Редактирование: ПОД: Ответы старые

Материал из eSyr's wiki.

Версия от 18:42, 19 января 2010; 195.218.197.22 (Обсуждение)

(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: Вы редактируете устаревшую версию данной страницы. После сохранения страницы будут потеряны изменения, сделанные в последующих версиях.

Внимание: Вы не представились системе. Ваш IP-адрес будет записан в историю изменений этой страницы.

= Информация и её измерения. =

Термин  "информация"  происходит от латинского слова  "informatio",  что означает  сведения,  разъяснения,  изложение. Несмотря на широкое распространение этого термина, понятие информации является одним из самых дискуссионных в науке. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности: 
в обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.   "Информировать" в этом смысле означает   "сообщить нечто, неизвестное раньше"; 
в технике под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов; 
в кибернетике под информацией понимает ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер).

Клод Шеннон, американский учёный, заложивший основы теории информации — науки, изучающей процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации, — рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то.

Приведем еще несколько определений: 
Информация — это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний (Н.В. Макарова); 
Информация — это отрицание энтропии (Леон Бриллюэн); 
Информация — это мера сложности структур (Моль); 
Информация — это отраженное разнообразие (Урсул); 
Информация — это содержание процесса отражения (Тузов); 
Информация — это вероятность выбора (Яглом).

Современное научное представление об информации очень точно сформулировал   Норберт Винер, "отец" кибернетики. А именно: 
Информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств.

Подходы к определению количества информации.   Формулы Хартли и Шеннона.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения информации рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N. Формула Хартли:   
: <math>~I(N)= log_2 N.</math>

Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется: <math>I = log_2 100 > 6,644</math>. Таким образом, сообщение о верно угаданном числе содержит количество информации, приблизительно равное 6,644 единицы информации.

Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г. другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе. Формула Шеннона: 
: <math>H =-\sum_{i=1}^np(i)\log_2 p(i).</math>

где <math>p_i</math> — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.

Легко заметить, что если вероятности <math>p_1, ..., p_N</math> равны, то каждая из них равна 1 / N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.

Помимо двух рассмотренных подходов к определению количества информации, существуют и другие. Важно помнить, что любые теоретические результаты применимы лишь к определённому кругу случаев, очерченному первоначальными допущениями.

В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять  один  бит    (англ. bit — binary digit — двоичная цифра). 
Бит в теории информации — количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений   (типа "орел"—"решка", "чет"—"нечет" и т.п.).

В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти компьютера, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1", используемых для внутримашинного представления данных и команд.

= Арифметические вычисления до эры ЭВМ. =

= Эволюционная классификация ЭВМ.  =

Одна из форм классификации ЭВМ - по "поколениям" связана с эволюцией аппаратного и программного оборудования, причем основным классификационным параметром является технология производства. Классификация рассматривается на примерах из отечественной техники, что дает возможность перечислить хотя бы основных творцов отечественной информационной технологии. История отечественных исследований в данной области пока малоизвестна. Это связано с тем, что работы в данной области длительное время носили закрытый характер. В России (в СССР) начало эры вычислительной техники принято вести от 1946г., когда под руководством Сергея Алексеевича Лебедева закончен проект малой электронной счетной машины (МЭСМ - 50 оп./сек. ОЗУ на 63 команды и 31 константы) - фон Нейманновская универсальная ЭВМ. В 1950/51 гг. она пущена в эксплуатацию. Далее, приводятся некоторые крупные отечественные достижения в области вычислительной техники.

===Первое поколение===
Первое поколение ЭВМ /1946-1957гг/ использовало в качестве основного элемента электронную лампу. Быстродействие их не превышало 2-3 т. оп./сек; емкость ОЗУ - 2-4 К слов. Это ЭВМ: БЭСМ-1 (В.А. Мельников,1955г.), Минск-1 (И.С. Брук 1952/59 гг.), Урал-4 (Б. И. Рамеев), Стрела (Ю.Я. Базилевский, 1953 г.), М-20 (М.К. Сулим 1860 г.). А.Н. Мямлиным была разработана и несколько лет успешно эксплуатировалась "самая большая в мире ЭВМ этого поколения" - машина Восток. Программирование для этих машин: однозадачный, пакетный режим, машинный язык, ассемблер.

===Второе поколение===
В ЭВМ второго поколения /1958-1964гг/ элементной базой служили транзисторы. Отечественные: Урал-14,Минск-22,БЭСМ-4,М-220,Мир-2,Наири и БЭСМ-6 (1 млн. оп./сек , 128К), Весна (В.С. Полин, В.К. Левин), М-10 (М.А. Карцев). ПС-2000,ПС-3000, УМШМ, АСВТ, Сетунь. Программирование: мультипрограммный режим, языки высокого уровня, библиотеки подпрограмм.

===Третье поколение===
Элементная база ЭВМ третьего поколения, /1965-1971гг/ интегральные схемы - логически законченный функциональный блок, выполненный печатным монтажом. Отечественные ЭВМ этого поколения ЭВМ ЕС (Единой Системы):ЕС-1010,ЕС-1020, ЕС-1066 (2 млн. оп./сек , 8192К) и др. Программирование: мультипрограммный, диалоговый режимы, ОС, виртуальная память.

В 1996 г. в России работают 5 тысяч ЕС ЭВМ из 15 т., уставленных а СССР. НИИЦЭВТ на базе комплектующих IBM/390 разработал 23 модели производительностью от 1.5 до 167 Мфлоп (ЕС1270, ЕС1200, аналоги серверов 9672)). IBM предоставляет также лицензионные программные продукты (ОС-390). Используются в Росси для сохранения программного задела прикладных систем (проблема наследия ЕС ЭВМ).

===Четвертое поколение===
ЭВМ четвертого поколения /1972-1977гг/ базируются на "больших интегральных схемах"(БИС) и "микропроцессорах". Отечественные - проект "Эльбрус", ПК. Программирование: диалоговые режимы, сетевая архитектура, экспертные системы.

===Пятое поколение===
ЭВМ пятого поколения /начиная с 1978г/ используют "сверхбольшие интегральные схемы" (СБИС). Выполненные по такой технологии процессорные элементы на одном кристалле могут быть основным компонентом различных платформ - серверов: от супер-ЭВМ (вычислительных серверов), до интеллектуальных коммутаторов в файл-серверах.

На этом поколении технологические новации приостанавливаются и в восьмидесятые годы в ряде стран появляются проекты создания новых вычислительных систем на новых архитектурных принципах. Так, в 1982 японские разработчики приступили к проекту "компьютерные системы пятого поколения", ориентируясь на принципы искусственного интеллекта, но в 1991 японское министерство труда и промышленности принимает решение о прекращении программы по компьютерам пятого поколения; вместо этого запланировано приступить к разработке компьютеров шестого поколения на основе нейронных сетей.

В СССР под руководством А.Н. Мямлина в рамках такого проекта велась разработка вычислительной системы, состоящей из специализированных процессоров: процессоров ввода/вывода, вычислительного, символьного, архивного процессоров.

В настоящее время в России создаются мультисистемы на базе зарубежных микропроцессоров: вычислительные кластеры (НИИЦЭВТ), супер-ЭВМ МВС-1000 (В.К. Левин, А.В.Забродин). Под руководством Б.А.Бабаяна проектируется микропроцессор Мерсед-архитектектуры. В.С. Бурцев разрабатывает проект суперЭМВ на принципах потоковых машин.

Эволюция отечественного программного обеспечения непосредственно связана с эволюцией архитектуры ЭВМ, первая Программирующая Программа ПП, Интерпретирующая Система- ИС создавались для М-20 (ИПМ). Для ЭВМ этого семейства были реализованы компиляторы с Алгола: ТА-1 (С.С.Лавров), ТФ-2 (М.Р.Шура-Бура), Альфа(А.П.Ершов).

Для БЭСМ-6 создан ряд операционные системы: от Д-68 до ОС ИПМ (Л.Н. Королев, В.П. Иванников, А.Н. Томилин, В.Ф.Тюрин, Н.Н. Говорун, Э.З. Любимский).

Под руководством С.С.Камынина и Э.З. Любимского был реализован проект Алмо: создание машинно-ориентированного языка и на его базе системы мобильных трансляторов.

В.Ф.Турчин предложил функциональный язык Рефал, системы программирования на базе этого языка используются при создании систем символьной обработки и в исследованиях в области мета вычислений.

= Принципы фон Неймановской архитектуры. =

В основу построения подавляющего большинства компьютеров положены следующие общие принципы, сформулированные в 1945 г. американским ученым Джоном фон Нейманом.

===Принцип программного управления.===
Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. 
Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Этот регистр процессора последовательно увеличивает хранимый в нем адрес очередной команды на длину команды. 
А так как команды программы расположены в памяти друг за другом, то тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти. 
Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды “стоп”. 
Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

===Принцип однородности памяти.===
Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм). Более того, команды одной программы могут быть получены как результаты исполнения другой программы. На этом принципе основаны методы трансляции — перевода текста программы с языка программирования высокого уровня на язык конкретной машины.

===Принцип адресности.===
Структурно основная память состоит из перенумерованных ячеек; процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка. Отсюда следует возможность давать имена областям памяти, так, чтобы к запомненным в них значениям можно было впоследствии обращаться или менять их в процессе выполнения программ с использованием присвоенных имен. 
Компьютеры, построенные на этих принципах, относятся к типу фон-неймановских. Но существуют компьютеры, принципиально отличающиеся от фон-неймановских. Для них, например, может не выполняться принцип программного управления, т.е. они могут работать без “счетчика команд”, указывающего текущую выполняемую команду программы. Для обращения к какой-либо переменной, хранящейся в памяти, этим компьютерам не обязательно давать ей имя. Такие компьютеры называются не-фон-неймановскими.

= Виды запоминающих устройств. =

= Адресация ОЗУ. =

= Расслоение оперативной памяти. =

= Ассоциативная память. =

= Виртуальная память. =

= Алгоритмы управления  страницами ОЗУ. =

= Использование в ЭВМ принципа локальности вычислений. =

= Полностью ассоциативная кэш-память. =

= Кэш-память с прямым отображением. =

= Частично-асссоциативная кэш-память. =

= Изменение данных  в кэш памяти. =

= Учет параметров кэша при программировании задач. =

= Конвейерная обработка данных. =

= Внеочередное выполнение команд. =

= Производительность конвейеров.  =

= Векторно-конвейерные вычислители. =

= Конвейерная обработка команд. =

= Конвейерные конфликты. =

= Спекулятивное выполнение команд. =

= Статическое предсказание условных переходов. =

= Механизмы динамического предсказания переходов. =

= Обработка условных операторов в EPIC. =

= Эволюция системы команд микропроцессоров. =

= Суперскалярные микропроцессоры. =

= Широкоформатные команды для параллельной обработки данных. =

= Проект EPIC. =

= Мультитредовые, многоядерные вычислители. =

= Классификация параллельных вычислителей по Флинну. =

= Статические коммутационные сети. =

= Динамические коммутаторы. =

= Метакомпъютинг. =

= Вычислительные  кластеры. =

= Матричные параллельные мультипроцессоры. =

= Симметричные мультипроцессоры. =

= Архитектура памяти cc-NUMA. =

= Парадигмы программирования для параллельных вычислителей. =

= Нетрадиционные вычислители. =

= Организация вычислений на графе. =

= Реализация потоковых машин. =

= Нейронные сети как вычислители. =

= Измерения производительности ЭВМ. =

= Реальная и полная производительность вычислителей. =

= Пакеты для измерения производительности вычислительных систем. =

= Параметры рейтинга ТОР500. =

= Закон Амдала. =

= Параллельные алгоритмы. Метрики. =

= Параллельные алгоритмы редукции. =

= Распараллеливание алгоритмов рекурсии первого порядка. =

= Векторизация последовательных программ.  =

= Синхронизация параллельных процессов. =

= Исполняемые комментарии в языках программирования. =

= Система Open MP. =

= Пакет MPI. =

= Язык Фортран-GNS. =

= Порождение параллельных процессов. Идентификация абонентов. =

= Протоколы передачи сообщений. =

= Учет топологии кластера в МР программировании. =

= Язык Фортран-DVM. =

= Система программирования НОРМА. =

= Особенности машинной арифметики. =

= Погрешности параллельных вычислений. Оценить ошибки суммирования. =

= Алгоритмы оптимизации  программ, влияющие на точность вычислений. =

Пожалуйста, обратите внимание, что все ваши добавления могут быть отредактированы или удалены другими участниками. Если вы не хотите, чтобы кто-либо изменял ваши тексты, не помещайте их сюда.
Вы также подтверждаете, что являетесь автором вносимых дополнений, или скопировали их из источника, допускающего свободное распространение и изменение своего содержимого (см. eSyr's_wiki:Авторское право).
НЕ РАЗМЕЩАЙТЕ БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ОХРАНЯЕМЫЕ АВТОРСКИМ ПРАВОМ МАТЕРИАЛЫ!

Описание изменений:

Отменить | Справка по редактированию (в новом окне)

Получено с http://esyr.us/wiki/%D0%9F%D0%9E%D0%94:_%D0%9E%D1%82%D0%B2%D0%B5%D1%82%D1%8B_%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%80%D1%8B%D0%B5