Как можно использовать компьютер для автоматизации эксперимента

Обновлено: 07.07.2024

Компьютер как средство автоматизации информационных процессов

Данные, программы, компьютер как средство автоматизации информационных процессов, компьютер как средство информационных и телекоммуникационных технологий, функциональные устройства компьютера и их взаимосвязь, локальные и глобальные компьютерные сети

Компьютер является современным средством автоматизации информационных процессов. Использование компьютерных сетей для управления информационными процессами на различных расстояниях позволяет говорить о компьютере как о средстве телекоммуникационных технологий. Следовательно, компьютер является средством информационных и телекоммуникационных технологий.

Компьютер используется для работы с различными видами информации: числовой, текстовой, графической, звуковой. Эта информация должна быть представлена в виде специальных сигналов. Информацию, представленную в компьютере в виде сигналов, называют данными. Данные хранятся, обрабатываются и передаются в компьютере в двоичном коде (нет сигнала — 0, есть сигнал — 1). Таким образом, чаще всего данные закодированы в виде последовательности нулей и единиц.

Данные — информация, представленная в виде сигналов, пригодных для ее хранения, обработки и передачи с помощью компьютера.

Компьютер работает с данными автоматически. Для этого человек заранее продумывает последовательность действий (команд), которую необходимо выполнить в процессе работы с данными. Говорят, что в этом случае человек составляет программу, с помощью которой осуществляется автоматическое управление всеми действиями компьютера. Так же как и данные, программы хранятся, обрабатываются и передаются в компьютере в виде двоичных сигналов.

Программа — последовательность команд, которую необходимо выполнить при работе с данными для автоматизации информационных процессов.

Основой конструкции современного компьютера являются электронные компоненты (микросхемы). В будущем с изобретением новых технологий возможно создание компьютеров, базирующихся на других физических принципах (например, квантовых или биоэлектронных).

Компьютер является универсальным средством автоматизации информационных процессов. Универсальность компьютера заключается в автоматизации информационных процессов, составляющих основу информационной деятельности человека: обработки, хранения и передачи информации. Универсальность компьютера проявляется не только в возможности выполнения различных операций с данными одного типа, но и в возможности работы с данными различных видов, таких как текст, числа, графика или звук.

Компьютер — универсальное программно-управляемое электронное устройство, предназначенное для автоматизации информационных процессов.

Компьютер представляет собой единство аппаратных и программных средств, неразрывно связанных между собой и не функционирующих друг без друга. Примечательно, что автоматизация информационных процессов с помощью компьютера невозможна без протекания информационных процессов внутри компьютера.

Термин «компьютер» в переводе с английского языка означает «вычислитель». Однако способность производить вычисления — далеко не основное предназначение современных компьютеров. С их помощью автоматизируются различные операции с данными различных видов, решаются самые разнообразные информационные задачи. При решении таких задач вычислительный характер носят лишь информационные процессы, происходящие внутри компьютера и остающиеся незаметными для человека. Популярность термина «компьютер» обусловлена его международным использованием и удобством для образования новых понятий (например, компьютеризация, компьютерная грамотность).

Поскольку компьютер изначально создавался людьми для автоматизации информационных процессов, традиционно свойственных человеку, то в компьютере можно выделить функциональные устройства, выполняющие информационные функции по аналогии с человеком (табл. 19).

ВЗАИМОСВЯЗЬ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ, СВОЙСТВЕННЫХ ЧЕЛОВЕКУ, И ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ КОМПЬЮТЕРА

С развитием компьютерной техники появился новый уникальный метод исследования -компьютерный эксперимент.
Эксперименты проводят при испытании новых образцов продукции на предприятиях. Обычно для этого используется специально создаваемая установка, позволяющая провести эксперимент в лабораторных условиях, либо сам реальный продукт подвергается всякого рода испытаниям (натурный эксперимент). Для исследования, к примеру, эксплуатационных свойств какого-либо агрегата или узла его помещают в термостат, замораживают в специальных камерах, испытывают на вибростендах, роняют и т. п. Хорошо, если это новые часы или пылесос — не велика потеря при разрушении

Новые вопросы в Информатика

Программа получает на вход целое число x, если x является палиндромом, то вывести "ПРАВДА", иначе "ЛОЖЬ".задача в питоне

алгоритма работы дома и самолёта (отдельно) в Blender

НА ПИТОНЕ ПЖ Поле шахматной доски определяется парой натуральных чисел, каждое из которых не превосходит восьми: первое число — номер вертикали (при с … чете слева направо), второе — номер горизонтали (при счете снизу вверх). Определите, являются ли поля (a,b) и (c,d) полями одного цвета. входные данные 1 1 3 3 выходные данные YES входные данные 2 2 4 5 выходные данные NO входные данные 4 4 5 7 выходные данные YES

8 класс, срочно. Цветовая палитра рисунка состоит из 16 цветов и содержит 320 байт информации. Определите глубину цвета?. Сколько пикселей в рисунке … ?

информатика 8 класс срочно! В кодировке UNICODE каждый символ кодируется 16 битами. Сколько бит потребуется, чтобы разместить в памяти компьютера фраз … у «Да пребудет с тобой Сила!» (без кавычек)? В ответ запишите только число. Запишите в поле ввода полученный результат

помогите пожалуйста Дана программа на языке Pascal. Что будет выведено на дисплей после выполнения программы?

Выберите числа, которые являются верной записью числа 4710 в какой-либо системе счисления.

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Булатов Е. Д., Отливанчик Е. А., Отливанчик М. А., Сисакян И. Н., Суворов В. А.

Рассматриваются типы персональных компьютеров, их программное обеспечение, приводятся результаты сравнения производительности персональных компьютеров и распространенных мини- и микрокомпьютеров на программах, работающих с целыми числами и числами с плавающей точкой. Проводится оценка возможности применения всех классов персональных компьютеров в автоматизации научных исследований и основные направления их использования для задач сбора данных и обработки результатов.

Текст научной работы на тему «Персональные компьютеры в автоматизации научных исследований»

Е.Д. Булатов, Е.А. Отливанчик, М.А. Отливанчик, И.Н. Си сак ян, В.А. Суворов

ПЕРСОНАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРЫ В АВТОМАТИЗАЦИИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Персональные компьютеры (ПК) появились уже почти десять лет назад и яа это яремя преярати-лись из средства развлечения (как приемника телевизионных игр) в мощное и наиболее массовое средство вычислительной техники (ВТ). Они вызвали появление феномена персональных вычислений и за-

ставили пересмотреть основные направления и перспективы развития ВТ и ее применения во всех областях деятельности человека. В настоящее время ПК существенно потеснили большие и мини-компьюте-ры на мировых рынках ВТ в стоимостном отношении, а в количественном отношении ежегодный вы-

пуск Г1К уже превысил выпуск всех остальных ви-дов автономной ВТ и составляет около 10 млн. шт.

Несмотря на то, что феномену ПК посвящен ряд публикаций , необходимо еще раз кратко оста-новиться на основных характеристиках ПК, их программном обеспечении и возможностях применения в научных исследованиях. Необходимость этого обусловлена как большим интересом, проявляемым общественностью к ПК, так и отсутствием у большинства специалистов опыта работы с этим видом вычислительной техники, что связано с малой его распространенностью в СССР.

ПК характеризуются, в первую очередь, малыми размерами, относительно низкой стоимостью и большими объемами выпуска, что обеспечивает возможность наличия такого компьютера в личном распоряжении каждого заинтересованного в этом человека и делает компьютер персональным. Необходимо отметить, что эти факторы взаимосвязаны: достаточно дешевым компьютер может быть только при больших объемах выпуска. Другим важным свойством ПК является простота обращения и общения с ним. Это дает возможность эффективно использовать его неквалифицированному в области программирования пользователю, каковым является массовый потребитель ВТ, и миновать наиболее сложную часть процесса автоматизации - формализацию профессиональных знаний. Простота обращения обеспечивается очень высокой надежностью аппаратуры и доступностью для пользователя программного обеспечения ПК, как прикладного, так и системного. Простота общения с ПК требует обязательного наличия встроенной интерактивной графики и использования звуковых эффектов, а в перспективе—и речевого ввода-вывода.

В настоящее время за рубежом выпускается огромное количество моделей ПК. Их можно разделить на три основные категории по стоимости и производительности.

Третья категория — это компьютеры со стоимостью более 5000 долл., называемые профессиональными. Они строятся на 16-и 32-разрядных микропроцессорах, имеют еще ббльшие объемы оперативной памяти (ОП) и обширную периферию. Эти ПК также имеют открытую структуру. Характерным представителем таких ПК является IBM-PC.

Границы этого разделения не четкие; так, среди домашних ПК есть и 16-разрядный Sinclar QL, а в других категориях выпускаются системы, являющиеся обычно упрощенными или переносными вариантами стандартных систем (Apple IIc.IBM PC/JR, DG/ONE).

В последних двух категориях ПК имеются лидеры, отличающиеся наибольшими объемами выпуска и разработанного для них программного обеспечения. Так как программное обеспечение сейчас является определяющим в производстве компьютеров, то большую роль играет программная совместимость ПК с лидерами. Так, многие фирмы выпускают компьютеры или программно совместимые с IBM PC и Apple II, или предусматривают специальный режим совместимости с ними.

Поскольку разнообразие и общее количество ПК очень велико и продолжает стремительно расти, не удивительно, что их программное обеспечение также чрезвычайно богато и разнообразно. Иногда это приводит к довольно неожиданным результа-

там: вместо того чтобы активно использовать в своей деятельности этот запас, пользователь-новичок пугается изобилия программ и замыкается на использовании минимального количества языков (обычно это BASIC) и традиционных методов программирования, принятых на доперсональных компьютерах. Сделанная здесь попытка дать краткий обзор программных средств для ПК имеет цель помочь такому пользователю разобраться в том, что ему может быть полезно.

Имеется также ряд операционных систем, похожих или совместимых с СР/М, например CDOS, I/OS. ТР/М и т. д.

С появлением 16-разрядных ПК на микропроцессорах Intcl-8086/88 почти одновременно появились операционные системы СР/М-86 и MS-DOS. Обе эти ОС являются развитием СР/М, хотя и не совместимы между собой. В настоящее время на компьютерах. совместимых с IBM PC, как правило, используется MS-DOS, а на других компьютерах на процес сорах Intel-8086/88—СР/М-86 особенно ее более поздняя версия Concurrent СР/М. допускающая мультипрограммную работу. Весьма интересным является дальнейшее развитие линии СР/М-86 - операционная система Concurrent PC-DOS для компьютеров IBM PC и совместимых с ними. Эта операционная система допускает параллельное выполнение до четырех программ, нормально работающих под СР/М-86 и MS-DOS. и совместима с обеими системами по формату записи на диск. Для ПК на основе микропроцессора Motorola-68000 существует операционная система СР/М-68К из семейства ОС СР/М.

Для 16-разрядных ПК существует еще одно семейство совместимых между собой, но несовме-

стимых с предыдущими операционных систем - ОС типа UNIX. Эта ОС первоначально использовалась в вычислительных системах коллективного пользования на мини-компьютерах, а затем была перенесена и на персональные компьютеры. Традиционно ОС этого семейства используются на микропроцессорах Motorola-68000 и National Semiconductor-16000, а также на некоторых других аппаратно-несовмести-мых системах. Имеются и операционные системы этого семейства для IBM PC: PC-IX, VENIX, XFNIX и некоторые другие, но они менее распространены, чем предыдущие.

Однако главной отличительной чертой программного обеспечения ПК является наличие большого количества программ и пакетов программ, ориентированных на пользователя-непрограммиста и, следовательно, весьма простых в обращении и не требующих умения программировать (то есть дружественных пользователю). Именно эти программы позволяют ПК выполнить свою основную функцию - разгрузить человека от повседневной рутинной работы. Как правило, такие программы работают в понятиях, знакомых человеку из его повседневной жизни, что и позволяет использовать компьютер более эффективно, скорее на интуитивном, чем на логическом уровне. Это в корне отличает ПК от других. Такое сопоставление работы на компьютере с реальной жизнью часто называют метафорой.

класса, в том числе методами последовательных приближений. Они оказались настолько удобными, что во многом определили успех ПК. Примерами таких программ являются VisiCalc, MultiPlan, Supcr-Cale.

Весьма полезными являются также программы обработки текстов, позволяющие редактировать и форматировать тексты произвольным образом, а также проверять ошибки (например, WordStar). Широко распространены и системы управления базами данных (СУБД) реляционного типа (dBase II, dBase III, R: base 5000 и др.).

Интерес представляют также интегрированные программные пакеты, объединяющие в себе свойст-ва таблиц, текстовых процессоров, СУБД, графики и коммуникации (Syrnphony, Framework. Enable).

Интересен также класс программ, называемый Pop-Up. Такие программы постоянно находятся в верхней части памяти ПК, не мешая работе других программ. Если во время работы нажать соответствующую комбинацию клавишей, управление передается Рор-Ир-программе, и она предоставляет на выбор записную книжку, телефонный справочник с номеронабирателем (если есть модем), календарь с расписанием дел и событий, калькулятор, таблицу ASCII-кодов и т.д. Работа идет в режиме рабочего стола. По ее окончании происходит возврат в то состояние программы и экрана, в котором работа была начата. Примерами таких программ являются Sidckick, Spotlight, IIomeBase и некоторые другие.

Из всего сказанного следует, что традиционно основными областями применения ПК являются автоматизация делопроизводства, включая обработку текстов, организацию баз данных, работу с крупноформатными элек1ронными таблицами, а также обучение и развлечения. Широкое распространение ПК, такие их характеристики, как наличие встроенной интерактивной графики и большого количества готового программного обеспечения предопределили их внедрение и в области создания систем проектирования и научных исследований. Так. многими зарубежными фирмами выпушены программные пакеты для проектирования печатных плат (smART-WORK), проектирования и моделирования электронных схем (Micro Сар и Micro Logic) разработки механических элементов, обработки и создания изоб-

ражений (IMIGIT). Кроме того, выпускаются программы для сбора и обработки экспериментальных данных, выполнения таких распространенных типов обработки, как статистика и спек1ральный анализ (ASYST). Для осуществления ввода эксперимен-тальных данных в ПК и управления установками выпускаются серийно как платы АЦП. ЦАП, ввода и вывода цифровых данных, устанавливаемые в компьютер, так и отдельные системы сбора данных и управления (ISAAK). Кроме того, ПК часто используются в качестве устройств управления различны-ми сложными приборами, например спектрометрами.

В области автоматизации научных исследований персональные компьютеры конкурируют с появившимися там существенно раньше мини- и микрокомпьютерами. Современные ПК, особенно восьмиразрядные. имеют меньшие объемы оперативной и массовой памяти и меньшую производительность, чем современные мини- и микрокомпьютеры. Поэтому успех применения ПК в автоматизации научных исследований существенно зависит от правильности определения областей научной деятельности, в которых они могут быть наиболее эффективными.

Результаты измерений приведены в таблицах

Объект (лат. objectum — предмет) — это некоторая часть окружающего мира, рассматриваемая как единое целое. Все, что человек изучает, использует, производит, является объектом. Каждый объект имеет имя, что позволяет отличить один объект от другого (например, стол, атом, город Москва, ураган Катрин и т. п.). Конкретизировать объект можно с помощью параметров. Параметры — это признаки, которые характеризуют какое-либо свойство объекта. Они могут быть количественные (рост, вес, возраст, размер и т. п.) и качественные (форма, материал, цвет, запах, вкус и т. п.). Очень часто можно наблюдать смену состояний объекта в течение времени и, как результат, изменение параметров объекта. Говорят, что происходит некоторый процесс. Переход объекта из одного состояния в другое происходит при воздействии на него других объектов.

Модель (лат. modulus — мера; франц. modele — образец) — искусственно созданный объект в виде схем, чертежей, логико-математических знаковых формул, компьютерной программы, физической конструкции, который, будучи аналогичен (подобен, сходен) исследуемому объекту (явлению, процессу, устройству, сооружению, механизму, конструкции), отображает и воспроизводит в более простом, уменьшенном виде структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами исследуемого объекта, непосредственное изучение которого связано с какими-либо трудностями, большими затратами средств и энергии или просто недоступно, и тем самым облегчает процесс изучения информации об интересующем нас предмете.

Исследуемый объект по отношению к модели является оригиналом (образцом, прототипом). Модели могут создаваться как из однородного с оригиналом материала (например, макет деревянного сооружения можно сделать тоже из дерева), так и из материала, совершенно отличного от материала оригинала (например, бумажная модель самолета). Кроме того, модели могут быть нематериальными, или абстрактными (например, математическая модель самолета, компьютерная модель электрической сети).

Моделирование — это исследование каких-либо объектов (конкретных или абстрактных) на моделях. Объектом моделирования может быть объект, явление или процесс.

При создании модели стараются отразить наиболее существенные свойства объекта, а несущественные свойства отбрасываются. Например, на глобус наносятся океаны и моря, материки и крупные острова, а маленькие озера и островки на него не попадают: в масштабе глобуса они будут просто не видны.

Человек постоянно занимается моделированием, поскольку модели, упрощая объекты и явления, помогают человеку понять реальный мир. Более того, любая наука начинается с разработки простых и адекватных моделей.

Кроме материальных (предметных) моделей (игрушки, глобуса, макета дома. ), существуют нематериальные — абстрактные модели: описания, формулы, изображения, схемы, чертежи, графики и т. д. С помощью математических формул описываются, например, арифметические операции, соотношения геометрии, законы движения и взаимодействия тел (S = Vt, F = mа) и многое другое. Химические формулы помогают представить молекулярный состав химических веществ и реакции, в которые они вступают. Пользуясь таблицами, графиками, диаграммами можно отображать различные закономерности и зависимости реального мира.

Все абстрактные модели не имеют физического воплощения. Абстрактные модели, которые можно представить с помощью набора знаков (геометрических фигур, символов, фрагментов текста), — это знаковые модели. Любую знаковую модель можно изобразить на бумаге. Чтобы построить знаковую модель, нужно представлять значение знаков и знать правила их преобразования. Абстрактная модель, прежде чем оформиться в виде знаковой модели, сначала рождается в голове человека. Она может передаваться человека к человеку в устной форме. В таких случаях модель еще не является знаковым образом, поскольку не имеет вида чертежа, формулы, текста. Модель в голове человека существует в форме мысленных представлений (мысленная модель). Модели, полученные в результате умозаключений, называются вербальными (лат. verbalis — устный). Вербальными называются также модели, изложенные в разговорной форме. Таким образом, все абстрактные модели можно разделить на знаковые и вербальные.

Представленная классификация моделей самая простая. Она основана на делении моделей по способу представления. Возможны и другие классификации, — например, по предметному признаку: физические, химические модели, модели строительных конструкций, различных механизмов и т. д.

Если модель формулируется таким образом, что ее можно обработать на компьютере, то она называется компьютерной. Компьютерная модель — это модель, реализуемая с помощью программных средств.

Компьютерные модели обычно различают по программному обеспечению, которое применяется при создании и работе с моделью. Для обработки компьютерных моделей используются существующие программные приложения (математические пакеты, электронные таблицы, графические редакторы и т. д.) либо разрабатываются оригинальные программы с помощью языков программирования (Ваsic, Раsсаl, Dеlpi, С++ и др.).

Моделирование с использованием компьютера предоставляет неизмеримо больше возможностей, чем простое моделирование с помощью реальных предметов или материалов. Например, применение компьютера для раскроя (листового металла, ткани и пр.) позволяет снизить до минимума потери материала. Поиск оптимального решения этой задачи с помощью шаблонов потребует значительно больше времени и средств.

Этапы создания модели

Моделирование — творческий процесс, и разложить его на какие-либо этапы и шаги очень сложно. Многие модели и теории рождаются как соединение опыта и интуиции ученого или специалиста. Однако решение большинства конкретных задач все же можно представить поэтапно.

Моделирование, в том числе компьютерное, начинается с постановки задачи. На этом этапе формулируется задача и требования, которые предъявляются к решению. Постановка задачи заключается, прежде всего, в ее описании. Задача может быть описана на обыденном языке — например, в форме вопроса «что будет, если. ?» или «как сделать, чтобы. ?». Математическую задачу описывают с помощью формул и знаков, а инженерная, экономическая задача может быть описана с помощью различных схем, графиков.

При постановке задачи нужно отразить (или хотя бы понять) цель или мотив создания модели. Одни модели создаются, чтобы разобраться в устройстве или составе того или иного объекта. Другие модели направлены на изучение возможностей управления объектом. Третьи модели ставят целью предсказать поведение объекта (задачи прогнозирования). На этапе постановки задачи полезным оказывается предварительный анализ объекта. Разложение объекта на составляющие, выяснение связей между ними позволяет уточнить постановку задачи.

За постановкой задачи следует этап разработки модели. На этом этапе необходимо выделить существенные факторы, т. е. выяснить основные свойства описываемого объекта, правильно определить связи между ними и с другими объектами окружающего мира. Анализ информации, по возможности, должен быть разносторонним и полным. Те факторы, которые оказались несущественными, могут быть отброшены.

После того как сформулированы основные свойства разрабатываемой модели, определены исходные данные и желаемый результат, наступает очень важный момент — составление алгоритма решения задачи.

При разработке компьютерной модели весьма существенным будет выбор программного обеспечения, с помощью которого выполняется моделирование. Программное обеспечение должно позволять эффективно решать задачи, подобные той, которая рассматривается. Например, для создания рисунка на компьютере нужно выбрать тот или иной графический редактор (какой именно — зависит от требуемого формата файла и приемов, которые необходимо применять при рисовании). Чтобы решить систему уравнений, нужно воспользоваться языками программирования Basic, Pascal или каким-либо другим или же использовать для решения математические пакеты. Программная среда должна соответствовать поставленной задаче — только в этом случае задача может быть успешно решена. Выбор программного обеспечения и составление алгоритма — это взаимосвязанные действия. Возможно, что для решения поставленной задачи придется разработать собственную компьютерную программу.

Когда модель разработана, можно приступать к наиболее интересному этапу — компьютерным экспериментам. В ходе этих экспериментов проверяется работа модели, а также выполняются необходимые расчеты или преобразования, ради которых и создавалась модель.

Проверка модели осуществляется обычно с помощью ее тестирования. При тестировании проверяется разработанный алгоритм функционирования модели. В качестве теста задаются исходные данные, для которых заранее известен ответ. Если ответ, полученный при тестировании, совпадает с известным ответом, а тест составлен правильно, то считается, что модель работает корректно. В противном случае нужно искать и устранять причины расхождений. Все эти действия называются отладкой модели.

После выполнения тестирования и отладки можно приступать непосредственно к моделированию. Технология моделирования может заключаться в расчете модели при различных наборах входных данных, различных параметрах.

Завершается компьютерное моделирование анализом результатов. Материалом для анализа являются результаты компьютерных экспериментов. Поэтому эксперименты должны быть проведены таким образом, чтобы получить достоверный результат. Анализ результатов может привести к необходимости уточнения модели, т. е. к повторному выполнению второго этапа и всех последующих этапов.

Читайте также: