Развития информатики, автоматики и управления

Аннотация. 

    Тема  реферата: Развития информатики, автоматики и управления. Содержание реферата – это, в основном, теоретический  материал по разделам информатики, автоматики и управления. Здесь рассматривается  развитие:

    1) информатики, начиная с самого раннего этапа - XIX века, еще задолго до появления компьютера. На современном этапе информатика превратилась в одну из важнейших научных дисциплин, и это заставляет с особым вниманием отнестись к ее истории.

    2) теории управления, которая стала необходимой после изобретения паровой машины. Первоначальное развитие теории управления было связано с решением конкретной технической задачи - обеспечить равномерность вращения паровой машины. В XIX веке, который недаром называют "веком пара", эта задача имела первостепенное значение.

    3) автоматики, с помощью которой  и осуществлялось управление. История автоматики как отрасли техники тесно связана с развитием автоматов, автоматических устройств и автоматизированных комплексов. 
 
 

    Введение. 

    Информатика гораздо старше компьютеров. Она имеет интересную историю становления, о которой будет коротко рассказано в реферате. С появлением компьютеров технические средства информатики совершенно изменились, и поэтому подробный рассказ о технике, на которой основывалась информатика в XIX веке и даже в первой половине ХХ века не будет интересен сегодняшнему человеку. Но история развития теории управления и автоматики, на которой основывается информатика, представляет самый живой интерес, тем более, что развитие теории шло далеко не прямолинейно, было богато и с заблуждениями, острыми дискуссиями, о которых частично будет рассказано в разделах реферата.

    Использование в информатике (точнее - в обработке информации) быстродействующих электронных вычислительных машин произвело в ней решительный переворот, который начался еще в 60-х годах ХХ века. Если счетноаналитические машины (перфоратор и табулятор), которые были основным орудием информатики в первой половине ХХ века, позволяли обрабатывать не более 7 перфокарт в секунду, а каждая перфокарта несла (кроме служебной) не более 800 битов полезной информации, то это соответствовало скорости обработки не более 5000 битов в секунду. Понятно, что появление быстродействующих машин, способных обрабатывать миллионы битов в секунду, было подлинно революционным переворотом.

    Обработка информации с помощью быстродействующих  вычислительных машин стала постепенно распространяться на все новые и  новые области приложений - от выполнения вычислительными машинами чертежей и всей чертежной документации до автоматического управления производством, издательского дела и т. п. Постепенно - еще с 60-х годов ХХ века - начал использоваться термин "информатика". Первоначально "информатику" считали всего лишь одним из разделов кибернетики, но потом она стала самостоятельной и быстро развивающейся научной дисциплиной, вошла в программы и средней, и высшей школы. Вышли в свет многочисленные учебники по информатике. В 1983 году в Академии наук СССР было образовано отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации. В том же году был организован Институт проблем информатики АН СССР.

    Цель  реферата рассмотреть основы развития информатики, автоматики и управления.

    Тема  этого реферата актуальна, потому что  развитие информатики, автоматики и  управления продолжается до сих пор и с каждым годом появляются все более новые высокие технологии в информатике и в автоматизации управления. 
 

1. Развитие информатики.

    Информатика - наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Как наука сформировалась в результате появления ЭВМ. Включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

   В развитии  вычислительной техники обычно  выделяют несколько поколений  ЭВМ: на электронных лампах (40-е-начало 50-х годов),дискретных полупроводниковых  приборах (середина 50-х-60-е годы),интегральных  микросхемах (в середине 60-х годов). 
 
 
 

1.2. Предмет и структура  информатики.

    Информатика - молодая, быстро развивающаяся наука, поэтому строгого и точного определения ее предмета пока не сформулировано. В одних источниках информатика определяется как наука, изучающая алгоритмы, т.е. процедуры, позволяющие за конечное число шагов преобразовать исходные данные в конечный результат, в других - на первый план выставляется изучение компьютерных технологий. Наиболее устоявшимися посылками в определении предмета информатики в настоящее время являются указания на изучение информационных процессов (т.е. сбора, хранения, обработки, передачи данных) с применением компьютерных технологий. При таком подходе наиболее точным является следующее определение:

    Информатика - это наука, изучающая:

• методы реализации информационных процессов средствами вычислительной техники                   (СВТ);

• состав, структуру, общие принципы функционирования CBТ;

• принципы управления СВТ.  

    Из  определения следует, что информатика - прикладная наука, использующая научные достижения многих наук. Кроме того, информатика - практическая наука, которая не только занимается описательным изучением  перечисленных вопросов, но и во многих случаях предлагает способы, их решения. В этом смысле информатика технологична и часто смыкается с информационными технологиями.

    В истории информатики можно выделить следующие этапы:

1. Этап письменности  и книгопечатания, протянувшийся  от изобретения письма примерно  до середины XIX века. На этом этапе люди, - помимо, конечно, устного общения – обменивались информацией в письменном и печатном виде.

2. Этап все  большего использования новых  технических средств: телеграфа,  телефона, радио, счетно-аналитических  машин с перфокартами и, одновременно, - создание теоретической базы информатики – теории информации.

3. Современный  этап, когда важнейшим элементом  информатики стали персональные  компьютеры и появилась сеть Интернет.

    На  современном этапе информатика  превратилась в одну из важнейших  научных дисциплин, и это заставляет с особым вниманием отнестись к ее истории.

    Само  слово «информатика» вошло в  употребление только в 60-х годах  XX века почти одновременно в ряде европейских стран (французское – informatique, немецкое – informatik, в английском языке используется термин computer science). Однако информатика – это не совсем  «работа с компьютером», как иногда думают. Сам предмет информатики существовал много раньше компьютеров. Информатика имеет богатую история, хотя сам термин «информатика» появился позже.

    Определение информатики можно обобщить следующей структурной схемой: 
 
 

    1.3. История компьютера.

    История компьютера тесным образом связана  с попытками человека облегчить  автоматизировать большие объёмы вычислений. Даже простые арифметические операции с большими числами затруднительны для человеческого мозга. Поэтому уже в древности появилось простейшее счётное устройство - абак. В семнадцатом веке была изобретена логарифмическая линейка, облегчающая сложные математические расчёты. В 1642 году Блез Паскаль сконструировал восьмизарядный суммирующий механизм. Два столетия спустя в 1820 француз Шарль де Кольмар создал арифмометр, способный производить умножение и деление. Этот прибор прочно занял своё место на бухгалтерских столах.

    Все основные идеи, которые лежат в основе работы компьютеров, были изложены ещё в 1833 английским математиком Чарльзом Бэббиджем. Он разработал проект машины для выполнения научных и технических расчётов, где предугадал устройства современного компьютера, а также его задачи. Для ввода и вывода данных Бэббидж предлагал использовать перфокарты-листы из плотной бумаги с информацией, наносимой с помощью отверстий. В то время перфокарты использовались в текстильной промышленности. Управление такой машиной должно было осуществляться программным путём.

    Идеи  Бэббиджа стали реально выполняться  в жизнь в конце 19 века. В 1888 американский инженер Герман Холлерит сконструировал первую электромеханическую счётную машину. Эта машина, названная табулятором, могла считывать и сортировать статистические записи, закодированные на перфокартах. В 1890 изобретение Холлерита было использовано в 11-ой американской переписи населения. Работа, которую 500 сотрудников выполняли в течении семи лет, Холлерит с 43 помощниками на 43 табуляторах выполнил за один месяц.

    В 1896 Герман Холлерит основал фирму COMPUTING TOBULATING RECORDING COMPANY, которая стала основой для будущей Интернешинал Бизнес Мэшинс (IBM)-компании внёсшей гигантский вклад в развитие мировой компьютерной техники.

    Дальнейшее  развитие науки и техники позволили в 1940-х годах построить первые вычислительные машины. В феврале 1944 на одном из предприятий Ай-Би-Эм в сотрудничестве с учёными Гарвардского университета по заказу ВМС США была создана машина «Марк-1».Это был монстр весом в  35 тонн. «Марк-1» был основан на использовании электромеханических реле и оперировал десятичными числами, закодированными на перфоленте. Машина могла манипулировать числами длинной до 23 разрядов. Для перемножения двух 23-разрядных чисел ей было необходимо 4 секунды.

    Но  электромеханические реле работали недостаточно быстро. Поэтому уже в 1943 американцы начали разработку альтернативного варианта вычислительной машины на основе электронных ламп. В 1946 была построена первая электронная вычислительная машина ENIAC. Её вес составлял 30 тонн, она требовала для размещения 170 квадратных метров площади. Вместо тысяч электромеханических деталей ENIAC содержал 18000 электронных ламп. Считала машина в двоичной системе и производила 5000 операций сложения или 300 операций умножения в секунду.  

    Машины  на электронных лампах работали существенно  быстрее, но сами электронные лампы часто выходили из строя. Для их замены в 1947 американцы Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Брэдфорд Шокли предложили использовать изобретённые ими стабильные переключающие полупроводниковые элементы-транзисторы.

    Совершенствование первых образцов вычислительных машин  привело в 1951 к созданию компьютера UNIVAC стал первым серийно выпускавшимся  компьютером, а его первый экземпляр был передан в Бюро переписи населения США.

    С активным внедрением транзисторов в 1950-х  годах связано рождение второго  поколения компьютеров. Один транзистор был способен заменить 40 электронных ламп. В результате быстродействие машин возросло в 10 раз при существенном уменьшении веса и размеров. В компьютерах стали применять запоминающие устройства из магнитных сердечников, способные хранить большой объём информации.

    В 1959 были изобретены интегральные микросхемы (чипы),в которых все электронные  компоненты вместе с проводниками помещались внутри кремниевой пластинки. Применение чипов в компьютерах позволяет сократить пути прохождения тока при переключениях, и скорость вычислений повышается в десятки раз. Существенно уменьшаются габариты машин. Появление чипа знаменовало собой рождение третьего поколения компьютеров.

    К началу 1960-х годов компьютеры нашли  широкое применение для обработки  большого количества статистических данных, производства научных расчётов, решения оборонных задач, создания автоматизированных систем управления. Высокая цена, сложность и дороговизна обслуживания больших вычислительных машин ограничивали их использование во многих сферах. Однако процесс миниатюризации компьютера позволил в 1965 американской фирме DIGITAL EQUIPMENT выпустить миникомпьютер PDP-8 ценой в 20 тысяч долларов, что сделало компьютер доступным для средних и мелких коммерческих компаний.

    В 1970 сотрудник компании INTEL Эдвард Хофф создал первый микропроцессор, разместив несколько интегральных микросхем на одном кремниевом кристалле. Это революционное изобретение кардинально перевернуло представление о компьютерах как о громоздких, тяжеловесных монстрах. С микропроцессором появляются микрокомпьютеры-компьютеры четвёртого поколения, способные разместиться на письменном столе пользователя.

    В середине 1970-х годов начинают предприниматься попытки создания персонального компьютера - вычислительной машины, предназначенной для частного пользователя. Во второй половине 1970-х годов появляются наиболее удачные образцы микрокомпьютеров американской фирмы APPLE, но широкое распространение персональные компьютеры получили созданием в августе 1981 года фирмой IBM модели компьютера IBM PC. Применение принципа открытой архитектуры, стандартизация основных компьютерных устройств и способов их соединения  привели к массовому производству клонов IBM PC, мировому распространению микрокомпьютеров во всём мире.