Методология и история информатики

Хакасский государственный университет им.

В. А.ЯЦКО

МЕТОДОЛОГИЯ И ИСТОРИЯ ИНФОРМАТИКИ

(ПРАКТИКУМ)

Абакан-2005

1. Предисловие

Данная программа предназначена для магистрантов Института информатики и телематики Хакасского государственного университета им. , обучающихся по специальности 552800 - Информатика и вычислительная техника. Программа может быть использована магистрантами в процессе подготовки к лекциям, семинарским занятиям, а также для самостоятельной работы по курсу.

Пособие составлено в соответствии с требованиями ГОСТа по специальности 552800 - Информатика и вычислительная техника.

2. Программа курса

Цель курса – ознакомить магистрантов с предметной областью методологии научного познания и основными этапами исторического развития вычислительной техники и информатики.

После прохождения обучения магистрант должен:

а) иметь представление о:

–  критериях разграничения между обыденным и научным познанием;

–  критериях разграничения общественных, естественных, технических, гуманитарных дисциплин;

–  соотношении между развитием информатики и вычислительной техники;

–  особенностях компьютерных систем и их отличиях от других технических систем;

–  концепции научных революций Т. Куна (T. Kuhn);

–  будущем ПК и программирования.

б) знать:

– общие критерии разграничения эмпирического и теоретического уровней научно-познавательной деятельности;

–  предметную область и основные понятия итологии;

–  структуру информатики как научной дисциплины;

–  основные понятия экспериментальной информатики;

–  устройство и назначение абака;

–  устройство и принципы функционирования арифметической машины Б. Паскаля (B. Pascal);

–  архитектуру аналитической машины Ч. Бэббиджа (Ch. Babbage);

–  предпосылки становления информатики как научной дисциплины

–  принципы функционирования машины Тьюринга;

–  неймановские принципы построения архитектуры ЭВМ;

–  особенности 1, 2, 3, 4 поколений вычислительной техники;

–  особенности развития информатики в СССР.

2.1. Содержание курса

Курс "Методология и история информатики" включает включает 10 лекционных часов, и 10 часов семинарских занятий. В процессе лекционных занятий студенты знакомятся с основными понятиями и принципами методологических исследований, основными этапами исторического развития информатики и вычислительной техники. Семинарские занятия направлены на закрепление теоретического материала.

Курс "Методология и история информатики" предполагает связь с такими дисциплинами, как: "Автоматизированные информационно-поисковые системы", "Информационные технологии в науке и образовании", "Современные направления развития информатики".

Изучение курса завершается экзаменом, в процессе которого студенты должны проявить знание основных методологических понятий, принципов, а также а также этапов исторического развития информатики и вычислительной техники, указанных в плане лекций, ответить на экзаменационные вопросы (см. ниже).

2.2. Тематический план

	Темы занятий	Вид занятий и количество часов
лекционные	семинарские
1	Методология научного познания	2	2
2	Итология	2	1
3	Структура информатики	2	2
4	Историческое развитие вычислительной техники и информатики	4	5
Итого	10	10

3. План лекций

Лекция 1

Сущность познавательной деятельности; обыденное и научное познание и критерии их разграничения; методология научного познания. Задачи и уровни научного познания; общие критерии разграничения эмпирического и теоретического уровней научно-познавательной деятельности. Эмпирические законы; методы эмпирических исследований. Требования к научному наблюдению, наблюдение в общественных науках. Эксперимент и его виды, примеры эксперимента в информатике. [1]

Специфика теоретического уровня научного познания; идеализированные объекты; идеализированные объекты в информатике. Особенности фундаментальных теорий. Методы теоретических исследований: объяснение, абстрагирование; моделирование и его виды. Принципы системного подхода. [2]

Взаимосвязь теоретического и эмпирического уровней. Структура научной дисциплины. Критерии разграничения общественных, естественных, технических, гуманитарных дисциплин.

Лекция 2

Итология – методологическая основа информатики. Предмет итологии. Методы итологии: метод архитектурной спецификации, метод функциональной спецификации, метод стандартизации спецификаций ИТ, метод аттестации, метод профилирования, метод таксономии профилей ИТ, методы формализации и алгоритмизации знаний, методы конструирования прикладных информационных технологий. Организационная структура итологии, международные, промышленные и профессиональные организации, промышленные консорциумы [3].

