1. Практические задания	15

2.С какими проблемами они столкнулись?

3.Как они решают эти проблемы?

Задание 3.12. В области права выберите компьютерную технологию, риск использования которой достаточно велик, и опишите ее.

Литература: 8, 15, 20, 21, 24–26.

ТЕМА 4 ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ

Модель – это исходное понятие информатики. Построение модели начинается с постановки задачи. Успешная постановка задачи – это более 60% успеха построения адекватной модели.

Далее осуществляется формализация задачи с целью построения алгоритма, отражающего общие закономерности и конкретные особенности поставленнойзадачидляпоследующегопрограммирования.

В процессе программирования рождается макет-прототип модели, который должен пройти опытные испытания и быть доведенным до кондиций промышленного изделия, обладающего потребительскими качествами. Это самый сложный, но и самый благодатный этап моделирования. Сложность состоит в том, что, казалось бы, модель уже построена, но еще не признана пользователем. Но, с другой стороны, именно на этом этапе модель либо принимается пользователем-заказчиком в эксплуатацию, либо требуются значительные ее доработки, либо предлагаемый вариант модели отвергается как несостоятельный.

Споявлением и непрерывным развитием компьютеров и компьютерных сетей открывается практически неограниченная возможность информационного моделирования различных объектов и процессов человеческой деятельности как локального, так и глобального характера. Становится реальной задача построения открытого информационного общества как единой информационной модели на базе глобальных компьютерных сетей, объединенных единой компьютерной информационной технологией.

Сцелью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 4.1. Приведите пример одной-двух моделей, укажите тип, возможности, приложения. Укажите гипотезы, при которых построены эти модели.

Задание 4.2. Опишите этапы построения информационной модели. Задание 4.3. Опишите роль и значение формализации в информаци-

онном моделировании.

Задание 4.4. Опишите роль и значение человеческого фактора (неформализованных действий) в информационном моделировании.

Задание 4.5. Опишите понятие адекватности модели оригиналу. Приведите примеры адекватных информационных моделей.

16	Информатика и математика

Задание 4.6. Опишите группы технических средств моделирования дискретных и непрерывных процессов.

Задание 4.7. Опишите основные направления исследований науки эргономики.

Литература: 3, 13, 21, 25, 26.

ТЕМА 5 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ – ИНСТРУМЕНТАРИЙ ИНФОРМАТИКИ

Процесс программирования задачи, а именно составление взаимоувязанной системы программных модулей, или пакетов прикладных программ, является одним из самых трудоемких при создании информационной технологии. Чаще всего здесь используют имеющиеся в обращении готовые программные изделия и настраиваемые интерактивные программные оболочки. При этом осуществляется настройка программного изделия на конкретные информационные структуры и потоки – обучение системы. В перспективных программных оболочках процесс настройки-обучения системы автоматизирован до уровня вариантной интерактивной подсказки и встроенных метаязыковых средств, включающих в себя одновременно средства автоматизации алгоритмизирования и программирования.

На этапе программирования также возможен возврат к этапу постановки задачи в смысле ее уточнения. В настоящее время в области программирования и требований к программам и программным системам проведена достаточно широкая и глубокая стандартизация на международном

инациональном уровнях. Поэтому при подготовке данного раздела ПЗ можно воспользоваться документами стандартизации.

Сцелью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 5.1. Дайте определение алгоритма и вычислительного процесса и опишите их соотношение.

Задание 5.2. Разъяснение свойства массовости алгоритмов. Приведите примеры.

Задание 5.3. Покажите, что алгоритм не всегда приводит к точному результату. Приведите примеры. Как это связано со свойством результативности алгоритма?

Задание 5.4. Опишите основные виды действий, используемых при составлении алгоритма. Приведите примеры.

Задание 5.5. Дайте определение понятию «компьютерная программа»

иопишите соотношение программы и алгоритма.

Задание 5.6. Дайте определение понятию «язык программирования» и опишите соотношение этого понятия с понятием алгоритма.

Задание 5.7. Опишите группы программных средств, которые используются в информатике.

1. Практические задания	17

Задание 5.8. Опишите структуру, назначение и функциональные особенности системного программного обеспечения.

Задание 5.9. Опишите структуру, назначение и функциональные особенности прикладного программного обеспечения.

Задание 5.10. Опишите структуру, назначение и функциональные особенности инструментального программного обеспечения.

Литература: 8, 12, 14, 15, 21.

ТЕМА 6 СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИНФОРМАТИКИ

Техническая база современной информационной технологии претерпевает постоянное бурное развитие. Наблюдается тенденция к постоянному уменьшению периода изменения базовых характеристик основных технических средств и появлению новых образцов компьютерного оборудования и технологических процессов. Тем не менее можно указать несколько достаточно устойчивых крупных разделов комплекса технических средств автоматизированных информационных систем и информационных технологий:

•Компьютер – основное средство информационно-вычислительной техники.

•Сетевое оборудование – технические средства соединения и согласованиякомпьютеровпосредствомсредствпередачиданных.

•Средства передачи данных – каналы связи и коммуникационное оборудование.

•Технические средства копирования и тиражирования информации.

•Офисное и вспомогательное оборудование.

Существенное значение в улучшении эргономических характеристик автоматизированных информационных систем имеют оргтехника и дизайн.

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 6.1. Напишите битовые представления для следующих чисел: 5; 13; 21; 27.

Задание 6.2. Сложите следующие двоичные числа: 00010101 и 00001101 00111110 и 00101001 00011111 и 00000001

Задание 6.3. Опишите работу на ПК IBM PC в среде Windows98 по следующим направлениям:

1.Клавиатуры IBM PC

2.Манипулятор «Мышь» в Windows98

3.Структура рабочего экрана Windows98

4.Окна Windows98

5.Простая работа с графикой (в программе PaintBrush)

18	Информатика и математика

Задание 6.4. Опишите работу в среде Windows98 в рамках следующих элементов и процедур:

1.Мой компьютер.

2.Структура главного меню.

3.Ярлык.

4.Использование «мышки» для изменения размеров окна, свертывания и распахивания окна.

5.Контекстное меню.

Задание 6.5. Опишите процедуру подключения к компьютеру принтера и настройки его.

Задание 6.6. Опишите процедуру подключения к компьютеру модема и настройки его.

Задание 6.7. Опишите процедуру подключения к компьютеру сканера и настройки его.

Задание 6.8. Опишите процедуру подключения к компьютеру CDпривода и настройки его.

Задание 6.9. Опишите файловую систему компьютера и работу

сней, имея в виду следующие элементы и процедуры:

1.Понятие файла и каталога.

2.Программа Проводник Windows.

3.Файловые операции: создание, удаление, переименование, перемещение, копирование каталогов и файлов.

4.Обмен информацией через Буфер Обмена.

Задание 6.10. Опишите роль и место операционной системы в комплексе технических средств современного компьютера.

Задание 6.11. Опишите основные компоненты сетевого оборудования. Задание 6.12. Опишите основные каналы связи, используемые в ком-

пьютерном телекоммуникационном процессе.

Задание 6.13. Опишите основные компоненты офисного оборудования. Задание 6.14. Опишите группы технических средств размножения

информации.

Литература: 4, 8, 14, 15, 17, 21, 25.

		ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ
	ТЕМА 7

Современная информационная технология вышла за пределы одного компьютера. Создание и эксплуатация компьютерных сетей различного класса, уровня, типа и вида стали основной особенностью настоящего этапа развития информационной технологии. Локальные вычислительные (компьютерные) сети являются основой информационно-управленческой деятельности предприятий, организаций и учреждений. Создаются и действуют национальные и корпоративные глобальные компьютерные сети. Internet –

1. Практические задания	19

мировая глобальная компьютерная сеть, опутала весь земной шар и доступна практически любому пользователю современным компьютером. Становится реальным решение задачи создания открытого информационного общества.

Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средств интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах вычислительной сети, с тем, чтобы пользователь, работающий в любом узле сети, имел доступ ко всем этим базам данных как к единой базе данных.

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 7.1. Опишите основные элементы серверной ЛВС, построенной по топологии типа «звезда».

Задание 7.2. Опишите основные элементы одноранговой ЛВС, построенной по топологии типа «шина».

Задание 7.3. Опишите следующие элементы и процедуры Интернета:

1.Адресация в Internet (IP адрес, DNS, URL).

2.Программа просмотра WWW Microsoft Internet Explorer.

3.Настройка конфигурации, использование шрифтов. Работа с различными кодировками кириллицы.

4.Получение информации с FTP-серверов (команды, возможности). Примеры некоторых FTP-серверов. Сеанс работы.

5.Поисковые узлы (Altavista, Yahoo, Rambler).

Задание 7.4. Опишите следующие элементы и процедуры электронной почты:

1.Создание почтового ящика.

2.Структура электронного письма.

3.Настройка электронной почты.

4.Отсылка и получение писем.

5.Прикрепленные файлы.

Задание 7.5. Опишите эмоциональные возможности Интернета. Задание 7.6. Что означает аббревиатура DNS? Опишите, зачем нужны

серверы DNS.

Задание 7.7. Опишите поисковую машину Rambler и ее основные настройки.

Задание 7.8. Опишите юридические ресурсы Интернета.

Задание 7.9. Сколько можно передать букв за 3 секунды по каналу связи с пропускной способностью канала 2000 бит/сек?

Задание 7.10. Сколько в среднем можно передать букв русского текста в секунду по каналу с пропускной способностью С=1000 двоичных единиц/cек?

Литература: 8, 15, 21, 25, 27.

20	Информатика и математика

ТЕМА 8 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

ВЮРИСПРУДЕНЦИИ

Внастоящее время трудно представить предприятие, организацию, учреждение, в котором не использовалась бы информация по правовым вопросам. С нормативными правовыми документами работают не только юристы. Руководители и специалисты обращаются к законодательным актам при ведении бухгалтерии и делопроизводства, при управлении кадрами, организации и планировании производства и бизнеса. Законы регулируют все области человеческой деятельности.

С другой стороны, на данном этапе развития Российского государства законотворческая активность настолько велика, что только за один месяц принимается до 1000 законодательных документов и еще больше различных изменений в действующих законодательных актах. Чтобы не оказаться

вплену устаревшей информации, не совершить дорогостоящих ошибок, а порой и роковых ошибок, необходимо иметь надежный инструмент для решения правовых вопросов. Именно этим обусловливается появление на рынке компьютерных услуг большого количества справочных правовых систем.

Ни одно предприятие, организация, учреждение не может обойтись без кадровой службы, характерной особенностью которой является четкое соблюдение нормативно-правовой базы трудового законодательства. Переход на контрактную систему организации труда в еще большей степени требует четкого ведения и слежения за соблюдением условий и норм организации труда. Значительный объем рабочего времени кадровой службы тратится на составление и ведение кадровых документов и их архива. В отдельных случаях, особенно это характерно для малых предприятий, кадровая служба ведется совместно с другими трудовыми обязанностями.

Все это явилось причиной появления на рынке компьютерных услуг автоматизированных систем управления персоналом – автоматизированных систем учета кадров. Значительный интерес представляют системы, которые наряду с традиционными функциями кадрового учета и ведения баз данных по кадровому составу обладают возможностями автоматизированного составления кадровых документов по выверенным шаблонам в соответствии с нормами трудового законодательства. Одной из таких систем является компьютерная система «Кадры и трудовые контракты», разработанная ТОО «Паритет Софт».

Автоматизированная информационная система нового поколения – это многокомпонентная система с распределенной базой данных.

Впроцессе работы над данным разделом ПЗ необходимо ознакомиться с различными подходами и аспектами автоматизации юридической деятельности, с имеющимися на рынке компьютерных услуг автоматизированными системами.

1. Практические задания	21

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 8.1. Придумайте 3–4 объекта и представьте их как элементы некоторой системы. Назовите эту систему.

Задание 8.2. Опишите МИЭП (Международный институт экономики и права) как систему.

Задание 8.3. Выделите в системе МИЭП одну из подсистем и опишите ее.

Задание 8.4. В следующей таблице укажите пропущенные атрибуты системы и охарактеризуйте их:

№	Вход	Выход	Цель	Система
1	Исходные знания студента	Знание темы		Лекция
2	Знание студента	Оценка	Проверка знаний
3		Текущее время	Показ времени
4			Передвижение	Автомобиль
5		Специалист		Студент
6			Защита прав	Государство

Задание 8.5. Опишите одну из автоматизированных справочных правовых систем.

Задание 8.6. Опишите одну из автоматизированных систем управления персоналом.

Задание 8.7. Опишите одну из экспертных систем в области права

Литература: 7–11, 15, 21, 25, 27.

ТЕМА 9 ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА И ВРЕДОНОСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Интеграция бизнес-процессов в среду Интернета приводит к кардинальному изменению положения с обеспечением безопасности. Порождение прав и ответственности на основании электронного документа требует всесторонней защиты от всей совокупности угроз, как отправителя документа, так и его получателя.

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 9.1. Опишите следующие антивирусные программы:

1.Drweb.

2.Система Касперского.

3.Norton AntiVirus.

Задание 9.2. Дайте краткое описание ст. 272, 273, 274 Уголовного кодекса РФ.

Задание 9.3. Опишите понятие «электронный ключ», способы и методы использования электронных ключей для защиты информации и информационных технологий.

5; 7.

B

1; 4; 3; 6;

22	Информатика и математика

Задание 9.4. Опишите систему организационно-технических мероприятий по защите информации и информационных технологий.

Задание 9.5. Опишите программные средства защиты информации и информационных технологий и степень их надежности.

Задание 9.6. Опишите криптографические средства защиты информации и степень их надежности.

Задание 9.7. Опишите хакерство и меры борьбы с ним.

Задание 9.8. Опишите явление создания и распространения контрафактной информационной продукции и меры по ее искоренению.

Литература: 6, 8, 15, 21, 25, 28.

ТЕМА 10 АКСИОМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА МАТЕМАТИКИ

Решение задач по теории множеств, доказательство формул удобно проводить, пользуясь не только определениями и объектным представлением о множестве, но и с помощью диаграмм Эйлера. Рассмотрим примеры решения ряда типовых задач.

1.Определить множество А решений уравнения х2 – 25 = 0.

x2 – 25 = 0 х2 = 25 х1 = –5; х2 = 5. Отсюда: А={x | x2 – 25 = 0}={–5; 5}.

2.ОпределитьмножествоВрешенийнеравенства 2х+ 9 ≥ 0. 2х + 9 ≥ 0 2x ≥ – 9 x ≥ – 4,5.

Отсюда: В={x | 2х+9 ≥ 0}={х | x ≥ – 4,5}=[−4,5; ∞) .

3. Заданы множества A = {1; 3; 4; 6} и B = {3; 5; 6; 7}. Определить результаты операций A ∩ B; A B; A \ B; B \ A; A + B .

Изобразим эти множества диаграммами Эйлера и решим задачу:

A B = {1; 3; 4; 5; 6; 7};

A ∩ B = {3; 6}; A \ B = {1; 4}; B \ A = {5; 7}; A + B = {1; 4; 5; 7}.

A

4. Определить результаты тех же операций, если

A = {x |1 ≤ x ≤ 5},B = {x | 3 ≤ x < 7}.

Кружками в этом рисунке обозначим точки, которые являются концами

нестрогого неравенства, крестиком – строгого неравенства.
			A ∩ B = {x | 3 ≤ x ≤ 5}= [3; 5];
А	В		A B = {x |1 ≤ x < 7}= [1; 7);
			A \ B = {x |1 ≤ x < 3}= [1; 3);
1 3 5	7	x	B \ A = {x | 5 < x < 7}= (5; 7);
			A + B = {x |1 ≤ x < 3 5 < x < 7}= [1; 3) (5; 7).

1. Практические задания	23

5. Определить все подмножества множества А={0; 1; 3}.

Несобственные: и А; одноэлементные: {0}, {1}, {3}; двухэлемент-

ные: {0; 1}, {0; 3}, {1; 3}.

Следовательно, степень множества Р(А), т.е. множество всех под-

множеств, имеет вид Р(А)={ ; {0}; {1}; {3}; {0; 1}; {0; 3}; {1; 3}; {0; 1; 3}}.

Для проверки используем теорему: если множество А состоит из n элементов, то число всех его подмножеств равно 2n.

Для нашего примера n=3, следовательно, число подмножеств 23=8, что совпадает с числом объектов в Р(А).

Пусть А – произвольное, но не пустое множество. Число m = max A называется максимумом множества А, если m A и любые другие элементы множества не превосходят этого числа: ai ≤ m. Аналогично определяется и минимум множества l = min A.

Множество А называется ограниченным сверху, если существует число k такое, что для всех элементов множества справедливо ai ≤ k. Это число назовем верхней гранью множества А. Минимально возможное значение k называется точной верхней гранью множества А и обозначается k = sup A (supremum A).

Множество А называется ограниченным снизу, если существует число p такое, что для всех элементов множества справедливо ai ≥ p. Это число назовем нижней гранью множества А. Максимально возможное значение р называется точной нижней гранью множества А и обозначается p = inf A (infimum A)).

6. Оценить множество А={2; 6; 1; 8}.

В этом множестве легко найти: max A=8; min A=1; sup A=8; inf A=1.

7. ОценитьмножествоN={1; 2; 3;…}, т.е. натуральныйряд.

Здесь min N=1; max N – не существует; sup N – не существует; inf N=1. 8. Оценить множество А={х| 2 ≤ x < 5}.

			Из рисунка следует: min А=2; max A –
		x	не существует, так как 5 А; sup A=5;
2	5		inf A=2.
9. Оценить множество А={х | 3< x < ∞}.
			Здесь min A – не существует, так
			как 3 А; max A – не существует; inf A=3;
3		x	sup A – не существует.

Функция – основной описатель различных процессов. Рассмотрим ряд примеров, раскрывающих важные стороны этого базового понятия.

24 Информатика и математика

10.	Найти область определения (ОДЗ) функции y =							1	.
						1		−5x
	На множестве R следует выполнить условие:
	1 −5x > 0 , т.е. 5x −1 < 0 или х < 0,2.
	Отсюда: D(y)= {x |−∞ < x < 0,2} .
11.	Найти ОДЗ функции f (x)=		x		.
		2x −1
	Так как на ноль делить		нельзя, то			следует		выполнить		условие
2x −1 ≠ 0 x ≠ 0,5.
	Отсюда: D(f )= {x | x < 0,5 x > 0,5}.
12.	Исследовать на четность функцию f (x)= x2 + x −1.
	Положим х1 = 2, х2 = –2. Тогда f (2)= ... = 5 и f (− 2)= ... =1. Так как корре-
ляции типов f (x)= f (− x) или			f (− x)= − f (x)			не устанавливаются,				следова-
тельно, заданная функция – общего вида.
13.	Исследовать на четность функцию f (x)= x3 + x .

Принимая те же значения, что и в примере 12, имеем: f (2)= ... =10 и f (−2)=... = −10 .

Так как f (− x)= − f (x), то заданная функция – нечетная. 14. Представить сложную функцию y = 3x − x2 системой.

	3x − x		2	= u .
Решение: y =
	3x − x	2
u =

15. Представить сложную функцию y = ln2 (4x) системой.

y = ln2 (4x) = (ln(4x))2	= u2
Решение: u = ln v	.
v = 4x

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание10.1. Найти(A B) ∩ С, еслиA={x | –p1 ≤x < p2}; B={x | 0 ≤ x < p1} иC={x | –p2 ≤ x <p3}.

Задание 10.2. Оценить множество						1		, где n Ν.
	A = x		x =
				( p		+ ( p )n )
					2	1

Задание 10.3. Оценить множество A={x | –p1 < x ≤ p3}. Задание 10.4. Оценить множество С=А∩В, если А={x| x > –p1}

и B={x| –2×p1 ≤ x < p2}.

	Задание 10.5. Найти ОДЗ функции y = p1 + p2 x − x2 .
	Задание 10.6. Исследовать на четность функцию:	y = x2 + p3 x − p2 .
	Задание 10.7. Исследовать на четность функцию:	y =	1	− px .
			px
				1
			1

1. Практические задания	25

Задание 10.8. Построить по точкам график функции

y = p1x2 − p3 1+ x2 .
Задание 10.9. Расшифровать сложную функцию y = 3 p2		+ x4 .
Задание 10.10. Расшифровать сложную функцию y = ln(sin(p1x)) .
Литература: 3, 16, 25.
	ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
ТЕМА 11

Понятие предела является фундаментальным понятием в математическом анализе. С другой стороны, это понятие позволяет изучать поведение различных процессов и моделей как на бесконечности, так и в конкретных точках. На ряде примеров рассмотрим основные методы вычисления пределов.

1. lim(x2 − x +1) .

x→4

В любой задаче на пределы сначала рассматривается прямая подста-

новка lim f (x) = f (a) . Если при этом получается конечное значение (в том

x→a

числе и 0) или ∞, или –∞, то расчет закончен. В данном примере:

lim(x2 − x +1) = 42 − 4 +1 =13.

x→4

2.

lim

x2 − 2

.

+ x2 +

1

x→ 2 x4

x2 − 2

Решение:

lim

=

2 − 2

= 0.

x4

+ x2 +1

4

+ 2 +

1

x→ 2

3.

lim (x7

− 5x+1 + 3) .

x→−1

−5x+1 + 3) = (−1)7

Решение:

lim(x7

−50 + 3 =1.

x→−1

4.

1

lim 3 +

.

x2 −1

x→∞

Решение:

3 +

1

= 3 +

1

= 3 .

lim

x2 −1

∞

x→∞

Здесь использована теорема: величина, обратная бесконечно большой, является бесконечно малой, т.е. 0.

	5. lim	x2 − 2x +1	.
	x→1	x3 − x
	Решение: lim			x2 − 2x +1	=	1− 2 +1	=	0 .
				x3 − x		1−1
			x→1					0

В данном случае прямая подстановка привела к неопределенности. Упростим функцию:

x2 − 2x +1		=	(x −1)2	=	(x −1)2	=	x −1	.
x3 − x			x(x2 −1)		x(x −1)(x +1)		x(x +1)

26 Информатика и математика

Таким образом,

lim

x2 − 2x +1

=

0

= lim

x −1

=

1−1

= 0 .

0

1(1+1)

x→1

x3 − x

x→1 x(x +1)

6. lim

2x2

−11x +5 .

x→5

3x2 −14x −5

2x2 −11x + 5

2 52

Решение: lim

=

−11 5 + 5

=

0

.

0

x→5

3x2 −14x −5 3 52 −14 5 −5

Используем разложение квадратного трехчлена на множители по извес-

тной формуле: ax2

+ bx + c = a(x − x1 )(x − x2 ) , где

x1,2

= −b ±

b2 − 4ac .

2(x −5)(x −0,5)

2(x − 0,5)

2a

Тогда

2x2 −11x +5

=

=

.

3x2 −14x −5

1

1

3(x −5) x +

3 x +

3

Следовательно,

3

2(x − 0,5)

2(5 − 0,5)

lim

2x2

−11x +5

= lim

=

=

9

= 0,5625.

3x2 −14x −5

16

x→5

x→5

1

1

3 x +

3 5

+

3

3

7. lim

2x3 + x +1 .

x→∞

3x3 −8

Решение: lim 2x3 + x +1 =

∞ .

x→∞

3x3 −8

∞

В этом случае следует разделить числитель и знаменатель на старшую

степень аргумента, т.е. на х3, и использовать теорему

1

= 0 , т.е.

∞

2x3 + x +1

∞

: x3

2 +

1

+

1

2 + 0 + 0 =

2 .

lim

=

=

= lim

x2

x3

=

3x3 −8

∞

: x3

8

x→∞

x→∞

3 −

3 − 0

3

x3

8. lim

x2

.

2x + 5

x→∞

Решение: lim

x2

=

∞

=

: x2

= lim

1

=

1

= ∞.

2x + 5

∞

: x2

0

x→∞

x→∞ 2 5

+

sin 3x

x

x 2

9. lim

.

x→0

x

Применим первый замечательный предел lim sin u

=1. Для приведения

u→0

u

заданного выражения к такому виду введем замену переменной: u=3x; отсюда x = u3 . Следовательно, sinx3x = sinu u = 3 sinu u .

3

1. Практические задания	27

Для аргумента: x → 0 , т.е.

u

→ 0 или u → 0 .

3

Таким образом, lim sin 3x

= 3lim sin u

= 3 1 = 3 .

x→0

x

u→0

u

2 x

10.

lim 1+

.

x→∞

x

+

1 u

Используем второй замечательный предел в форме: lim 1

u

= e . Заменя-

u→∞

ем переменную:

2x = u1 , откуда u =

Таким образом:

11. lim x 1− 2x .

x→0

x

и x = 2u . Из x → ∞ следует 2u → ∞ и u → ∞.

2

1 u 2

2 x

1 2u

= e

2

.

lim 1

+

= lim 1

+

= lim 1

+

x→∞

x

u→∞

u

u→∞

u

					1
Используем второй замечательный	предел в		форме: lim(1+ u)u				= e .
			u→0
Заменяем переменную: − 2x = u , откуда	x = − u	. Из	x → 0 следует −	u			→ 0
	2		2

и u → 0 .

		1	−	2
Таким образом: lim x 1−2x = lim(1−2x)x			= lim(1+u) u
x→0	x→0		u→∞

1		−2
= lim(1+u)
	u		= e−2 .
u→∞

Следующим фундаментальным понятием математического анализа является понятие производной и дифференциала функции. С другой стороны, связанные с этими понятиями приращение, скорость изменения, ускорение – важные характеристики функции, позволяют делать общие выводы об изменяемости и устойчивости различных процессов и моделей. 12. Найти приращение функции у = х2 + 1, если аргумент х изменяется от 1

до 1,4.

По определению y = f (x + x) − f (x).

Внашем случае f (x) = 12 + 1 = 2; f (x+∆x)=1,42+1=2,96. Следовательно, ∆у = 2,96 – 2 = 1,96.

Вдальнейших примерах рассмотрим технику дифференцирования.

13.у= х2 — 5х + 4.

Дифференцируем: y′ = (x2 )′ −5(x)′+ (4)′ = 2x −5 . 14. y = x + 3 5x − x12 + 31x3 .

Предварительно перепишем это выражение:

	1	+ 5x−	1		− x−2 +	1 x−3 .
y = x	2		3
						3

28 Информатика и математика

Теперь дифференцируем:

			1			′						−		1	′					1			1		−	1			1		−	4	−	3		1		−	4
y′ = x 2								+		5x				3			− (x−2 )′ +				(x−3 )′ =	=		x		2 +5		−		x		3 −(− 2)x			+		(−3)x			=
																				3			2						3							3
=		1	−					5			+			2			−	1	.
		x				33								x3
2									x4									x4
15.		y = x2 sin x .
		Используем формулу производной от произведения. Имеем:
y′ = (x2 )′ sin x + x2 (sin x)′ = 2x sin x + x2 cos x .
16. f (x)=									x2					.
									x2 +1

Используем формулу производной от дроби. Имеем:

′	(x2 )′	(x2	+1) − x2 (x2 +1)′		2x(x2 +1) − x2 2x		2x
			(x2 +1)2	=	(x2 +1)2	= (x2 +1)2 .
f (x)=

17. у=(1+5х)3.

Это — сложная функция. Преобразуем ее в систему.

			dy	= 3u	2	2
	3					= 3(1+ 5x)
y = u	, отсюда		du
u =1+5x			du	= 5
	dy du		dx
			2
и y′ = du dx		=15(1 + 5x) .

18. y = cos2 x .

dy

= 2u = 2 cos x

2

, отсюда

и y′ =

= −2 cos x sin x .

y

= u

du

dy du

u = cos x

du

= −sin x

du dx

19.

y = x3 3x .

dx

y′ = (x3 )′ 3x + x3 (3x )′ = 3x2 3x + x3 3x ln 3 = x2 3x (3 + x ln 3).

20.

y = x

4

− 2x

+1. Найти

′′′

y

(2) .

Последовательно дифференцируя, получаем:

y

′

= 4x

3

− 2; y

′′

=

12x

2

; y

′′′

= 24x .

Следовательно,

′′′

y (2) = 24 2 = 48.

21.

С

помощью

дифференциала

вычислить

ln(2,1) ,

если известно, что

ln 2 = 0,693 .

Приближенная формула имеет вид:

f (x +

′

x) f (x) + f (x) x .

В нашем случае

1

1

х=2; ∆х=0,1;

′

;

′

f (x) = ln x; f (2) = ln2 = 0,693; f (x) =

x

f (2)

= 2 . Следовательно,

ln(2 + 0,1) ln 2 + 1

0,1 = 0,693 + 0,05 = 0,743.

2

1. Практические задания	29

Наиболее часто встречающимися применениями дифференцирования являются раскрытие неопределенных пределов (правило Лопиталя) и исследование особенностей изменяемости функций, в том числе построение графиков функций.

22.

Вычислить lim

x3 −3x + 2

.

x3 − x2 − x +1

Решение:

x→1

lim

x3 −3x + 2

= 0

= lim

3x2 −3

=

0

= lim

6x

=

6 1

=1,5 .

x3 − x2 − x +1

3x2 − 2x −1

0

6x − 2

6

1−

2

x→1

0

x→1

x→1

23.

Вычислить lim x4 ln x .

x→0

lim x4 ln x = 0 ∞ . Для раскрытия неопределенности такого типа следует

x→0

предварительно преобразовать произведение в дробь. Возможны два варианта:

ln x			=	∞	или	x4		=	0 .
1				∞		1
									0
	x4					ln x

Только после этого можно применить правило Лопиталя. Используя первый вариант, получим:

lim x4 ln x = 0 ∞	= lim ln x			=		∞	= lim	1x
						∞		− 4
x→0	x→0 1						x→0
								x5
		x4
24. Вычислить	A = lim(ln x)				1	.
					x
	x→∞

= lim − x4 = 0 . x→0 4

Здесь имеет место случай ∞0 . Для раскрытия таких пределов удобно сначала прологарифмировать заданную функцию и затем применить правило Лопиталя. Имеем:

	1			ln(ln x)		∞		1		1	= 0 .
	ln A = lim ln(ln x)	x	= lim		=		= lim		=
				x		∞				∞
	x→∞		x→∞				x→∞ x ln x

Так как ln A = 0, то А = е 0 = 1.

25. Найти экстремумы функции y = 23 x5 −53 x2 +1.

Дифференцируем: y′ = ... = 103 x3 −x1 . Производная, очевидно, не сущест-

вует при х=0. Кроме того, она равна 0 при х=1. Следовательно, имеем две стационарные точки х1=0 и х2=1. Опять используем первое достаточное условие:

				Здесь для определениязнаков производной
+	0	–	1 +	в интервалахвычислялись:
				′	′	и	′ .
				y (−1), y (1 8)			y (8)

x

30 Информатика и математика

Таким образом, заданная функция имеет максимум при х = 0 и минимум при х = 1. Соответствующие экстремальные значения: уmax=f (0)=...=1,

ymin= f (1)=...= –2.

26. Найти экстремумы функции у=3 – 2х2 + х4. Дифференцируем: y′ = −4x + 4x3 .

Стационарные точки: − 4x + 4x3 = 0 , откуда x1 = 0 ; x2 =1; x3 = −1. Используем второе достаточное условие. Вторая производная:

y

′′

= −4 +

12x

2

.

Таким образом:

′′

2

= −4 < 0 ,

y (0) = −4 +12 0

т.е.

x1 = 0 является точкой максимума и ymax = f (0)= 3 − 2 02 + 04 = 3 .

y (1) = −4 +12 1

= 8 > 0 , т.е.

x2 =1 является точкой минимума и

′′

2

y1,min = f (1)= 3 − 2 12

+14 = 2 .

т.е.

x3 = −1 является второй точкой минимума

y (−1) = −4 +12

(−1)

=8 > 0 ,

′′

2

иy2,min = f (−1)= 3 − 2 (−1)2 + (−1)4 = 2 .

27. Исследовать выпуклости функции у=3х4 – 4х3. Дифференцируем: y′ =12x3 −12x2 ; y′′ = 36x2 − 24x . Стационарные значения для второй производной:

36х2 – 24х=0, откуда х1=0 и х2= 23 .

+

0

–

2 3 +

x

Вычисляя знаки второй производной в интервалах обычным образом, заключаем, что обе точки будут точками перегибов заданной функции,

причем при х< 0 их> 23 функция вогнутая, а при 0 < x < 23 функция выпук-

лая.

Ординатыточекперегиба:

	2		=K −0,59.
у1, пер= f (0)=...=0; у2, пер= f	3

28. Исследовать функцию y = lnxx и построить ее график.

1. ОДЗ этой функции: x>0. Вертикальная асимптота: х=0. 2. Уже по ОДЗ ясно, что заданная функция – общего вида.

3. Определим точку пересечения с осью оХ: lnxx = 0 , откуда ln x = 0

их = 1.

4.Дифференцируем:

y′ = ... = 1 − ln x . x2

1. Практические задания	31

5.Определим стационарные точки. Значение х=0 исключаем, как не вошедшее в ОДЗ. Тогда: 1− ln x = 0 , откуда х=е.

6.Выберемвтороедостаточноеусловие.

Втораяпроизводная:

y

′′

=

2ln x −3

.

x3

′′

1

< 0 ,

т.е. точка х = е является точкой максимума,

= ... = − e3

Тогда y (e)

и ymax = f (e)=

ln e

0,37 . Заданная функция

возрастает при x < e и убыва-

e

ет при x > e.

7. Определим выпуклости заданной функции. Стационарные значения

2 ln x − 3

1,5

второй производной

= 0 , откуда х = е .

x3

–

+

x

e1,5

Таким образом, точка х=е1,5 является точкой перегиба, причем слева от нее функция выпукла, а справа – вогнута. Ордината упер=...= e11,5,5 .

8. Проверим горизонтальную асимптоту:

	lim ln x	=	∞	= lim	1x	=	1	= 0, следовательно, ось оХ является горизон-
			∞		1		∞
	x→∞ x			x→∞

тальной асимптотой.

Всех полученных данных достаточно для построения графика.

y

1e

0

1

e

x

Интегрирование функций является обратной операцией по отношению к операции дифференцирования, т.е. восстановление функции по заданным ее производной или дифференциалу.

Функция F(x) называется первообразной функцией для заданной функции y = f(x) на отрезке a ≤ x ≤ y, если в каждой точке этого отрезка ее производная равна f(x), т.е. F ′(x) = f (x) .

32	Информатика и математика

Каждая непрерывная функция имеет бесконечное множество первообразных функций, отличающихся друг от друга на постоянную величину.

Общее выражение F(x) + C для всех первообразных функций от данной функции f(x) называется неопределенным интегралом от этой функции и обозначается ∫ f (x)dx ,

где f(x) называется подынтегральной функцией, f(x)dx – подынтегральным выражением.

При вычислении неопределенных интегралов необходимо использовать как стандартную таблицу, так и различные приемы упрощения подынтегральных выражений, позволяющих свести задачу к табличным интегралам или привести к такому виду, который позволит воспользоваться справочными таблицами.

29. Вычислить∫(5 x − 4x)dx .

В данном случае – приводим к табличному виду

	∫x	n		1			n+1		:
			dx =			x		+ C
				n +1

∫(5 x − 4x)dx = 5∫x1 2 dx − 4∫xdx = 5			x0,5+1		−4	x2	+C =	10	x1,5	−2x2	+C .
			0,5 +1					3
					2
30. Вычислить ∫	sin3 x +1	dx .
	sin2 x

Здесь для приведения к табличному виду

∫sin xdx = −cos x + C;∫sin12 x dx = −ctg x + C

преобразуем подынтегральное выражение к сумме двух слагаемых:

	sin3 x +1			1
∫	sin2 x	dx = ∫	sin x +		dx = −cos x −ctg x +C .
				sin2 x

Во многих случаях для приведения к табличному виду можно использовать замену переменной (подстановку).

31. Вычислить интеграл ∫42 x−1 dx .

	Здесь для применения табличной формулы ∫axdx =	ax	+C необходимо
		ln a

преобразовать показатель степени 2x – 1. Введем подстановку: u = 2x – 1,

	откуда du = 2dx и	dx =	1	du.
	Тогда:		2
	u = 2x −1				4u		42x−1
	∫42x−1 dx = du = 2dx	= ∫4u 0,5du = 0,5∫4u du = 0,5				= 0,5		+C .
					ln 4		ln 4
	dx = 0,5du

1. Практические задания	33

32. Вычислить интеграл ∫

xdx

.

5 − x

2

xdx

u = 5 − x2

1

du

= − 1

∫

=

du = −2xdx

= −

∫

∫u−1 2du = −u1 2

= 5 − x2 +C .

2

2

u

5 − x

xdx = − 1 du

3

2

dx

33. Вычислить интеграл ∫

.

(8 −3x)2

dx

u = 8 −3x

1

du

1

1

1

−2

+C .

∫

=

du = −3dx

= −

∫u2

= −

3 ∫u

du =

=

(8 −3x)2

3

3u

3(8 −3x)

dx = − 1 du

3

34. Вычислить интеграл ∫x cos xdx .

Интегралы такого типа вычисляются с помощью формулы интегрирования по частям ∫udv = uv − ∫vdu .

∫xcos xdx =	u = x		→	du = dx
	dv = cos xdx		→	v = sin x
35. Вычислить интеграл ∫x2 ln xdx .
	u = ln x		→	du	1 dx
∫x2 ln xdx =					x 3
	2					x
	dv = x	dx	→	v =
					3

=xsin x − ∫sin xdx = =

=x3 ln x − ∫ x3 1 dx =

3 3 x

x sin x + cos x + C .

x3 ln x	−	x3	+C .
3
	9

В случае, когда нужно вычислить интеграл от дроби, используется прием деления «углом». Это возможно тогда, когда степень числителя больше или равна степени знаменателя.

36. Вычислить интеграл ∫ 2xx+−11 dx .

Разделим:

2x – 1

x+1

, следовательно

2x + 2

2

2x −1

−3

–3

= 2 +

= 2

−

3

.

x +1

x +1

x +1

Тогда:

2x −

1

3

dx

= 2x −3ln(x +1) +C .

∫

dx = ∫ 2

−

dx

= 2∫dx −3∫

x +1

x

+1

x +1

34	Информатика и математика

37. Вычислить интеграл ∫ x13−+xx dx . Делим:

x3 + 0 × x2 + x +0

–x + 1

x3 + x2

–x2 – x – 2

x2

+ x

x2 – x

+ 0

2x

2x – 2

2

Таким образом:

x3 + x

= −x2

− x −

2 +

2

, откуда:

1− x

1

− x

x3

+ x

2

2

x3

x2

−2x −2ln(1− x) +C .

∫

dx = ∫

− x

− x − 2 +

dx = −

−

1

− x

1

3

2

− x

Если знаменатель дроби разлагается на простые множители (x – xi), то для интегрирования таких дробей используется метод неопределенных

коэффициентов:

mx + n

=

A

+

B

.

(x − x )(x − x

)

x − x

x − x

2

1

2

1

38. Вычислить интеграл ∫

x + 2

dx .

x2 + 5x − 6

Так как x2 + 5x − 6 = (x −1)(x + 6) , то

x + 2

=

A

+

B

.

x2 + 5x − 6

x −1

x + 6

Приведем правую часть к общему знаменателю:

x + 2	=	A(x + 6) + B(x −1)	.
x2 + 5x − 6		(x −1)(x + 6)

Отбрасывая знаменатели и открывая скобки, получим x + 2 = (A + B)x + (6A − B) .

Чтобы два алгебраических выражения были тождественно равны, следует обеспечить равенство соответствующих коэффициентов. Получаем систему уравнений:

A + B =1 .

6A − B = 2

Отсюда A = 3

; B =

4

и

x + 2

7

7

=

3

1

+ 4

1

.

x2 + 5x − 6

x −1

x + 6

7

7

Таким образом,

∫

x + 2

3

∫

dx

4

∫

dx

3

4

+C .

dx =

7

+

7

=

ln(x −1)

+

ln(x + 6)

x2 + 5x − 6

x −1

x + 6

7

7

1. Практические задания	35

	39. Вычислить интеграл ∫									7x −5	dx .
									x(x − 2)(x + 3)
		Аналогично предыдущему примеру, имеем:
		7x −5	=	A	+	B	+	C		;
		x(x −2)(x +3)				x −2		x +3
				x

7x −5 = A(x − 2)(x +3) + Bx(x +3) +Cx(x − 2) ;

0 x2 + 7x −5 = (A + B + C)x2 + (A + 3B − 2C)x − 6A .

Соответствующая система уравнений и ее решение:

A + B + C = 0

5

26

.

A + 3B − 2C = 7;

A =

; B = 0,9; C = −

6

15

− 6A = −5

Таким образом,

∫

7x −5

dx =

5

∫dx

+ 0,9∫

dx

−

26 ∫

dx

=

x(x − 2)(x + 3)

6

x −

2

x +

3

x

15

=

5 ln x + 0,9 ln(x − 2)

−

26 ln(x + 3) + C .

6

15

Понятие определенного интеграла имеет самостоятельное значение в математическом анализе. Однако их вычисление основано на использовании формулы Ньютона-Лейбница применительно к известным первообразным.

Рассмотрим ряд примеров вычисления определенных интегралов.

40. Вычислить интеграл ∫4														(x2 + 3x)dx .
													2
		Первообразная:										∫(x2 + 3x)dx						=			x3		+		3	x2 .
																									2
																				3
		По формуле Ньютона-Лейбница:
x3			3x	2		4		43		3		2		23		3			2				110				≈ 36,67 .
		+							+		4				+		2
			2				=	3		2			−	3		2				=			3
3						2

Вычисление значения интеграла обычно принято записывать цепочкой, без выделения первообразной и формулы Ньютона-Лейбница.

41. Вычислить интеграл ∫1 (x + ex )dx .

									0
1	x	x2			x		1		12	1		0
				+ e						+ e		− (0 + e ) =
∫(x + e )dx =			2					=	2
0							0

= 0,5 +e −1 = −0,5 +e ≈ −0,5 + 2,718 = 2,218 .

При замене переменной необходимо сразу преобразовать верхний и нижний пределы.

36 Информатика и математика

42. Вычислить интеграл ∫3															x 1+ xdx .
												0
					u =	1+ x
3					u2 =1+ x										α = 1+ 0 =1										2			2	−1)u 2udu =
∫x 1+ xdx =					x = u	2		−1							β = 1+ 3 =							2	= ∫(u
0																									1
					dx = 2udu
2	4		2					5		u	3			2		2	5		2	3				5				3			11
= 2∫(u		−u			u				−									−						1		−	1			= 7		.
				)du = 2			5			3					= 2	5			3			− 2		5			3				15
1														1

43. Вычислить интеграл ∞∫ dx 2 .

0 1+ x

Несобственные интегралы первого рода (один или оба предела интегрирования содержат бесконечность и подынтегральная функция – непрерывна) вычисляются по той же формуле Ньютона-Лейбница, но с применением теорем о бесконечно малых и бесконечно больших величинах.

∞ dx						∞			π	π
∫0		= arctg x					= arctg ∞ −arctg 0 =		2 −0	= 2 .
	1+ x2					0
	Здесь				использована			известная		формула
lim arctg x =					π .
x→∞					2
44. Вычислить интеграл ∞∫dx .
								1 x
∞∫dx = ln x				∞ = ln ∞−ln1 = ∞ .				Здесь	учтено, что
1 x				1

расходится.

∞

45. Вычислить интеграл ⌠ dx .

⌡1+ x2

−∞

Аналогично примеру 59 имеем:

tg π2 = ∞ или, более строго,

limln x = ∞; ln1 = 0 . Интеграл

x→∞

∞	dx		∞		π				π
⌠		= arctg x								=π .
			= arctg ∞ −arctg(−∞) =			−		−
	1+ x2
⌡			−∞		2				2
−∞			π 2
46. Оценить значение интеграла ∫0				dx			с помощью теоремы о среднем
				1+sin	2 x

определенного интервала.

В случае сложных подынтегральных выражений или «неберущихся» интегралов для оценки значения интеграла достаточно удобна теорема о среднем: ∫b f (x)dx = f (c) (b − a) .

a

1. Практические задания	37

Здесь c – точка внутри интервала интегрирования (т.е. a < c < b), выбираемая при выполнении расчета. Для практических целей удобно

выбирать середину интервала, т.е. c =

a + b

.

2

Для решения примера выберем c =

a + b

=

0 +π 2

=

π .

2

π 2

2

4

dx

1

π

Тогда:

∫0

=

−0 ≈1,05 .

1+ sin2

x

2 π

1

+ sin

2

4

Точное значение интеграла равно 1,12, т.е. погрешность составила 7%. Заметим, что удачный выбор точки с может повысить точность вычислений. Однако середина интервала удобнее для грубой оценки значения интеграла. При необходимости более точных вычислений следует использовать другие методы, из которых рекомендуем формулу трапеций.

						1	dx
	47. Вычислить интеграл ∫0							по формуле трапеций.
							1+ x2
		Формула трапеций имеет вид:
	b		b − a		f (a) + f (b)		n−1
	∫	f (x)dx =	n			+ ∑ f (xi ) .
					2
							=
	a						i 1

Здесь n Z0 – число интервалов разбиения области интегрирования; xi – абсцисса конца интервала, причем x0 = a и xn = b.

Точность формулы зависит от выбираемого значения n. При ответственных расчетах рекомендуется вычислить интеграл для двух различных значений n (к примеру, n = 8 и n = 12), после чего сравнить результаты. Если они близки, то расчет закончен. Существует и аналитическая формула для оценки погрешности.

Выберем для данного примера n = 5, т.е. разобьем область интегрирования 0 ≤ x ≤1 на пять интервалов.

Длина интервала h = b −n a = 1−5 0 = 0,2 , следовательно с = a +2 b :

		x 0 = 0		x1 = 0 ,2								x 2 = 0 ,4 x 3 = 0 ,6	x 4 = 0 ,8	x 5 = 1
	В нашем примере f (x) =							1		.		Для вычисления f (xi )	удобно оформить
						1		+ x2
	расчеты следующей таблицей:
				1
	N	xi		f (xi ) =
					1+ x2
								i
	0	0		1
	1	0,2		0,9615
	2	0,4		0,8621
	3	0,6		0,7353
	4	0,8		0,6098
	5	1		0,5000

38 Информатика и математика

В соответствии с формулой трапеций:

	1 dx			1 − 0 1 + 0,5000				= 0,7837 .
			=				+ (0,9615 + 0,8621 + 0,7353 + 0,6098)
	∫0 1 + x2			5		2

Точное значение этого интеграла 0,7854, т.е. погрешность составила

0,2%.

Если повторить расчет, приняв n = 10, то приближенное значение интеграла будет 0,7850, что отличается от точного на 0,05%. Таким образом, формула трапеций обеспечивает хорошую практическую точность вычислений и легко реализуется на компьютере.

Существуют и другие, достаточно удобные, формулы приближенного интегрирования (квадратурные формулы) – Симпсона, Гаусса и др., которые можно найти в перечисленной в конце темы литературе.

48. Найти площадь полуволны синусоиды.

Геометрический смысл определенного интеграла – площадь фигуры, образованной линией y = f(x), осью 0x и вертикальными прямыми x = a и x = b. Отсюда следует, что общая формула площади любой фигуры, с учетом того, что по физическому смыслу площадь S не может быть отрицательной, имеет вид:

S = ∫b f (x)dx .

a

При решении задач на площади рекомендуется предварительно построить эскиз вычисляемой площади. В данном случае:

y

y = sin x

1

S

0								π	x
Отсюда:
S =		π∫sin xdx		.	π∫sin xdx = −cos x		π	= −(cosπ −cos0) = 2 .
		0			0		0

Следовательно, S = 2 = 2 квадр. ед.

y = x2 − 4

1. Практические задания	39

49. Вычислить площадь фигуры, образованной осью 0x и линией y = x2 − 4 на интервале 0 ≤ x ≤ 5.

y

0	2	5	x
–4

Эскиз показывает, что линия пересекает ось 0x. При вычис-

лении площади разобьем интеграл на два слагаемых, для того чтобы не допустить алгебраического сложения величин различных знаков. Найдем сначала точку пересечения функции с осью 0x:

y = x2 − 4

x1 = 2 , x1 = −2 (отбрасываем, так как это значение не входит

в интервал 0 ≤ x ≤ 5 ).

Таким образом, S =

∫2

(x2 − 4)dx

∫5

(x2 − 4)dx

16

+

81

=

97 кв. ед.

+

=...=

−

0

2

3

3

3

50. Найти площадь фигуры, заключенной между линиями

y = 5x − x2 и

y = x2 .

y

y = x2

y = 5x − x2

5

0

2,5

x

Точки пересечения линий определятся из уравнения x2 = 5x − x2 ,

т.е. x1 = 0; x2 = 2,5 .

40	Информатика и математика

Для решения задач со сложным очертанием области удобно использовать графическое разложение на сумму простейших фигур. Так, в нашем случае:

S		y = 5x − x2		S	y = x2
			S 1
					S 2
0	2,5	0	2,5	0	2,5

		Следовательно, чтобы получить искомую площадь S, достаточно
определить площадь S							1	для функции x2 = 5x − x2 и вычесть из нее площадь
S
	2	для функции y = x2 , т.е.
				2,5				2,5										= 5,21 кв. ед.
S = S1 − S2 =				∫(5x − x2 )dx		−		∫x2dx		= ... =		10,42		−		5,21
				0				0

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 11.1. Вычислить пределы:

11.1.1.	lim		(x		+ p )					2			.
								1
	x→∞		p x2 + p								2
			3
11.1.3.	lim		2x2 + p										.
										1
			p		x2 − p
	x→−1			2
											3
11.1.5. lim sin p1x .
	x→0		p2 x
11.1.7.						p	2		x
	lim 1+								.
						x
	x→∞

11.1.2. lim		p x2	− 2x + p					2	.
	1
			x4 + p32
x→∞
11.1.4. lim		x2 −(p +3)x +3p								.
				2		2		1
			1
x→p1			x − p1
11.1.6. lim		sin p3 x						.
						)x
x→0	sin(p + p				3
			1
				1

11.1.8. lim(1+ p1x)x .

x→0

Задание 11.2. Найти первые производные от функций:

11.2.1. y = p1x0,4 − x p2 + x− p3 .

11.2.2. y = ( p1 − p2 x3 ) p3 .

11.2.3. y =

p1x +5

.

11.2.4. y =

p2 + p1 x3 .

x2 − p

2

x

+ p

3

11.2.5. y =

3

−

p2

.

11.2.6. y = p1e− p2x2 .

p1x −1

x

11.2.7. y = x

p

x

x − p1

1

e .

11.2.8. y = ln cos

p2 x

.

11.2.9. y =

x p2

.

11.2.10. p x3

+ x2 y2 + p

y3

= p2 .

p ex

1

2

3

1

Литература: 3, 4, 25.

1. Практические задания	41

ТЕМА 12 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ КОМБИНАТОРИКА

Рассмотрим ряд примеров, иллюстрирующих применение комбинаторных формул в задачах.

1. Упростить выражение B = 7!4! 8! − 9! .

10! 3!6! 2!7!

Было бы неправильным просто вычислить все факториалы, после чего перейти к арифметике – слишком большие числа. Используем, где возможно, расчленение факториалов:

7!4!

=

7! 4!

=

1 2 3 4

=

24

=

1

;

8!

= 6! 7 8 9 =

7 8 9 =

84 ;

10!

7! 8 9 10

8 9 10

3!6!

720

30

3!6!

1 2 3

9!

=

7! 8 9

=

8 9

= 36 .

Следовательно,

B =

1

(84 −36)= 48

=1,6 .

2!7!

2!7!

1 2

30

30

5!

(m +1)!

2. Упростить выражение A =

.

m(m +1)

(m −1)! 3!

Напомним, что (m +1)!= m!(m +1); (m −1)!= m! и 5!= 3! 4 5

, тогда

3! 4 5

m!(m +1) = 4 5 = 20 .

m

A =

m (m +1)

m!

3!

m

3. При расследовании хищения установлено, что у преступника семизначный телефонный номер, в котором ни одна цифра не повторяется. Следователь, полагая, что перебор этих номеров потребует одного-двух часов, доложил о раскрытии преступления. Прав ли он?

Известно, что любое число может быть записано с использованием десяти цифр – 0, 1, ..., 9. Так как телефонные номера обычно не начинаются с 0, то задача состоит в вычислении числа комбинаций из девяти различных цифр по 7. Очевидно, что это – размещение по семи различным местам семи из девяти различных цифр, т.е.

7	9!			9!		2! 3 4 5 6 7 8 9	=181 440 номеров.
A9	=		=	2!	=	2!
		(9 −7)!

Даже если на проверку одного номера тратить 1 минуту, то на все уйдет 3024 часа или 126 суток. Таким образом, следователь – не прав.

4. Сколькими способами семь разных учебников можно поставить на полке в один ряд?

Так как порядок учебников по условию – значения не имеет, то имеем задачу о числе перестановок семи разных книг. Следовательно,

P7 = 7!=1 2 3 4 5 6 7 = 5040 способов.

5. В штате прокуратуры областного центра имеется пять следователей. Сколькими способами можно выбрать двух из них для проверки оперативной информации о готовящемся преступлении?

42	Информатика и математика

Поскольку не имеет значения, какой сотрудник будет первым, а какой – вторым, т.е. необходим выбор двух разных сотрудников из пяти возможных, то это – задача о сочетаниях из пяти человек по два. Следовательно:

2		5!		5!		3! 4 5	=10 способов.
C5	=		=		=	2! 3!
		2!(5 − 2)!		2! 3!

6. В розыгрыше первенства по футболу среди вузов принимает участие 16 команд, при этом любые две команды играют между собой только один матч. Сколько всего календарных игр?

Данная задача – о числе выборок из 16 по 2. Таким образом,

	C162 =	16!		=	16!	=	14! 15 16	=120	игр.
		2!(16 − 2)!			2!14!		2!14!

7. Изменим условия примера 3. Пусть стало известно, что в телефонном номере преступника встречаются только цифры 2, 4, 5 и 7. Насколько уменьшится перебор всех возможных номеров?

Таким образом, в семизначном телефонном номере встречаются только четыре цифры, остальные три, очевидно, повторяют какие-то из имеющихся. Следовательно, имеем задачу о размещениях из четырех цифр по семи, т.е. с повторениями.

Решение:

A47 (повт.) = 47 =16384 номера.

Перебрать все эти номера можно примерно за 11 суток, что почти в 10 раз меньше, чем в примере 3.

8. Сколькими способами можно разложить в ряд две зеленые и четыре красные папки?

Так как названия папок не указываются, а критерием является цвет, то задача состоит в расположении шести цветных папок двух цветов. Имеем случай перестановок с повторениями. Следовательно,

P6 (2,4)= 2!4!6! = 4!2!54!6 =15 способами.

9. Сколькими способами можно переставить буквы в слове «какао», чтобы получились все возможные различные наборы букв?

В заданном слове – 5 букв, причем «к» и «а» повторяются по два раза,

	а «о» встречается один раз. Таким образом, P5 (2,2,1)=	5!		= 30 способов.
		2!2!1!

10. В кондитерской имеется пять разных видов пирожных. Сколькими способами можно выбрать набор из четырех пирожных?

Ясно, что можно выбрать как различные виды пирожных, так и повторяющиеся и даже составить набор из четырех одинаковых пирожных. Так как порядок следования пирожных в наборе не имеет значения, то эта задача относится к классу сочетаний с повторениями.

	Следовательно, C54 (повт.) = C44+5−1 =	8!		= 70 способами.
		4!4!

1. Практические задания	43

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

p3!

(p1

+1)!

(2 p2 +1)!

Задание 12.1. Вычислить (p

− 2)!

(p

−1)!

− (2 p

2

−1)!

.

3

1

Задание 12.2. С помощью правила симметрии вычислить:

A = Cpp1−2 + 2Cpp2 −3 +3Cpp3+2 .

1

2

3

Задание 12.3. В учебной группе

p2

p3 студентов. Сколькими спосо-

бами их можно разбить на бригады по p1 человек?

Литература: 1–3, 5, 19, 25.

ТЕМА 13 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ВЕРОЯТНОСТИ

Рассмотрим ряд примеров, иллюстрирующих вычисление вероятностей событий и анализ дискретных случайных величин.

1. Брошены два игральных кубика. Найти вероятность того, что сумма очков на выпавших гранях равна пяти, а произведение – четырем.

Каждый кубик при бросании дает одно из чисел 1, 2, 3, 4, 5, 6. Так как оба кубика бросаются независимо, то по теореме умножения общее число исходов: 6 · 6 = 36.

Ясно, что удовлетворить условию задачи возможно только двумя сочетаниями очков: 1, 4 или 4, 1. То есть только два исхода благоприятствуют условию задачи. Следовательно, по определению вероятности:

P(A)= 362 = 181 ≈ 0,056 .

2. В коробке имеется 15 шаров, из которых 10 – окрашены, а 5 – прозрачные. Извлекаем, не глядя, три шара. Какова вероятность того, что все они будут окрашены?

Общее число исходов при извлечении шаров:

	n = C153 =	15!		= 455 .
		3!(10 −3)!

Благоприятных исходов того, что все шары окрашены:

3		10!	=120 .
m = C10	=
		3!(10 −3)!

Следовательно, P(A)= 120455 = 2491 ≈ 0,264 .

3. В библиотеке на стеллаже расставлено 15 учебников по математике, причем только 5 из них пригодны для студентов юридического факультета. Студент наудачу выбирает 3 учебника. Какова вероятность того, что хотя бы один из учебников – тот, что нужен?

Всего три учебника из 15 можно выбрать:

	n = C153 =	15!		= 455 способами.
		3!(10 −3)!

P1 P2 = 0,2 0,3 = 0,06 .

P1 P2 = 0,7 0,2 = 0,14 ;

P1 P2 = 0,7 0,8 = 0,56;

P(A)=1 − P(A)=1 − 0,264 = 0,736 .

44 Информатика и математика

Ненужные учебники при этом (из 10 шт.) могут быть выбраны:

3		10!		способами.
m = C10	=		=120
		3!(10 −3)!

Следовательно, вероятность того, что все учебники непригодны:

P(A)= mn = 120455 = 2491 ≈ 0,264 .

Поскольку события А – «хотя бы один учебник пригоден» и A – «все три учебника непригодны» противоположны и составляют полную группу,

то: P(A)+ P(A)=1.

Следовательно, 4. Два стрелка одновременно стреляют по мишени. Вероятность попа-

дания для первого стрелка равна 0,7, второго – 0,8. Найти вероятность того, что в мишень попадет только один стрелок.

Так как два стрелка стреляют одновременно и независимо друг от друга, то, используя противоположные события «попадание – промах» и правило умножения вероятностей, получим следующие варианты событий:

– попадают оба стрелка:

– попадает первый стрелок и не попадает второй:

– попадает второй и промах у первого: P1 P2 = 0,3 0,8 = 0,24 ;

– промах обоих стрелков:

Эти события образуют полную группу, так как

0,56 + 0,14 + 0,24 + 0,06 =1.

Решением задачи, по правилу сложения, будет:

P1 P2 + P1 P2 = 0,14 + 0,24 = 0,38 .

5. Программа экзамена содержит 25 вопросов, из которых студент знает 20. Преподаватель последовательно задает три вопроса. Найти вероятность того, что студент сможет ответить на все вопросы А, В, С.

Вероятность того, что первый вопрос экзаменатора будет из числа известных студенту, равна P(A)= 2025 .

Таким образом, остается 24 вопроса, из которых 19 – известны. Следовательно, P(B / A)= 1924 .

Аналогично, вероятность того, что студент ответит и на третий вопрос:

P(C / AB)= 1823 .

Таким образом, вероятность отличной оценки:

P(A) P(B / A) P(C / AB)= 2025 1924 1823 ≈ 0,496 .

6. В мешок, содержащий два шара неизвестного цвета, опущен белый шар. После встряхивания извлечен один шар. Найти вероятность того,

1. Практические задания	45

что извлеченный шар окажется белым, если равновозможны любые предположения о цвете двух шаров, находившихся в мешке.

Пусть А – событие извлечения белого шара. Построим предположения о первоначальном составе шаров:

В1 – белых шаров нет; В2 – один белый шар из двух; В3 – оба шара белые.

Так как гипотезы В1, В2 и В3 по условию равновероятны, то

P(B1 )= P(B2 )= P(B3 )= 13 .

А теперь промоделируем извлечение:

– если в мешке первоначально не было белых шаров, то:

P(A / B1 )= 13 , так как только одно событие из трех благоприятно;

– в мешке уже был один белый шар, следовательно:

P(A / B2 )= 23 , так как уже два события из трех благоприятны;

– в мешке оба шара были белые:

P(A / B3 )= 33 =1.

Искомую вероятность того, что будет извлечен белый шар, найдем по формуле полной вероятности:

P(A)= P(B1 )P(A / B1 )+ P(B2 )P(A / B2 )+ P(B3 )P(A / B3 )= = 13 13 + 13 23 + 13 1 = 23 .

7. Два автомата производят одинаковые детали. Производительность первого автомата в два раза больше производительности второго. Вероятность производства отличной детали у первого автомата равна 0,60, а у второго 0,84. Наудачу взятая для проверки деталь оказалась отличного качества. Найти вероятность того, что эта деталь произведена первым автоматом.

Пусть А – событие: деталь отличного качества. Можно сделать две гипотезы:

В1 – деталь произведена первым автоматом. Тогда P(B1 )= 23 , так как этот автомат производит, по условию, деталей в два раза больше второго.

В2 – деталь изготовлена вторым автоматом, причем P(B2 )= 13 .

Условные вероятности того, что деталь произведена первым автома-

том, по условию: P(A / B1 )= 0,60, а вторым – P(A / B2 )= 0,84 .

