Некоторые кибернетические аспекты информатики

Содержание

Введение

  1. Кибернетика
  2. Информатика — предмет и задачи
  3. Технические средства информатики
  4. Некоторые кибернетические аспекты информатики

Заключение

Библиографический список 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Основное  содержание

Актуальность  темы состоит в том, что «кибернетика» в современном понимании как наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в машинах, живых организмах и обществе впервые был предложен Норбертом Винером в 1948 году[2].

Она включает изучение обратной связи, чёрных ящиков и производных концептов, таких как управление и коммуникация в живых организмах, машинах и организациях, включая самоорганизации. Она фокусирует внимание на том, как что-либо (цифровое, механическое или биологическое) обрабатывает информацию, реагирует на неё и изменяется или может быть изменено, для того чтобы лучше выполнять первые две задачи [3]. Стаффорд Бир назвал её наукой эффективной организации, а Гордон Паскрасширил определение, включив потоки информации «из любых источников», начиная со звёзд и заканчивая мозгом.

Более философское определение кибернетики, предложенное в 1956 году Л. Куффиньялем (англ.), одним из пионеров кибернетики, описывает кибернетику как «искусство обеспечения эффективности действия» [4]. Новое определение было предложено Льюисом Кауфманом (англ.): «Кибернетика — исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя».

Кибернетические методы применяются при исследовании случая, когда действие системы в окружающей среде вызывает некоторое изменение в окружающей среде, а это изменение проявляется на системе через обратную связь, что вызывает изменения в способе поведения системы. В исследовании этих «петель обратной связи» и заключаются методы кибернетики.

Современная кибернетика зарождалась как междисциплинарные исследования, объединяя области систем управления,теории электрических цепей, машиностроения, математического моделирования, математической логики, эволюционной биологии, неврологии, антропологии. Эти исследования появились в 1940 году, в основном, в трудах учёных на т. н.конференциях Мэйси (англ.).

Другие  области исследований, повлиявшие на развитие кибернетики или оказавшиеся  под её влиянием, — теория управления, теория игр, теория систем (математический эквивалент кибернетики), психология (особенно нейропсихология,бихевиоризм, познавательная психология) и философия. 
 
 
 

  1. Информатика и кибернетика.

                    Кибернетические аспекты информатики.

    Кибернетика – это наука об общих законах получения, хранения, передачи и преобразования информации в системах различной природы (кибернетика имеет дело со сложными управляемыми системами. Основал кибернетику в конце 1940-х гг. американский ученый Норберт Винер. Информатика в целом шире кибернетики, так как в информатике имеются аспекты, связанные с архитектурой и программированием ЭВМ, которые непосредственно к кибернетике отнести нельзя.

    1)      Исследование операций. Под этим термином понимают применение математических методов для обоснования решений в различных областях целенаправленной человеческой деятельности. ИО включает в себя следующие разделы: 1) математическое программирование (обоснование планов, программ хозяйственной деятельности): линейное, нелинейное и динамическое программирование; 2) теорию массового обслуживания; 3) теорию игр. Эти разделы не связаны непосредственно с ЭВМ и техническими системами.

    2)      Системы автоматического (автоматизированного) регулирования. Этот раздел тесно связан с разработкой технических систем автоматизированного регулирования и управления технологическими и производственными процессами.

    3)      Распознавание образов. Этот раздел возник в связи с необходимостью моделирования в технических системах восприятия человеком знаков, предметов и речи, а также формирования у человека понятий.

    4)      Вершиной кибернетики (и всей информатики в целом) является раздел, посвященный проблемам искусственного интеллекта. Большинство современных систем управления обладают свойством принятия решений - свойством интеллектуальности, т. е. в них смоделирована интеллектуальная деятельность человека при принятии решений. 

    Целью развития компьютерной технологии управления является полная автоматизация деятельности, включающая частичное или полное освобождение человека от необходимости  принятия решений. Система, заменяющая человека, должна обладать интеллектом, в какой-то мере подобным человеческому - искусственным интеллектом.

    Можно выделить следующие уровни управленческой деятельности с использованием ЭВМ  в системе образования:

    1)      управление обучением и развитием отдельного учащегося;

    2)      управление учебным процессом в рамках одного учебного заведения;

    3)      управление работой группы родственных учебных заведений;

    4)      управление учебными заведениями по территориальному принципу;

    5)      управление системой народного образования страны.  

  Термин  «защита данных» в ИС означает:

    1)      предупреждение несанкционированного или случайного доступа к данным, их изменение или разрушение со стороны пользователя;

    2)      предупреждение изменений или разрушений данных при сбоях аппаратных и программных средств, а также при ошибках в работе сотрудников группы эксплуатации. 

  Защита  данных  обеспечивает их безопасность и секретность. Это две тесно связанные между собой функции и для их реализации используются одни и те же технические методы защиты данных. Но между ними существуют и принципиальные отличия.

    1) обеспечение безопасности – внутренняя задача ИС. Под функцией безопасности понимается защита данных от непреднамеренного доступа к ним и возможности искажения со стороны пользователей, сотрудников группы эксплуатации, а также при сбоях аппаратных и программных средств.

    2) обеспечение секретности – внешняя задача ИС. Под функцией секретности понимается защита данных от преднамеренного доступа к ним и возможности искажения со стороны пользователей, сотрудников группы эксплуатации и посторонних лиц. Обеспечение секретности предполагает разделение всех данных на 2 группы: общедоступные и конфиденциальные. Выделяют 2 стороны конфиденциальности: конфиденциальны сами данные или результат их обработки. Задача обеспечения соответствующего уровня доступа для заданного пользователя, решается администратором БД.  
 
 
 
 
 

        1. Информатика — предмет и  задачи.

2.1. Появление и развитие информатики.

Термин  информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин образован путем слияния слов “информация” и “автоматика” и означает “информационная автоматика или автоматизированная переработка информации”. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Существует  множество определений информатики, что связано с многогранностью  ее функций, возможностей, форм, методов. Одно из наиболее общих определений такое.

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Часто возникает путаница понятий “информатика”  и “кибернетика”. Попытаемся разъяснить их сходство и различие.

Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

Информатика занимается изучением процессов  преобразования и создания новой  информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика. Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика развивается сама по себе и, хотя достаточно активно использует достижения компьютерной техники, совершенно от нее не зависит, т.к. строит различные модели управления объектами.  

2.2. Структура информатики.

Информатика в широком смысле представляет собой  единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.

Информатику в узком смысле можно представить  как состоящую из трех взаимосвязанных  частей.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

  • изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
  • созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
  • разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи  информатики состоят в следующем:

  • исследование информационных процессов любой природы;
  • разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
  • решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.
 
 
 
 
 
        1. Технические средства информатики.

3.1. ЭВМ — основное техническое средство обработки информации.

Компьютеры  могут быть классифицированы по ряду признаков, в частности: по принципу действия, назначению, способам организации  вычислительного процесса, размерам и вычислительной мощности, функциональным возможностям, способности к параллельному выполнению программ и др.

По назначению ЭВМ можно разделить на три  группы:

  • универсальные (общего назначения) — предназначены для решения самых разных инженерно-технических задач. Характерными чертами этих ЭВМ являются высокая производительность, разнообразие форм обрабатываемых данных (двоичных, десятичных, символьных), разнообразие выполняемых операций (арифметических, логических, специальных), большая емкость оперативной памяти, развитая организация ввода-вывода информации;
  • проблемно-ориентированные — предназначены для решение более узкого круга задач, связанных обычно с технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой небольших объемов данных (управляющие вычислительные комплексы);
  • специализированные — для решения узкого круга задач, чтобы снизить сложность и стоимость этих ЭВМ, сохраняя высокую производительность и надежность работы (программируемые микропроцессоры специального назначения, контроллеры, выполняющие функции управления техническими устройствами).
 

 3.2. Классификация ЭВМ по принципу действия.

