Кушниренко А. Г., Лебедев Г. В., Сворень Р. А.
ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
*** 1990 ***
От нас: 500 радиоспектаклей (и учебники)
на SD‑карте 64(128)GB — ГДЕ?..
Baшa помощь проекту:
занести копеечку — КУДА?..
|
УПРАЖНЕНИЯ 1. Парашютист прыгнул с самолета, летящего со скоростью 180 км/ч на высоте 1300 м, и раскрыл парашют на высоте 600 м. Сопротивление воздуха пропорционально квадрату скорости. Составьте алгоритм, который определяет время падения парашютиста до момента открытия парашюта. 2. В условиях упражнения 1 парашютист на высоте 1000 м группируется и коэффициент сопротивления уменьшается с 0.004 до 0.003. Составьте алгоритм, который вычисляет время падения парашютиста до момента открытия парашюта. 3. Составьте алгоритм, аналогичный алгоритму "падение", для расчета колебаний груза на пружинке (ускорение пропорционально величине отклонения от положения равновесия). 4. Шарик подвесили к пружине от школьного динамометра, оттянули вниз от положения равновесия на 1 см и отпустили. Жесткость пружины такова, что в момент отпускания шарика его ускорение под действием силы тяжести и силы упругости пружины равно — 4 м/с2. Составьте алгоритм, который определяет, через сколько секунд шарик поднимется на максимальную высоту. 5. Составьте алгоритм, который вычисляет координаты и скорость мяча, отпущенного на высоте h м над бесконечной наклонной плоскостью, наклоненной под углом а к горизонту, через t сек после начала движения. Удары упругие. 6. Решите упражнение 5, если при каждом отскоке мяча от плоскости модуль его скорости уменьшается на п%. 7. Тело движется по наклонной плоскости под действием силы тяжести. Сила сопротивления пропорциональна скорости тела. Составьте алгоритм, который вычисляет длину пути, пройденного телом за время t от начала движения. 8. На верхнюю ступеньку бесконечной лестницы (ширина ступенек 1, высота h) положили упругий мяч и покатили его со скоростью v. Считая мяч материальной точкой, а удары упругими, составьте алгоритм, определяющий номера первых п ступенек, о которые ударится мяч. § 27. КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО 27.1. ЧЕРЧЕНИЕ НА ЭВМ Что может дать ЭВМ конструктору и технологу на современном производстве? Прежде всего она может облегчить работу с чертежами. С помощью ЭВМ новый чертеж можно подготовить в несколько раз быстрее, чем на обычном кульмане. Если же чертеж уже хранится в ЭВМ и в него нужно внести небольшие изменения, то это можно сделать в десятки раз быстрее, чем за кульманом. Достаточно указать, какие части старого чертежа нужно заменить и что нужно поместить на их место, и ЭВМ создаст новый чертеж. Наиболее часто встречающиеся фрагменты чертежей, отдельные блоки и узлы можно хранить в памяти ЭВМ и использовать при создании новых чертежей. Использование такой библиотеки чертежей позволяет повысить производительность труда инженера за "электронным кульманом". 27Д. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ Никакую новую конструкцию нельзя использовать без испытаний. Если при создании конструкции используется ЭВМ, то вся информация о конструкции есть в памяти ЭВМ. В этом случае испытания можно провести, не изготавливая конструкцию, а моделируя ее поведение на ЭВМ. При этом конструктор может вычислять различные характеристики (например, вес, объем, координаты центра тяжести), наблюдать работу конструкции в разных режимах (в том числе и в таких, какие невозможно или опасно воспроизвести на практике). Конструкцию можно легко менять в процессе этих компьютерных испытаний, выбирая наилучший вариант, изучать, как будут распределены напряжения при работе конструкции и пр. Подобное моделирование резко сокращает сроки разработки, позволяет повысить ее качество. 27.3. СТАНКИ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ |ЧПУ| Если у Чертежника заменить бумагу листом металла, а перо резцом, то мы получим команды типа "опустить резцом", "сдвинуть резцом (вещ х. у)" и т. д. Такого рода устройства, работающие с реальными металлическими заготовками, называются станками с числовым программным управлением (ЧПУ). В состав станка может входить и управляющая ЭВМ, в память которой по линиям связи поступает программа работы. Меняя программу в памяти ЭВМ, можно перенастроить станок на производство нового типа деталей. Это позволяет создавать гибкие автоматизированные производства (ГАП), т. е. производства, перенастройка которых на выпуск другой продукции осуществляется сменой информации (программ) в памяти ЭВМ. 27.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПРОИЗВОДСТВО — ЕДИНЫЙ ЦИКЛ Рассчитав нужную деталь на ЭВМ и имея станки с числовым программным управлением, можно объединить проектирование и производство в единый цикл. При этом информация, полученная при проектировании, непосредственно, "не выходя из компьютера", будет использована для производства. Такой подход может значительно сократить сроки разработки и производства новых изделий. Имея в памяти ЭВМ требуемую форму детали, можно с помощью той же ЭВМ рассчитать, как должен двигаться резец станка, чтобы эту деталь изготовить. Зная траекторию резца, можно рассчитать скорость обработки, подачу охлаждающей жидкости и т. д. Использование ЭВМ позволяет изготавливать сложные детали безошибочно, с высокой точностью и без участия человека. Подачу заготовок со склада, перенос их от станка к станку и отправку на склад готовой продукции могут осуществлять управляемые ЭВМ роботы, транспортные тележки и пр. 27.5. ПРОСТЕЙШИЙ ПРИМЕР ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В КОМПЬЮТЕРНОМ ПРОЕКТИРОВАНИИ Пусть требуется представить в ЭВМ поверхность сложной формы, например, капот автомобиля. Один из методов — так называемый метод конечных элементов — состоит в том, чтобы разбить поверхность капота на маленькие кусочки, которые приближенно можно считать плоскими, например на треугольники. Для задания такой составленной из треугольников поверхности в ЭВМ можно использовать информационную модель М20: цел N | количество треугольников (М20) УПРАЖНЕНИЯ 1.,Модель М20 неэкономна: одна и та же вершина может входить в несколько треугольников и ее координаты будут храниться многократно. Измените модель М20 так, чтобы информация не дублировалась. 2. Считая, что толщина капота и плотность металла известны, составьте алгоритм подсчета веса капота в рамках а) модели М20; б) вашего решения упражнения 1. 3. Составьте информационную модель для представления объемных деталей и алгоритмы для нахождения а) веса; б) площади поверхности детали. 4. Придумайте способ задания температуры на поверхности модели М20. Составьте алгоритмы, вычисляющие: а) максимальную температуру модели; б) среднюю температуру модели; в) площадь зоны поверхности, где температура выше 100°. § 28. ОТ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА К ИНФОРМАЦИОННОМУ (ЗАКЛЮЧЕНИЕ) Мы рассмотрели лишь некоторые из наиболее крупных областей применения ЭВМ. Перечислить их все в настоящее время уже вряд ли возможно — счет персональным, домашним, игровым, встроенным и иным ЭВМ уже пошел на сотни миллионов. ЭВМ встраиваются в самолеты и автомобили, в часы, стиральные машины, кухонные комбайны и даже в спортивную обувь. Использование ЭВМ позволило, например, создать систему спутниковой навигации автомобилей (когда на экране перед водителем, где бы он ни оказался, изображается карта окружающей местности и точное положение автомобиля). Применение ЭВМ открыло путь к "всемирной библиотеке" — возможности, не выходя из дома, получить копию любой книги, статьи, описание того или иного изобретения и т. п. В развитых странах человек со своего домашнего компьютера может заказать билеты на поезда, самолеты, корабли по сложному маршруту со многими пересадками, забронировать на нужные числа места в гостиницах и даже заказать билеты в театр в пунктах пересадки. И это только начало становления глобальных информационных сетей! Но путешествуем мы не каждый день, а вот покупаем что-нибудь почти ежедневно. И здесь ЭВМ тоже может помочь. 28.1. ЭЛЕКТРОННЫЙ МАГАЗИН, ШТРИХОВОЙ КОД И ЭЛЕКТРОННЫЕ ДЕНЬГИ Быть может, вы встречали на некоторых импортных товарах прямоугольник из черных и белых полосок (фото вклейки). Это уникальный штриховой код товара. В современных магазинах кассир не должен ни набирать стоимость товара, ни даже помнить ее (да это и невозможно, когда в одном магазине насчитывается свыше 30 тыс. наименований разных товаров). Достаточно провести штриховой код мимо считывающего устройства кассового аппарата, и ЭВМ сама определит цену товара, а в конце изобразит на табло стоимость всех покупок. Про каждый товар ЭВМ магазина помнит не только его текущую цену (а цена может меняться в зависимости от того, каким спросом пользуется товар), но и его количество. Если запасы каких-то товаров на исходе, то ЭВМ сама (по информационной сети) пошлет запрос на склад. ЭВМ склада, получив такие запросы от разных магазинов, спланирует оптимальную загрузку транспорта, маршруты перевозок — и к утру все товары будут на местах. А что же наш покупатель? Ведь ему надо рассчитаться за товар. Не думайте, что он станет считать бумажки и пересчитывать сдачу. Для расчетов используются электронные деньги — специальные пластиковые карточки, особым образом хранящие информацию о банковском счете покупателя. Достаточно вставить эту карточку в кассовый аппарат — и ЭВМ сама перечислит нужную сумму со счета покупателя на счет магазина (точнее, пошлет запрос в банк, а уж ЭВМ банка произведет нужные перечисления). При такой методике на обслуживание одного покупателя кассир тратит секунды, а очередей просто не бывает. 28.2. ПРОНИКНОВЕНИЕ ЭВМ ВО ВСЕ СФЕРЫ ЖИЗНИ Компьютер можно использовать не только для работы, но и для отдыха. Появление компьютеров привело и к революции в области игр. Число компьютерных игр, появившихся за последние два десятилетия, уже превзошло число игр, изобретенных человечеством за всю предшествующую историю цивилизации. Значительная доля существующих в мире компьютеров используется для игр. Компьютеры вторгаются во все сферы жизни. Появились даже компьютерные преступления (когда, например, программа начисления заработной платы переводит незаработанные деньги на счет автора программы). Другой пример: несколько лет назад один из программистов ВАЗа в знак протеста против низкой зарплаты внес умышленную ошибку в программу и этим остановил на несколько дней главный конвейер (вспомните п. 23.2). В результате завод понес большой материальный ущерб, не сопоставимый с зарплатой всех программистов ВАЗа, вместе взятых, а программист был дисквалифицирован и переведен в рабочие. 28.3. ОШИБКИ В ПРИМЕНЕНИЯХ ЭВМ Мы много говорили о достоинствах ЭВМ и об их роли в жизни общества. Однако, как и любое другое изобретение человека, компьютер может принести не только пользу, но и вред. Представление о том, когда ЭВМ использовать нецелесообразно, каковы основные ошибки в их применениях, является важной частью компьютерной грамотности. Поэтому мы кратко перечислим несколько таких случаев. 1. Превращение ЭВМ из средства в цель. Применение ЭВМ само по себе отнюдь не служит признаком технического прогресса. Скорее наоборот — прогресс чаще оказывается связан не с усовершенствованием существующей, а с переходом на новую технологию. Например, переход на точное литье упраздняет чистовую механическую обработку деталей и делает ненужной ЭВМ, управляющую этой обработкой. Стремление "внедрить ЭВМ" может воспрепятствовать такому переходу и тем самым затормозить научно-технический прогресс. Аналогично, отмена дополнительной платы за междугородные телефонные разговоры может сделать ненужной ЭВМ, вычисляющую их стоимость в зависимости от длительности разговора и расстояния между городами. Строительство туннелей и эстакад может упразднить светофоры и регулирование движения с помощью ЭВМ. Переход к новым принципам оплаты труда, налогового обложения и социального обеспечения может сделать ненужным расчет зарплаты на ЭВМ и т. п. 2. Ошибки в алгоритмах. ЭВМ лишь выполняет алгоритмы. Эти алгоритмы могут быть составлены с ошибками или на основе неверных представлений о действительности. Например, одна из первых компьютерных систем противовоздушной обороны США (60-е годы) в первое же дежурство подняла тревогу, приняв восходящую из-за горизонта Луну за вражескую ракету, поскольку этот "объект" приближался к территории США и не подавал сигналов, что он "свой". 3. Неверные рсходные данные. Результат работы ЭВМ зависит не только от алгоритма, но и от обрабатываемой информации. Ошибки в исходных данных не менее опасны, чем ошибки в алгоритмах. Несколько лет назад, например, в Антарктиде разбился самолет с туристами на борту, поскольку в управляющую полетом ЭВМ были помещены неверные координаты аэропорта взлета и ЭВМ ошибочно рассчитала высоту полета над горами. 4. ЭВМ не всемогущи. Далеко не всякая задача обработки информации может быть решена с помощью ЭВМ. Существуют задачи, алгоритмы решения которых в настоящее время неизвестны. Например, до сих пор не существует приемлемых алгоритмов, которые позволили бы отличить на фотографии кошку от собаки или грамотно перевести художественное произведение с одного языка на другой. Бывает и такое, что алгоритм известен, но выполнить его нельзя, так как даже самым быстродействующим ЭВМ для его выполнения понадобятся миллионы лет (пример такой задачи — безошибочная игра в шахматы). Поэтому глубоко ошибочно представление о том, что если человек не знает решения задачи, то ее надо "заложить в ЭВМ" и ЭВМ даст ответ. 5. Недооценка социальных последствий компьютеризации. Наконец, и это самое важное, использование ЭВМ меняет жизнь людей. Поэтому вопрос о новых применениях ЭВМ прежде всего должен рассматриваться с точки зрения социальных последствий, а не с позиции "могут это ЭВМ" или "не могут", выгодно это или не выгодно. Многие этапы информатизации общества имеют трудно предсказуемые социальные последствия. Внедрение заводов-автоматов требует перевода значительной части работающих из производственной сферы в сферу обслуживания. Если работа в сфере обслуживания считается в обществе менее престижной, такойперевод может вызвать социальную напряженность. Организация работы на дому позволяет увеличить количество свободного времени, но разрушает сферу общения с сослуживцами. Распространение компьютерных игр приводит к тому, что дети быстрее развиваются, но меньше бывают на воздухе и меньше общаются друг с другом. Во многих случаях ЭВМ просто не следует внедрять. Например, не следует поручать ЭВМ человеческих дел, связанных с принятием моральных и этических решений при воспитании детей, формулировании целей социального развития общества, установлении виновности обвиняемых в преступлении. КОНЕЦ ФРАГМЕНТА КНИГИ |
