УДК 004.8 (07)
ББК 32 813
М 33
Рецензенты:
кафедра электронно-вычислительных систем учреждения образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»,
заведующий кафедрой д. т.н., доцент
заведующий лабораторией логического проектирования
государственного научного учреждения
«Объединенный институт проблем информатики
Национальной академии наук Беларуси» д. т.н., проф.
, ,
М 33 Основы компьютерных технологий: учебно-методическое пособие. – 2-е изд., испр. –
Брест: Издательство УО «БрГТУ», 2015. – 196 с.
ISBN 978-985-493-155-5
В данном методическом пособии рассмотрены понятия теории алгоритмов, формальных языков, грамматик и автоматов, формальные модели алгоритмов, а также содержится информация по основам знаний в области искусственного интеллекта. Особое внимание уделяется рассмотрению базовых понятий и прикладным аспектам использования теоретических положений в современной технике и обществе
Издание адресовано студентам, магистрантам и специалистам, интересующимся проблемами современных компьютерных технологий в построении вычислительных машин, систем и сетей, методов искусственного интеллекта и их использования в различных приложениях.
Во втором издании устранены замеченные неточности, дополнены разделы п. 3.5. Нейронные сети как инструмент решения сложных задач и п. 5.4. Инструментальные средства проектирования, глава 8 дополнена п. 8.4. Задания для лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация проектирования вычислительных машин и систем».
УДК 004.8 (07)
ББК 32 813
© Коллектив авторов, 2015
ISBN 978-985-493-155-5 © Издательство БрГТУ, 2015
Содержание
ВВЕДЕНИЕ 4
Глава 1. АЛГОРИТМЫ И АВТОМАТЫ 5
1.1. Общие понятия 5
1.2. Описание алгоритмов 11
1.3. Методы реализации алгоритмов 23
1.4. Ассоциативные исчисления и нормальный алгоритм Маркова 29
1.5. Абстрактные модели автоматов 33
1.6. Машина Поста и программирование на ней 43
1.7. Архитектура вычислительных систем 49
Контрольные вопросы 52
Глава 2. ФОРМАЛЬНЫЕ ЯЗЫКИ И ОПИСАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 53
2.1. Синтаксис и семантика формальных языков 53
2.2. Алгоритмические языки и операционные системы 57
2.3. Механизмы поиска информации 62
2.4. Базы данных и знаний. СУБД и языки запросов 66
Контрольные вопросы 71
Глава 3. ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ 72
3.1. Общие подходы к созданию систем искусственного интеллекта 72
3.2. Попытки создания общих решателей задач 75
3.3. Диалоговые методы решения задач и экспертные системы 76
3.4. Распознавание образов и обработка изображений 82
3.5. Нейронные сети как инструмент решения сложных задач 86
Контрольные вопросы 103
Глава 4. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ И ОБЪЕКТОВ 104
4.1. Математическое и компьютерное моделирование 104
4.2. Модели оптимизации многомерных функций и принятие решений 105
4.3. Методы защиты информации и электронная подпись документов 107
4.4. Защита от несанкционированного доступа 111
4.5. Безбумажные системы ведения документации 112
Контрольные вопросы 113
Глава 5. Автоматизация проектирования ВЫчислительных систем 114
5.1. Основные понятия автоматизированного проектирования 114
5.2. Языки описания вычислительных систем 117
5.3. Технологии производства вычислительных систем 127
5.4. Инструментальные средства проектирования 132
Контрольные вопросы 136
Глава 6. Реализация сетевых компьютерных технологий 137
6.1. Основные понятия об интеллектуальных информационных технологиях 137
6.2. Нейронные системы и нейрокомпьютеры в сетях 141
6.3. Системы технического зрения 152
6.4. Мультиагентные системы 156
6.5. Транзакции в сетях 160
Контрольные вопросы 161
Глава 7. Перспективы развития компьютерных технологий 162
7.1. Влияние нанотехнологий и мобильной связи на развитие информационных технологий 162
7.2. Интеллектуализация принятия решений в информационных технологиях 164
7.3. Рост сферы услуг в современном информационном обществе и его влияние на экономические и социальные процессы 165
Контрольные вопросы 168
Глава 8. Практические и лабораторные задания 169
8.1. Общие указания к практическим заданиям 169
8.2. Задания для практических занятий 170
8.3. Задания для лабораторных работ в системе Mathcad 172
8.4. Задания для лабораторных работ по дисциплине «Автоматизация проектирования вычислительных машин и систем» 187
8.5. Пример заданий для письменной работы 190
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 191
Литература 192
Глоссарий 194
ВВЕДЕНИЕ
Современные компьютерные технологии проникли во все области науки и техники. Наблюдается рост «интеллектуализации» различных автоматизированных систем в технике, управлении и быту. Поэтому крайне необходимо для специалистов всех профилей владеть общими подходами в использовании современных компьютерных технологий во всех областях деятельности.
Знание общих закономерностей в создании, адаптации и эксплуатации различных компьютерных систем крайне необходимо всем специалистам, ориентирующимся на использование информатики в своей практической деятельности. Владение общими подходами и закономерностями развития вычислительных и информационных систем позволит повысить эффективность их применения также за счет квалифицированного выбора готовых программных продуктов или при заказе индивидуальных проектов.
Поэтому в пособии на доступном уровне для специалистов разных профилей излагаются сведения об основных элементах и подходах, применяемых в проектировании, конструировании и эксплуатации современных интеллектуальных систем (примером является проектирование информационных технологий для создания безлюдных производств, сложных конструкций, роботов с имитацией ряда функций человека, бытовой техники с программным управлением, перенастраиваемых систем на выпуск изделий близкого класса в зависимости от потребностей рынка). Особую роль, конечно, играют и процессы моделирования различных объектов с использованием сетей ЭВМ, безбумажного ведения документации с применением электронной цифровой подписи, включая и документирование коммерческих операций.
Любые системы машин быстро совершенствуются, им на смену всегда приходят более сложные и эффективные, но законы и принципы, лежащие в основе их создания и функционирования, более долговечны и составляют фундамент, воздвигаемый поколениями людей. Задача данного пособия также состоит в том, чтобы в краткой и доступной форме ознакомить с основами этих знаний. Их составляют теория алгоритмов и автоматов, формальные языки, базы данных и знаний, операционные системы и системы управления базами данных, безбумажное ведение различных систем документирования, нейронные сети и нейрокомпьютеры; сети ЭВМ и современные интеллектуальные технологии. Цель книги – ознакомить читателя с основными идеями и положениями этих теорий.
Одновременно делается попытка создать учебно-методическое пособие для нескольких близких специальностей за счёт некоторой избыточности теоретических и практических вопросов для каждой из них при сохранении общей методической направленности на повышение роли индивидуальной работы студентов в освоении знаний и их закреплении. В какой-то мере для этой цели некоторые положения дублируются в заданиях для практических занятий и лабораторных работ. Кроме того, такое построение пособия облегчает подбор конкретного материала по изучаемой дисциплине, руководствуясь общими указаниями к выполнению практических заданий и перспективами развития информационных технологий.
Материал книги подготовлен группой авторов: написал параграфы 3.4, 4.1, 4.2 (совместно с ), параграф 3.1 (совместно с ), заключение; – главу 5, параграфы 1.2, 1,7, 5.3; 1.3, 8.4 и 1.5 (совместно с ); – введение, главы 7 и 8 (совместно с ), параграфы 1.1, 1.4, 1.5, 2.1-2.5, 3.2, 4.5, параграфы 4.4 и 2.3 (совместно с ).
Рекомендуется для студентов специальностей: 1-40 03 01 «Искусственный интеллект» 1-40 02 01 «Вычислительные машины, системы и сети» и 1?53 01 02 «Автоматизированные системы обработки информации».
