Основные направления использования компьютерной техники

Инженерные и научные расчеты. В любом виде инженерной деятель­ности, а тем более при проведении научных исследований и разработок часто возникает необходимость в проведении достаточно сложных рас­четов. Иногда адекватная математическая модель процесса или явления описывается сложной системой дифференциальных или интегральных уравнений; для их решения прибегают к численным методам с примене­нием специальных алгоритмов. При их разработке используют алгоритми­ческие языки высокого уровня типа FORTRAN, Pascal, C++, что требует немалых затрат и высокой квалификации разработчика. В последнее время, однако, появились специализированные математические пакеты, позволяющие решать очень многие задачи в короткие сроки, не обраща­ясь за помощью к специалистам по численным методам. Интерфейс этих программ прост и интуитивно понятен. Например, в пакете MathCAD пользователь просто записывает формулы и уравнения, выбирая шаблоны из меню, а затем дает команду обсчитать формулу или найти решение дифференциального или алгебраического уравнения, после чего можно построить график полученной зависимости.

Компьютеры в эксперименте. Современные экспериментальные разработки характеризуются большим количеством одновременно из­меряемых параметров, что делает актуальным использование компью­тера для управления ходом эксперимента, регистрации и обработки результатов измерений и представления полученных данных в удобном для экспериментатора виде. Поэтому многие измерительные приборы (осциллографы, синтезаторы, частотные анализаторы, спектрометры и др.) производятся сейчас в комплекте со специальными интерфейсами для стыковки с компьютером.

Автоматизация производственных процессов осуществляется прежде всего на базе станков с числовым программным управлением (ЧПУ); по заданной программе они производят точную обработку деталей, применяя самые различные инструменты (резцы, сверла и т.д.). Компьютеры ис­пользуют также для непрерывного слежения за ходом технологических процессов в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях. Результаты измерения различных параметров (давление, температура,

концентрация компонентов) обрабатываются программой, которая вклю­чает в автоматическом режиме соответствующие механизмы управления (клапаны, нагревательные элементы, двигатели). Такие средства давно используются в химической, пищевой, нефтяной промышленности, в атомной энергетике - всюду, где сам технологический процесс требует быстрой и адекватной реакции на любые колебания критических пара­метров производства.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) позволяют с минимальными усилиями получать профессионально выполненные чертежи. Эти программы предлагают мощные средства оформления, включая трехмерное проектирование, автоматическую простановку раз­меров, составление спецификации по сборочному чертежу, проведение разнообразных расчетов. Высокая точность вычерчивания и совмещения деталей позволяет избежать многих ошибок при деталировке сборочных чертежей. Системы компьютерной трехмерной анимации позволяют мо­делировать работу устройства и взаимодействия его узлов.

Бухгалтерские программы предлагают компьютерный аналог тра­диционной бумажной технологии - обработку первичных документов, заполнение журналов с указанием кодов операций и других данных. Программы помогут составить общий баланс, отчеты для налоговых служб, распечатать платежные документы по установленным формам, произвести все необходимые начисления, предписанные нормативными документами, рассчитать зарплату, вести учет основных средств и т.д.

Банковские системы представляют собой специализированные базы данных, к которым возможен одновременный доступ очень большого количества пользователей. Эти системы должны быть очень устойчи­выми, иметь высокую производительность и работать в режиме реаль­ного времени, чтобы состояние всех банковских ресурсов корректно отражалось на рабочих местах менеджеров и операторов. Поскольку банки имеют отделения в разных городах, необходима надежная связь, осуществляемая по телекоммуникационным каналам. Особое внимание в банковских системах уделяется сохранности данных и их защите от несанкционированного доступа.

Системы электронной коммерции (e-commerce) - приложения сете­вых информационных технологий, в задачу которых входят поддержка бизнес-процессов и предложение товаров и услуг. Рождение e-commerce относят к 1993 г., когда в результате существенного снижения стоимости и повышения производительности аппаратных и программных средств началось массовое использование сети Internet фирмами розничной торговли.

Геодезия и картография. Компьютеры давно используют для об­работки результатов аэрофотосъемки и геодезических измерений при составления карт, а также при их использовании в самых различных це­лях. Компьютерные карты, по сути, являются графическими векторными базами данных, снабженными текстовой информацией. Пользователь может произвольно изменять масштаб карты и пользоваться дополнитель­ной информацией, содержащейся в базе. Такие программные продукты называются геоинформационными системами (ГИС). Они широко при­меняются в сельском хозяйстве, при строительстве дорог, в нефтяной и газовой промышленности, геологической разведке, военном деле.

Системы навигации. Задача точного определения координат объекта возникает во многих ситуациях. Это нужно геологам в тайге, морякам, полярникам, путешественникам, летчикам, военным. Обычно для этого применяется компас и карта, в море — секстант. Однако не всегда по карте можно точно осуществить привязку к местности (особенно ночью), а точность ориентировки по звездам не очень высока (а днем вообще не­возможна). Развитие космической и компьютерной техники позволило создать гораздо более надежные системы навигации. Они опираются на сеть спутников, находящихся на геоцентрических орбитах (на высоте около 200 км от поверхности Земли). Спутники оснащены синхронизи­рованными атомными часами высокой точности (с относительной неста­бильностью порядка 10~¹⁴), а их координаты всегда известны. Из одной точки на поверхности Земли можно одновременно видеть несколько спут­ников. Специальный приемник, подключенный к компьютеру, принимает радиосигналы от них и по времени относительной задержки определяет с высокой точностью свои координаты, привязанные к географической сетке. Одной из распространенных систем такого рода является комплекс GPS (General Position System). Для надежной работы приемник должен одновременно «видеть» не менее трех спутников; типичная точность определения координат составляет около 30 м. Более мощные комплекты GPS-систем используют, помимо спутников, наземные реперные станции и обеспечивают точность позиционирования порядка 10 см и менее.

Компьютер в архитектуре. Применение компьютеров позволяет автоматизировать процесс подготовки чертежей, упростить и автомати­зировать рутинную работу по составлению поэтажных планов здания с указанием коммуникационных разводок. Программы позволяют про­ектировать как коттеджи, так и целые микрорайоны и города. Трехмерные изображения внешнего и внутреннего вида объекта могут рассматривать­ся из любой точки пространства как внутри, так и снаружи здания, под любым желаемым углом зрения с расчетом освещения. Программа может подготовить небольшой компьютерный видеофильм, показывающий еще не существующее здание с различных сторон, с различных расстояний и в движении. Применение технологии виртуальной реальности позво­ляет устроить «экскурсию» по зданию. Для дизайнерской проработки предоставляется возможность практически мгновенно менять варианты окраски наружных стен и применяемых отделочных материалов.

Хранение информации. Любой организации приходится работать с большим объемом документов - входящих, исходящих, внутренних и т.д. В процессе работы эти документы обрастают подписями, резолюциями, печатями и прочими атрибутами. Хранятся они обычно в папках, и поиск нужной бумаги иногда занимает очень много времени. Для облегчения этого процесса разработаны специализированные аппаратно-программ­ные комплексы, называемые DIP-системами (Document Image Processing Systems). Документы вводятся в базу данных в графическом виде, что

позволяет сохранить рукописные пометки. Графический образ сопро­вождается текстовым материалом, полученным путем обработки изо­бражения системой распознавания текста и дополненным необходимыми комментариями, содержащими дату и номер документа, ключевые слова и другие сведения. Поиск ведется по одному или нескольким ключам. Найденный документ можно распечатать на принтере, послать по факсу либо найти его оригинал, используя ссылку на каталог.

Электронная почта (e-mail) - средство пересылки и хранения сообще­ний между пользователями компьютерной сети. По принципу действия напоминает обычную почту. С помощью e-mail можно посылать сообще­ния, получать их в свой электронный почтовый ящик, отвечать на письма корреспондентов, рассылать копии писем сразу нескольким адресатам, переправлять полученное письмо по другому адресу. Электронная по­чта не требует одновременного присутствия обоих абонентов на разных концах линии. Кроме того, она оставляет письменную копию послания, которое может быть сохранено или передано дальше. Письмо одновре­менно может быть послано нескольким абонентам.

При пользовании e-mail из-за ее оперативности складывается впечат­ление телефонной связи, но следует осознавать, что это все же почта. Все сообщения документированы. E-mail не обладает приватностью обычной почты, не следует доверять электронному письму конфиденциальных сведений. Анонимность также исключена: источник сообщения про­слеживается без труда.

Обучающие программы предназначены в основном для школьников и студентов вузов; их можно использовать как интерактивное учебное по­собие. В них, как правило, имеются учебные тексты, иллюстрации, муль­тимедийные фрагменты (звук, видео, анимация). Это позволяет наглядно демонстрировать различные объекты и явления (например, броуновское движение молекул или строение живых организмов). Можно также «увидеть» различные абстрактные структуры, масштабировать явления во времени и пространстве и т.д. Обучающие программы выпускаются по всем направлениям знаний: медицина, физика, математика, история, иностранные языки, право, дорожное движение, ремонт квартир и т.д.; обычно они также содержат задачи и упражнения для самостоятельной работы. Есть и специальные программы для преподавателей (например, помогающие подготовить и провести экзамен).

Подготовка военных специалистов в настоящее время также невоз­можна без компьютеров. Широко известны компьютерные тренажеры для подготовки летчиков, водителей боевых машин, операторов ракетных пусковых установок и т.д. Использование систем виртуальной реальности позволяет максимально приблизить занятия в аудитории к натурным тре­нировкам. Компьютерная техника выводит на новый уровень и разработку новых систем вооружения. В условиях современного боя (наземного, воздушного, морского) необходимо быстро определять местоположение целей, их характер, тип, оптимальные средства поражения, производить наводку оружия и давать команду на исполнение. ГИС, совмещенная с навигационными системами, позволяет пилоту самолета или водителю мобильного наземного средства точно определять свое положение с при­вязкой к карте, изображенной на экране компьютера.

Современная медицина требует систематического накопления и использования очень больших объемов данных; они необходимы как врачам, так и прочему персоналу (медсестрам, операторам специального оборудования и др.). Справочная литература порой труднодоступна и объемна; компьютерные технологии позволяют облегчить и ускорить поиск необходимой информации. Медицинские учреждения всегда вели учет пациентов; функции традиционной «регистратуры» теперь вполне могут выполнять локальные компьютерные базы данных. В них могут храниться истории болезней, результаты анализов, электрокардиограммы, рентгенограммы и прочая информация; лечащий врач может получить к ней доступ в любой момент без участия посторонних лиц.

В распоряжении врачей сейчас имеется самое разнообразное обору­дование, подключаемое к компьютерам, что позволяет видеть больного буквально «насквозь». Томография, ультразвуковая интроскопия, рентге­носкопия, ангиография, электрокардиография, электроэнцефалография, реография сейчас уже полностью компьютеризированы.

Подготовка презентаций. При анализе различных показателей рабо­ты предприятия (динамика суммарного денежного оборота, оборот по различным торговым точкам, клиентам, видам продукции, рынок и т.д.) очень удобно представлять данныенаглядно в виде графиков, круговых, столбчатых и объемных диаграмм. Эти иллюстрации можно включать в отчеты, показывать перед аудиторией и т.п. Компьютер позволяет бы­стро и эффективно подготовить такого рода материал.

Создание и редактирование графических изобраэюении может по­требоваться при оформлении печатных изданий, писем, рекламы, при ретушировании фотографий и т.д. Самые простые графические редакторы позволяют создавать рисунки двухмерных объектов, используя кисти разного цвета и толщины, закрашивать поверхности в различные цвета, применяя плавные переходы, наносить текст на рисунок, имитировать такие художественные средства, как пульверизатор, перо переменной толщины и т.п. Более сложные редакторы имеют в арсенале множество специальных эффектов и позволяют работать с изображениями различных форматов, отсканированными рисунками и фотографиями. Существуют огромные библиотеки стандартных изображений и заготовок, с помощью которых при должном навыке можно довольно быстро подготовить лю­бую нужную иллюстрацию.

Индивидуальные органайзеры позволяют рационально построить свой рабочий день; это некое подобие телефонной книжки, ежедневника и будильника, собранных вместе.

Компьютерные игры, число которых растет в геометрической прогрес­сии, предназначены для отдыха, развлечения, а также могут выполнять познавательно-образовательные функции. Для детей выпускаются пре­красно иллюстрированные сказки, герои которых «оживают», когда их касается курсор. С помощью компьютера можно отправится в экскурсию по Лувру, познакомиться с шедеврами русского деревянного зодчества, принять участие в средневековом турнире; такие занятия могут быть гораздо увлекательнее, чем привычный для многих просмотр вечерних телепрограмм.

Контрольные вопросы и задания

1. Раскройте содержание понятия «информация».

2. Перечислите формы и виды информации,

3. Каковы важнейшие свойства информации?

4. Что такое система счисления?

5. В чем состоит главное отличие позиционных от непозиционных систем счисления?

6. Как можно представить записьпроизвольного числа в системе счисления с основанием р?

7. Какие преимущества дает двоичная система счисления при представлении чисел в ЭВМ?

8. Что означает понятие «двоичное кодирование»? Приведите примеры.

9. Что такое бити байт?

10. Перечислите наиболее распространенные единицы измерения информации. В каких случаях они используются?

11. Что представляют собой информационные системы? Перечислите функцио­нальные подсистемы ИС.

12. Опишите обеспечивающие подсистемы ИС.

13. Охарактеризуйте основные информационные процедуры.

14. В каких областях современной жизни и с какой целью используются ком­пьютеры?