Основные теоретические понятия итологии; понятие ИТ-системы; свойства открытых систем: дружественность переносимость (мобильность), интероперабельность, масштабируемость (расширяемость).

Понятия окружения открытых систем, общедоступных спецификаций, международного стандартизованного профиля, профиля, таксономии, OSE - профиля. OSI-профиля, API-профиля. Многоуровневая модель итологии [4].

Примеры профилей, API для платформы JAVA2; SAX. Функции стандартизации: экономическая, социальная, коммуникативая.

Лекция 3

Структура информатики как научной дисциплины; концепция информатики в докладе П. Деннинга (P. Denning), 1989 г. Теоретические и экспериментальные разделы различных направлений информатики; концепция искусственного интеллекта. Предмет экспериментальной информатики; понятие компьютерного артефакта; функции артефактов в экспериментальных исследованиях [5]. Особенности компьютерных систем и их отличия от других технических систем.

Доказательство существования компьютерных систем. Дуглас Энгельбарт (Douglas Englebart) и изобретение компьютерной мыши. Доказательство эффективности функционирования компьютерных систем; экспериментальная операционная система Sprite. Доказательство истинности теоретических положений; концепция cut-copy-paste desktop [6].

Лекция 4

Особенности исторического развития информатики; соотношение между развитием информатики и вычислительной техники.

Пальцевый счёт и различные системы исчисления; бирки, зарубки, узелки.

Счётные доски в древней Греции, Саламисская доска. Абак и его конструкция; русские счёты и их отличие от абака; значение абака для развития вычислительной техники [7].

Суммирующая машина Леонардо да Винчи; Роберто Гуателли (Roberto Guatelli) и IBM [8].

Арифметическая машина Б. Паскаля (B. Pascal) и её устройство [9]. Арифметический прибор (W. G.Leibniz); разработка двоичной системы исчисления. Ткацкий станок (J. M.Jacquard) и идея программного управления техническими системами.

Аналитическая машина Ч. Бэббиджа (Ch. Babbage); описание архитектуры современных вычислительных машин. А. Лавлейс (A. Lovelace) и принципы программирования. Бэббиджа и А. Лавлейс в развитие вычислительной техники и информатики.

Основные принципы алгебры логики Дж. Буля (G. Boole); понятия элементарных утверждений и логических операторов.

Предпосылки развития информатики, сложившиеся к концу 20 века [10].

Лекция 5

Принципы функционирования машины Тьюринга; теоретическое обоснование основных свойств современных компьютеров. Имитационная модель машины Тьюринга.

К. Цузе (K. Zuse) и его вклад в развитие вычислительной техники. Особенности машин Z1, Z2, Z3, S1, S2. Г. Айкен (H. Aiken) и МАРК1. Сходства и различия между машинами Айкена и Цузе [8].

Дж. Маучли (J. Mauchly) и его проект ENIAC; характеристики ENIAC. Участие в проекте Дж. фон Неймана (J. von Neumann) неймановские принципы построения архитектуры ЭВМ.

М. Уилкс (M. Wilkes) и ЭДСАК. Начало серийного коммерческого производства компьютеров.

Особенности 1, 2, 3, 4 поколений компьютеров. Начало коммерческого производства персональных ЭВМ. Группа Entry Systems Division в IBM; Д. Эстридж (D. Estridge) и Л. Эггебрехт (L. Eggebrecht) и концепция открытой архитектуры [11]. Мобильные ПК и компьютерные сети. Р. Меткалф (R. Metcalfe) и создание протокола Ethernet. Проекты ARPANET, NSFNET и развитие Интернета [12].

Развитие информатики в СССР. Институт точной механики и вычислительной техники АН СССР. ; разработка МСЭМ и БСЭМ; особенности БСЭМ 6. Многопроцессорные комплексы “Эльбрус”. Вклад в развитие теории и практики программирования [13].

НТР и ИТР – общие черты и различия[14; 15]. Будущее ПК; Intel: Платформа 2015; мультиядерные кристаллы. Будущее программирования; соотношение между эффективностью и простотой программного обеспечения [16; 17; 18].

4. Задания к семинарским занятиям

Семинарские занятия 1-2.

