Возникновение и этапы становления информационных технологий 19 страница

Семантическое описание любой конструкции языка (оператора,типа данных, процедуры и т.д.) должно содержать не менее трехобязательных частей:

• список компонент (в Типе Указателя это компоненты ИмяТипа и Базовый Тип);

• описание каждой компоненты;

• описание конструкции в целом.

Для синтаксического описания обычно используется формальное описание конструкции, например, в виде БНФ. Синтаксическое описание присутствует в любом языке, начиная с Алгола.

Среди большого числа языков самую заметную роль в развитиипрограммирования сыграли три пары: Алгол60 и Фортран, Паскаль и Си, Java и Си++. Эти языки не случайно объединены впары, так как противостояние заложенных в них идей способствовало прогрессивному развитию.

В табл. 8.1 приведены основные сведения о наиболее распространенных языках, а в табл. 8.2 — о языках специального назначения (экспериментальных и промышленных) [39]. Виды (парадигмы) языков по областям применения:

Таблица 8.1

Язык программирования Год Вид Фирма Стандарт

_______________________________создания__________________________________________________

Фортран (FORTRAN)________1954 A IBM_______________ISO 1539:1997

Лисп (LISP)_________________1958 F MIT______________________________

Алгол60 (Algol 60)___________1960 A IF1P____________________—_________

Кобол (COBOL) 1960 A COLASYL ISO 1989:1985

_______________________________________Commitete__________________________

Симула (Sumula)_____________1962 В —______________________—__________

Бейсик (BASIC) 1963 A Darmouth ISO 10279:1991

_______________________________________College_____________________________

ПЛ/1 (PL/1)_________________1964 A IBM_______________1506160:1979

Алгол68 (Algol 68)___________1968 A IFIP______________________________

Паскаль (Pascal)_____________1970 С ЕТН_______________ISO 7185:1990

Форт (FORTH) 1970 A* Mohasco ISO 15145:1997

_______________________________________Industrie____________________________

Си(С)______________________1972 С* AT&T Bell Labs ISO 9899:1999

Smalltalk____________________1972 В Xerox PARC_____________—__________

Пролог (Prolog) 1973 E Univ. of ISO 13211:1995

_______________________________________AixMarseille________________________

Ада (Ada)___________________1980 H* Cil Honewell________ISO 8652:1995

Си++______________________1984 H* AT&T Bell Labs ISO 14882:1998

Java | 1995 | H ISunLabi | —

• Поддержка системного программирования.

¶Таблица 8.2

Язык программирования Год Вид Фирма Стандарт___________________________создания____________________________________________

АЛЛ (APL)__________________1957 I Harvard Univ_______ISO 8485:1989

Снобол (Shobol) 1962 I AT&T

_______________________________________Bell Labs___________________________

Сетл (SETL)_________________1969 I IBM_____________________________

Параллельный Паскаль 1974 G CIT —

Concurrent Pascal___________________________________________________________

CLU_______________________1974 D MIT_____________________________

Schema_____________________1975 F MIT_____________________________

Mesa_______________________1976 D* Xerox PARC_____________—_________

Icon 1977 I AT&T

_______________________________________Bell Labs___________________________

Модула2 (Modula2)_________1979 D* ETH______________ISO 10514:1996

Оккам (Occam)_____________1982 G* Inmos__________________—_________

Cedar______________________1983 H* Xerox PARC_______________________

Common Lisp________________1984 F MIT____________________—__________

Objective С 1984 H* Productivity —

_______________________________________Products___________________________

Эйфель (Eiffel)_______________1986 D* ISE_____________________________

Оберон (Oberon)_____________1988 D* ETH_____________________________

Модула3 (Modula3)_________1988 H* DEC SRC_________________________

Оберон 2 (Oberon2))_________1991 D* ETH___________________=__________

Limbo 1996 D* Bell Labs

_______________________________________(Lucent)___________________________

Component Pascal____________1997 D* Microsystems____________—__________

C# I 2000 | H* | I

*См. табл. 8.1.

A — процедурное программирование;

В — объектноориентированное программирование;

С — структурное программирование;

D — модульное (компонентное программирование);

Е — логическое (реляционное) программирование;

F — функциональное программирование;

G — параллельное программирование;

Н — гибрид (смесь парадигм B+C+D+G);

I — специализированный язык.

Сокращения, встречающиеся в табл. 8.1 и 8.2: МГТ — MassachsettsInstitute of Technology; PARC — Palo Alto Research Center;ETH — Swiss Federal Institute of Technology; SRC — SystemsResearch Center; ISE — Interactive Software Engeneering; ISO —

International Standard Organisation; CIT — California Institute ofTechnology.

