Introducere in informatica

INTRODUCERE IN INFORMATICA

Informatica este o disciplina care construieste baza stiintifica pentru mai multe domenii, ca :

- proiectarea si programarea calculatoarelor

- prelucrarea informatiilor

- rezolvarea algoritmica a problemelor

- procesul algoritmic propriu-zis

Prin urmare, nu putem reduce studiul informaticii la deprinderea modului de utilizare a calculatoarelor actuale (eventual a PC-urilor), ci trebuie sa intelegem atat aria de cuprindere, cat si dinamica unui mare numar de domenii inrudite.

a) Studiul algoritmilor

Algoritm = set de pasi prin care se defineste modul in care poate fi dusa la indeplinire o anumita sarcina.

In domeniul calculatoarelor algoritmii sunt reprezentati prin programe.

Aceste programe formeaza software-ul, spre deosebire de calculatoarelor propriu-zise care poarta numele de hardware.

Pentru ca un calculator sa poata duce la indeplinire o anumita sarcina, trebuie [ca mai intai] sa se descopere si sa se reprezinte sub forma de program un algoritm pentru efectuarea sarcinii respective.

Algoritmii ocupa un rol central in informatica. Principalul obiectiv al acestor eforturi era descoperirea unui set mic de instructiuni care sa descrie modul de rezolvare a oricarei probleme dintr-o anumita categorie.

Unul dintre cele mai cunoscute rezultate obtinute in acest domeniu este algoritmul lui Euclid (descoperit in antichitate de matematicianul precizat).

Determinarea celui mai mare divizor comun a 2 numere intregi pozitive.

Descriere: Algoritmul primeste ca intrare 2 numere intregi pozitive si calculeaza cel mai mare divizor comun al celor 2 numere.

Procedura

Pasul 1 Se noteaza cu M cea mai mare valoare si cu N cea mai mica valoare de intrare.

Pasul 2 Se imparte M la N si se noteaza cu R restul impartirii.

Pasul 3 Daca R , se atribuie lui M valoarea N si lui N valoare R, apoi se revine la pasul 2: cel mai mare divizor comun al celor 2 numere este valoarea notata cu N.

Dupa descoperirea algoritmului (in cazul nostru al lui Euclid), intr-un fel, putem spune ca toate informatiile necesare pentru efectuarea [activitatii] operatiei respective sunt incluse intr-o forma codificata in algoritm.

Dezvoltarea algoritmilor este o preocupare majora in domeniul efectuarii calculelor si principalele probleme legate de aceasta actiune sunt :

Descoperirea unui algoritm care sa rezolve o problema (gasisirea solutiei pentru o problema). Pentru anumite domenii (ex. contabilitate), algoritmii se gasesc exprimati in legi si metodologii (norme) specifice.

Reprezentarea algoritmului intr-o forma in care poate fi comunicata unei masini sau altor oameni. Adica scrierea unui algoritm trebuie transcris din forma conceptuala intr-un set clar de instructiuni lipsit de ambiguitate. Exista o multime de variante de scheme de reprezentare a algoritmilor numite limbaje de programare.

In prezent, in acest domeniu s-au realizat sisteme automate de organizare si planificare care permit si nespecialistilor sa dezvolte, fara ajutor din afara, sistemele de care au nevoie. Exprimarea curenta a acestei activitati este ingineria software.

Scopul acestor prelegeri nu este prezentarea in detaliu a modului in care arhitectura calculatoarelor este implementata prin intermediul circuitelor electronice (este vorba de un alt domeniu electronic).

Ar fi de dorit ca arhitectura calculatoarelor sa reflecte numai cunostintele legate de procesele algoritmice si sa nu fie limitata de tehnica.

Arhitectura calculatoarelor poate fi studiata si in alt context decat acela al stocarii si regasirii datelor. In acest domeniu, caracteristicile interne ale calculatorului se reflecta adesea in caracteristicile externe. Proiectarea sistemele de calcul este strans legata de interfata lor cu lumea exterioara. De exemplu, se pune problema modului in care algoritmul poate fi furnizat calculatorului si a modului de precizare in care algoritm sa fie executat.

In contextul in care calculatorul indeplineste diferite sarcini, trebuie rezolvate multe probleme legate de coordonarea activitatilor si alocarea resurselor .

b) Dezvoltarea masinilor algoritmice

Unul din primele dispozitive de calcul utilizate de oameni a fost abacul. Prezenta lui a fost atestata in civilizatiile antice (greaca si romana), el fiind folosit si astazi. Bilele pozitionate pe sarme in cadrul abacului semnifica anumite valori.

Abacul reprezinta si stocheaza valori prin pozitia bilelor asezate de operatorul uman (intrarile) care, de asemenea, observa pozitiile finale ocupate de bile, ceea ce reprezinta rezultatul (iesirile). Deci abacul este o masina de stocare a datelor si devine o masina algoritmica numai impreuna cu omul care-l utilizeaza.

Proiectarea masinilor de calcul s-a bazat intr-o vreme pe tehnologia rotilor dintate.

Printre inventatorii acestui tip de masini de calcul s-a aflat si Blaise Pascal (1623-1662), Gottfried Leibniz (1646-1716) si Charles Babbage (1792-1871).

Masinile lor reprezentau datele prin pozitionarea unor roti dintate, datele de intrare erau furnizate mecanic prin stabilirea pozitiei particulare a acestor roti.

In cazul masinilor lui Pascal si Leibniz, valorile de iesire erau obtinute prin observarea pozitiei finale a rotilor (similar citirii numerelor pe indicatorul de kilometraj al masinii). La masina lui Babbage rezultatele se tipareau pe hartie, evitand erorile de transcriere.

In ceea ce priveste abilitatea de a urma algoritm putem spune ca:

- masina lui Pascal efectua numai adunari;

- masina lui Leibniz avea algoritmii (operatiile aritmetice) inglobati, dar operatorul trebuia sa-l selecteze pe cel dorit;

- masina lui Babbage era astfel proiectata incat secventa de

pasi trebuia executata sa poata fi comunicata acesteia prin

perforarea intr-un anumit mod a unor cartele de hartie.

Mai tarziu, Herman Hollerith (1860-1929) a folosit ideea reprezentarii informatiilor sub forma unor perforatii in cartele de carton, pentru imbunatatirea procesului de inregistrare in cadrul recensamantului efectuat in 1890 in Statele Unite. Lucrarile sale au stat la baza crearii companiei I B M.

Anul de nastere al informaticii tehnice este 1946 cand a fost creat creat computerul electronic de integrare numerica aritmetica construit cu tuburi electronice si cantarind sute de tone.

John von Neumann a construit in 1951 calculatorul EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), iar in 1949 la Universitatea Cambridge (SUA) a fost realizat EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Computer), primul calculator care dispunea de sistem de operare.

c) Evolutia informaticii

Capacitatea-limita de stocare a datelor, ca si procedurile de programare consumatoare de timp au reprezentat restrictii care au redus complexitatea algoritmilor executati de primele generatii de calculatoare.

Pe masura ce aceste limite au inceput sa fie depasite, sistemele de calcul au inceput sa fie folosite pentru sarcini de mai mare anvergura, din ce in ce mai complexe.

Eforturile s-au indreptat din ce in ce mai mult catre studiul algoritmilor si al procesului de programare.

Aceste eforturi se pot aduna, fara a exagera, in stiinta algoritmilor. Aria de cuprindere a acestei stiinte este foarte larga, incluzand subiecte de matematica, inginerie, psihologie, management, lingvistica etc.

Ceea ce ne propunem sa prezentam in cadrul acestor prelegeri (lectii) sunt :

. ideea centrala a fiecarui domeniu

. directiile curente de cercetare

. tehnicile utilizate in domeniul respectiv.

De exemplu, in domeniul programarii ne vom concentra asupra principiilor de baza ale instrumentelor de programare si asupra evolutiei lor, si nu asupra dezvoltarii abilitatilor de programare.

Pentru a nu pierde din vedere imaginea de ansamblu, vom incerca sa identificam cateva intrebari fundamentale pentru informatica :

1) Ce probleme se pot rezolva prin procesele algoritmice ?

2) Cum se pot descoperi algoritmii ?

3) Cum se pot imbunatati tehnicile de reprezentare si comunicare a algoritmilor ?

4) Cum pot fi aplicate cunostintele dobandite cu privire la algoritmi ( tehnologia in vederea obtinerii unor masini algoritmice imbunatatite ) ?

5) Cum pot fi analizate si comparate caracteristicile diversilor

algoritmi ?

Limite  Executie

Analiza Algoritmi Comunicare

Descoperire Reprezentare

Fig. c. Rolul central detinut de algoritm in informatica

d) Rolul abstractizarii

Pentru sistemele de o complexitate care depaseste capacitatea noastra de intelegere se poate privi sistemul respectiv ca un ansamblu de componente ale caror caracteristici interne pot fi ignorate, ceea ce ne permite sa ne concentram asupra modului in care componentele respective interactioneaza unele cu altele si asupra modului cum sunt utilizate pentru construirea unor componente de nivel mai inalt.

Aceasta distinctie care se face intre proprietatile externe ale unei componente si detaliile interne care tin de constructia componentei respective poarta numele de abstractizare.

In orice progres obtinut, o mica parte a societatii noastre se specializeaza in implementarea lui, ceilalti folosesc rezultatul ca pe un instrument abstract, deci o unealta a carei implementare interna nu suntem obligati sa o intelegem.

e) Implicatii etice, sociale si juridice

Informatica estompeaza multe distinctii are serveau in trecut ca reguli pe care oamenii isi intemeiau deciziile si pune sub semnul intrebarii o parte din principiile care stau la baza societatii, ca de exemplu :

Care este diferenta intre un comportament inteligent si

inteligenta propriu-zisa ?

- In ce conditii putem vorbi despre existenta vietii ?

- Care este diferenta intre plante si animale ?

Informatica genereaza asemenea intrebari, punand in discutie principiile si bazele pe care este construita cunoasterea noastra.

In context juridic, se pune intrebarea in ce masura cineva poate detine in proprietate un produs software si care sunt drepturile si obligatiile care decurg din aceasta proprietate.

In domeniul eticii, suntem confruntati cu numeroase optiuni care pun la indoiala principiile uzuale de comportament.

In context politic, apare intrebarea daca si in ce masura tehnologia calculatoarelor si aplicatiile acesteia trebuie controlate de stat.

Rezolvarea acestor probleme necesita existenta unor cunostinte organizate sub forma metodelor, tehnicilor, normelor pentru fiecare stiinta sau tehnologie pusa in discutie.

Pentru a putea sa luam decizii logice cu privire la depozitarea deseurilor radioactive, trebuie sa intelegem care sunt efectele radiatiilor, care sunt masurile de protectie care trebuie luate si sa putem evalua durata de risc.

Pentru a acorda sau nu guvernelor sau companiilor dreptul de a construi baze de date referitoare la cetateni sau clienti, membrii societati trebuie sa inteleaga care sunt posibilitatile, limitele si implicatiile tehnologiei bazelor de date.

Ceea ce va fi prezentat in cursul pe care-l propunem va furnizeaza aceste cunostinte elementare in domeniul a ceea ce numim i n f o r m a t i c a.

Cu toate acestea, stiinta nu reuseste intotdeauna sa raspunda clar si hotarat tuturor problemelor sociale care-i sunt ridicate. Nu intotdeauna exista un singur raspuns corect; de multe ori asa-zisele solutii sunt in fapt compromisuri intre mai multe puncte de vedere.

Este nevoie de capacitatea de a asculta si de a intelege si alte puncte de vedere, de a purta discutii rationale si de a-ti schimba opiniile in functie de datele obtinute in urma dialogului.

Pentru a incuraja un astfel de comportament, fiecare capitol al cursului se va finaliza cu un set de intrebari si teste pe care le consideram, mai ales in contextul profesiunii pe care ati ales-o, la fel de importante ca si aspectele teoretice propuse spre dezbatere.