Лекции по "Информатике"

Лекция 9. Применения информатики и компьютерной техники 

9.1. Как используются  компьютеры в быту?

В последнее время  компьютеры «проникли» в жилища людей  и постепенно становятся предметами первой необходимости. Есть два основных направления использования компьютеров дома.

1. Обеспечение нормальной жизнедеятельности жилища:
• охранная автоматика, противопожарная автоматика, газоанализаторная автоматика;
• управление освещенностью, расходом электроэнергии, отопительной системой, управление микроклиматом;
• электроплиты, холодильники, стиральные машины со встроенными микропроцессорами.
2. Обеспечение информационных потребностей людей, находящихся в жилище:
• заказы на товары и услуги;
• процессы обучения;
• общение с базами данных и знаний;
• сбор данных о состоянии здоровья;
• обеспечение досуга и развлечений;
• обеспечение справочной информацией;
• электронная почта, телеконференции;
• Интернет.

9.2. Что такое  системы автоматизированного проектирования (САПР)?

Системы автоматизированного  проектирования (САПР) предназначены для выполнения проектных работ с применением математических методов и компьютерной техники.

Системы САПР широко используются в архитектуре, электронике, энергетике, механике и др. В процессе автоматизированного  проектирования в качестве входной  информации используются технические  знания специалистов, которые вводят проектные требования, уточняют результаты, проверяют полученную конструкцию, изменяют ее и т.д. Кроме того, в САПР накапливается  информация, поступающая из библиотек  стандартов (данные о типовых элементах  конструкций, их размерах, стоимости и др.). В процессе проектирования разработчик вызывает определенные программы и выполняет их. Из САПР информация выдается в виде готовых комплектов законченной технической и проектной документации.

 

9.3. Что такое  автоматизированные системы научных исследований (АСНИ)?

Автоматизированные  системы научных исследований (АСНИ) предназначены для автоматизации научных экспериментов, а также для осуществления моделирования исследуемых объектов, явлений и процессов, изучение которых традиционными средствами затруднено или невозможно.

В настоящее время  научные исследования во многих областях знаний проводят большие коллективы ученых, инженеров и конструкторов  с помощью весьма сложного и дорогого оборудования.

Большие затраты ресурсов для проведения исследований обусловили необходимость повышения эффективности всей работы.

Эффективность научных  исследований в значительной степени  связана с уровнем использования  компьютерной техники.

Компьютеры в АСНИ используются в информационно-поисковых  и экспертных системах, а также решают следующие задачи:

• управление экспериментом;
• подготовка отчетов и документации;
• поддержание базы экспериментальных данных и др.

В результате применения АСНИ возникают следующие положительные  моменты:

• в несколько раз сокращается время проведения исследования;
• увеличивается точность и достоверность результатов;
• усиливается контроль за ходом эксперимента;
• сокращается количество участников эксперимента;
• повышается качество и информативность эксперимента за счет увеличения числа контролируемых параметров и более тщательной обработки данных;

результаты экспериментов выводятся оперативно в наиболее удобной форме — графической или символьной (например, значения функции многих переменных выводятся средствами машинной графики в виде так называемых «горных массивов»). На экране одного графического монитора возможно формирование целой системы приборных шкал (вольтметров, амперметров и др.), регистрирующих параметры экспериментального объекта.

 

9.4. Какая взаимосвязь  между АСНИ и САПР?

Каждая из систем АСНИ и САПР, конечно, имеет свою специфику и отличается поставленными целями и методами их достижения. Однако очень часто между обоими типами систем обнаруживается тесная связь, и их роднит не только то, что они реализуются на базе компьютерной техники.

Например, в процессе проектирования может потребоваться выполнение того или иного исследования, и, наоборот, в ходе научного исследования может  возникнуть потребность и в конструировании  нового прибора и в проектировании научного эксперимента.

Такая взаимосвязь приводит к тому, что на самом деле «чистых» АСНИ и САПР не бывает: в каждой из них можно найти общие элементы. С повышением их интеллектуальности они сближаются. В конечном счете и те и другие должны представлять собой экспертную систему, ориентированную на решение задач конкретной области.

9.5. Что такое  базы знаний и экспертные системы?

База знаний (knowledge base) - совокупность знаний, относящихся к некоторой предметной области и формально представленных таким образом, чтобы на их основе можно было осуществлять рассуждения.

Базы знаний чаще всего  используются в контексте экспертных систем, где с их помощью представляются навыки и опыт экспертов, занятых практической деятельностью в соответствующей области (например, в медицине или в математике). Обычно база знаний представляет собой совокупность правил вывода.

Экспертная  система — это комплекс компьютерного программного обеспечения, помогающий человеку принимать обоснованные решения. Экспертные системы используют информацию, полученную заранее от экспертов - людей, которые в какой-либо области являются лучшими специалистами.

Экспертные системы  должны:

 

• хранить знания об определенной предметной области (факты, описания событий и закономерностей);
• уметь общаться с пользователем на ограниченном естественном языке (т.е. задавать вопросы и понимать ответы);
• обладать комплексом логических средств для выведения новых знаний, выявления закономерностей, обнаружения противоречий;
• ставить задачу по запросу, уточнять её постановку и находить решение;
• объяснять пользователю, каким образом получено решение.

Желательно также, чтобы  экспертная система могла:

• сообщать такую информацию, которая повышает доверие пользователя к экспертной системе;
• «рассказывать» о себе, о своей собственной структуре.

Экспертные системы  могут использоваться в различных  областях — медицинской диагностике, при поиске неисправностей, разведке полезных ископаемых, выборе архитектуры компьютерной cистемы и т.д.

9.6. Как используются  компьютеры в административном управлении?

Основные применения компьютеров в административном управлении следующие.

Электронный офис. Это система автоматизации работы учреждения, основанная на использовании компьютерной техники. В нее обычно входят такие компоненты, как:

• текстовые редакторы;
• интегрированные пакеты программ;
• электронные таблицы;
• системы управления базами данных;
• графические редакторы и графические библиотеки (для получения диаграмм, схем, графиков и др.);
• электронные записные книжки;
• электронные календари с расписанием деловых встреч, заседаний и др.;
• электронные картотеки, обеспечивающие каталогизацию и поиск документов (писем, отчетов и др.) с помощью компьютера;
• автоматические телефонные справочники, которые можно листать на экране, установить курсором нужный номер и соединиться.

Более подробно многие из перечисленных компонент описаны в главе 6 «Программное обеспечение».

Автоматизация документооборота с использованием специальных электронных устройств:

• адаптера (лат. adaptare — приспособлять) связи с периферийными устройствами, имеющего выход на телефонную линию;
• сканера (англ. scan — поле зрения) для ввода в компьютер документов — текстов, чертежей, графиков, рисунков, фотографий.

Электронная почта. Это система пересылки сообщений между пользователями вычислительных систем, в которой компьютер берет на себя все функции по хранению и пересылке сообщений. Для осуществления такой пересылки отправитель и получатель не обязательно должны одновременно находиться у дисплеев и не обязательно должны быть подключены к одному компьютеру.

Отправитель сообщения  прежде всего запускает программу  отправки почты и создает файл сообщения. Затем это сообщение  передается в систему пересылки  сообщений, которая отвечает за его  доставку адресатам. Спустя некоторое время сообщение доставляется адресату и помещается в его «почтовый ящик», размещенный на магнитном диске. Затем получатель запускает программу, которая извлекает полученные сообщения, заносит их в архив и т.п.

Система контроля исполнения приказов и распоряжений.

Система телеконференций. Это основанная на использовании компьютерной техники система, позволяющая пользователям, несмотря на их взаимную удаленность в пространстве, а иногда, и во времени, участвовать в совместных мероприятиях, таких, как организация и управление сложными проектами.

Пользователи обеспечиваются терминалами (обычно это дисплеи  и клавиатуры ), подсоединенными  к компьютеру, которые позволяют  им связываться с другими членами  группы. Для передачи информации между участниками совещания используются линии связи.

Работа системы регулируется координатором, в функции которого входит организация работы участников совещания, обеспечение их присутствия на совещании и передача сообщаемой ими информации другим участникам совещания.

В некоторых системах телеконференцсвязи участники имеют  возможность «видеть» друг друга, что  обеспечивается подсоединенными к  системам телевизионными камерами и  дисплеями.

9.7. Какую роль  играют компьютеры в обучении?

Процесс подготовки квалифицированных специалистов длителен и сложен. Обучение в средней школе и затем в вузе занимает почти треть продолжительности жизни человека. К тому же в современном информационном обществе знания очень быстро стареют. Чтобы быть способным выполнять ту или иную профессиональную деятельность, специалисту необходимо непрерывно пополнять своё образование.

В информационном обществе знать "КАК" важнее чем знать "ЧТО".

Поэтому в наше время основная задача среднего и высшего этапов образования состоит не в том, чтобы сообщить как можно больший объем знаний, а в том, чтобы научить эти знания добывать самостоятельно и творчески применять для получения нового знания. Реально это возможно лишь с введением в образовательный процесс средств новых информационных технологий (СНИТ), ориентированных на реализацию целей обучения и воспитания.

Средства новых информационных технологий — это программно-аппаратные средства и устройства, функционирующие  на базе ком-пьютерной техники, а  также современные средства и  системы информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, созданию, накоплению, хранению, обработке и передачи информации.

Рассмотрим основные перспективные направления использования СНИТ в образовании [52, 53].

Автоматизированные обучающие  системы (АОС) — комплексы программно-технических и учебно-методических средств, обеспечивающих активную учебную деятельность. АОС обеспечивают не только обучение конкретным знаниям, но и проверку ответов учащихся, возможность подсказки, занимательность изучаемого материала и др.

АОС представляют собой сложные  человеко-машинные системы, в которых  объединяется в одно целое ряд  дисциплин: дидактика (научно обосновываются цели, содержание, закономерности и принципы обучения); психология (учитываются особенности характера и душевный склад обучаемого); моделирование, машинная графика и др.

Основное средство взаимодействия обучаемого с АОС — диалог. Диалогом с обучающей системой может управлять как сам обучаемый, так и система. В первом случае обучаемый сам определяет режим своей работы с АОС, выбирая способ изучения материала, который соответствует его индивидуальным способностям. Во втором случае методику и способ изучения материала выбирает система, предъявляя обучаемому в соответствии со сценарием кадры учебного материала и вопросы к ним. Свои ответы обучаемый вводит в систему, которая истолковывает для себя их смысл и выдает сообщение о характере ответа. В зависимости от степени правильности ответа, либо от вопросов обучаемого система организует запуск тех или иных путей сценария обучения, выбирая стратегию обучения и приспосабливаясь к уровню знаний обучаемого.

Экспертные обучающие системы (ЭОС). Реализуют обучающие функции и содержат знания из определенной достаточно узкой предметной области. ЭОС располагают возможностями пояснения стратегии и тактики решения задачи изучаемой предметной области и обеспечивают контроль уровня знаний, умений и навыков с диагностикой ошибок по результатам обучения.