Глава 2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Материя, энергия и информация представляют собой базовые сущности природы, это «три кита», на которых стоит мироздание. И если роль материи и энергии в существовании человеческого общества и Вселенной в целом была осознанна достаточ­но дав­но, то роль информации в живой и неживой природе только-толь­ко начинают понимать.

Математика — это общий инструмент, которым человек изучает, осваивает и ставит себе на службу материю, энергию и информацию. Развитие математики позволило человеку строить здания для жилья и корабли, осуществлять морские путешествия. Инженерные расчеты, которые невозможно выполнить без математики, использовались для создания станков, автомобилей, самолетов. Без математических методов физики, химики не смогли бы поставить на службу человеку различные источники энергии. Историки, археологи, лингвисты не смогли бы расшифровать древние языки и осмыслить ход человеческой истории. Радио, телевидение, все современные средства связи — все это, в конце концов, плод применения математических методов.

Математика очень древняя наука, ее возраст исчисляется тысячелетиями, в то время как информатике, которая изучает способы и средства работы с информацией, всего несколько десятков лет. Тем не менее, бурное развитие информатики во второй половине XX века, особенно появление персональных компьютеров и глобальной сети Интернет, за очень короткий период существенно изменили как человеческое общество в целом, так и жизнь каждого отдельного взятого человека. Человек получил в свои руки мощнейший инструмент не только для выполнения достаточно скучных, по мнению многих людей, математических вычислений. Компьютер в десятки, сотни раз упрощает подготовку текстов, издание книг и журналов, разработку чертежей различных изделий. Это хороший, много знающий советник врача, юриста, филолога, историка и даже домашней хозяйки. Это умелый помощник композитора, художника, архитектора. Это домашний центр развлечений не только для детей, но и для взрослых. И, наконец, это средство текстовой, звуковой и видеосвязи между отдельными людьми и организациями, это способ обмена новостями между группами связанных общими интересами людей, которые разделены тысячами километров, границами, морями и континентами, это практически мгновенный доступ к общемировым источникам информации как для специалистов, так и для любого заинтересованного человека. Однако современные информационные технологии — это не безусловное благо. Опасность для человеческой психики и общества в целом от почти неограниченного доступа к информации, которая представилась людям в связи с появлением как самой сети Интернет, так и простых в использовании средств доступа к невообразимо огромным информационным ресурсам сети, тяжелейшие последствия, к которым этот феномен может привести, еще совершенно не изучены. Впрочем, эта ситуация характерна почти для любого революционного технологического открытия — изобретение пороха, овладение термоядерной энергией и т.д. Это приносит в жизнь человечества не только несомненную пользу, но и грозные последствия, которые могут поставить вопрос о самом существовании человеческого общества.

Любой культурный, образованный человек, тем более специалист высшей квалификации, вне зависимости от его конкретной естественнонаучной или гуманитарной специальности должен иметь достаточно содержательное представление как о математике, так и об информатике, о предметах этих наук, их методах, средствах, возможностях. В этом состоит общекультурный, мировоззренческий смысл включения предмета с названием «Математика и информатика» в учебные планы всех гуманитарных специальностей высшей школы.

Прагматический аспект изучения данной дисциплины состоит в том, что для эффективного применения математических методов и современных ин­­фор­мационных технологий в своей деятельности специалист должен уметь отбирать из предлагаемых математикой и информатикой воз­мож­ностей наиболее под­ходящие инструменты решения воз­ни­кающих перед ним конкретных за­дач. При появлении необходимости в решении какой-либо нестандар­тной задачи по обработке информации каж­дый специалист должен суметь сформулиро­вать и поставить задачу перед про­фессиональным математиком или программис­том и находить с ними общий язык в процессе ее решения. Кроме того, любой современный человек обязан иметь элементарные навыки работы с ком­пьютером. К ним относятся: умение включить компьютер, произвести пуск нужной программы, скопировать программу, документ, отформатировать дискету и т.д., работая в среде Windows или с оболочкой Norton Commander. Далее любой специалист высшей квалификации должен уметь осу­ществить набор, редактирование и печать текс­та документа в одном из текстовых редакторов типа MS Word 97. Он должен освоить работу с пакетами программ, практически используемыми в той или иной конкретной области деятельности. Например, с различного рода библиографическими или издательскими системами, базами данных правового характера, программами–переводчиками. Кроме того, специалист должен уметь уверенно пользоваться основными информационными услугами, пре­доставляемыми такими сетями, как Интернет.

В пособии рассматривается круг вопросов, связанных с информатикой — второй составной частью дисциплины. В этой части содержание пособия соответствует требо­ва­­ниям государственного образовательного стандарта для гуманитарных спе­циальнос­тей высшего профессионального образования и примерной программе дисциплины «Ма­тематика и информатика», утвержденной Министерством образования Российской Федерации.

Лабораторные работы к 11 и 12 главам, а также 13 глава подготовлены на основе методических материалов и указаний, разработанных преподавателями кафедры «Информатика и вычислительная математика» Самарского государственного университета С.К. Гребенниковым, Е.В. Рогачевой, И.А. Шведовой, Л.К. Ширяевой.

В тексте пособия приняты следующие условные обозначения.

Новые понятия, тер­миныв предложениях, в которых они встречаются впервые, выделены жирным шрифтом. Кроме того, жирным шрифтом выделяются названия разделов и подразделов пособия.

Значком i отмечены предложения, в которых дается определение или объяснение каких-либо понятий, терминов.

Курсивом выделяются наиболее важные утверж­де­ния или фрагменты текста.

Значком ?отмечается набранный мелким шрифтом текст, который со­дер­жит подробности для желающих более детально изучить тот или иной вопрос, но он не обязате­лен для изучения.

Глава 1. ИНФОРМАЦИЯ И ОБЩЕСТВЕННОЕ РАЗВИ­ТИЕ

ИНФОРМАЦИЯ И ЖИВАЯ ПРИРОДА. Способность прини­мать, передавать, за­по­минать и некоторым образом обрабатывать разно­образную ин­фор­­ма­цию является, по-видимому, одним из самых главных отличий жи­во­­го ми­ра. В той или иной степени это свойство присуще жи­вот­­­ным, рас­тениям и даже бактериям. В самом деле, и растения, и животные так или иначе реагируют на температуру ок­ружающей среды и от­дель­ных предметов. С помощью запаха животные находят пищу, а растения при­­в­лекают к себе, скажем, пчел для опыления. Получив из внешней среды какую-либо информацию, живой организм оп­ре­делен­ным образом обрабатывает ее и на основе результатов об­ра­бот­ки соответственно реагирует на полученные сведения. Например, учуяв за­пах пищи, животное начинает её поиск, а если это запах более сильного со­перника, то оно пытается уклониться от встре­чи. Ин­фор­ма­ция не только поступает в организм извне, но и пе­ре­дается живым организмом во внеш­нюю среду. Так, с помощью звука или характерных поз животные дают по­нять о своих намерениях. Обмениваясь различного рода сигналами, пче­лы передают друг другу информацию об опасности или о найденном мес­те для сбора нектара. На­и­бо­лее важные сведения живые организ­мы запо­ми­­на­­ют. И эта «хранящаяся» в организме информация активно используется в процессе обработки вновь поступающей информации. Например, найдя дорогу к водопою, животные её запоминают и затем неоднократно по ней проходят. Итак, с помощью приема, передачи, хранения и обработки раз­личного рода инфор­­мационных потоков из внешней среды любой отдельно взя­тый организм обеспечивает свою жизнедеятельность. В связи с этим необходимо отметить, что информация для живого организма не менее важна, чем пища, с помощью которой в организм поступает необходимая для его жизнедеятельности энергия.

Прием, передача, обработка и хранение информации являются одной из самых важных сторон жизнедеятельности биологических организмов.

Человек так же, как и любой другой живой организм, получает инфор­ма­цию из окружающей среды с помощью своих органов чувств, причем фи­зическая природа носителей информацииразлична.

Носителем информации считается любая материальная среда, служащая для ее хранения или передачи.

Львиную долю информации из внешней среды человек получает с помощью элек­т­ро­маг­нитных колебаний, органом приема которых являются глаза. Кроме того, принимаются: акустические ко­лебания воздушной среды — орган приема — уши, температура ок­ру­жаю­щей среды — терморецепторы кожи, молекулы вещества, создающие у че­ло­века ощущения запаха и вкуса — нос и язык и т. д. Получив информа­цию, человек оп­ределенным образом обрабатывает и, возмож­­но, за­поминает или как-нибудь сохраняет её. Для этого человек использовал и ис­пользует самые различные носители и способы хранения информации. В частности, можно упомянуть: мозг человека (память), тра­диционные бумажные носители — от записной книжки до личного дела в отделе кадров и научных публикаций в журналах, кинопленку и фо­тог­ра­фию, магнитофонные запи­си, видеозаписи и многие, многие другие носители и способы. В за­ви­симости от полученной информации и предыдущего опыта (от со­хра­нен­ной ранее информации) человек предпринима­ет или не предпринимает те или иные действия.

Человек на протяжении всей своей жизни постоянно, ежечасно, ежеминутно стал­кивается с необходимостью принимать, передавать, обрабатывать и хранить информацию.

РЕЧЬ. На ранних этапах развития человеческого общества информа­ция играла в жизни отдельного человека и групп пер­во­бытных людей ту же самую роль, что и во всей живой при­роде. Однако по мере услож­не­ния взаи­модействия между людь­ми, по мере повышения сложности решаемых за­­дач человеку приходилось формировать все более и более сложные сиг­на­лы для передачи и обработки все более и более сложной информации. По-видимому, возникновение речи по времени следует соотнести с поя­в­ле­нием первых орудий производства, таких, например, как каменный то­пор и другие простейшие орудия труда. Так, около миллиона лет тому назад начала фор­мироваться речь человека — самый совершенный в живой природе способ обмена информацией.

Под обменом информациейпонимается ее прием или передача в тех случаях, когда безразлично, о чем именно идет речь.

Речь первобытного человека пред­ставляла собой не только форму сообщений, с помощью которых люди обмени­ва­­лись между собой информацией. Она стала спо­со­бом сохранения и передачи полу­чен­ных людьми знаний.

Знанияпредставляют собой осознанные и запомненные людьми свойства предметов, яв­ле­ний и связеймежду ними, а также способы выполнения тех или иных дейс­твий для достижения нужных результатов.

Знания передавались от поколения к поколению в виде устных расска­зов, и таким образом шел процесс их накопления. Но этот способ был весь­ма несовершенным, так как человек мог погибнуть на охоте, на войне или просто забыть даже очень важные сведения.

Таким образом, можно сде­лать следующий вывод: носителем полезной для человека информации на рассматриваемом этапе общественного развития являлся мозг чело­века, он же использовался и для ее обработки, а обмен информацией осу­ществ­лялся с помощью речи, мимики, жестов, телодвижений. Тем не ме­нее, появление человеческой речи представ­ляло со­бой переход на бо­лее совершенный уровень работы с информацией и позволило, наряду с ис­пользованием орудий труда, человеку стать человеком.

ПИСЬМЕННОСТЬ. Вступление человечества в эпоху письменнос­ти мож­но связать с первыми наскальными рисунками, выполненными поч­ти 30 тысячелетий назад. Фактически это означает, что был найден са­мый первый, более надежный, по срав­нению с человеческим мозгом, спо­соб долговременного хранения и передачи информации. Имен­­­­но тогда по­явились и первые инструменты для ее «записи» на носитель. К этому же вре­мени, скорее всего, можно отнести и начало использования паль­цев рук и камешков для выполнения простейших вычислений. Итак, появились пер­вые при­спо­соб­­ле­ния дляхранения иобработки информации, поскольку и на­скальные рисунки, и камешки для счета, в принципе, представляют со­бой информационные образы неких реальных объектов. С этого времени начинается отсчет ручного этапав развитии средств обработки информации.Заметим, что меж­­ду появлением первых ору­дий материального труда и первых приспособлений для долговременной фиксации ин­формации и её обработки прошло около мил­­лиона лет.

За тридцать тысяч лет, прошедших со вре­ме­ни появления письменности, человечество сумело найти и при­менить на практике немало раз­личных носителей информации — камень, кость, дерево, глину, папирус, бумагу. В то же время, несмотря на существенное усо­вершенствование орудий материального труда, количество новых прис­по­соблений для обработки информации практически оставалось на одном и том же уров­не. Это пальцевый счет, камешки, насечки, узелковый счет в доколумбовой Америке, абак — глиняная пластинка с желобками, в которых размещались камешки, русские счеты и некоторые другие ана­ло­гич­ные приспособления — вот, пожалуй, и все, чем мож­ет похвастаться че­ло­вечество за этот период. Тем не менее, по­явление письменности можно счи­тать исторически первым этапом развития информационных технологий, которое существенно ускорило раз­ви­­тие чело­ве­чес­кого общест­­ва.

КНИГОПЕЧАТАНИЕ.Изобретение в середине XV века Иоганном Гутенбергом печатного станка, который позволял тиражировать знания на дол­говременном бумажном но­сителе информации, стало началом эры бу­маж­ной информатики и явилось мощней­шим катализатором промышлен­ной революции XVIII века. Знания, тиражиру­емые и широко распрост­ра­ня­емые по всему миру, оказывали значительное влияние на разработку но­вых устройств, технологических приемов и т.д. А внедрение новых изоб­ре­тений в производственный процесс, в свою очередь, порож­да­ло новые зна­­­ния, также распространяемые и тиражируемые с помощью книг. Начала рас­кру­чиваться спираль научно-технического прогресса.

МЕХАНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ ОБРАБОТКИ ИНФОР­МА­ЦИИ. Почти через двести лет после появления пе­чатного стан­ка были раз­­­­работаны первые устройства для механической об­ра­­­ботки числовой информации, наиболее простой и, с другой стороны, наиболее важной для того периода разновидности информации. С этого времени начинается механический этапв развитии средств обработки информации.Ос­нов­ное отличие этого этапа состоит в том, что вычисления осуществляются путем механических перемещений различных узлов — рычагов, валиков различной формы, зубчатых колес и т.д.

Первой известной попыткой построения такого механизма является относящийся примерно к 1500 году эскиз суммирующего уст­ройст­ва Леонардо да Винчи. К сожалению, в то время построить по этому эскизу реальное счетное устройство не удалось. А первое действующее устройство для выполнения сложения было создано только в 1623 году Вильгельмом Шиккардом. Он называл свое изобретение «суммирующими часами», так как оно было создано (к сожалению, в единичном экземпляре) на базе механических часов. Блез Паскаль в 1641-1645 гг. раз­ра­бо­тал суммирующую машину, которая получила широкую известность и была выпущена целой серией в 50 машин (8 экземпляров дошло до наших дней). А Готф­ри­­ду Лейбницу в 1671-1674 годах удалось построить арифмометр — машину для выпол­не­ния всех четырех арифметических операций.

Кстати, упо­мянутые ранее абак и счеты, если говорить более точно, не являются устройст­вами для об­работки ин­фор­ма­ции в полном смысле этого слова. Это устройства только для хранения числовой информации в процессе ее обработки, поскольку ариф­­ме­­ти­­ческие опе­рации над числами все-таки производятся человеком. В то время как суммирую­щую ма­шину Паскаля и арифмометр Лейбница уже можно считать свое­­­образными «ме­ха­ни­­чес­ки­ми вычислителями», ко­то­рые выполняли целый ряд вычислительных действий без вмешательства человека.

Так, почти 350 лет тому назад появились предшественники современных микрокалькуляторов. Вся эта группа средств обработки информации, вк­лю­­чаю­щая в себя и суммирующие «часы» Шиккарда, и машину Паскаля, и широко распрос­т­раненные в конце XIX и начале XX веков арифмо­метры Томаса и Орднера, и нынешние микрокалькулято­ры, отличается тем, что человек непос­редст­вен­но участвует в вычислительном процессе на всех его этапах. В частнос­ти, человек не только определяет последовательность выполняемых дейст­вий, но и осуществляет собственно вычисления.

В ходе промышленной революции появились и стали широко использоваться бумажные ленты и карты с отверстиями — перфоленты и пер­фо­карты, которые являются разновидностью долговременных но­си­телей ин­фор­ма­ции. С помощью определенных комбинаций отверстий на перфолентах и перфокартах задавался конкретный план работы раз­лич­ных устройств. Примером такого рода устройств является автоматический ткац­кий станок, изобретенный во Франции в 1804-1808 годах Жозефом Жак­кардом. Работой этого станка управляла перфокарта с заранее на­не­сен­ны­ми на нее отверстиями. Наличие или отсутствие отверстия в перфокарте зас­тавляло подниматься или опускаться нить при одном ходе челнока. Ста­нок Жаккарда был первым массовым промышленным устройством, ав­то­матически (то есть без прямого вмешательства человека)работающим по заданному плану. Заметим, что план выполнения действий является особого рода информацией, использование которой позволяет достичь заданной це­ли.

Таким образом, в частном случае производства роль че­ловека свелась к составлению плана выполнения нужных действий, а са­ми действия уже выполнялись без учас­тия человека — автоматически. Ес­тественным образом должна была возникнуть мысль о том, что ма­ши­не мож­­­но по­ручить не только выполнение действий по изготовлению тка­ней. По-видимому, мож­но попыта­ть­ся поручить ей и выполнение не­ко­то­рых вычислений, которые, как уже было отмечено ранее, представляли собой наи­более важную в то время разновидность действий по обработке информации. Такая мысль возникла у английского мате­ма­ти­ка Чарльза Бэббиджа в начале XIX века. В 1822 году он опуб­­ликовал статью с описанием так называемой «разностной» машины, предназначенной для вычисления и пе­чати таблиц матема­ти­чес­ких функций. Затем Бэббидж начал работать над проектом реализации машины, которую впоследствии стали называть «ана­­ли­ти­­­чес­кой». Первый эскиз этой машины появился в 1834 году. Однако, несмотря на несколько де­ся­тилетий работы и затрачен­ные усилия, Бэббиджу не удалось реа­ли­зо­вать свою идею, в ос­нов­ном, из-за несовершенст­ва ма­те­ри­аль­ной и технической базы того пе­ри­о­да. Проект машины Бэб­бид­жа, опе­редивший свое время, содержал все ос­нов­ные ком­по­ненты вычислительных ма­шин, появившихся почти 100 лет спус­тя. Основная его идея не была забыта, она сыг­ра­ла важ­ную роль в дальнейшем развитии средств обработки инфор­мации. Эта идея полностью иск­лючала участие человека в вычислительном процессе, сводя его роль к подготовке необходимых числовых данныхи,как и в случае с ткацким станком Жаккарда, составле­ниюпрограммы, то есть пла­навыполнения вычислений,зафиксированного в некоторой специальной форме. Собст­вен­но про­цесс обработки информации должен был выполняться автоматически по заданной программе. Несмотря на то, что аналитическая машина Бэббиджа имелась только в виде проекта, для неё была составлена первая в мире программа. В 1843 году Ада Лавлейс, дочь английского поэта Джорджа Байрона, опубликовала работу, в которой были заложены основы современного программирования. Ею же была составлена программа вычисления так называемых чисел Фибоначчи.

В связи появлением электрических устройств и началом развития электротехники в конце XIX века начался следующий, электромеханический этапв развитии средств обработки информации. Отличительной чертой этого этапа является сочетание при выполнении вычислительных операций механических перемещений с работой электрических устройств. Первым такого рода устройством считается табулятор — машина, автоматизирующая выполнение простых вычислений на основе данных, нанесенных в виде пробивок на перфокарты. При этом какие-либо программы вычислений в табуляторах не использовались, а вычислительные операции, как правило, сводились к считыванию с перфокарт больших массивов числовых данных и их последующему суммированию. Первый табулятор был создан Германом Холлеритом в 1887 году. Основу этого устройства составляли простейшие электромеханические реле. Табуляторы широко использовались для выполнения расчетов статистического характера, например, для проведения переписи населения в конце XIX века в США, Канаде, России и некоторых других стра­нах. Для производства табуляторов Г. Холлерит в 1897 году организовал фирму Tabulating Machine Company, которая впоследствии преобразовалась в фирму IBM (International Business Machines corporation) — признанного и широко известного в настоящее время мирового лидера в сфере компьютерного производства. Различного рода табуляторы весьма эффективно использовались во всем мире для самых разных расчетов (статистических, астрономических, экономических и т.д.) вплоть до середины XX века.

В тридцатых годах XX века в разных странах начались разработки принципиально иных устройств — программно-управляемых релейных вычислительных машин. Считается, что первая в мире программно-управляемая электромеханическая вычислительная машина под названием «Z-3» была создана Конрадом Цузе в Германии в 1939–1941 годах. Эта машина могла «помнить» до 64 чисел одновременно и выполняла сложение двух чисел за 0,3 секунды, а умножение — за 5 секунд. Однако возможности и этой, и созданной после войны более совершенной модели «Z-4» по составлению программ были достаточно скромными. В частности, не было возможности осуществлять программный выбор одного из нескольких возможных вариантов действий. Это не позволяет считать «Z-3» универсальной вычислительной машиной.

Полностью идеи Чарльза Бэббиджа впервые были реализованы в машине «Марк-1», которая была разработана в фирме IBM под руководством Говарда Айкена в 1937–1944 годах. Эта машина считается первой в мире универсальной программно-управляемой вычислительной машиной. Вместе с тем устройство для выполнения арифметических действий в машине «Марк-1» было чисто механическим. Затем, в 1947 году, была построена полностью релейная (т.е. электромеханическая) машина «Марк-2». Она выполняла одну операцию умножения за 0,7 секунды.

ИНФОРМАЦИОННЫЙ ВЗРЫВ. Ускоренное развитие произ­водст­ва естественным образом сопровождалось соответствующим увели­че­нием и об­новлением суммы знаний, накопленных человечеством. Д. Мар­тин, один из крупнейших специалистов в области обработки информации, ут­вер­ж­да­ет, что « ... к 1800 году общая сумма человеческих знаний удваивалась каж­дые 50 лет, к 1950г. она удваивалась каждые 10 лет, а к 1970г. — каждые 5 лет». Некоторые аналитики считают, что в настоящее время этот пе­ри­од составляет всего 2-3 года. Лавинообразный рост информационных по­токов, начавшийся в XIX веке, к середине ХХ века привел к тому, что лю­ди потеряли возможность ориен­тироваться в море информации и эф­фек­тивно её обрабатывать, поскольку даже на простой поиск нужной ин­фор­мации приходилось затрачивать весьма значительные усилия. И это не­с­мотря на то, что значительная доля людей уже оказалась вовлеченной в трудовой процесс, непосредственно связанный с обработкой ин­фор­ма­ции. По данным ряда американских исследователей, к середине XX века в ин­формационную сферу труда в США было вовлечено более 30% тру­до­спо­собного населения (бух­гал­те­ры, почтовые служащие, банковские ра­бот­ники и т.д.). Возникшая ситуация получила в свое время название «ин­фор­мационный взрыв». К концу XX века основным предметом тру­да в об­щест­венном производстве промышленно развитых стран стала ин­фор­мация. И тенденция перекачивания трудовых ресурсов из материальной сферы в сферу, так или иначе связанную с обработкой ин­формации, не­уклонно укрепляется во всем мире.

ПОЯВЛЕНИЕ ЭВМ. Итак, к середине XX века перед человечеством воз­­никла проблема обуздания «разбушевавшейся» информационной стихии, когда информация становится недоступной только потому, что ее чрезвычайно много и отыс­кать нужные данные очень и очень непросто. К этому же времени (как по заказу) оказались созданными и технические условия для производства программно-управляемыхвы­числи­тельных машин, которые были реализованы в упоминавшихся выше электромеханических вычислительных машинах. Однако механические перемещения — неотъемлемая часть реализации вычислительных операций в механических и электромеханических машинах — существенно ограничивали их быстродействие. Так, например, самая быстродействующая релейная машина «РВМ-1», которая была построена в 50-х годах XX века в СССР под руководством Н.И. Бессонова, выполняла операцию умножения за 0,05 секун­ды (20 умножений в секунду). То есть «РВМ-1» была только в 14 раз быстрее, чем машина «Марк-2». Такой уровень быстродействия не удовлетворял практическим потребностям даже того времени. Только полностью электронные, то есть исключающие механические перемещения в процессе вычислений и, следовательно, безинерционные устройства могли решить проблему быстродействия вычислительных машин.

Начало последнего на сегодняшний день электронногоэтапа в развитии средств обработки информации относится к сороковым годам XX века. В 1937–1942 годах в США под руководством Дж. Атанасова и К. Берри была построена первая полностью электронная машина «ABC» (Atanasoff-Berry Computer), содержавшая около 600 электронных ламп накаливания. Но эта машина могла выполнять только операции сложения и вычитания.

Первая в полном смысле этого слова ЭВМ —универсальная программно-уп­рав­ля­е­мая Электронная Вычислительная Машина (соот­ветст­вующий термин англоязыч­ного происхождения — компьютер) была разработана в 1943–1945 годах в Пенсильванском университете США под руководством Д. Маучли и П. Эккерта. Эта машина называлась «ENIAC» — Electronic Numerical Integrator And Computer — электронно-цифровой интегратор и вычислитель. Она весила 30 тонн, ее высота была 6 метров, а площадь —120 квадратных метров. Машина состояла из 18 ты­сяч электронных ламп накаливания и выполняла при­мер­но 5 тысяч арифметических операций в секунду (сравните с 20 операциями в секунду у электромеханической машины «РВМ-1»).

Программа работы машины «ENIAC» задавалась вручную с помощью механических переключателей и гибких кабелей со штекерами, встав­ляемыми в нужные разъемы. Поэтому любые изменения в программе требова­ли много сил и времени. Выдающийся математик Джон фон Нейман, анализируя работу первых ЭВМ, пришел к выводу о необходимости хранения выполняющейся программы и обрабатываемых по этой программе данных внутри машины, в её электронных схемах, а не вне нее — на перфокартах, перфолентах или разъёмах со штекерами. Первой машиной с хранимой программой является компьютер «EDSAC» (Electronic Delay Sto­ra­ge Automatic Calculator), построенный М. Уилксом в Великобритании в 1949 году. С этой машины принято вести отсчет первого поколенияЭВМ.

В на­шей стране первые ЭВМ создавались при­мер­но в тот же са­мый период. В 1947-1951 годах под руководством академика Лебедева была пущена первая советская вычислительная машина — МЭСМ (Малая Электронно-Счетная Машина). Кроме того, выпускались машины «Стрела», «Минск», «Урал», БЭСМ (Большая Электронно-Счетная Машина), М-2, «Мир» и некоторые другие, разработанные под руководством крупных советских конструкторов и теоретиков И.С. Брука, М.А. Карцева, Б.И. Раме­ева, В.М. Глушкова, Ю.А. Базилевского.

ДАЛЬНЕЙШЕЕ РАЗВИТИЕ СРЕДСТВ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ. Пер­вые вы­чис­­литель­ные машины создавались в единичных экземплярах, они стоили страш­но дорого, занимали огромные площади, и ко всему прочему они бы­ли весьма ненадежны. Работать с этими машинами могли толь­ко про­фес­сионалы высочайшей квалификации. Просто для того, что­бы обслуживать машину, ремонтировать ее при сбоях и т.д., требовался целый кол­лек­тив специалистов. Первые ЭВМ использовались, в ос­новном, для выполнения математических вычислений при решении за­дач научно-технического характера в оборонной и некоторых других об­лас­тях. Однако, несмотря на все вышеперечисленные недостатки, их при­ме­не­ние для обработки информации оказалось весьма успешным.

По мере развития технологической базы машины уменьшались в размерах, ста­­новились все более надежными и дешевыми. Накапливался опыт применения ЭВМ в различных областях деятельности человека. Постепенно машины стали применять в коммерческой деятельности, метеорологии, лингвистике (для рас­шиф­ровки надписей на древних языках) и в других областях, где можно было с успехом применять математический аппарат. Появились но­вые долговременные носители информации, такие, как магнитные лен­ты и барабаны, магнитные, оптическиеи другие диски, на которых научились хранить не только числовую, но и текстовую, звуковую, графическую информацию. Появились удобные средства для организации взаимодействия че­ло­века и машины, та­кие, как подобные телевизионным приемникам монохромные и цветные устройства для отображения информации — дисплеи, компактные и надежные клавиатуры, служащие для первичного ввода информации и управления работой компьютера. Увеличивались темпы выпуска машин. Так, в 1952-1953 годах в мире производилось при­мерно 10 машин в год, а уже к 1965 году производство возросло до 40 тысяч машин в год. Если в 1983 году было продано 2 миллиона, то в 1994 году — уже 100 мил­лио­нов персональных компьютеров. Широкое распространение получили компьютерные сети,представляющие собой объеди­нение с помощью специальных средств нескольких (от двух до сотен миллионов) компьютеров.

Все это создало пред­посылки для резкого расширения сфер применения вычислительной техники и привело к тому, что в последней четверти XX века создалась ситуация, когда хранить информацию на бумаге стало невыгодно, — более удобным и дешевым ока­за­лось ее хранение на машинных но­сителях информации. Машинные но­си­те­ли обеспечили также чрезвычайно высокую плотность хранения информации.

?Так, например, фирма «Мацусита электрик» в начале 90-х годов XX века приступила к вы­­пуску интеграль­­­­ных схем со следующими характеристика­ми: пло­щадь, занимаемая одной схемой, — 94 квадратных мил­лиметра (квад­ра­тик со стороной в один сантиметр); схема состоит из 3,5 миллионов ло­ги­чес­ких элементов, каждый из них может содержать 64 газетных страницы текста. Еще пример. Если 100 компакт-дисков (в упаковке) разместить рядом друг с другом, то они займут на полке участок длиной 50 сантиметров. Если содержащий­ся на этих дисках текст напечатать в виде книг, то, размещенные рядом друг с другом, они займут 2 километра книжных полок.

При этом все шире стали ис­пользовать такие технологии работы с информацией, при которых она сразу по­па­дает в компьютеры без предварительной фиксации на бумаге. Кроме того, следует отметить, что на обмен информацией, за­фиксированной на бумажном носителе, затрачивается теперь гораздо больше времени, чем при использовании машинных носителей. Это позволяет сделать вывод о переходе человечества на рубеже XX–XXI веков в эру без­бумажных способов работы с ин­фор­ма­цией.

Таким образом, разработка в середине XX века устройств, которые способны без вмешательства человека осуществлять обработку информации, ознаменовала со­бой начало ре­во­лю­цион­ных изменений в этой области. Если изобретение письменности и, в особен­­ности, книгопечатания (вообще говоря, всего лишь способов долговременного хра­нения и тиражирования информации) позволило человечест­ву совершить мощ­ней­ший рывок в развитии производства и материально-техниче­ских благ, то трудно себе представить, во что выльется эта инфор­мационная револю­ция. Революция, связанная с широчайшим использованием в повседневной прак­­тике компьютеров — устройств, обеспе­чи­ва­ю­щих не только автоматизацию хранения ин­формации, но и практически мгновенный обмен данными между тысячами участников производст­венного процесса. А самое главное — компьютеры обес­печивают автоматизацию про­цесса обработки ин­фор­ма­ции и не толь­ко простейших её разновидностей, таких, как текстовая или числовая, но и имеющих очень сложную структуру — звуковую, графическую и т.д.

ПЕРСОНАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР. Наиболее революционные изменения в сфе­­ре обработки информации произошли после широкого внедрения в 80-х годах в об­щест­вен­ную жизнь персональных компьютеров (ПК) или персональных ЭВМ (ПЭВМ). Появление персональных компьютеров связано с микроминиатюризацией всех основных узлов и эле­ментов вычислительных машин. Персональный компьютер, многократно превосходя­щий по своим возможностям и по своей вычислительной мощности первые вычислительные машины, теперь умещается на письменном столе и может использоваться специалистом индивидуально.

?Для более наглядного представления о масштабах миниатюризации первых вычислительных «динозавров» часто используется следующее сравнение. Если бы легковой автомобиль можно было бы уменьшить в такой же пропорции, в которой уменьшились ЭВМ от первых экземпляров до современных ПК, без нарушения его функциональных возможностей, то легковой автомобиль стоил бы около 2 долларов, весил 200 граммов и на одном литре бензина проезжал бы 2 миллиона километров.

Кроме беспрецедентного уменьшения в размерах и стоимости, произошли и другие немаловажные изменения. Персональные компьютеры очень надежны — они мо­гут безотказно работать сутками, обеспечивая при этом очень малый расход энергии. Но, пожалуй, самым важным является то, что благодаря множеству заранее разработанных программ созданы все возможности для использования вычислительных машин при решении задач обработки информации практически в любых областях человеческой деятельности. При этом специ­а­листу в своей области знаний практически не приходится самому составлять программы и для этого изучать способы их составления. Ему дос­таточно освоить нес­коль­ко не очень слож­ных приемов работы с машиной, которые к тому же однотипны для большинст­ва случа­ев при­менения. Таких специалистов называют конечными пользователями или просто пользователями.

Пользователемпринято называть человека, использующего вы­чис­ли­тельную технику для получения н