы (1940-е – 1950-е годы) Около 10 тыс. оп/с, память до 10 Кб., монопольный режим использования, потребляли большую мощность, занимали помещения до ста кв.м., весили 10 и более тонн, использовались в научных расчетах, в военной промышленности. Программирование в машинных кодах. ENIAC, UNIVAC, IBM 701, МЭСМ, БЭСМ г. ABC (Атанасов-Бери-Компьютер) Решение дифференциальных уравнений в двоичной с.с. (слож.,вычит.) Джон Эккерт Джон Мочли 1945 г. ENIAC- Electronic Numerical Integrator and computer эл.л. 30 м х 4 м х 6м. 35 тонн, 140 Квт. 10 десятичных разрядов, В 1000 раз быстрее Маrk г. МЭСМ эл.л. 60 кв.м оп/с двоичная c.с. С.А. Лебедев