Представьте в виде рисунка иерархическую структуру научно-познавательной деятельности, указав её уровни, объекты исследования, методы. Ознакомьтесь со стандартом SAX (см файл sax2.r3). К какому виду стандартов (базовый, локальный, OSE) относится данный стандарт? Сколько обязательных компонентов и интерфейсов в стандарте? Сколько видов компонентов и интерфейсов содержит стандарт? Опишите эти виды. Выбрав какой-то вид интерфейса, опишите иерархическую структуру стандарта. Каково значение стандарта для программирования, в каких областях программирования он может применяться? Подготовьте теоретический доклад Наука: нормальная, революционная, патологическая, ложная

http://www. ippk. rsu. ru/cd/regio_cd/sci_pub/hum_ezh/v2/hum2_a19.htm

Экспериментальные операционные системы. Plan 9, Sprite http://www. osp. ru/os/1995/06/6.htm

http://www. osp. ru/os/1995/06/6.htm

http://www. cs. berkeley. edu/projects/sprite/retrospective. html

экспериментальные компьютеры ALTO

http://members. /pcmuseum/alto. html

7. Составьте хронологическую таблицу, отражающую историческое развитие вычислительной техники и информатики.

№

Событие

автор/ место

время

Семинарские занятия 3-4

Задания 1-7 выполняются письменно и сдаются в файле

Ознакомьтесь со стандартом SAX (см файл sax2.r3). К какому виду стандартов (базовый, локальный, OSE) относится данный стандарт? Сколько обязательных компонентов и интерфейсов в стандарте? Сколько видов компонентов и интерфейсов содержит стандарт? Опишите эти виды. Выбрав какой-то вид интерфейса, опишите иерархическую структуру стандарта. Каково значение стандарта для программирования, в каких областях программирования он может применяться? Как можно использовать Parser?

2. Опишите принципы функционирования (ввод, вывод, арифметическое устройство) суммирующей машины Б. Паскаля, используя интерактивную анимацию. См. файлы Pascal, Pascaline, 3dviewer.

http://www. macs. hw. ac. uk/~greg/calculators/pascal/Pascaline_Frames. htm

3. Опишите принципы работы машины Тьюринга, используя имитационную модель. Загрузите и сохраните результат.

http://www. turing. org. uk/turing/scrapbook/tmjava. html

http://www-csli. stanford. edu/hp/Turing1.html

4. Опишите принципы работы аналитической машины Бэббиджа, используя имитационные модели и эмуляторы.

http://www. fourmilab. ch/babbage/applet. html

5. Аналоговые компьютеры: прошлое и настоящее, принципы функционирования.

– представьте рисунок архитектуры.

– чем отличаются аналоговые компьютеры от цифровых?

– с какой целью используются аналоговые компьютеры?

http://www. cs. rpi. edu/~kulkam/gradsem/acomp-print. pdf

http://www. overclockers. ru/lab/15719.shtml

http://en. wikipedia. org/wiki/Analog_computer

6. Информатизация и будущее вычислительной техники

–Каковы характеристики процессоров будущего?

– Какова элементная база компьютеров будущего?

– В чём смысл закона Мура (Gordon E. Moore)?

– Каковы характеристики информационного оружия?

– Как может быть реализован биотехнологический интерфейс?

– Каковы характеристики информационно-технологической революции?

– Чем отличается информационно-техническая революция от научно-технической революции?

http://www. dialog-21.ru/full_digest. asp? digest_id=41075

http://futura. ru/index. php3?idart=59

http://osp. irtel. ru/cw/1998/24/details. htm

http://www. inauka. ru/prognoz/article49782.html

7. Будущее программирования

– Каковы характеристики языка программирования общего назначения (обобщённого программирования)?

– Каковы недостатки существующих языков программирования?

– Каково будет соотношение между эффективностью и простотой программирования?

– В чём смысл идеи многоуровневого метода программирования?

http://www. osp. ru/pcworld/2001/05/153.htm

http://puterra. ru/hitech/35042/

Семинарское занятие 5

Доклады

1. Герман Холлерит

http://www. peoples. ru/undertake/computer/hollerith/

http://schools. keldysh. ru/sch444/MUSEUM/1_17_115.htm

http://schools. keldysh. ru/sch444/MUSEUM/PRES/PL-5-99.htm

http://schools. keldysh. ru/sch444/MUSEUM/PRES/PL-6-99.htm

2. Изобретение логарифмической линейки

http://center. fio. ru/method/Resources/judina/04-03/stend/izobret. html

http://www. cs. transy. edu/kylek/oughtredbio. html

http://dir. /Science/Mathematics/Tools/Slide_Rules/

3. Ада Ловлейс – первый программист http://www. /user/adatoole/bio. htm

4. , http://lib. ru/MEMUARY/MALINOWSKIJ/4.htm

http://ershov. ras. ru/ershov/russian/biog. html

5.

http://defacto. examen. ru/db/Examine/catdoc_id/27DF22B4C7895049C3256B490039DF4B/rootid/9327995FB7A6D40FC3256A02002CE0D5/defacto. html

http://www. schools. keldysh. ru/sch444/MUSEUM/1_17_118.htm

6. http://www2.osp. ru/os/1999/03/10.htm

5. Экзаменационные вопросы

Критерии разграничения между обыденным и научным познанием Эмпирический уровень научного познания. Теоретический уровень научного познания. Фундаментальные теории. Итология: методы, организация, теоретические понятия Понятие профиля. Виды профилей. Значение и функции стандартизации Иерархическая структура, свойства, примеры профилей. Соотношение информатики и итологии. Экспериментальная информатика. Понятие артефакта, функции артефактов. Особенности исторического развития информатики как технической науки. Счётная доска, абак, счёты и их значение в истории вычислительной техники. Л. да Винчи и его суммирующая машина. Арифметическая машина Б. Паскаля и принципы разработки вычислительной техники. Счётная машина и разработка двоичной системы исчисления. Разработка архитектуры вычислительной техники и принципов программирования. Ч. Бэббидж и А. Лавлейс. Дж. Буль и А. Тьюринг. Машина Тьюринга. Релейные цифровые вычислительные машины. К. Цузе и Г. Айкен. Неймановские принципы построения архитектуры ЭВМ. Дж. Маучли, Дж. Фон Нейман, М. Уилкс. Развитие элементной базы ЭВМ. Электронные лампы, транзисторы, интегральные микросхемы, микропроцессоры. Персональные компьютеры. Разработка компьютерных сетей. R. Metcalf. LAN, Internet. Развитие информатики в России. Причины отставания России в области информатики. Языки программирования: настоящее и будущее. Будущее вычислительной техники

Библиографический список

1. Классическая философия. http://sireo. narod. ru/Philo/Ques61.htm

2. Философия науки. http://stepin-i-dr. viv. ru/cont/pscience/73.html

3. Итология - наука об информационных технологиях.

http://yumi. ziet. /ct/programming/prg96/sukhomlin. shtml#1

4. Методологический базис открытых систем // Открытые системы. - № 4. – 1996. http://www. osp. ru/os/1996/04/48.htm

5. Basic topics in experimental computer science.

http://www-formal. stanford. edu/jmc/experimental. pdf

6. What is experimental computer science? \\itis\tutorials\Магистранты2\Магистранты1

7. A Brief introduction to the abacus. http://www. ee. ryerson. ca:8080/~elf/abacus/

8. Из мировой истории цифровой вычислительной техники

http://puter-museum. ru/frgnhist/malinovs. htm

9. Музей компьютерной техники. http://museum. iu4.bmstu. ru/firststeps/herzogina. shtml

10. История вычислительной техники. Введение/

http://defacto. examen. ru/db/Examine/catdoc_id/AC433F7090FF8BD9C3256B490039DF4A/rootid/9327995FB7A6D40FC3256A02002CE0D5/defacto. html

11. История персональной вычислительной техники

http://defacto. examen. ru/db/Examine/catdoc_id/179942C1C5970164C3256B490039DF49/rootid/9327995FB7A6D40FC3256A02002CE0D5/defacto. html

12. Телекоммуникации

http://defacto. examen. ru/db/Examine/catdoc_id/95508423978919CFC3256B490039DF52/rootid/9327995FB7A6D40FC3256A02002CE0D5/defacto. html

13. Становление информатики в России

http://inf.1september. ru/1999/art/ocherk1.htm

14. Научно-техническая революция. http://yanko. lib. ru/books/cultur/encyclopcultXX/n. html#BM12006

15. Информационная экспансия и информационное оружие http://futura. ru/index. php3?idart=59

16. Intel: Платформа 2015 - будущее ПК // Диалог. Дайджест. – Вып. 145. – 2005. http://www. dialog-21.ru/full_digest. asp? digest_id=41075

17. Будущее по Бьерну Страуструпу // Мир ПК. -№ 5. – 2001.

http://www. osp. ru/pcworld/2001/05/153.htm

18. Языки программирования через сто лет // Компьютерра Online

http://puterra. ru/hitech/35042/