>>

ПРЕДИСЛОВИЕ

Существует большое количество учебников по информатике и их написание продолжается. В чем же причина этого изобилия?

Основы современной информатики были сформулированы еще в 40-х годах прошлого столетия и обычно связываются с именами таких ученых, как Джон (Янош) фон Нейман, Алан Тьюринг и др.

К сожалению, очень редко упоминаются наши, отечественные, не менее значимые фигуры, как Лебедев С.А., Глушков В.М., Марков А.А., Ляпунов А.А. и многие др.

Следует отметить, что основы информатики пока не подвергаются серьезным изменениям. Тем не менее, развитие этой науки и расширение ее сферы влияния превзошло все мыслимые и самые оптимистические прогнозы и связано с колоссальными технологическими достижениями.

Все это приводит к расширению круга лиц вовлеченных в изучение этой дисциплины, а постоянное совершенствование технических, лингвистических и программных средств информатики (особенно за последние 60 лет) требует постоянных дополнений в изучении и описании информатики.

Чтобы понять революционные изменения, произошедшие за последние 40 - 5 0 лет, и повсеместное внедрение их в самые разнообразные области человеческой деятельности, необходимо провести небольшой экскурс в эволюцию традиционных компьютерных систем за этот период.

Так, в 60 - 80-х годах прошлого века сами компьютеры (технические средства) были отделены от пользователя и обслуживались специалистами-профессионалами по различным компонентам машин (по процессору, различным периферийным устройствам и т.п.). То же самое имело место и в разделе программного обеспечения. Работа трансляторов языков программирования, операционных систем, различных библиотечных программ обеспечивалась специальными группами людей, которые (по недоразумению) назывались математиками, а отделы назывались математическими. У пользователя не было необходимости разбираться в этих средствах. Он должен был знать сами языки программирования и команды ОС и трансляторов. Основное направление использования компьютеров - научно-технические расчеты.

7

В связи с этим для рядового пользователя изучение информатики ограничивалось изучением курса программирования. Этот курс считался традиционным, как правило, включая изучение языков программирования, ориентированных на различные предметные области, а также особенности их реализации на различных типах больших компьютеров (в современной терминологии - мейнфреймы).

С середины 70-х годов в связи с появлением мини-компьютеров, а в дальнейшем и персональных компьютеров и вычислительных сетей ситуация резко изменилась. Техника приблизилась к конечному пользователю (значительно расширилась сфера использования компьютеров) и потребовала от него определенных знаний, которые прежде были доступны только профессионалам, обслуживающим большие компьютеры. В большинстве случаев пользователь сам должен определять стратегию выбора и приобретения технических средств. К тому же значительно расширился спектр средств вычислительной техники. С появлением 16-разрядного микропроцессора, а затем 32- и 64-разрядных, кроме повсеместно распространенных персональных компьютеров, в рамках серьезных научно-технических и инженерных применений получили широкое распространение высокопроизводительные рабочие станции, а также серверы и так называемые суперсерверы - сетевые машины коллективного использования.

Появление новой элементной базы оказало значительное влияние на развитие мейнфреймов, которые успешно развиваются до последнего времени, несмотря на неоднократные предположения об их неминуемой гибели.

Высокую динамику демонстрирует рынок суперкомпьютеров. Это один из наиболее быстро развивающихся видов вычислительных систем. Новые архитектурные подходы при создании этих самых мощных компьютеров связаны с так называемыми кластерными системами и обязаны также интенсивному развитию твердотельной интегральной электронной техники. Широкое распространение этих машин связано не только с традиционными научнотехническими применениями, но также с использованием их в промышленности (автомобильная, авиационная, металлургическая и т. п.), для управления крупными базами данных, для принятия глобальных стратегических решений и т.п.


8


Производительность суперкомпьютеров постоянно растет, что связано, с одной стороны, с постоянно возрастающими потребностями приложений, а с другой - постоянный рост производительности компьютеров нижнего уровня, использующих основные новации разработчиков суперкомпьютеров. Наряду с традиционным использованием суперкомпьютеров в научных и инженерных расчетах они применяются при работе с базами данных, в криптографии, биологии и медицине исследования (расшифровке) генома живых организмов, моделировании человеческого мозга, медицинских экспертных систем и обработке изображений.

Безусловно, все эти сведения необходимо знать современному инженеру.

Вопросы языков программирования (лингвистического обеспечения) также имеют очень важное значение при освоении средств вычислительной техники рядовым пользователем. В этом разделе информатики также происходят значительные изменения в связи с расширением сферы использования компьютеров, разработкой современных программных интерфейсов, особенностями различных аспектов сетевого программирования и т.п.

Развитие языков программирования происходит по ряду направлений. С одной стороны, происходит значительное расширение возможностей таких традиционных (императивных) языков программирования, как FORTRAN, Pascal, С, которые иногда называют языками высокого уровня, так как они не связаны с кодом конкретной машины, но, тем не менее, они ориентированы на так называемую «архитектуру фон Неймана» и связаны с кодированием предварительно разработанного математического алгоритма решаемой задачи. При реализации программы на компьютере требуются программные средства для перевода ее в код конкретного компьютера - трансляторы. Для пользователя также требуются определенные усилия по освоению таких языков, так как они далеки от языков человеческого общения.

С другой стороны, развитие языков связано с переходом на более высокий уровень, не зависимый от архитектуры компьютера, и с исключением средств традиционного программирования.

К таким средствам можно отнести так называемые функциональные языки и языки логического программирования (LISP, Prolog, OCaml). Эти языки имеют пока очень ограниченное приме


9


нение, хотя в определенных случаях оказываются достаточно эффективными.

Гораздо большее (массовое) распространение получили непроцедурные (так называемые дескриптивные) языки, которые также можно отнести к языкам сверхвысокого уровня. Это языки управления заданиями, языки пакетов прикладных программ, ориентированные на наиболее распространенные области применений, - языки электронных таблиц, систем управления базами данных, математические пакеты, экспертные системы и т.п.

Однако как в первом, так и во втором случае полностью исключить традиционное, процедурно-ориентированное программирование не удается, и подобные языки включают в свой состав его элементы. Так, известная фирма Microsoft включает в свои основные приложения язык Visual Basic, что позволяет пользователю самостоятельно и неограниченно расширять функциональные возможности приложений. Различные средства традиционного программирования включают в свои пакеты и другие фирмы. В связи с этим изучение средств программирования, развивающегося уже более 50-ти лет, по-прежнему актуально. В предлагаемом пособии описаны базовые элементы таких языков, их структура и направления развития, прошедшие за последние 50 лет (см. гл. 5).

Программное обеспечение современных вычислительных систем включает общесистемное, системное, инструментальное и прикладное обеспечение и по своему объему на несколько порядков превышает средства, устанавливаемые на первых персональных компьютерах. При этом программы приложения, которые непосредственно решают задачу пользователя, как правило, составляют незначительную долю программного обеспечения, установленного на компьютере. Однако пользователь должен иметь ясное представление обо всех программах, которые имеются на его компьютере для эффективного ее использования.

И в заключение следует отметить, что развитие современных компьютерных систем определяется (в значительной степени) развитием технологии кремниевых чипов. Эта технология развивается уже почти 60 лет. Один из отцов-основателей фирмы Intel Гордон Мур вывел в 1965 г. закономерность, позволяющую производителям приблизительно предвидеть перспективы: «количество транзисторов, которые могут быть размещены на чипе будут удваиваться каждые два года», а


10


в 1975 г. Мур уточнил свой прогноз: «Плотность схем полупроводникового микрочипа удваивается каждые 18 месяцев».


Рис. 1. Прогноз развития кремниевых технологий, сделанный в 80-е годы ХХ в. Обозначения на рисунке: МИС - малые ИС; СИС - средние ИС; БИС - большие ИС;

СБИС - сверхбольшие ИС; УБИС - ультрабольшие ИС


Прогноз, представленный в 1980 г. (рис. 1), подтвердил справедливость «закона» Мура. В связи с этим представляется достаточно достоверным прогноз до 2018 г., представленный на рис. 2.

И хотя закон Мура давно превратился в ориентир для производителей чипов, в последнее время (учитывая предельные возможности современной технологии рис. 2) идут разговоры по поводу того, когда же будет исчерпан потенциал кремниевой технологии, не утихают и постоянно уточняются сроки ее заката. «Никакое экспоненциальное развитие не может быть вечно, но предел этой «вечности» мы еще можем отсрочить», загадочно предвещал 75летний Мур в 2003 г.

Находящиеся в постоянном поиске альтернативы кремниевым чипам производители не слишком стремятся раскрывать свои кар


11


ты, обычно они ссылаются на совместный план выпуска полупроводников до 2018 г. по усовершенствованной кремниевой технологии (см. рис. 2), хотя на самом деле ушли намного дальше. Так, на осеннем форуме Intel для разработчиков в Сан-Франциско (2006 г.) был представлен прототип процессора с 80-ю ядрами, который потенциально может обеспечить производительность уровня тераф- лоп-с. Ориентировочная дата выхода такого процессора - 2010 г.


Рис. 2. Прогноз развития кремниевых технологий, сделанный фирмой Intel в 2008 г.

В то же самое время рассматривается довольно много различных экзотических альтернатив замены кремниевой технологии: квантовый компьютер, компьютер на основе ДНК-логики, молекулярный компьютер и т.п. Не одно десятилетие идут разговоры о нейрокомпьютинге. Однако пока не видно реальной альтернативы кремниевой технологии. Теоретические рассуждения, отнюдь, не всегда доходят до реальной технологии. Так, исследователи, начинавшие заниматься проблемой искусственного интеллекта, были оптимистами. Им казалось, что недалек тот час, когда будет скон

12


струирована умная машина, которая не только научится играть в «крестики и нолики» или шахматы, но и сможет мыслить как человек. Однако с тех пор прошло уже более полувека, и как признаются те же разработчики: «мы, по-прежнему, далеки от этой цели».

Эта книга возникла в результате обработки конспекта лекций по вводным курсам «Информатика» и «Информатика и программирование», прочитанных авторами для студентов ряда групп факультета «А», а также вечернего факультета НИЯУ МИФИ; учебного пособия «Основы современной информатики», подготовленного для вышеперечисленных категорий студентов в 2007 г., которое было значительно переработано и дополнено.


13


АКД

АЛУ

АСНИ

АСУ

АСУП

АСУТП

АТС

АЦПУ

ВЗУ

ВОЛС

ВЧ

ГВС

ГВЧ

ДНК

ДОС

ЖК

ЗУПВ

ИМС

КВЧ

ЛВС

МКМД

МКОД

МП

НГМД

НЖМД

НМБ

НМД

НМЛ

НЧ

ОВЧ

ОЗУ

ОКМД


аппаратура канала данных арифметико-логическое устройство автоматизированные системы научных исследований автоматизированная система управления автоматизированная система управления производством автоматизированная система управления технологиче- скими процессами автоматическая телефонная станция алфавитно-цифровое печатающее устройство внешние запоминающие устройства волоконно-оптические линии связи высокие частоты глобальная вычислительная сеть гипервысокие частоты дезоксирибонуклеиновая кислота дисковые ОС жидкокристаллический

запоминающее устройство с произвольной выборкой

интегральная микросхема

крайне высокие частоты

локальная вычислительная система

много команд - много данных

много команд - одно данное

микропроцессор

накопитель на гибких магнитных дисках накопитель на жестких магнитных дисках накопитель на магнитных барабанах накопитель на магнитных дисках накопитель на магнитной ленте низкие частоты очень высокие частоты операционное запоминающее устройство одна команда - много данных


14

| >>
Источник: Аверьянов Г.П., Дмитриева В.В.. СОВРЕМЕННАЯ ИНФОРМАТИКА. 2011

Еще по теме ПРЕДИСЛОВИЕ:

  1. ПРЕДИСЛОВИЕ
  2. САМООТВОД (Вместо предисловия)
  3. Предисловие
  4. ПРЕДИСЛОВИЕ
  5. Предисловие
  6. ПРЕДИСЛОВИЕ
  7. ПРЕДИСЛОВИЕ
  8. ПРЕДИСЛОВИЕ
  9. Предисловие
  10. ПРЕДИСЛОВИЕ
  11. Предисловие
  12. Предислови
  13. ПРЕДИСЛОВИЕ
  14. Предисловие
  15. По-Предисловие