По  принципу действия (критерием деления вычислительных машин является форма представления информации, с которой они работают):

  • аналоговые вычислительные машины (АВМ) — вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной форме, т.е. виде непрерывного ряда значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения); в этом случае величина напряжения является аналогом значения некоторой измеряемой переменной.
  • цифровые вычислительные машины (ЦВМ) — вычислительные машины дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее в цифровой, форме — в виде нескольких различных напряжений, эквивалентных числу единиц в представляемом значении переменной;
  • гибридные вычислительные машины (ГВМ) — вычислительные машины комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой форме.

                                                     1 поколение.

ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в  кодах.

Руководители  проекта: Джон Моучли, инженер Дж.Эккерт

Занимала  комнату 10*15 кв.м, 18000 эл. ламп, 1500 реле, мощность 150Квт. За секунду выполняла 5000 сложений или 300 умножений.

2 поколение.

По сравнению  с ЭВМ предыдущего поколения  улучшились все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки, предприняты первые попытки автоматического программирования.

3-е  поколение.

Особенностью  ЭВМ 3 поколения считается применение в их конструкции интегральных схем, а в управлении работой компьютера — операционных систем. Появились  возможности мультипрограммирования, управления памятью, устройствами ввода-вывода. Восстановление после сбоев взяла на себя операционная система.

4-е  поколение

Основные  черты этого поколения ЭВМ  — наличие запоминающих устройств, запуск ЭВМ с помощью системы  самозагрузки из ПЗУ, разнообразие архитектур, мощные ОС, объединение ЭВМ в сети.

5 поколение

ЭВМ со многими десятками параллельно  работающих процессоров, позволяющих  строить эффективные системы  обработки знаний; ЭВМ на сверхсложных микропроцессорах с параллельной векторной  структурой, одновременно выполняющих десятки последовательных команд программы.

6 поколение

Оптоэлектронные ЭВМ с массовым параллелизмом  и нейронной структурой — с  сетью из большого числа (десятки  тысяч) несложных микропроцессоров, моделирующих структуру нейронных биологических систем.  
 
 

3.3. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным возможностям.

Большие ЭВМ

Исторически первыми появились большие ЭВМ, элементная база которых прошла путь от электронных ламп до ИС со сверх  высокой степенью интеграции. Однако их производительность оказалась недостаточной для моделирования экологических систем, задач генной инженерии, управления сложными оборонными комплексами и др.

Большие ЭВМ часто называют за рубежом MAINFRAME и слухи об их смерти сильно преувеличены.

Как правило они имеют:

  • производительность не менее 10 MIPS (миллионов операций с плавающей точкой в секунду)
  • основную память от 64 до 10000 МВ
  • внешнюю память не менее 50 ГВ
  • многопользовательский режим работы

Основные  направления использования —  это решение научно-технических задач, работа с большими БД, управление вычислительными сетями и их ресурсами в качестве серверов.

Примеры: Семейство mainframe: IBM ES/9000 ( Enterprise System), включает более 18 моделей, реализованных на основе архитектуры IBM390.

Малые ЭВМ

Малые (мини) ЭВМ — надежные, недорогие  и удобные в эксплуатации, обладают несколько более низкими, по сравнению  с большими ЭВМ возможностями.

Супер-мини ЭВМ имеют:

  • емкость основной памяти — 4-512 МВ
  • емкость дисковой памяти — 2 - 100 ГВ
  • число поддерживаемых пользователей - 16-512.

Мини-ЭВМ  ориентированы на использование  в качестве управляющих вычислительных комплексов, в системах несложного моделирования, в АСУП, для управления технологическими процессами.

Родоначальник современных мини-ЭВМ — PDP-11,(programm driven processor -программно-управляемый процессор) фирмы DEC (США). 

Супер ЭВМ

Это мощные многопроцессорные ЭВМ с быстродействием  сотни миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.

Достичь такую производительность на одном  микропроцессоре по современным технологиям невозможно, в виду конечного значения скорости распространения электромагнитных волн (300000 км/сек), ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько миллиметров (размер стороны МП) становится соизмеримым с временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создают в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем.

В настоящее  время в мире насчитывается несколько  тысяч суперЭВМ, начиная от простеньких  офисных Cray EL до мощных Cray 3, SX-X фирмы NEC, VP2000 фирмы Fujitsu (Япония), VPP 500 фирмы Siemens (Германия).

Микро ЭВМ или персональный компьютер

ПК должен иметь характеристики, удовлетворяющие  требованиям общедоступности и  универсальности:

    малую стоимость, автономность эксплуатации, гибкость архитектуры, дающую возможность адаптироваться в сфере образования, науки, управления, в быту;

    дружественность операционной системы;

    высокую надежность (более 5000 часов наработки  на отказ);

По конструктивным особенностям можно классифицировать ПК так:

  1. Стационарные (настольные)
  2. Переносимые: Портативные, блокноты, карманные, электронные секретари, электронные записные книжки.

Большинство из них имеют автономное питание  от аккумуляторов, но могут подключаться к сети.

Более подробно ПК рассматривается в п. 2.5.

    Специальные ЭВМ

Специальные ЭВМ ориентированы на решение специальных вычислительных задач или задач управления. В качестве специальной ЭВМ можно рассматривать также электронные микрокалькуляторы. Программа, которую выполняет процессор находится в ПЗУ или в ОП. Т.к. машина решает, как правило, одну задачу, то меняются только данные.

  1. Некоторые кибернетические аспекты информатики

   Слово «кибернетика» происходит от греческого слова, означающего в переводе «кормчий». Его современное значение связано  с научной областью, начало которой положила книга американского ученого Норберта Винера «Кибернетика или управление и связь в животном и машине», вышедшая в 1948 г. Вскоре предметом новой науки стали не только биологические и технические системы, но и системы любой природы, способные воспринимать, хранить и перерабатывать информацию и использовать ее для управления и регулирования. Под управляющими системами здесь понимаются не только технические, а и любые биологические, административные и социальные системы». Кибернетику все чаще считают частью информатики, ее «высшим» разделом, в какой-то степени аналогичным по положению «высшей математике» по отношению ко всей математике вообще (примерно в таком же положении по отношению к информатике находится и наука «Искусственный интеллект»).

   Кибернетические разделы информатики богаты подходами  и моделями в исследовании разнообразных  систем и используют в качестве аппарата многие разделы фундаментальной  и прикладной математики.

   Классическим  и до известной степени самостоятельным  разделом кибернетики считают исследование операций. Под этим термином понимают применение математических методов для обоснования решений в различных областях целенаправленной человеческой деятельности.

   Решение есть выбор из ряда возможностей, имеющихся у ответственного лица. Решения могут быть удачными и неудачными, разумными и неразумными. Оптимальными называют решения, по тем или другим принципам более предпочтительные, чем другие. Цель исследования операций - математическое (количественное) обоснование оптимальных решений.

Исследование  операций включает в себя следующие  разделы:

1) математическое программирование (обоснование планов, программ хозяйственной деятельности); оно включает в себя относительно самостоятельные разделы: линейное программирование, нелинейное программирование, динамическое программирование (во всех этих названиях термин «программирование» возник исторически и не имеет отношения к программированию ЭВМ);

2) теорию массового обслуживания, опирающуюся на теорию случайных процессов;

3) теорию игр, позволяющую обосновывать решения, принимаемые в условиях неполноты информации.

   Еще одним классическим разделом кибернетики  является распознавание образов, возникшее  из задачи моделирования в технических  системах восприятия человеком знаков, предметов и речи, а также формирования у человека понятий (обучение в простейшем, техническом смысле). Этот раздел в значительной мере возник из технических потребностей робототехники. Например, требуется, чтобы робот-сборщик распознавал нужные детали. При автоматической сортировке (или отбраковке) деталей необходима способность распознавания.

   Вершиной  кибернетики (и всей информатики  в целом) является раздел, посвященный  проблемам искусственного интеллекта. Большинство современных систем управления обладают свойством принятия решений - свойством интеллектуальности, т.е. в них смоделирована интеллектуальная деятельность человека при принятии решений. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Некоторые кибернетические аспекты информатики 📙 Реферат → 🆔 164152

Некоторые кибернетические аспекты информатики 📙 Реферат → 🆔 164152

Некоторые кибернетические аспекты информатики