Важно различать язык программирования и его реализацию.Сам язык — это система записи, набор правил, определяющих синтаксис и семантику программы. Реализация языка — это программа, которая преобразует запись высокого уровня в последовательность машинных команд. Существуют два способа реализации языка: компиляция (рис. 8.1) и интерпретация (рис. 8.2).

При компиляции специальная рабочая программа (компилятор) осуществляет перевод рабочей программы в эквивалентную намашинном коде и в дальнейшем ее выполнение совместно с данными. В методе интерпретации специальная программа (интерпретатор) устанавливает соответствие между языком и машиннымикодами, применяя команды к данным. В принципе любой языкпрограммирования может быть как интерпретируемым, так и компилируемым, но в большинстве случаев есть свой предпочтительный способ реализации. К сожалению, в настоящее время не существует универсального компилятора, который мог бы работать слюбым существующим языком. Это объясняется отсутствием единой семантической базы. Хотя современные языки программирования похожи друг на друга, идентичность их далеко не полная. Нарис. 8.3 представлены области пересечения и объединения языковпрограммирования. Таким образом, существует общая семантическая зона, в которую входят конструкции, принадлежащие всемязыкам программирования (или большинству из них), и областьобъединения, содержащая конструкции специфические для данного языка. Поэтому создание универсального компилятора возможно двумя путями:

Рис. 8.1. Схема компиляции Рис. 8.2. Схема интерпретации

¶1. Использование общихконструкций (область пере^сечения), исключение специфических конструкцийязыков (область объединения). Это приведет к «обеднению» всех языков программирования.

2. Использование всехимеющихся конструкций (область объединения + областьпересечения). Такой подходприведет к значительномурасширению семантической

базы и использованию дополРис. 8.3. Области пересечения и объедине,___..„ _ „„ния языков программирования НИТСЛЬНЫХ ресурсов.

Многие годы идет спор отом, что такое программирование — наука, искусство или производственный процесс. Надопризнать, что право на существование имеют все три определения.Однако в связи с появлением информационных технологий на первый план выходит промышленный характер программирования,который соответствует традиционным стадиям жизненного циклапрограммного продукта:

• анализ требований;

• разработка спецификаций;

• проектирование;

• макетирование;

• написание исходного текста;

• отладка;

• документирование;

• тестирование и сопровождение.

Наряду с этим направлением развивается так называемое исследовательское программирование. Например, предложенное Э.Раймондом самоорганизующееся, анархичное программирование,получившее название «базар». Отличительными чертами его являются отсутствие четкого плана, минимальное управление проектом, большое число сторонних территориально удаленных разработчиков, свободный обмен идеями и кодами.

Программные среды реализуют отдельные задачи и операцииинформационных технологий. К их числу относятся:

1. Текстовые процессоры: Microsoft Word, Лексикон, LotusWord Perfect, Corel Word Pro, Sun Star Office Writer и др.;

2. Электронные таблицы: Microsoft Excel, Corel Quattro Pro,Lotus 123, Sun Star Office Calc и др.;

3. Личные информационные системы: Microsoft Outlook, LotusOrganizer, Lotus Notes, Sun Star Office Schedule и др.;

4. Программы презентационной графики: Microsoft Power Point,Lotus Freelance Graphics, Corel Presentations, Sun Star Office Impressи др.;

5. Браузеры: Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator,Opera и др.;

6. Редакторы WEBстраниц: Microsoft Front Page, NetscapeComposer, Macromedia Free Hand и др.;

7. Почтовые клиенты: Microsoft Outlook, Microsoft OutlookExpress, Netscape Messenger, The Bat и др.;

8. Редакторы растровой графики: Adobe Photoshop, CorelPhotoPaint и др.;

9. Редакторы векторной графики: Corel Draw, Adobe Illustrator и

др.;

10. Настольные издательские системы: Adobe Page Maker, QuarkXpress, Corel Ventura, Microsoft Publisher и др.;

11. Средства разработки: Borland Delphi, Microsoft Visual Basic,Borland C++ Builder, Microsoft Visual C++ и др.

8.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВАИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Основу технического обеспечения информационных технологий составляют компьютеры, являющиеся ядром любой информационной системы. Первоначально компьютеры были созданы дляреализации большого объема вычислений, представляющих длинные цепочки итераций. Главным требованием при этом были высокая точность и минимальное время вычислений. Такие процессыхарактерны для числовой обработки.

По мере внедрения ЭВМ, их эволюционного развития, в частности, создания персональных компьютеров, стали возникать другие области применения, отличные от вычислений, например, обработка экономической информации, создание информационносправочных систем, автоматизация учрежденческой деятельности и т.п. В данном случае не требовались высокая точность и

¶большой объем вычислений, однако объем обрабатываемой информации мог достигать миллионов и миллиардов записей. При этомтребовалось не только обработать информацию, а предварительноее найти и организовать соответствующую процедуру вывода. Указанные процессы характерны для нечисловой обработки, требующей в большинстве случаев больших затрат машинного времени.Рассмотренные аспекты оказали решающее влияние на развитиеархитектуры ЭВМ.

ЭВМ классической (фоннеймановской) архитектуры состоит изпяти основных функциональных блоков (рис. 8.4):

• запоминающего устройства (ЗУ);

• устройства управления;

• устройств управления и арифметическилогического устройства, рассматриваемых вместе и называемых центральным процессором;

• устройства ввода;

• устройства вывода.

В фоннеймановской архитектуре для обработки огромного объема информации (миллиарды байт) используется один процессор.Связь с данными осуществляется через канал обмена. Ограниченияпропускной способности канала и возможностей обработки в центральном процессоре приводят к тупиковой ситуации при нечисловой обработке в случае увеличения объемов информации. Для вы.хода из тупика было предложено два основных изменения в архитектуре ЭВМ:

Рис. 8.4. Фоннеймановская архитектура ЭВМ238

• использование параллельных процессоров и организация параллельной обработки;

• распределенная логика, приближающая процессор к данными устраняющая их постоянную передачу.

Другой недостаток фоннеймановской архитектуры связан с организацией процесса обращения к ЗУ, осуществляемого путем указания адреса для выборки требуемого объекта из памяти. Это приемлемо для числовой обработки, но при нечисловой обработке обращение должно осуществляться по содержанию (ассоциативнаяадресация). Поскольку для нечисловой обработки в основном используется та же архитектура, необходимо было найти способ организации ассоциативного доступа. Он осуществляется путем создания специальных таблиц (справочников) для перевода ассоциативного запроса в соответствующий адрес. При такой организации обращения к ЗУ, называемом эмуляцией ассоциативной адресации, вслучае работы с большими объемами информации резко падаетпроизводительность ЭВМ. Это связано с тем, что нечисловая обработка это не только просмотр, но и обновление данных.

Для преодоления ограничений организации памяти были предложены ассоциативные запоминающие устройства.

Таким образом, ЭВМ для нечисловой обработки должна удовлетворять следующим требованиям: ассоциативность, параллелизм,обработка в памяти. Кроме этого на более высоком уровне к архитектуре предъявляются следующие требования:

• перестраиваемость параллельных процессоров и запоминающих устройств;

• сложные топологии соединений между процессорами;

• мультипроцессорная организация, направленная на распределение функций.

Перечисленные выше ограничения и требования были реализованы в машинах баз данных (МВД).

Подытоживая выше сказанное, приведем классификацию архитектур ЭВМ, предложенную в [35]:

• архитектура с одиночным потоком команд и одиночным потоком данных (SISD);

• архитектура с одиночным потоком команд и множественнымпотоком данных (SIMD);

• архитектура с множественным потоком команд и одиночнымпотоком данных (MISD);

• архитектура с множественным потоком команд и множественным потоком данных (MIMD).

¶К классу SISD относятся современные фоннеймановские однопроцессорные системы. В этой архитектуре центральный процессор работает с парами «атрибут—значение». Атрибут (метка) используется для локализации соответствующего значения в памяти,а одиночная команда, обрабатывающая содержимое накопителя(регистра) и значение выдает результат. В каждой итерации извходного потока данных используется только одно значение.

К классу SIMD относят большой класс архитектур, основнаяструктура которых состоит из одного контроллера, управляющегокомплексом одинаковых процессоров. В зависимости от возможностей контроллера и процессорных элементов, числа процессоров,организации поиска и характеристик маршрутных и выравнивающих сетей выделяют четыре типа SIMD:

• матричные процессоры, организованы так, что при выполнении заданных вычислений, инициированных контроллером, ониработают параллельно. Предназначены для решения векторных иматричных задач, относящихся к числовой обработке;

• ассоциативные процессоры, обеспечивающие работу в режимепоиска по всему массиву за счет соединения каждого процессоранепосредственно с его памятью. Используются для решения нечисловых задач;

• процессорные ансамбли, представляющие совокупность процессоров, объединенных определенным образом для решения заданного класса задач, ориентированных на числовую и нечисловуюобработку;

• конвейерные процессоры (последовательные и векторные) осуществляющие выполнение команд и обработку потоков данных попринципу, аналогичному транспортному конвейеру. В этом случаекаждый запрос использует одни и те же ресурсы. Как только некоторый ресурс освобождается, он может быть использован следующим запросом, не ожидая окончания выполнения предыдущего.Если процессоры выполняют аналогичные, но не тождественныезадания, то это последовательный конвейер, если все задания одинаковы — векторный конвейер.

К классу MISD может быть отнесена единственная архитектура—конвейер, но при условии, что каждый этап выполнения запроса является отдельной командой.

К классу MIMD, хотя и не всегда однозначно, относят следующие конфигурации:

• мультипроцессорные системы;

• системы с мультиобработкой;

• вычислительные системы из многих машин;

• вычислительные сети.

Общим для данного класса является наличие ряда процессорови мультиобработки. В отличие от параллельных матричных системчисло процессоров невелико, а термин мультиобработка понимаютв широком смысле для обозначения функционально распределенной обработки (сортировки, слияния, вводавывода и др.)

Другим направлением развития вычислительной техники является нейрокомпьютеринг, основанный на нейронных сетях. Разработки проводятся в двух направлениях: аппаратном и программном. Нейрокомпьютеры обладают сверхвысокой производительностью, но благодаря сложным технологиям имеют очень высокуюстоимость. Поэтому они используются узким кругом пользователейдля решения суперзадач.

В последние годы ведутся работы по созданию биокомпьютерана основе молекулярных технологий. Идея молекулярного вычислителя состоит в представлении «машинного» слова в виде состояний молекул.

Несмотря на развитие средств вычислительной техники наиболее популярными в настоящее время остаются компьютеры с традиционной фоннеймановской архитектурой. ЭВМ такой архитектуры в процессе эволюции последовательно прошли этапы аппаратной реализации от электронноламповой, далее транзисторной,интегральносхемной до СБИС. В настоящее время наиболее распространенным типом ЭВМ являются персональные компьютеры(ПК), относящиеся к фоннеймановской архитектуре. Поэтомукратко остановимся на устройстве персонального компьютера вплане его комплектации.

Системный блок является основным конструктивным элементом ПК. Он предназначен для размещения всех самых важных узлов. В нем располагаются источник питания, процессор компьютера, оперативная память, накопители на магнитных дисках, устройство для чтения оптических (лазерных) дисков, специальные электронные элементы и платы, с помощью которых осуществляетсяподключение и управление работой внешних устройств компьютера. Системные блоки имеют различное конструктивное исполнение и размеры. Для настольных ПК они могут иметь горизонтальное или вертикальное исполнение. Для блокнотных ПК системныйблок совмещен с клавиатурой.

Устройство для чтения CDROM (Compact Disk — Read OnlyMemory — компактдиск, предназначенный только для чтения)служит только для воспроизведения аудио, видео и цифровой ин

¶формации, записанной только на оптических (лазерных) компактдисках.

CDROM предназначен для хранения информации. Он представляет собой пластмассовый диск диаметром 12 см, одна из поверхностей которого покрыта металлической фольгой. Лазернымлучом на фольгу наносят углубления, с помощью которых фиксируется представляемая информация. Наиболее важными характеристиками таких устройств являются: емкость и скорость.

Емкость одного компактдиска достигает 620 Мбайт информации (около 250 000 страниц текста). Вторая характеристика определяется скоростью доступа устройства чтения к информации накомпактдиске (скорость чтения особенно важна при воспроизведении аудио и видеоинформации). Что означает название «восьмискоростной CDROM»? Это и есть характеристика быстродействия устройства чтения. Она означает, что скорость устройства чтения в 8 раз больше чем у односкоростного устройства. Сейчас ужеимеются 24скоростные CDROM.

Для записи информации на компактдиск используются специальные устройства — CDR (Compact Disk — Recordable). Информацию, содержащуюся на CDROM, нельзя перезаписать. Длямногократной записи информации используются магнитнооптические компактдиски (CD МО), но они существенно дорожеобычных.

Накопитель на гибких магнитных дисках (НГМД) служит длячтения и записи информации на гибкие магнитные диски. Преждевсего, он предназначен для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой или для их долговременного хранения.

Гибкие магнитные диски различаются геометрическими размерами, конструктивным исполнением и емкостью. Бывают дискидвух диаметров: 5,25 и 3,5 дюйма (1 дюйм = 2,54 см).

Диски первого вида в настоящее время используются все режеизза своих конструктивных недостатков (они больше по размерам,меньше по емкости, более медленны, более подвержены механическим воздействиям, менее надежны в эксплуатации).

Стандартная емкость дисков второго вида (3,5 дюйма) составляет 1,44 Мбайт (это приблизительно 550 — 600 страниц текста). Диски такой емкости имеют обозначение 2HD (High Density — высокая плотность). Перед первым использованием гибкий магнитныйдиск должен быть специально подготовлен — отформатирован.

Достоинства НГМД: простота, дешевизна, возможность многократной перезаписи информации, отсутствие необходимости в дополнительных аппаратных средствах (все ПК обеспечиваются хотябы одним НГМД). Недостатки: малая емкость, низкое быстродействие.

Манипулятор мышь — это устройство, позволяющее перемещать курсор в нужную точку экрана, выбирать объекты и выполнять другие действия непосредственно на экране монитора (нажимать экранные клавиши, выбирать позицию меню, рисовать и т.д.).

Мыши бывают разных конструкций: с двумя или тремя клавишами. Чаще всего используется левая клавиша (при ее нажатииинициализируется действие, соответствующие объекту, на которыйуказывает курсор мыши). Правая клавиша используется реже (в некоторых программах, например в Windows, при ее нажатии вызывается, так называемое, конкретное меню).

В настоящее время появились устройства аналогичного назначения, использующие другие принципы работы. Например, естьсенсорные планшеты, в которых перемещение курсора на экранедостигается перемещением пальца по поверхности планшета. Длярисования используются специальные планшеты с электроннымкарандашом, рисовать которым значительно удобнее.

Клавиатура предназначена для ввода информации и команд вкомпьютер при работе человека с программой или с операционнойсистемой.

Количество клавиш, их расположение в различных типах клавиатур могут быть различными. Чаще всего используются 101клавишные клавиатуры.

Буквенные клавиши позволяют вводить буквы латинского ирусского (или другого национального) алфавита. Поддержка национальных алфавитов обычно осуществляется с помощью специальных программ — драйверов клавиатуры. Переключение клавиатуры с одного языка на другой чаше всего выполняется одновременным нажатием некоторых специальных клавиш. Какие клавиши используются для этого, зависит от установленного драйвераклавиатуры. Например, для этих целей иногда используются клавиши Alt+Shift.

Монитор (дисплей) предназначен для отображения текстовой играфической информации на экране при оперативном взаимодействии человека с компьютером. Качество изображения, котороеможно получить на экране, определяется как свойствами самогомонитора, так и характеристиками адаптера (видеокарты), с помощью которого монитор подключается к системной магистрали ПК.

¶Существует ряд стандартов, определяющих характеристики мониторов и адаптеров: CGA, EGA, VGA, SVGA. Эти же обозначенияиспользуются для определения типа монитора и карты. СтандартыCGA и EGA устарели. Чаще всего в настоящее время используетсястандарт SVGA.

Монитор может оказывать вредное воздействие на организм человека (особенно при длительной работе на компьютере), поэтомупри его приобретении необходимо обращать внимание на степеньбиологической защиты, обеспечиваемой выбранным монитором.

Основные характеристики мониторов SVGA:

• цветность (цветные и монохромные);

• размер экрана по диагонали (от 14 до 21 дюйма);

• шаг точек на экране (от 0,25 до 0,28 мм, чем меньше шаг точек, тем качественнее изображение (меньше его зернистость));

• максимальная разрешающая способность (от 640 х 480 до1600 х 1280 точек. Первое число определяет количество точек погоризонтали, второе — по вертикали, чем выше разрешение, темлучше качество изображения на экране, возможность получениявысокого разрешения зависит от объема оперативной памяти видеокарты);

• частота вертикальной развертки (рекомендуется не менее 72Гц, при меньшей частоте становится заметным мелькание изображения, что приводит к утомлению глаз);

• биологическая защита (необходимо чтобы монитор соответствовал стандарту MPR — II, определяющему максимально доступные уровни вредных излучений, еще лучше, если монитор удовлетворяет стандарту ТСО).

Печатающие устройства (принтеры) предназначены для получения так называемых твердых копий документов, текстов, рисунковна бумаге или на специальных пленках (для использования, например, в диапроекторах).

Общая классификация принтеров, говорит о наличии трех видов печатающих устройств, отличающихся скоростью работы и качеством получаемых документов. В этой классификации отсутствуют литерные принтеры, но они в настоящее время с персональными компьютерами используются очень редко.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: