Компьютер или группа объединенных компьютеров, которые являются частью одной и той же системы управления чем-либо

Обновлено: 21.11.2024

Отчет о методах бакалавриата для программ бакалавриата в области компьютерной инженерии дает представление о характере этой области:

Компьютерная инженерия определяется как дисциплина, объединяющая науку и технологии проектирования, создания, внедрения и обслуживания программных и аппаратных компонентов современных вычислительных систем и оборудования, управляемого компьютером. Компьютерная инженерия традиционно рассматривалась как сочетание компьютерных наук (CS) и электротехники (EE). За последние три десятилетия она превратилась в отдельную, хотя и тесно связанную дисциплину. Вычислительная инженерия прочно основана на теориях и принципах вычислительной техники, математики, науки и техники и применяет эти теории и принципы для решения технических проблем посредством проектирования вычислительного оборудования, программного обеспечения, сетей и процессов.

Исторически сложилось так, что область вычислительной техники широко рассматривалась как "проектирование компьютеров". На самом деле проектирование самих компьютеров было прерогативой относительно небольшого числа высококвалифицированных инженеров, целью которых было расширение границ компьютерных технологий и микроэлектроники. Успешная миниатюризация кремниевых устройств и их повышенная надежность как структурных элементов системы создали среду, в которой компьютеры заменили более традиционные электронные устройства. Эти приложения проявляются в распространении мобильных телефонов, персональных цифровых помощников, устройств с определением местоположения, цифровых камер и аналогичных продуктов. Он также проявляется во множестве приложений, связанных со встроенными системами, а именно в тех вычислительных системах, которые появляются в таких приложениях, как автомобили, крупные электронные устройства и крупная бытовая техника.

Компьютерные инженеры все чаще участвуют в разработке компьютерных систем для удовлетворения узкоспециализированных и специфических потребностей приложений. Компьютерные инженеры работают в большинстве отраслей, включая компьютерную, аэрокосмическую, телекоммуникационную, энергетическую, обрабатывающую, оборонную и электронную промышленность. Они разрабатывают высокотехнологичные устройства, начиная от крошечных микроэлектронных интегральных микросхем и заканчивая мощными системами, использующими эти микросхемы, и эффективными телекоммуникационными системами, соединяющими эти системы. Приложения включают бытовую электронику (проигрыватели компакт-дисков и DVD, телевизоры, стереосистемы, микроволновые печи, игровые устройства) и усовершенствованные микропроцессоры, периферийное оборудование, системы для портативных, настольных и клиент-серверных вычислений, а также устройства связи (сотовые телефоны, пейджеры, персональные цифровые помощники). . Он также включает распределенные вычислительные среды (локальные и глобальные сети, беспроводные сети, Интернет, интранет) и встроенные компьютерные системы (такие как системы управления самолетами, космическими кораблями и автомобилями, в которые встроены компьютеры для выполнения различных функций). Широкий спектр сложных технологических систем, таких как системы производства и распределения электроэнергии, а также современные перерабатывающие и производственные предприятия, зависят от компьютерных систем, разработанных и спроектированных инженерами-компьютерщиками.

Технологические достижения и инновации продолжают стимулировать развитие компьютерной техники. В настоящее время происходит конвергенция нескольких устоявшихся технологий (таких как телевидение, компьютер и сетевые технологии), что приводит к повсеместному и легкому доступу к информации в огромных масштабах. Это создало много возможностей и проблем для компьютерных инженеров. Эта конвергенция технологий и связанные с ней инновации лежат в основе экономического развития и будущего многих организаций. Ситуация является хорошим предзнаменованием для успешной карьеры в области вычислительной техники.

Надежное изучение математики и естественных наук абсолютно необходимо для успеха учащихся в компьютерной инженерии. Математические и научные концепции и навыки должны быть поняты и усвоены таким образом, чтобы учащийся мог использовать эти дисциплины на протяжении всей учебной программы по компьютерной инженерии. Нельзя переоценить роль, которую математика и естествознание играют в академической деятельности студента-инженера.

Сильная и обширная база знаний по математике обеспечивает необходимую основу для изучения вычислительной техники. Эта основа должна включать как математические методы, так и формальные математические рассуждения. Математика предоставляет язык для работы с идеями, относящимися к вычислительной технике, специальные инструменты для анализа и проверки, а также теоретическую основу для понимания важных концепций. По этим причинам изучение математики должно начинаться в самом начале академической карьеры учащегося, часто усиливаться и интегрироваться во весь курс обучения учащегося.Содержание учебной программы, структуры предварительных и сопутствующих требований, а также учебные мероприятия и лабораторные задания должны быть разработаны таким образом, чтобы отражать и поддерживать эту структуру. Конкретное математическое содержание должно включать принципы и приемы дискретных структур; кроме того, учащиеся должны освоить установленную последовательность дифференциального и интегрального исчисления.

Тщательные курсы лабораторных наук дают учащимся содержательные знания, а также опыт работы с «научным методом», который можно обобщить как формулирование постановки задач и выдвижение гипотез; планирование и проведение экспериментов; наблюдение и сбор данных; анализировать и рассуждать; и оценка и заключение. Для студентов, изучающих компьютерную инженерию, научный метод обеспечивает базовую методологию для большей части дисциплины; он также обеспечивает процесс абстрагирования, жизненно важный для разработки основы логического мышления. Учебные мероприятия и лабораторные задания, содержащиеся в конкретных курсах компьютерной инженерии, должны быть разработаны таким образом, чтобы включать и усиливать эту структуру. Конкретные научные курсы должны включать дисциплину физики, которая обеспечивает основу и концепции, лежащие в основе содержания электротехники, отраженного в совокупности знаний в этом отчете. Дополнительные курсы по естественным наукам, такие как химия и биология, могут предоставить важный контент для различных специализаций в области вычислительной техники; такие соображения будут различаться в зависимости от учреждения в зависимости от структуры программы и ресурсов.

Инженерные курсы младших классов выполняют две важные функции: во-первых, знакомят учащихся с инженерными дисциплинами, а во-вторых, создают прочную основу для углубленной курсовой работы по выбранной ими специализации. Важно задействовать врожденные интересы учащихся в начале их академической карьеры, чтобы закрепить их приверженность инженерному делу, способствовать удержанию учащихся и мотивировать достижения в их курсовой работе.

Очевидно, что программа по компьютерной инженерии требует прочной основы в области компьютерных наук, помимо простого начального опыта. Этому требованию хорошо отвечает основательный курс изучения информатики для младших классов, как он определен в Учебных программах по вычислительной технике 2003 г.: Руководящие принципы для учебных программ на степень младшего специалиста по информатике. Кроме того, поскольку отношения между курсами математики, информатики и инженерии неотъемлемы, темы этих дисциплин могут быть переплетены; эти внутренние отношения следует развивать по мере развития программы обучения.

Опыт работы в инженерной лаборатории — еще одна важная часть учебной программы по компьютерной инженерии, которую можно использовать как неотъемлемую часть курса или как отдельный курс. Такой опыт должен начинаться в самом начале учебной программы, когда студентов часто мотивирует «практический» характер инженерного дела. Студентам компьютерных инженеров должно быть предоставлено много возможностей для наблюдения, изучения и управления характеристиками и поведением реальных устройств, систем и процессов. Преподаватели должны приложить все усилия, чтобы вызвать у студентов компьютерных инженеров волнение, интерес и устойчивый энтузиазм.

Многие учреждения, присваивающие степени младшего специалиста, знакомы с эффективными лабораторными учебными мероприятиями, основанными на многолетнем опыте работы с такими программами, как технологии электроники и отраслевые учебные программы по сетевым технологиям. Многочисленные колледжи давно признали, что такие занятия, как обзорные курсы по инженерии, часто вовлекают студентов в стимулирующую деятельность, которая раскрывает их интересы и создает основу для выбора карьеры в таких областях. Точно так же многие учебные заведения в настоящее время проводят курсы, связанные с инженерным делом, или мероприятия по повышению квалификации для своих студентов, желающих сделать карьеру, или для своей местной отраслевой базы. Эти колледжи обнаружат, что они могут использовать существующие объекты, ресурсы и опыт преподавателей для реализации программы перевода в области компьютерной инженерии. Тем не менее, инженерные курсы младших классов должны преподаваться преподавателями с инженерным образованием, чтобы гарантировать, что курсы вызывают доверие, отражают реальный мир инженерной практики и должным образом готовят студентов к учебной программе инженеров высших учебных заведений.

В дополнение к научно-техническому содержанию, отмеченному выше, эффективные навыки устного и письменного общения имеют решающее значение для специалистов в области вычислительной техники; эти навыки должны быть установлены, взращены и включены в учебную программу компьютерной инженерии. Учащиеся должны овладеть навыками чтения, письма, разговорной речи и аудирования, а затем последовательно демонстрировать эти способности в различных условиях: формальных и неформальных, в больших группах и один на один, технических и нетехнических, аргументированных и контраргументированных.Многие навыки, полученные на курсе технического письма, приносят пользу учебной программе по компьютерной инженерии (к ним относятся умение писать четко и лаконично, исследование темы, составление инструкций, предложений и отчетов, формирование сообщения для определенной аудитории и создание визуальных материалов). В целом, учебная деятельность учащихся должна охватывать учебную программу и включать в себя написание технических текстов и составление отчетов, участие в устных презентациях и мероприятиях по прослушиванию, извлечение информации из технических документов, работу в группе и использование электронных средств массовой информации и современных методов коммуникации.

Профессиональные, юридические и этические вопросы являются важными элементами общей учебной программы по компьютерной инженерии и должны быть включены в программу обучения. Этот контекст должен быть установлен с самого начала, и эти вопросы должны регулярно появляться в обсуждениях и учебных мероприятиях на протяжении всей учебной программы. В Кодексе этики ACM отмечается, что «при разработке или внедрении систем специалисты по вычислительной технике должны стремиться к тому, чтобы продукты их усилий использовались социально ответственным образом, удовлетворяли социальные потребности и избегали вредного воздействия на здоровье и благополучие». Далее Кодекс обеспечивает прекрасную основу для поведения, которое следует поощрять, начиная с самого раннего опыта учащихся. Кроме того, Типовые правила профессионального поведения, изданные Национальным советом инженеров-экспертов (NCEE), включают принципы, согласно которым специалисты-практики «должны быть объективными и правдивыми в профессиональных отчетах, заявлениях или показаниях» и должны «придавать первостепенное значение безопасности, здоровью и благополучию». общественности при исполнении своих профессиональных обязанностей». Опять же, эта этика должна быть включена в учебную деятельность везде, где это возможно.

Колледжи должны обеспечить, чтобы программы на получение степени в конечном итоге соответствовали всем общеобразовательным и связанным с ними требованиям, вытекающим из руководящих принципов институциональной, государственной и региональной аккредитации. Содержащиеся здесь рекомендации по учебным программам должны соответствовать этим требованиям, но признается, что в некоторых случаях учреждения могут счесть необходимым внести определенные изменения. Артикуляционные соглашения также часто определяют содержание учебной программы и являются важным фактором при разработке программ обучения, особенно для программ, ориентированных на перевод. Учреждениям рекомендуется сотрудничать в разработке совместимых и согласованных программ обучения, которые позволят учащимся перейти из программ младшего специалиста в программы бакалавриата.

Помимо конкретного содержания программы, разработчики учебных программ должны учитывать учебные действия, методы обучения и успехи учащихся. Существуют определенные методы, которые могут быть включены, отражающие характер работы инженеров-компьютерщиков. Занятия должны быть разработаны таким образом, чтобы учащиеся учились работать в группах и в контексте проектов, получали представление о реальных условиях и связанных с ними соображениях, видели как теорию, так и применение, и ценили роль базового материала в подготовке к промежуточному этапу. темы.

Конкретные описания курсов, результаты обучения в рамках курса, результаты программы и последовательность программных курсов не включены в учебную программу по переводу компьютерной инженерии. Тем, кто заинтересован в том, чтобы увидеть такие элементы, рекомендуется рассмотреть возможность изучения программ перевода на степень младшего специалиста в области вычислительной техники, предлагаемых в настоящее время следующими учреждениями (2007 г.):

Кроме того, читатели могут принять к сведению аккредитацию на получение степени младшего специалиста в области вычислительной техники, предлагаемую ABET.

Закон CHIPS не только направляет миллиарды долларов на производство полупроводниковых микросхем в США, но и отражает серьезные изменения в том, как США .

Подробнее об основных функциях, отличительных чертах, сильных и слабых сторонах платформ блокчейна, которые получают максимальную отдачу .

Эксперты высоко оценивают недавно предложенное Комиссией по ценным бумагам и биржам США правило раскрытия информации о климатических рисках, которое требует от компаний выявлять климатические риски .

Несмотря на то, что спецификации программного обеспечения создают новые проблемы для групп безопасности, они предлагают преимущества улучшенной видимости.

В 2021 году службы безопасности столкнулись с беспрецедентными проблемами. Предстоящий год кажется не менее сложным. Вот тенденции кибербезопасности.

Одного обвиняемого обвиняют в использовании печально известного вредоносного ПО Trisis или Triton против компаний энергетического сектора, включая домен .

Новейшее аппаратное обеспечение Cisco и привязка Intersight к общедоступному облаку Kubernetes расширяют возможности гибридных облачных продуктов для клиентов. Но .

Чтобы преодолеть разрыв между командами NetOps и SecOps, сетевые специалисты должны знать основы безопасности, включая различные типы .

Какова реальность новых сетевых технологий? Здесь эксперты определяют риски — реальные или предполагаемые — и преимущества, которые они несут .

Удвоив свою инициативу RPA, ServiceNow представила версию своей платформы Now для Сан-Диего, которая содержит центр RPA и a.

Nvidia представляет новую архитектуру GPU, суперкомпьютеры и чипы, которые вместе помогут разработчикам в создании аппаратного обеспечения.

Intel оптимистично настроена, что ее дорожная карта процессоров может вернуть компанию на первое место, но компания сталкивается со сложной перспективой .

Поставщик базы данных как услуги расширил возможности сбора данных об изменениях в своей облачной базе данных с помощью технологий из своего .

Поставщик платформы "база данных как услуга" стремится облегчить разработчикам создание приложений, управляемых данными, и возврат к исходному состоянию.

Хранилище данных Apache Pinot OLAP с открытым исходным кодом стало проще в развертывании, управлении и эксплуатации в облаке благодаря улучшенному .

Панельные ПК Beckhoff в версиях для встраиваемых устройств или устройств на монтажных кронштейнах со степенью защиты IP65 сочетают в себе современные сенсорные технологии с гибкой вычислительной мощностью.

С материнскими платами собственной разработки и производства промышленные ПК Beckhoff сочетают производительность с гибкостью, стабильностью и долговременной доступностью.

Панели управления

Являясь «внешним интерфейсом» машины, панели управления Beckhoff являются ее визуальной и функциональной визитной карточкой и позволяют выполнять широкий спектр адаптаций под нужды заказчика.

Встраиваемый компьютер CX

В серии встроенных ПК CX компания Beckhoff объединила технологию ПК и модульный уровень ввода-вывода, чтобы сформировать компактный блок на DIN-рейке в шкафу управления.

Программное обеспечение и инструменты

Программное обеспечение и инструменты для промышленных ПК оптимально адаптированы к промышленным требованиям. Отдельные компоненты дополняют друг друга, образуя комплексное решение для наших систем.

Решения для конкретных клиентов

Beckhoff уже несколько десятилетий предлагает широкий ассортимент высококачественных панелей и ПК. Устройства также доступны в качестве индивидуальных решений для клиентов.

Что делает промышленные ПК Beckhoff такими особенными? Роланд ван Марк, старший менеджер по продуктам промышленных ПК, исследует этот вопрос, представляет разработки и инновации и показывает, почему почти для каждого приложения существует подходящий промышленный ПК.

Beckhoff предлагает максимальную масштабируемость вычислительной мощности ПК в различных классах производительности и форм-факторах для каждого приложения.

В этом видео Роланд ван Марк, старший менеджер по продуктам для промышленных ПК, и Фрэнк Типе, менеджер по продуктам для промышленных ПК, рассказывают, как современная технология мультитач находит свое применение в области управления машинами. Также для применения во взрывоопасных зонах, классифицированных как Зона 2/22.

Промышленные ПК для любых приложений

Персональный компьютер добился беспрецедентного успеха и прочно вошёл в повседневную жизнь, в том числе в промышленных условиях. Вместе с соответствующим программным обеспечением ПК различных форм и форм являются основой для решения широкого круга разнообразных задач автоматизации, таких как управление машинами, процессами или системами логистики, объединение компонентов системы в сеть, сбор данных или обработка изображений. Для классических задач управления технология управления на основе ПК обеспечивает превосходную масштабируемость и гибкость, и поэтому все чаще используется вместо аппаратных ПЛК.

Beckhoff — один из пионеров автоматизации на базе ПК: первая система управления с ПК была поставлена еще в 1986 году. Промышленные ПК Beckhoff характеризуются богатым технологическим ноу-хау, накопленным за последние годы. В сочетании с программным обеспечением для автоматизации TwinCAT они предлагают высокопроизводительную систему управления для функций ПЛК, ЧПУ и ЧПУ.

Важной чертой продуктовой философии Beckhoff является использование новейших высокопроизводительных компонентов и процессоров для разработки и проектирования промышленных ПК: они интегрируют последние разработки, предлагаемые рынком технологий, и успешно используются во всем мире.

Несмотря на то, что были приложены все усилия для соблюдения правил стиля цитирования, могут быть некоторые расхождения. Если у вас есть какие-либо вопросы, обратитесь к соответствующему руководству по стилю или другим источникам.

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

Информатика — это изучение компьютеров и вычислений, а также их теоретических и практических приложений. Информатика применяет принципы математики, инженерии и логики во множестве функций, включая формулирование алгоритмов, разработку программного и аппаратного обеспечения и искусственный интеллект.

Самые влиятельные ученые-компьютерщики – Алан Тьюринг, взломщик кодов времен Второй мировой войны, которого обычно называют "отцом современных вычислений"; Тим Бернерс-Ли, изобретатель Всемирной паутины; Джон Маккарти, изобретатель языка программирования LISP и пионер искусственного интеллекта; и Грейс Хоппер, офицер ВМС США и ключевая фигура в разработке первых компьютеров, таких как UNIVAC I, а также в разработке компилятора языка программирования.

Информатика применяется в широком спектре дисциплин, включая моделирование последствий изменения климата и вируса Эбола, создание произведений искусства и визуализацию с помощью графического рендеринга, а также моделирование человеческого интерфейса с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения.< /p>

Разработка видеоигр основана на принципах информатики и программирования. Современный рендеринг графики в видеоиграх часто использует передовые методы, такие как трассировка лучей, для обеспечения реалистичных эффектов. Развитие дополненной реальности и виртуальной реальности также расширило спектр возможностей разработки видеоигр.

Многие университеты по всему миру предлагают программы обучения основам теории информатики и применениям компьютерного программирования. Кроме того, распространенность онлайн-ресурсов и курсов позволяет многим людям самостоятельно изучать более практические аспекты информатики (такие как программирование, разработка видеоигр и дизайн приложений).

информатика, изучение компьютеров и вычислений, включая их теоретические и алгоритмические основы, аппаратное и программное обеспечение, а также их использование для обработки информации. Дисциплина информатики включает изучение алгоритмов и структур данных, проектирование компьютеров и сетей, моделирование данных и информационных процессов, а также искусственный интеллект. Информатика черпает некоторые из своих основ из математики и инженерии и поэтому включает в себя методы из таких областей, как теория массового обслуживания, вероятность и статистика, а также проектирование электронных схем. Информатика также широко использует проверку гипотез и экспериментирование при концептуализации, проектировании, измерении и уточнении новых алгоритмов, информационных структур и компьютерных архитектур.

Информатика считается частью семейства пяти отдельных, но взаимосвязанных дисциплин: компьютерная инженерия, информатика, информационные системы, информационные технологии и разработка программного обеспечения. Это семейство стало известно под общим названием компьютерной дисциплины. Эти пять дисциплин взаимосвязаны в том смысле, что компьютеры являются объектом их изучения, но они разделены, поскольку каждая из них имеет свою собственную исследовательскую перспективу и учебную направленность. (С 1991 года Ассоциация вычислительной техники [ACM], Компьютерное общество IEEE [IEEE-CS] и Ассоциация информационных систем [AIS] сотрудничают в разработке и обновлении таксономии этих пяти взаимосвязанных дисциплин и руководств, которые образовательные учреждения использовать во всем мире для своих программ бакалавриата, магистратуры и исследовательских программ.)

Основные разделы информатики включают традиционное изучение компьютерной архитектуры, языков программирования и разработки программного обеспечения. Однако они также включают вычислительную науку (использование алгоритмических методов для моделирования научных данных), графику и визуализацию, взаимодействие человека и компьютера, базы данных и информационные системы, сети, а также социальные и профессиональные проблемы, которые являются уникальными для практики информатики. . Как может быть очевидно, некоторые из этих подполей пересекаются по своей деятельности с другими современными областями, такими как биоинформатика и вычислительная химия. Эти совпадения являются следствием склонности ученых-компьютерщиков признавать многочисленные междисциплинарные связи в своей области и действовать в соответствии с ними.

Развитие информатики

Информатика возникла как самостоятельная дисциплина в начале 1960-х годов, хотя электронный цифровой компьютер, являющийся объектом ее изучения, был изобретен на два десятилетия раньше. Корни информатики лежат в основном в смежных областях математики, электротехники, физики и информационных систем управления.

Математика является источником двух ключевых концепций разработки компьютеров — идеи о том, что вся информация может быть представлена в виде последовательности нулей и единиц, и абстрактного понятия «хранимой программы». В двоичной системе счисления числа представляются последовательностью двоичных цифр 0 и 1 точно так же, как числа в знакомой нам десятичной системе представляются цифрами от 0 до 9. Относительная легкость, с которой два состояния (например, высокое и низкое напряжение) могут быть реализованы в электрических и электронных устройствах, что естественным образом привело к тому, что двоичная цифра или бит стала основной единицей хранения и передачи данных в компьютерной системе.

Электротехника обеспечивает основы проектирования цепей, а именно идею о том, что электрические импульсы, поступающие в цепь, можно комбинировать с помощью булевой алгебры для получения произвольных выходных сигналов. (Булева алгебра, разработанная в 19 веке, предоставила формализм для проектирования схемы с двоичными входными значениями нулей и единиц [ложь или истина, соответственно, в терминологии логики], чтобы получить любую желаемую комбинацию нулей и единиц на выходе.) Изобретение транзистора и миниатюризация схем, а также изобретение электронных, магнитных и оптических носителей для хранения и передачи информации стали результатом достижений электротехники и физики.

Информационные системы управления, первоначально называвшиеся системами обработки данных, предоставили ранние идеи, на основе которых развились различные концепции информатики, такие как сортировка, поиск, базы данных, поиск информации и графические пользовательские интерфейсы. В крупных корпорациях размещались компьютеры, на которых хранилась информация, необходимая для ведения бизнеса: начисление заработной платы, бухгалтерский учет, управление запасами, контроль производства, отгрузка и получение.

Теоретическая работа над вычислительностью, начавшаяся в 1930-х годах, обеспечила необходимое распространение этих достижений на проектирование целых машин; важной вехой стала спецификация машины Тьюринга (теоретическая вычислительная модель, которая выполняет инструкции, представленные в виде последовательности нулей и единиц) в 1936 году британским математиком Аланом Тьюрингом и его доказательство вычислительной мощности модели. Еще одним прорывом стала концепция компьютера с хранимой в памяти программой, которую обычно приписывают американскому математику венгерского происхождения Джону фон Нейману. Это истоки области информатики, которая позже стала известна как архитектура и организация.

В 1950-х годах большинство пользователей компьютеров работали либо в научно-исследовательских лабораториях, либо в крупных корпорациях. Первая группа использовала компьютеры для выполнения сложных математических расчетов (например, траектории ракет), в то время как вторая группа использовала компьютеры для управления большими объемами корпоративных данных (например, платежных ведомостей и запасов).Обе группы быстро поняли, что писать программы на машинном языке нулей и единиц непрактично и ненадежно. Это открытие привело к разработке языка ассемблера в начале 1950-х годов, который позволяет программистам использовать символы для инструкций (например, ADD для сложения) и переменных (например, X). Другая программа, известная как ассемблер, переводила эти символические программы в эквивалентную двоичную программу, шаги которой компьютер мог выполнять или «выполнять».

Другие элементы системного программного обеспечения, известные как связывающие загрузчики, были разработаны для объединения фрагментов собранного кода и загрузки их в память компьютера, где они могли выполняться. Концепция связывания отдельных фрагментов кода была важна, поскольку позволяла повторно использовать «библиотеки» программ для выполнения общих задач. Это был первый шаг в развитии области компьютерных наук, называемой разработкой программного обеспечения.

Позже, в 1950-х годах, язык ассемблера оказался настолько громоздким, что разработка языков высокого уровня (более близких к естественным языкам) стала поддерживать более простое и быстрое программирование. FORTRAN стал основным языком высокого уровня для научного программирования, а COBOL стал основным языком для бизнес-программирования. Эти языки несли с собой потребность в другом программном обеспечении, называемом компилятором, которое переводит программы на языке высокого уровня в машинный код. По мере того, как языки программирования становились все более мощными и абстрактными, создание компиляторов, создающих высококачественный машинный код и эффективных с точки зрения скорости выполнения и использования памяти, стало сложной задачей в области информатики. Разработка и реализация языков высокого уровня лежит в основе области компьютерных наук, называемой языками программирования.

Расширение использования компьютеров в начале 1960-х послужило толчком к разработке первых операционных систем, которые состояли из системно-резидентного программного обеспечения, которое автоматически обрабатывало ввод и вывод, а также выполняло программы, называемые «заданиями». Потребность в более совершенных вычислительных методах привела к возрождению интереса к численным методам и их анализу, и эта деятельность распространилась настолько широко, что стала известна как вычислительная наука.

В 1970-х и 80-х годах появились мощные компьютерные графические устройства, как для научного моделирования, так и для других видов визуальной деятельности. (Компьютерные графические устройства были представлены в начале 1950-х годов с отображением грубых изображений на бумажных графиках и экранах электронно-лучевых трубок [ЭЛТ].) Дорогое оборудование и ограниченная доступность программного обеспечения не позволяли этой области расти до начала 1980-х годов, когда компьютерная память, необходимая для растровой графики (в которой изображение состоит из маленьких прямоугольных пикселей), стала более доступной. Технология растровых изображений вместе с экранами с высоким разрешением и разработкой графических стандартов, которые делают программное обеспечение менее зависимым от машин, привели к взрывному росту этой области. Поддержка всех этих видов деятельности превратилась в область информатики, известную как графика и визуальные вычисления.

С этой областью тесно связано проектирование и анализ систем, которые напрямую взаимодействуют с пользователями, выполняющими различные вычислительные задачи. Эти системы получили широкое распространение в 1980-х и 90-х годах, когда линейное взаимодействие с пользователями было заменено графическими пользовательскими интерфейсами (GUI). Дизайн графического пользовательского интерфейса, который впервые был разработан Xerox, а затем был подхвачен Apple (Macintosh) и, наконец, Microsoft (Windows), важен, поскольку он представляет собой то, что люди видят и делают, взаимодействуя с вычислительным устройством. Разработка подходящих пользовательских интерфейсов для всех типов пользователей превратилась в область информатики, известную как взаимодействие человека с компьютером (HCI).

Xerox Alto был первым компьютером, в котором для управления системой использовались графические значки и мышь — первый графический интерфейс пользователя (GUI).

Область компьютерной архитектуры и организации также претерпела значительные изменения с тех пор, как в 1950-х годах были разработаны первые компьютеры с хранимой в памяти программой. В 1960-х годах появились так называемые системы с разделением времени, позволяющие нескольким пользователям одновременно запускать программы с разных терминалов, жестко подключенных к компьютеру. В 1970-е годы были разработаны первые глобальные компьютерные сети (WAN) и протоколы для передачи информации на высоких скоростях между компьютерами, разделенными большими расстояниями. По мере развития этих видов деятельности они объединились в область компьютерных наук, называемую сетями и коммуникациями. Крупным достижением в этой области стало развитие Интернета.

Идея о том, что инструкции и данные могут храниться в памяти компьютера, имела решающее значение для фундаментальных открытий, касающихся теоретического поведения алгоритмов. То есть такие вопросы, как «Что можно/нельзя вычислить?» были официально рассмотрены с использованием этих абстрактных идей.Эти открытия положили начало области информатики, известной как алгоритмы и сложность. Ключевой частью этой области является изучение и применение структур данных, подходящих для различных приложений. Структуры данных, наряду с разработкой оптимальных алгоритмов для вставки, удаления и поиска данных в таких структурах, являются серьезной проблемой для ученых-компьютерщиков, поскольку они так интенсивно используются в компьютерном программном обеспечении, особенно в компиляторах, операционных системах, файловых системах и т. д. и поисковые системы.

В 1960-х годах изобретение накопителей на магнитных дисках обеспечило быстрый доступ к данным, расположенным в произвольном месте на диске. Это изобретение привело не только к более продуманным файловым системам, но и к развитию баз данных и систем поиска информации, которые позже стали необходимы для хранения, поиска и передачи больших объемов и разнообразных данных через Интернет. Эта область информатики известна как управление информацией.

Еще одной долгосрочной целью исследований в области компьютерных наук является создание вычислительных машин и роботизированных устройств, способных выполнять задачи, которые обычно считаются требующими человеческого интеллекта. К таким задачам относятся движение, зрение, слух, речь, понимание естественного языка, мышление и даже проявление человеческих эмоций. Область информатики интеллектуальных систем, первоначально известная как искусственный интеллект (ИИ), на самом деле возникла еще до появления первых электронных компьютеров в 1940-х годах, хотя термин искусственный интеллект появился только в 1956 году.

Три достижения в области вычислительной техники в начале 21 века — мобильные вычисления, клиент-серверные вычисления и взлом компьютеров – способствовали появлению трех новых областей компьютерных наук: разработка на основе платформ, параллельные и распределенные вычисления, и обеспечение безопасности и информации. Платформенная разработка — это изучение особых потребностей мобильных устройств, их операционных систем и их приложений. Параллельные и распределенные вычисления касаются разработки архитектур и языков программирования, которые поддерживают разработку алгоритмов, компоненты которых могут работать одновременно и асинхронно (а не последовательно), чтобы лучше использовать время и пространство. Безопасность и обеспечение информации связаны с проектированием вычислительных систем и программного обеспечения, которые защищают целостность и безопасность данных, а также конфиденциальность лиц, для которых эти данные характерны.

Наконец, особую озабоченность компьютерных наук на протяжении всей их истории вызывает уникальное общественное влияние, которое сопровождает исследования в области компьютерных наук и технологические достижения. Например, с появлением Интернета в 1980-х разработчикам программного обеспечения необходимо было решить важные вопросы, связанные с информационной безопасностью, личной конфиденциальностью и надежностью системы. Кроме того, вопрос о том, является ли программное обеспечение интеллектуальной собственностью, и связанный с ним вопрос «Кому оно принадлежит?» породила совершенно новую правовую область лицензирования и стандартов лицензирования, которые применялись к программному обеспечению и связанным с ним артефактам. Эти и другие проблемы составляют основу социальных и профессиональных проблем информатики, и они появляются почти во всех других областях, указанных выше.

Подводя итог, можно сказать, что дисциплина компьютерных наук превратилась в следующие 15 отдельных областей:

Наши редакторы рассмотрят то, что вы отправили, и решат, нужно ли пересматривать статью.

система управления, средство, с помощью которого переменная величина или набор переменных величин приводится в соответствие с предписанной нормой. Он либо поддерживает значения контролируемых величин постоянными, либо заставляет их изменяться заданным образом. Система управления может приводиться в действие электричеством, механическими средствами, давлением жидкости (жидкости или газа) или комбинацией средств. Когда в цепи управления задействован компьютер, обычно удобнее управлять всеми системами управления электрически, хотя довольно часто встречаются смешанные схемы.

Разработка систем управления.

Системы управления тесно связаны с концепцией автоматизации (см.), но два основных типа систем управления, упреждающая и обратная связь, имеют классическое происхождение. Ткацкий станок, изобретенный Жозефом Жаккаром из Франции в 1801 году, является ранним примером прямой связи; набор перфокарт запрограммировал узоры, сотканные станком; никакая информация из процесса не использовалась для корректировки работы машины.Подобное управление с прямой связью было включено в ряд станков, изобретенных в 19 веке, в которых режущий инструмент повторял форму модели.

Контроль с обратной связью, в котором информация о процессе используется для корректировки работы машины, имеет еще более древнюю историю. Римские инженеры поддерживали уровень воды в своей системе акведуков с помощью плавучих клапанов, которые открывались и закрывались на соответствующем уровне. Голландская ветряная мельница 17 века удерживалась лицом к ветру благодаря действию вспомогательной лопасти, которая двигала всю верхнюю часть мельницы. Самый известный пример промышленной революции — шаровой регулятор Джеймса Уатта 1769 года, устройство, которое регулировало подачу пара к паровому двигателю, чтобы поддерживать постоянную скорость двигателя, несмотря на изменение нагрузки.

Первый теоретический анализ системы управления, который представил модель дифференциального уравнения регулятора Ватта, был опубликован Джеймсом Клерком Максвеллом, шотландским физиком, в 19 веке. Работа Максвелла была вскоре обобщена, и теория управления была развита благодаря ряду вкладов, в том числе известному исследованию системы автоматического управления линкором США «Нью-Мексико», опубликованному в 1922 году. усилителей и общей теории сервомеханизмов, согласно которой небольшое количество энергии управляет очень большим количеством и производит автоматические корректировки. Затем последовали пневматический контроллер, лежавший в основе разработки первых автоматизированных систем в химической и нефтяной промышленности, и аналоговый компьютер. Все эти разработки легли в основу разработки теории систем управления и приложений во время Второй мировой войны, таких как зенитные батареи и системы управления огнем.

Большинство теоретических исследований, а также практических систем до Второй мировой войны были одноконтурными, т. е. они включали просто обратную связь из одной точки и коррекцию из одной точки. В 1950-х годах был изучен потенциал многоконтурных систем. В этих системах обратная связь может быть инициирована более чем в одной точке процесса, а исправления внесены более чем в одну точку. Внедрение аналогового и цифрового вычислительного оборудования открыло путь к значительному усложнению теории автоматического управления, прогрессу с тех пор, как его стали называть «современным управлением», чтобы отличить его от более старого, более простого, «классического управления».

Основные принципы.

За немногими и относительно незначительными исключениями все современные системы управления имеют две общие основные характеристики. Их можно описать следующим образом: (1) Значение регулируемой величины изменяется двигателем (это слово используется в обобщенном смысле), который черпает свою мощность из местного источника, а не из входящего сигнала. Таким образом, имеется большое количество энергии для осуществления необходимых изменений регулируемой величины и для того, чтобы операции по изменению регулируемой величины не нагружали и не искажали сигналы, от которых зависит точность управления. (2) Скорость, с которой энергия подводится к двигателю для изменения значения регулируемой величины, определяется более или менее непосредственно некоторой функцией разности между фактическим и желаемым значениями регулируемой величины. Так, например, в случае термостатической системы отопления подача топлива в топку определяется тем, выше или ниже действующая температура желаемой температуры. Система управления, обладающая этими основными характеристиками, называется системой управления с обратной связью или сервомеханизмом (см. рисунок). Системы управления без обратной связи — это системы с прямой связью.

Стабильность системы управления в значительной степени определяется ее реакцией на внезапно приложенный сигнал или переходный процесс. Если такой сигнал заставляет систему выполнять чрезмерную коррекцию, может возникнуть явление, называемое охотой, при котором система сначала выполняет чрезмерную коррекцию в одном направлении, а затем - в противоположном направлении. Поскольку охота нежелательна, обычно принимаются меры для ее исправления. Наиболее распространенной корректирующей мерой является добавление демпфирования где-то в системе. Демпфирование замедляет реакцию системы и позволяет избежать чрезмерных выбросов или чрезмерных исправлений. Демпфирование может быть в форме электрического сопротивления в электронной цепи, применения тормоза в механической цепи или проталкивания масла через небольшое отверстие, как при демпфировании амортизатора.

Еще один метод определения стабильности системы управления — определение ее частотной характеристики, т. е. ее реакции на постоянно меняющийся входной сигнал на различных частотах. Затем выходной сигнал системы управления сравнивается с входным по амплитуде и фазе, т. е. степень расхождения входного и выходного сигналов.Частотная характеристика может быть либо определена экспериментально, особенно в электрических системах, либо рассчитана математически, если известны константы системы. Математические расчеты особенно полезны для систем, которые можно описать обыкновенными линейными дифференциальными уравнениями. Графические ярлыки также очень помогают в изучении реакции системы.

При разработке усовершенствованных систем управления используется несколько других методов. Адаптивное управление — это способность системы изменять свою собственную работу для достижения наилучшего возможного режима работы. Общее определение адаптивного управления подразумевает, что адаптивная система должна быть способна выполнять следующие функции: предоставлять непрерывную информацию о текущем состоянии системы или идентифицировать процесс; сравнение текущей производительности системы с желаемой или оптимальной производительностью и принятие решения об изменении системы для достижения заданной оптимальной производительности; и инициирование надлежащей модификации, чтобы привести систему управления в оптимальное состояние. Эти три принципа — идентификация, решение и модификация — присущи любой адаптивной системе.

Динамически-оптимизирующее управление требует, чтобы система управления работала таким образом, чтобы удовлетворялся определенный критерий производительности. Этот критерий обычно формулируется таким образом, что управляемая система должна перейти из исходного положения в новое за минимально возможное время или с минимальными общими затратами.

Управление обучением подразумевает, что система управления обладает достаточными вычислительными возможностями, чтобы она могла разрабатывать представления математической модели управляемой системы и могла модифицировать свою собственную операцию, чтобы использовать преимущества этих новых знаний. Таким образом, система управления обучением является дальнейшим развитием адаптивного контроллера.

Многопараметрическое невзаимодействующее управление включает большие системы, в которых размер внутренних переменных зависит от значений других связанных переменных процесса. Таким образом, одноконтурных методов классической теории управления будет недостаточно. Для разработки соответствующих систем управления такими процессами необходимо использовать более сложные методы.

Читайте также: