Основы современных информационных технологий
Для студентов высших учебных заведений
Владимир Челухин
© Владимир Челухин, 2018
ВВЕДЕНИЕ
В последнее время устройства вычислительной техники и информационные технологии всё больше и больше внедряются в гуманитарные области науки.
Юриспруденция, социальная работа, лингвистика, экономика, культурология всё шире используют компьютеры и соответствующее программное обеспечение, что позволяет намного увеличить эффективность работы. Например, базы данных по законодательству для юристов позволяют в считанные минуты подобрать любые законодательные акты по интересующему вопросу, или мощные электронные словари и переводчики позволяют за короткое время перевести большие по объёму документы на интересующий лингвиста язык.
Одновременно, в связи с наращиванием мощности процессоров компьютеров усложняется и программное обеспечение, что ставит задачу серьёзной подготовки специалистов гуманитарного профиля, как пользователей компьютеров с полной комплектацией: принтерами, сканерами, модемами, имеющих выход в Internet. Число же часов, выделяемое для изучения информатики в ВУЗах очень ограничено и чаще всего эти дисциплины изучаются в одном, реже двух семестрах, что явно недостаточно.
В связи с вышеизложенным автор основной упор в книге делал на подготовку специалиста, как пользователя. В книгу не вошли такие разделы как основы программирования, алгоритмические языки, системы счисления, структуры алгоритмов и т. п. Автор считает, что наличие подобных разделов уместно для программистов; юристу же или переводчику изучать программирование нецелесообразно, а вот знать пакеты прикладных программ по своей специальности, уметь оценить возможности своего компьютера, своевременно его модернизировать и хорошо знать его аппаратную часть: принтеры, модемы, сканеры он должен.
Поэтому материал в книге подобран в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта и на основе лекций, прочитанных автором для гуманитарных специальностей Комсомольского-на-Амуре технического университета.
1. СТРУКТУРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Информационными технологиями называют совокупность вычислительных и исполнительных устройств, программного обеспечения и средств связи, предназначенных для обработки информации.
К вычислительным устройствам относят компьютеры, микропроцессоры, чипы и другие арифметически-логические устройства вычисления.
К исполнительным относят устройства отображения информации: принтеры, мониторы, плоттеры, а также устройства её считывания: сканеры, дисководы.
Программным обеспечением называют совокупность интеллектуальных знаний, задающих логическую последовательность выполнения поставленных задач и процессов управления с помощью специальных символов, созданных языком программирования.
К устройствам связи относят телефонные и радиорелейные линии, модемы, кабельные сети, антенные устройства.
В целом информацией называют совокупность интеллектуальных знаний, используемых в процессах управления.
Задачей информационных технологий является представление интеллектуальных знаний и документов, отражающих их, в электронном виде, автоматизация процессов управления при помощи аппаратно-логических устройств, а также сбор, анализ и обработка информации (обмен, хранение, накопление и т.д.).
Термин информация происходит от латинского слова informatio, означающее разъяснение, осведомление, изложение. Развитие информационных технологий обеспечивают:
математика;
программирование;
микропроцессорная техника;
техника связи;
организационно-правовое обеспечение;
стандартизация и унификация.
Основной причиной стремительного развития информационных технологий являются возможность работы с её техническими средствами в диалоговом режиме с использованием принципа меню (пользователю предлагаются готовые варианты для выбора). В последнее время в информационных технологиях всё большее развитие получают программы, позволяющие реализовать речевой диалог с вычислительной машиной.
В общем виде, базой развития информационных технологий являются аппаратные устройства обработки информации и их программное обеспечение.
2. АППАРАТНЫЕ УСТРОЙСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
2.1. Компьютеры
Основным элементом информационных технологий является компьютер. «Компьютер» переводится как вычислитель. История его начинается с 1642 г., когда Блез Паскаль изобрел механическое устройство для сложения чисел. 1672 г. Готфрид Вильгельм Лейбниц сконструировал арифмометр, позволяющий вычислять 4 арифметических действия. С XIX века арифмометры были очень распространены. В первой половине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж построил аналитическую машину, которая работала по программам на перфокартах. Машина оказалась слишком сложна, но он разработал идеологию. В 1943 г. американец Говард Эйкен на предприятии фирмы IBM построил электромеханическую вычислительную машину «Марк 1». Приблизительно в то же время немец Конрад Цузе в 1941 г. построил такую же машину.
Затем группа специалистов в США под руководством Дж. Мочли, Преснера и Экерта сконструировали подобную машину, под названием «ENIAC», на основе электронных ламп, а не реле. Её серьёзный недостаток выделялось много тепла и затруднен был процесс ввода программ. В 1945 г. к работе был привлечен Джон Фон Нейман, математик, который сформулировал общие принципы работы ЭВМ. В 1949 г. был построен первый компьютер, где были воплощены все принципы Неймана. Его построил английский исследователь Маркс Уилксон.
Согласно принципам Неймана компьютер должен иметь:
1) арифметически логическое устройство, выполняющее операции;
2) устройство управления организующее процесс выполнения программ;
3) запоминающее устройство (память) для хранения программ, данных;
4) внешние устройства ввода вывода данных.
Рисунок 1 Необходимые составляющие компьютера
С помощью внешнего устройства в память вводят программу. Устройство управления считывает ее с памяти и ориентирует выполнение по порядку, установленному памятью и выводит информацию на внешнее печатное устройство или экран.
В 1948 г. с появлением транзисторов, а с 1958 г. интегральных микросхем компьютеры с 1968 г. стали выпускаться на микросхемах.
Роберт Нойс, основатель фирмы Intel, с 1970 г. начал продавать интегральные схемы памяти, и фирма выпустила первый микропроцессор Intel 4004.
В 1974 г. фирма Intel выпустила версию Intel-8080, которая до конца 70 г. стала стандартом микрокомпьютерной индустрии. А в 1975 году был создан первый коммерческий компьютер «Альтаир-8080» фирмой MITS. Его возможности были скромные, но успех очень большой.
В это же время Полл Аллен и Билл Гейтс, основатели фирмы Microsoft создали для компьютера «Альтаир» интерпретатор языка BEISIC, что позволило легко писать программы для него. К 1979 г. спрос на ЭВМ упал, и фирма IBM решила уделить внимание персональным компьютерам (ПК). В качестве эксперимента руководство дало полную свободу отделу, занимавшемуся разработкой ПК, и те использовали блоки других фирм и открытую архитектуру. В 1983 г. был выпущен ПК IBM PC AT на основе микропроцессора Intel 80286. Так как успех у персональных компьютеров был очень сильным и спрос на них стремительно рос, то чуть позднее их выпуском стали заниматься и многие другие фирмы и предприятия. Сегодня их сборкой и выпуском занимаются в США, Европе, Китае, Тайване, России и других странах.
Представление информации в персональном компьютере
Компьютер может обрабатывать информацию только в числовой форме. Поэтому вся другая информация: звуки, изображения, тексты должны быть преобразованы в числовую форму. Процесс преобразования называется кодированием.
Числа в ПК представляются с помощью 0 и 1, то есть компьютеры работают в двоичной системе.
Единицей информации является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значение 1 или 0. Обычно ПК работает с 8 битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В нем можно закодировать = 256 символов. Более крупная единица килобайт (Кбайт) равный 1024 байта (), мегабайт (Мбайт) равный 1024 Кбайта, и гигабайт 1024 мегабайта. Например, объём книги 300 страниц приблизительно равно 900 Кбайт. На одну стандартную дискету ёмкостью 1.44 Кбайт можно записать примерно 450 500 страниц текста.
Языки программирования для персонального компьютера
Так как компьютер понимает только машинный язык, то и программы для него должны так же быть на машинном языке. Однако реализация этого весьма трудоёмка. Поэтому вначале программы писались на языке близком к машинному так называемый АВТОКОД или АССЕМБЛЕР.