Информационные технологии и компьютерное программное обеспечение Шориков Андрей Фёдорович, профессор, доктор физ.-мат. наук Институт математики и механики. - презентация

1 Информационные технологии и компьютерное программное обеспечение Шориков Андрей Фёдорович, профессор, доктор физ.-мат. наук Институт математики и механики УрО РАН, Уральский государственный экономический университет Шориков Андрей Фёдорович, профессор, доктор физ.-мат. наук Институт математики и механики УрО РАН, Уральский государственный экономический университет Екатеринбург2009Екатеринбург2009

2 Слайд 1 До появления компьютера, в истории человечества были сделаны открытия и изобретения, каждое из которых было направлено на создание новых или улучшение имеющихся средств, ориентированных на использование в качестве: 1) орудий труда и средств разрушения (оружия); 2) средств передвижения человека и транспор- тировки грузов; 3) средств улучшения комфортности условий жизни и труда человека (в т.ч. и энергетических). До появления компьютера, в истории человечества были сделаны открытия и изобретения, каждое из которых было направлено на создание новых или улучшение имеющихся средств, ориентированных на использование в качестве: 1) орудий труда и средств разрушения (оружия); 2) средств передвижения человека и транспор- тировки грузов; 3) средств улучшения комфортности условий жизни и труда человека (в т.ч. и энергетических).

3 Слайд 2 Можно уверенно сказать, что, несмотря на их разнообразие и очень полезные свойства, все это – достаточно узкофункциональные изобретения. При этом космический корабль – лишь высокоскоростное средство передвижения человека и транспортировки грузов (в т.ч. и оружия). Атомная энергия – мощный источник энергии, улучшающий комфортность условий жизни и труда человека, а также – основа атомного оружия, т.е. средств разрушения.

4 Слайд 3 Компьютер – первый инструмент, созданный человеком, который позволяет: расширять возможности человека по воспри- ятию данных (в т.ч. и путем приема и обработки данных с физических, химических, биологических и др. приборов); расширять возможности человека по воспри- ятию данных (в т.ч. и путем приема и обработки данных с физических, химических, биологических и др. приборов); принимать, хранить, анализировать, обрабаты-вать, и передавать различные данные; принимать, хранить, анализировать, обрабаты-вать, и передавать различные данные; оценивать данные, прогнозировать их изменение во времени и принимать приемлемые решения в различных жизненных ситуациях. оценивать данные, прогнозировать их изменение во времени и принимать приемлемые решения в различных жизненных ситуациях. Компьютер – первый инструмент, созданный человеком, который позволяет: расширять возможности человека по воспри- ятию данных (в т.ч. и путем приема и обработки данных с физических, химических, биологических и др. приборов); расширять возможности человека по воспри- ятию данных (в т.ч. и путем приема и обработки данных с физических, химических, биологических и др. приборов); принимать, хранить, анализировать, обрабаты-вать, и передавать различные данные; принимать, хранить, анализировать, обрабаты-вать, и передавать различные данные; оценивать данные, прогнозировать их изменение во времени и принимать приемлемые решения в различных жизненных ситуациях. оценивать данные, прогнозировать их изменение во времени и принимать приемлемые решения в различных жизненных ситуациях.

5 Слайд 4 Компьютер также используется и для радикального улучшения характеристик и качеств функционирования многих орудий труда, средств передвижения и транспор- тировки грузов, улучшает качество и комфортность жиз- недеятельности человека на производстве и в быту. Компьютер также используется и для радикального улучшения характеристик и качеств функционирования многих орудий труда, средств передвижения и транспор- тировки грузов, улучшает качество и комфортность жиз- недеятельности человека на производстве и в быту. Таким образом, достаточно очевидно, что компьютер – первое многофункциональное изобрете-ние, значительно расширяющее и улучшающее интеллектуальные возможности человека. Таким образом, достаточно очевидно, что компьютер – первое многофункциональное изобрете-ние, значительно расширяющее и улучшающее интеллектуальные возможности человека. Компьютер также используется и для радикального улучшения характеристик и качеств функционирования многих орудий труда, средств передвижения и транспор- тировки грузов, улучшает качество и комфортность жиз- недеятельности человека на производстве и в быту. Компьютер также используется и для радикального улучшения характеристик и качеств функционирования многих орудий труда, средств передвижения и транспор- тировки грузов, улучшает качество и комфортность жиз- недеятельности человека на производстве и в быту. Таким образом, достаточно очевидно, что компьютер – первое многофункциональное изобрете-ние, значительно расширяющее и улучшающее интеллектуальные возможности человека. Таким образом, достаточно очевидно, что компьютер – первое многофункциональное изобрете-ние, значительно расширяющее и улучшающее интеллектуальные возможности человека.

6 Слайд 5 Появление компьютера привело к созданию новых технологий «информационных техно- логий» в различных областях теоретической и практической деятельности человека. Тогда естественно поставить вопрос: «А что же понимают под терминами «компьютерные науки», «информатика» или «информацион- ные технологии» ? Можно дать следующее определение этим понятиям, которые на наш взгляд являются эквивалентными. Появление компьютера привело к созданию новых технологий «информационных техно- логий» в различных областях теоретической и практической деятельности человека. Тогда естественно поставить вопрос: «А что же понимают под терминами «компьютерные науки», «информатика» или «информацион- ные технологии» ? Можно дать следующее определение этим понятиям, которые на наш взгляд являются эквивалентными.

7 Слайд 6 Информатика (компьютерные науки, информационные техно- логии) – это область деятельности человека, связанная с раз- работкой и созданием компьютеров, периферийных устройств к ним, информационных датчиков и сопутствующих этому техно- логий, а также с разработкой и созданием систем, моделирующих и позволяющих реализовать – прием, хранение, анализ, обработку и передачу данных для решения задач оценивания данных, прогно-зирования изменения их во времени и принятия управленческих решений в конкретных предметных областях. Данное понятие и является базовым для определения целей, задач и путей реализации информационных технологий в различных предметных областях деятельности человека. Информатика (компьютерные науки, информационные техно- логии) – это область деятельности человека, связанная с раз- работкой и созданием компьютеров, периферийных устройств к ним, информационных датчиков и сопутствующих этому техно- логий, а также с разработкой и созданием систем, моделирующих и позволяющих реализовать – прием, хранение, анализ, обработку и передачу данных для решения задач оценивания данных, прогно-зирования изменения их во времени и принятия управленческих решений в конкретных предметных областях. Данное понятие и является базовым для определения целей, задач и путей реализации информационных технологий в различных предметных областях деятельности человека.

8 Слайд 7 Привлекательность компьютера для пользователя определяется, прежде всего, основными двумя свойствами – уметь работать по задаваемой извне программе и хранить в своей памяти ин- формацию для того, чтобы выдавать ее пользова- телю по мере надобности. К этим двум свойствам надо добавить и третье (производное от них) – спо- собность выполнять другие программы, храни- мые в компьютере (в его памяти). Они-то и образуют так называемое программное обеспечение совре- менного компьютера.

9 Слайд 8 По сути дела программное обеспечение – это, так сказать, подводная часть айсберга, называемого – компьютер. Видимая глазом аппаратура составляет примерно десятую часть современного компьютера, а девять десятых – все программное обеспечение, хранящееся в памяти компьютера, скрыто от глаз внешнего наблюдателя. Таким образом, компьютер может реализовать только те свои возможности, которые выполняются с помощью и при непосредственном участии его программного обеспечения. По сути дела программное обеспечение – это, так сказать, подводная часть айсберга, называемого – компьютер. Видимая глазом аппаратура составляет примерно десятую часть современного компьютера, а девять десятых – все программное обеспечение, хранящееся в памяти компьютера, скрыто от глаз внешнего наблюдателя. Таким образом, компьютер может реализовать только те свои возможности, которые выполняются с помощью и при непосредственном участии его программного обеспечения.

10 Слайд 9 По своей структуре программное обеспечение компьютера в соответствии с его функциональным наз- начением может подразделяться на следующие пять классов: 1) системное программное обеспечение; 2) инструментальное программное обеспечение; 3) прикладное программное обеспечение; 4) интеллектуальное программное обеспечение; 5) вычислительные системы. По своей структуре программное обеспечение компьютера в соответствии с его функциональным наз- начением может подразделяться на следующие пять классов: 1) системное программное обеспечение; 2) инструментальное программное обеспечение; 3) прикладное программное обеспечение; 4) интеллектуальное программное обеспечение; 5) вычислительные системы.

11 Слайд Системное программное обеспечение компьютера предназначено для эффективной организации вычислительного процесса, высокопроизводительного использования всех возможностей аппаратуры компьютера и его периферийных устройств в целях наилучшего и наискорейшего решения возникающих задач, эффективной организации многополь- зовательского режима работы компьютеров и работы в локальных и глобальных компьютерных сетях, реализации удобного взаимодействия компьютера с пользователем и пользователя с компьютером (удобный интерфейс).

12 Слайд Инструментальное программное обеспечение предназначено для создания нового программного обеспечения и решения типовых (стереотипных) задач в различных областях предметной деятельности человека. К нему относятся: текстовые редакторы и издательские системы, языки программирования, системы управления базами данных, табличные процессоры, графические системы и др.

13 Слайд Прикладное программное обеспечение предназначено для решения важных практических задач в различных областях предметной деятельности человека (науке, технике, военном деле, экономике, медицине и др.). Прикладные программы – это те, благодаря которым, в основном, и проявляется высокая эффективность использования компьютеров в настоящее время; они решают важные конкретные задачи пользователей. Прикладные программы объединяются в пакеты прикладных программ (ППП), объединение которых производится по принципу специализации, а их суть – максимальное упрощение процедуры решения конкретной задачи и удобная эксплуатация пользователями. 3. Прикладное программное обеспечение предназначено для решения важных практических задач в различных областях предметной деятельности человека (науке, технике, военном деле, экономике, медицине и др.). Прикладные программы – это те, благодаря которым, в основном, и проявляется высокая эффективность использования компьютеров в настоящее время; они решают важные конкретные задачи пользователей. Прикладные программы объединяются в пакеты прикладных программ (ППП), объединение которых производится по принципу специализации, а их суть – максимальное упрощение процедуры решения конкретной задачи и удобная эксплуатация пользователями.

14 Слайд Интеллектуальное программное обес- печение предназначено для решения важных интеллектуальных задач типа планирования и прогнозирования различной деятельности, меди- цинской, экономической и технической диаг- ностики, обучения, тестирования знаний, тренинга и др., которые требуют знаний на уровне специалистов в соответствующей конкретной области предметной деятельности человека.

15 Слайд 14 В настоящее время такие системы реализованы в виде программных комплексов, называемых компьютерными экспертными системами (КЭС). Эти системы позво-ляют решать интеллектуальные задачи в выбранной об-ласти предметной деятельности человека и обеспечивают удобный пользовательский интерфейс. В современных КЭС предусмотрены средства автоматического пополне-ния их баз данных и знаний, а также возможности само-обучения. При этом КЭС могут быть сопряжены с раз-личными информационными датчиками, которые значи-тельно повышают эффективность их использования.

16 Слайд 15 В последней четверти XX века были созданы языки программирования Лисп, Пролог и другие, которые стали инструментальными средствами для разработки интел- лектуального программного обеспечения. В последние годы работы по созданию интел- лектуального программного обеспечения получили допол- нительный импульс в связи потребностями рынка, большими техническими возможностями современных ПК, развитием языков логического программирования и фи- нансированием работ по созданию компьютеров пятого поколения. В последней четверти XX века были созданы языки программирования Лисп, Пролог и другие, которые стали инструментальными средствами для разработки интел- лектуального программного обеспечения. В последние годы работы по созданию интел- лектуального программного обеспечения получили допол- нительный импульс в связи потребностями рынка, большими техническими возможностями современных ПК, развитием языков логического программирования и фи- нансированием работ по созданию компьютеров пятого поколения.

17 Слайд Вычислительные системы. В основе персональных компьютеров и суперкомпьютеров – архитектура компьютера, которая была предложена Джоном фон Нейманом и считается классической. Все они состоят из – процессора, внешней и внут- ренней (оперативной) памяти, а также периферии – устройств ввода- вывода данных. Именно эта структура позволяет решать все многообразие потребностей в автоматической обработке информации на «среднем уровне». Хотя, для каждой конкретной задачи (для ее решения) можно было бы придумать другую структуру компьютера и соответствующее программное обеспечение, позволяющие организовать и реализовать более эффективное ее решение, учитывая имеющуюся специфику и специализацию. Для реализации этих возможностей и появились вычислительные системы.

18 Слайд 17 Вычислительную систему обычно отличает специализация, большая связь со средой, широкие вычислительные возможности. Так, очень часто в вычислительной системе используется не один процессор, а несколько, образуя тем самым многопроцессорную систему. Для многопроцессорных (или мультипроцессорных) систем используют модульный принцип построения, позволяющий наращивать их структуру, решать проблемы надежности, а также снижать стоимость их производства. Под модулем понимают любое функциональное устройство вычислительной системы с собственным управлением, способное функционировать самостоятельно под воздействием команд процессора. Наличие однотипных модулей повышает надежность вычислительной системы.

19 Слайд 18 Практическая реализация идеи применения стан- дартных модулей в структуре компьютера стала реальной лишь с появлением интегральных схем (ИС), т.к. стало возможным выпускать эффективные и малогабаритные универсальные и специализирован- ные по функциям микропроцессоры. Системы на их базе позволили решать задачи по управлению процессами в реальном масштабе времени, а не только для моделирования процессов.

20 Слайд 19 От таких систем требуется много: большое быстродействие; огромная надежность; чрезвычайная оперативность; «живучесть», т.е. способность выполнять возлагаемые на нее функции даже при выходе из строя каких-то ее элементов. Это необходимо в связи с тем, что управление реальными процессами, например, атомной электростанцией или само- летом, нельзя приостановить ни на одно мгновение, ибо это может, в лучшем случае привести к снижению эффективности функционирования объекта, в худшем – к аварии. Особенно это необходимо в медицинских системах, атомных установках, системах управления оружием и т.п. Для этих целей и при- ходится создавать специальные вычислительные системы, лишенные недостатков единичных компьютеров. От таких систем требуется много: большое быстродействие; огромная надежность; чрезвычайная оперативность; «живучесть», т.е. способность выполнять возлагаемые на нее функции даже при выходе из строя каких-то ее элементов. Это необходимо в связи с тем, что управление реальными процессами, например, атомной электростанцией или само- летом, нельзя приостановить ни на одно мгновение, ибо это может, в лучшем случае привести к снижению эффективности функционирования объекта, в худшем – к аварии. Особенно это необходимо в медицинских системах, атомных установках, системах управления оружием и т.п. Для этих целей и при- ходится создавать специальные вычислительные системы, лишенные недостатков единичных компьютеров.

21 Слайд 20 Широкие возможности применения компьютеров, связанные с наличием у них разнородной памяти, высо- кого быстродействия, возможности сопряжения с различ- ными информационными датчиками, открылись и для достаточно молодой области знаний – теории искус- ственного интеллекта. Теории, в рамках которой изу- чаются закономерности функционирования мышления человека, разрабатываются соответствующие его модели и методы практической реализации, позволяющие созда-вать искусственные интеллектуальные системы.

22 Слайд 21 При этом, если с 50-х до начала 70-х годов XX века во всем мире шли бурные дискуссии и споры по поводу возможности создания искусственного интеллекта, то в конце этого периода они практически прекратились, так как широким фронтом начали проводиться теоретические исследования в этой области, а с середины 80-х годов XX века были приняты к реализации ряд программ, касающихся практических работ в области разработки военных интеллектуальных систем и компьютеров 5-го поколения.

23 Слайд 22 Таким образом, в результате серьезных продвижений в области теории и практики создания искусственных интел- лектуальных систем, сомнения и теоретические обосно- вания в невозможности их создания и практического ис- пользования безвозвратно ушли. С большой степенью уверенности можно утверждать, что человечество уже вступило в новую эру своего развития – совместного существования сообщества людей с искусственными интеллектуальными системами.

24 Слайд 23 Сказанное подтверждается и тем, что теоретические и практические работы в США, России, Японии и других индустриально развитых странах, связанные с разработкой и созданием компьютеров 5-го поко- ления, в итоге приведут к созданию искусственного интеллекта. Хотя в литературе нет четкого и одно- значного описания структуры, организации и функций компьютеров этого поколения, на мой взгляд, они будут представлять следующее:

25 Слайд 24 – распределенную многоуровневую компью-терную сеть (аналог Internet), допускающую па-раллельную обработку данных, сопряженную с различными источниками информации, ин-формационными датчиками и возможностя-ми доступа с различных терминалов и с по-мощью различных средств;

26 Слайд 25 – различные наборы баз данных и баз знаний по различным предметным областям деятельности человека (науке, технике, медицине, экономике, литературе, искусству и др.) с организацией автоматического пополнения, сопровождения и быстрого доступа к данным и знаниям;

27 Слайд 26 – наборы технических и программных средств в форме компьютерных экспертных систем для различных предметных областей деятельности человека, позволяющих решать важные практические и интеллектуальные задачи типа планирования и прогнозирования деятель- ности, медицинской, экономической и технической диагностики, обучения, тестирования знаний, тренинга и др.

28 Слайд 27 – программные и технические средства, позволяющие реализовать взаимоотношения между человеком и компьютерной системой, системой и человеком в формах, анало-гичных принятым в общении между людьми и других формах, удобных для пользователя;

29 Слайд 28 – обладать способностями самообучения, прог- рессирующего развития и самовоспроизведения. Следует отметить, что современная техническая база достаточно хорошо подготовлена к решению проблемы искусственного интеллекта и конкретные результаты по его созданию в большей степени зависят от темпов продвижения теоретических и практических работ в этом направлении. – обладать способностями самообучения, прог- рессирующего развития и самовоспроизведения. Следует отметить, что современная техническая база достаточно хорошо подготовлена к решению проблемы искусственного интеллекта и конкретные результаты по его созданию в большей степени зависят от темпов продвижения теоретических и практических работ в этом направлении.

30 Слайд 29 Темпы работ по созданию искусственных интеллектуальных систем Темпы работ по созданию искусственных интеллектуальных систем

31 Слайд 30 Отметим, что наибольший эффект от применения компьютеров и информационных технологий достигается при использовании их для модели- рования реальных физических, экономических и других процессов, с целью оценки состояния па-раметров процессов, прогнозирования измене-ния их во времени и оптимизации принятия управленческих решений (управления) при выбранных критериях качества этих процессов.

32 Слайд 31 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Власов В.К., Королев Л.Н., Сотников А.Н. Элементы информатики. М.: Наука, Мнеян М.Г. Физические принципы работы ЭВМ. М.: Просвещение, Поддубная Т.Н., Фукс И.Л. Информатика в задачах и упражнениях. Томск: МП «Раско», Рыбаков М.А. Анатомия персонального компьютера. М.: СП «Интермеханика», Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Специальная информатика: Учебное пособие. М.: АСТ-ПРЕСС: Инфорком- Пресс, Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М.: Финансы и статистика, Шориков А.Ф., Тюлюкин В.А. Основы информатики и введение в специальность: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд- во Урал. гос. экон. ун-та, СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Власов В.К., Королев Л.Н., Сотников А.Н. Элементы информатики. М.: Наука, Мнеян М.Г. Физические принципы работы ЭВМ. М.: Просвещение, Поддубная Т.Н., Фукс И.Л. Информатика в задачах и упражнениях. Томск: МП «Раско», Рыбаков М.А. Анатомия персонального компьютера. М.: СП «Интермеханика», Симонович С.В., Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Специальная информатика: Учебное пособие. М.: АСТ-ПРЕСС: Инфорком- Пресс, Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. М.: Финансы и статистика, Шориков А.Ф., Тюлюкин В.А. Основы информатики и введение в специальность: Учебное пособие. Екатеринбург: Изд- во Урал. гос. экон. ун-та, 2006.