|
|
| (166 промежуточных версий не показаны.) |
| Строка 1: |
Строка 1: |
| - | = Информация и её измерения. =
| + | #redirect [[ПОД (3 поток), Ответы]] |
| - | | + | |
| - | 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. =
| + | |
