Поняття кодування.

Як сказано раніше, дискретна форма подання інформації забезпечує значні переваги практично у всіх інформаційних процесах. Тому в тих випадках, коли первинний сигнал має аналогову форму, здійснюється його перетворення до дискретного виду. Надалі дискретний сигнал підлягає кодуванню.

Кодування - це відображення дискретного повідомлення у вигляді певних сполучень символів. Сукупність правил, за якими виконується кодування, називається кодом(від французького слова соdе - кодекс, звід законів). Інакше кажучи, код - це правило відображення інформації.

Завдяки кодуванню комп’ютер може обробляти різноманітну інформацію: числову, текстову, графічну, звукову, відео. Всім цим видам інформації після кодування надається вигляд послідовності електричних імпульсів, у якій наявність імпульсу позначається одиницею, а його відсутність - нулем.

9. Історія розвитку обчислювальної техніки.

9.1. Лічильні пристрої до появи ЕОМ.

Найдавнішим лічильним інструментом, який був в розпорядження людини, була його особиста рука. Для полегшення лічби люди стали використовувати пальці – спочатку однієї руки, потім обох, а в деяких племенах і пальці ніг. Лічба на пальцях використовувалась дуже довго – час її виникнення визначити надзвичайно важко. Наступним кроком у розвитку лічби стало використання камінців та інших предметів, а для запам’ятовування чисел – зарубок на палках або кістках тварин, вузлів на вірьовках.

Гостра необхідність в більш досконалому інструменті для запису чисел і лічби привела до появи абака (від грецького слова abakion – дощечка, покрита пилюкою). До V віку до н.е. він отримав широке поширення в Єгипті, Греції, Римі. Абак представляв собою дошку з жолобками, в яких по позиційному принципу розташовували деякі предмети – камінці, кісточки і т.п. (мал.3).

Малюнок 3.

В подальшому абак був удосконалений – дошка була замінена рамкою, камінці – кульками або дисками, які нанизувались на нитки або прутики. І отримали рахівниці. Російські рахівниці з’явились на рубежі XVI і XVII століть.

У 1623 році англійським математиком Едмондом Гантером був створений новий лічильний інструмент – логарифмічна лінійка.

Ескіз механічного підсумовуючого пристрою був розроблений ще Леонардо да Вінчі. Перша механічна лічильна машина була виготовлена в 1623 році професором математики Вільгельмом Шиккардом. Але машина Шиккарда незабаром згоріла під час пожару, а рукописи Леонардо да Вінчі були виявлені лише в 1967 році. Тому біографія механічних обчислювальних пристроїв ведеться від підсумовуючої машини (мал.4), винайденої в 1642 році і виготовленої в 1645 році Блезом Паскалем.

Малюнок 4.

В 1673 році інший математик Готфрід Лейбніц розробив лічильний пристрій (мал.5), на якому вже можна було виконувати дії множення та ділення. Лічильні пристрої Паскаля та Лейбніца стали прообразом арифмометра. Перший арифмометр для чотирьох арифметичних дій, який застосовувався у практиці, вдалося сконструювати у 1790 році німецькому годинниковому майстру Гану. Згодом пристрій арифмометра удосконалювався багатьма механіками з Англії, Франції, Італії, Росії, Швейцарії (мал.6). Перша фірма, яка спеціалізувалась на випуску арифмометрів основана в США в 1887 році. В Росії арифмометри почали випускати з 1894 року і вироблялись більш 70 років.

Малюнок 5.

Малюнок 6.

Французький ткач і механік Жозеф Жаккар створив перший зразок машини, керованою введеною в неї інформації. В 1802 році він побудував машину, яка полегшувала процес виробництва тканин зі складним візерунком.

Англійський математик Чарльз Беббідж в 1812 році почав працювати над так званою „розносною” машиною. До 1822 року вчений побудував невелику діючу модель і розрахував на ній таблицю квадратів.

Удосконалюючи „розносну” машину, Беббідж приступив в 1833 році до розробки „аналітичної машини” (мал.7). Вона повинна була відрізнятись більшою швидкістю при більш простій конструкції, чим попередня „розносна” машина. Згідно проекту, нову машину передбачалось приводити в дію силою пару.

Малюнок 7.

На жаль, із-за недостатнього розвитку технології проект Беббіджа не був реалізований. Але його винахід мав важливе значення. Багато наступних винахідників скористались ідеями придуманими ним пристроїв.

Необхідність автоматизувати обчислення при перепису населення в США підштовхнула Генріха Холлеріта до створення в 1888 році табулятора (мал.8), де інформація, яка була нанесена на перфокарти, розшифровувалась електричним струмом. Цей пристрій дозволив опрацювати дані перепису населення всього за три роки, замість восьми років, що необхідно було раніше. В 1924 році Халлеріт заснував фірму ІВМ для серійного випуску табулятора. На сьогоднішній час ІВМ є одним з най потужніших у світі виробників комп’ютерів.

Малюнок 8.

Наприкінці 30-х років ХХ століття німецький інженер Конрад Цузе розробив першу двійкову цифрову машину Z1. У ній застосовувалися електромеханічні реле, тобто механічні перемикачі, які починають працювати під дією електричного струму. У 1941 році К. Цузе створив машину Z3, цілком керовану за допомогою програми.

У 1944 р. американець Говард Айкен на одному із підприємств фірми IBM побудував досить потужну на той час обчислювальну машину “Марк-1”.

9.2. Покоління ЕОМ.

Перше покоління

Характерними рисами ЕОМ першого поколінняє застосування електронних ламп у цифрових схемах, великі габарити, а також трудомісткий процес програмування.

Перша ЕОМ створювалася в 1943-1946рр. у США і називалася ЕНІАК (ENIAC- Electronic Numerical Integrator and Calculator – електронно-числовий інтегратор і обчислювач).

У 1945р. відомий математик і фізик-теоретик фон Нейман сформулював загальні принципи роботи універсальних обчислювальних пристроїв.

Перша ЕОМ по принципу Неймана була побудована в Англії в 1949 році Морісом Уїлксом.

У 1951 році в СРСР була створена “МЄСМ” (малая электронно-счётная машина). Ці роботи здійснювались в Україні (м. Київ) в Інституті електродинаміки під керівництвом видатного конструктора обчислювальної техніки С. О. Лебедєва.

Друге покоління

ЕОМ другого покоління відрізняються застосуванням напівпровідникових елементів і використанням алгоритмічних мов програмування.

В Україні першою малою ЕОМ стала машина “Днепр-1”, серійне виробництво якої було налагоджено на заводі “Арсенал” (м. Київ). ЕОМ “Днепр-1” передувала унікальній за своєю архітектурою машині “Мир-1”, розробленій в 1965 році в Інституті кібернетики (керівник В.М. Глушков). Машина “Мир-1” та її наступна модифікація “Мир-2” передбачались для інженерних розрахунків, які виконував на ЕОМ сам користувач без допомоги оператора.

У СРСР були розроблені і широко використовувалися також малі ЕОМ “Раздан” і “Наїрі”. До середніх ЕОМ належали машини серії “Урал”, “М-20” і “Минск”. Але рекордною серед вітчизняних машин другого покоління і однією з найкращих у світі була “БЭСМ-6”, створена колективом на чолі з академіком С.О. Лебедєвим. Ця машина виконувала понад 1млн. операцій за секунду.

За кордоном найпоширенішими машинами другого покоління були “Еліот” (Англія), “Сіменс” (ФРН), “Стретч” (США).

Третє покоління

Характерними рисами ЕОМ третього покоління є застосування інтегральних схем і можливість використання розвинутих мов програмування (мов високого рівня).

У третьому поколінні з’явилися великі серії ЕОМ, що розрізняються за своєю продуктивністю і призначенням. Це родина великих і середніх машин ІВМ 360/370, розроблених у США. У Радянському союзі й у країнах РЕВ були створені аналогічні серії машин: ЄС ЕОМ (Єдина Система ЕОМ, машини великі і середні), СМ ЕОМ (Система Малих ЕОМ) і “Електроніка” (система мікро-ЕОМ).

Четверте покоління.

З’явилися великі інтегральні схеми (ВІС), у яких на один квадратний сантиметр припадає декілька десятків тисяч елементів. На основі ВІС були розроблені ЕОМ наступного – четвертого покоління.

Перший мікропроцесор був створений компанією Intel (США) у 1971 році Це був 4-розрядний Intel 4004, що містив 2250 транзисторів і виконував 60 тис. операцій за секунду.

ЕОМ четвертого покоління характеризуються застосуванням мікропроцесорів, побудованих на великих інтегральних схемах.

П’яте покоління

Починаючи із середини 90-х років, у потужних комп’ютерах застосовуються супермасштабні ВІС, які вміщують сотні елементів на квадратний сантиметр. Багато фахівців почали говорити про комп’ютери п’ятого покоління.

Характерною рисою комп’ютерів п’ятого покоління повинно бути використання штучного інтелекту і природних мов спілкування.

Передбачається, що обчислювальні машини п’ятого покоління будуть легко керованими. Користувач зможе голосом подавати команди машині.

10. Галузі застосування обчислювальної техніки.

Наведемо лише Основні напрями використання комп’ютерів за нашого часу:

Математичні розрахунки – виконання розрахунків за допомогою різних математичних пакетів, електронних таблиць тощо.

Бази і банки даних – створюються в різних галузях людської діяльності (законодавство, економіка, бізнес, медицина та інше).

Бізнес-додатки – бухгалтерські програми, облік руху товарів і фінансів, обслуговування банків і страхових компаній, автоматизовані системи керування підприємствами тощо.

Робота з текстовими матеріалами – створення документів, оптичне розпізнавання, переклад.

Видавництво і поліграфія – макетування книг, журналів, газет; автоматизація поліграфічного процесу.

Комп’ютерна графіка і живопис – опрацювання графічних зображень, створення малюнків засобами комп’ютерної графіки.

Інженерна графіка – різні програмні додатки в архітектурі, машинобудуванні, електронній техніці; створення геоінформаційних систем.

Наукові дослідження – машинне моделювання експериментів, розрахунки фізичних моделей тощо.

Комунікації– комп’ютерні мережі різного масштабу, Інтернет, електронна пошта, телеконференції.

Web – технології – підготовка публікацій, призначених для World, Wide, Web; електронна комерція.

Розваги і дозвілля – мультимедійні додатки, комп’ютерні ігри, контакти із зовнішнім світом.

 

Контрольні запитання.

1. Що таке інформатика?

2. Які властивості повинна мати інформація?

3. Назвіть види інформації.

4. Що називається інформатикою?

5. Назвіть імена вчених, які є засновниками інформатики.

6. Які процеси називаються інформаційними?

7. Які способи збереження і передачі інформації ви знаєте?

8. Розкажіть про принцип передачі інформації.

9. Наведіть приклади відомих вам носіїв інформації.

10. Які сигнали називаються аналоговими, а які – імпульсними?

11. Наведіть приклади аналогової і цифрової інформації.

12. Чому в обчислювальній техніці за основу взята двійкова система числення?

13. Назвіть одиниці вимірювання інформації.

14. Що називається бітом?

15. Що називається байтом?

16. Скільки бітів містять: 1 байт, 10 байтів, 2 Кбайти, 10 Кбайтів, 2 Мбайти?

17. Запишіть у байтах: 1 Кбайт, 6 Кбайтів, 4 Мбайти, 10 Гбайтів.

18. Скільки байтів потрібно для кодування одного повідомлення, що містить в собі: 4 знаки, 8 знаків, 32 знаки, 64 знаки, 256 знаків з деякого алфавіту?

19. Ємність дискети становить 1,44 Мбайт. Чому дорівнює ця ємність у кілобайтах і в байтах?

20. Назвіть пристрої, що допомагають людині при лічбі.

21. Коли почалася механізація процесу розрахунків і з якими винаходами вона пов’язана?

22. Що представляла собою аналітична машина Беббіджа і коли вона була створена?

23. Коли і ким була створена перша ЕОМ?

24. Кого вважають першим програмістом?

25. Назвіть і опишіть покоління ЕОМ.

26. Назвіть відомі вам галузі застосування ЕОМ.

Література.

 

1. Гаєвський О.Ю. Інформатика 7-11 класи. -К.: А.С.К., 2003. –с.5-10, 16-31.

2. Информатика. Базовый курс. Учебник для Вузов / Под ред. С.В. Симоновича. –Сакт-Петербург: Питер, 2000. -с.12-26.

3. Шестопалов Є.А. Інформатика 10-11 клас. Основи інформатики та обчислювальної техніки. –Тернопіль: Підручники&Посібники, 1998. –с.12-30.

4. Василенко Я., Орищак Я. Випускний екзамен з основ інформатики в школі. –Тернопіль: Підручники&Посібники, 1998. –с.3-4, 8-9, 71-73.

5. Глинський Я.М. Інформатика. –Львів: Фенікс Лтд, 1992. –с.8-12.

6. Шафран Ю. Основы компьютерной технологии. –М.: ABF, 1996. –с.15-27.

7. Алтухов Е.В., Рыбалко Л.А., Савченко В.С. Основы информатики и вычислительной техники. –М.: Высшая школа, 1992. –с.4-19.

8. Власов В.К., Королев Л.Н., Сотников А.Н. Элементы информатики. –М.: Наука, 1888. –с.5-14.

9. Макдона Р. Основы микро-компьютерных вичислений. –М.: Высшая школа, 1989. –с.14-21.