Вероятность того, что наудачу взятая деталь окажется отличного качества, по формуле полной вероятности:

46															Информатика и математика
P(A)= P(B1 )P(A / B1 )+ P(B2 )(A / B2 )= 2												0,60 +		1 0,84 = 0,68.
											3			3
Искомая вероятность того, что взятая деталь изготовлена первым
автоматом, по формуле Байеса:
	B		=	P(B )P(A B )				=	2 3 0,6		≈ 0,588 .
P	1				1		1			0,68
	A				P(A)
8. Дискретная случайная величина X задана законом распределения:
								X		1	3		6	8
								p		0,2	0,1		0,4	0,3
Построить многоугольник распределения.
В прямоугольной системе координат по оси x будем откладывать воз-
можные значения xi, а по оси y – вероятности этих значений. Построим
точки M1 (1; 0,2) ;						M 2 (3; 0,1) ;			M3 (6; 0,4) и M 4 (8; 0,3) . Соединив эти точки отрез-
ками, получим ответ.
	Pi
0,5											M3
0,4
0,3													M4
				M1
0,2
0,1							M2
				1		2 3			4	5	6	7	8 9		10	xi

9. Компьютер состоит из трех независимо работающих элементов: системного блока, монитора и клавиатуры. При однократном резком повышении напряжения вероятность отказа каждого элемента равна 0,1. Исходя из распределения Бернулли, составить закон распределения числа отказавших элементов при скачке напряжения в сети.

Возможные значения величины X (число отказов): x0 =0 – ни один из элементов не отказал;

x1 =1 – отказ одного элемента; x2 =2 – отказ двух элементов; x3 =3 – отказ всех элементов.

Так как, по условию, p = 0,1, то q = 1 – p = 0,9. Используя формулу Бернулли, получим

P3 (0)= C30 p0q3 = q3 = 0,93 = 0,729 ,

P3 (1)= C31 p1q2 = 3pq2 = 3 0,1 0,92 = 0,243, P3 (2)= C32 p2q1 = 3p2q = 3 0,12 0,9 = 0,027 ,

1. Практические задания								47
P3 (3)= C33 p3q0 = p3		= 0,13 = 0,001.
Контроль: 0,729 + 0,243 + 0,027 + 0,001 =1.
Следовательно, искомый закон распределения:
	X		0		1		2	3
	p		0,729		0,243		0,027	0,001

10. Произведено 500 выстрелов из винтовки. Вероятность негодного патрона p = 0,002 . Найти вероятность того, что в серии было ровно три осечки.

Так как n = 500 – велико, а вероятность p = 0,002 – мала и все выстрелы независимы, то имеет место формула Пуассона:

Pn (k )= (np)k . enp k!

Следовательно,					P (3)=			(500 0,002)3						≈ 0,061.
					500				e500 0,002 3!
11. Найти числовые характеристики случайной величины X, заданной
законом распределения:
			X			-5					2				3			4
			p			0,4					0,3				0,1			0,2
Математическое						ожидание:
M (X )= −5 0,4 + 2 0,3 +3 0,1+ 4 0,2 = −0,3 .
Запишем закон распределения X 2:
	X 2				25					4						9			16
	p				0,4					0,3						0,1			0,2
Математическое				ожидание:
M (X 2 ) = 25 0,4 + 4 0,3 + 9 0,1+16 0,2 =15,3 .
Находим дисперсию:
D(X )= M (X 2 ) −[M (X )]2 =15,3 − (−0,3)2														=15,21.
Стандарт у(X )=					D(X )=				15,21 ≈ 3,9 .
12. Случайная величина X задана законом распределения
			Х						1					2				4
			p						0,1					0,3				0,6

Найти начальные и центральные моменты первых трех порядков. Найдем сначала начальные моменты нk = M (X k ) .

н1 = M (X )=1 0,1+2 0,3 +4 0,6 = 3,1;

н2 = M (X 2 ) =1 0,1+ 4 0,3 +16 0,6 =10,9 ;

н3 = M (X 3 ) =1 0,1+8 0,3 +64 0,6 = 40,9 .

Теперь найдем центральные моменты мk = M[X − M (X )]k .

м1 = M [X − M (X )]= M (x0 )= 0 ;

48	Информатика и математика

м2 = н2 − н12 =10,9 −3,12 =1,29 = D(X );

м3 = н3 −3н1н2 + 2н13 = 40,9 −3 3,1 10,9 + 2 3,13 = −0,888 .

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 13.1. Бросаются три игральных кубика. Определить вероятность появления ровно p2 очков.

Задание 13.2. Среди (p1 + p2 + p3) деталей имеются четыре бракованных. Произвольно вынимаются пять деталей. Какова вероятность того, что среди них хотя бы одна – бракованная?

Задание 13.3. На экзамен вынесено (p1·p2·p3) вопросов, причем студент может ответить на три четверти этих вопросов. Для получения тройки надо ответить не менее чем на три вопроса, четверки – на четыре и пятерки – на пять. Определить вероятность получения студентом оценок 2, 3, 4 и 5.

Задание 13.4. На трех станках изготавливаются патроны. На первом станке в минуту изготавливается p1 патронов, на втором – p2 и на третьем – p3. Установлено, что после одного часа работы на первом станке 2% патронов, на втором 3% и на третьем 5% – дефектные. На контроль берется один патрон после каждого часа работы. Определить полную вероятность того, что он будет дефектным.

Задание 13.5. Два студента на практике в налоговой полиции проверяют правильность заполнения налоговых деклараций членами Правительства РФ. Первый студент обрабатывает 60% деклараций, второй – 40%. Вероятность того, что первый студент допустит ошибку при обработке,

равна 100p1 , а второго – 100p2 . Руководитель практики для контроля проверил

одну декларацию и выявил ошибку проверки. По формуле Байеса определить вероятность того, что ошибся первый студент.

Задание 13.6. В партии, содержащей (p1·p2·p3) упаковок чая, имеется 6 упаковок, в которых чай подменен наркотиком. Наудачу берется 5 упаковок. Построить ряд и многоугольник распределения числа упаковок с чаем среди отобранных.

Задание 13.7. Монету бросают p1 раз. Написать распределение Бернулли для случайной величины X – числа появлений орла в процессе испытания.

Задание 13.8. Учебник по математике издан тиражом 100 000 экз. Вероятность бракованного экземпляра p = 10 p0001 . С помощью распределе-

ния Пуассона найти вероятность того, что в тираже будет ровно p2 бракованных книг.

Задание 13.9. Для закона распределения, заданного таблицей:

Х	1	2	4	7	8	10
p	a1	a2+0,04	a3+0,01	a1+a2	a2+a3	0,95-(2a1+3a2+2a3)

1. Практические задания	49

где a1 = 100p1 ; a2 = 100p2 ; a3 = 100p3 , определить математическое ожидание, дисперсию и стандарт случайной величины X.

Литература: 1–3, 19, 25.

ТЕМА 14

ЭЛЕМЕНТЫ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ЛОГИКИ

Средства и методы доказательств значительно облегчаются введением символических обозначений и математических операций над высказываниями и комбинациями высказываний.

1. Составить таблицу истинности для формулы z = x y .

Для решения таких задач надо прежде всего определить число вариантов по формуле m = 2n, где n – число независимых высказываний. В данном случае для двух высказываний x и y m = 22 = 4, т.е. таблица истинности будет содержать четыре строки. Следующим шагом является перебор всех значений 1 и 0 для x и y и использование известных свойств дизъюнкции.

В результате имеем таблицу:

x	y	y = ¬y	z = x y
1	1	0	1
1	0	1	1
0	1	0	0
0	0	1	1

2. Составить таблицу истинности для формулы p = (x y) z .

В отличие от примера 1 здесь n =3, т.е. x, y и z. Поэтому m = 23 = 8 и таблица содержит восемь строк. Остальное – аналогично примеру 1:

x	y	z	y	x y	(x y) z
1	1	1	0	0	1
1	1	0	0	0	0
1	0	1	1	1	1
1	0	0	1	1	1
0	1	1	0	0	1
0	1	0	0	0	0
0	0	1	1	0	1
0	0	0	1	0	0

3. Доказать равносильность x ≡ y = x y x y .

Для решения таких задач необходимо использовать важнейшие равносильности алгебры логики, приведенные в плане-конспекте. Преобразуем левую часть: x ≡ y = (x → y) (y → x) (формула второй группы).

А теперь	переведем импликацию в дизъюнкцию (по формуле
x → y = x y ):	(x → y) (y → x)= (x y) (y x) .

50	Информатика и математика

Используем дистрибутивный закон (третья группа):

(x y) (y x)= (x y) (x x) (y y) (y x).

Но по основным равносильностям (первая группа): x x = 0; y y = 0 , т.е.

(x y) (x x) (y y) (y x)= (x y) 0 0 (y x).

Используя теперь a 0 = a и 0 a = a , имеем (для ясности поставим

скобки): ((x y) 0) (0 (y x))= (x y) (y x) .

Полученное выражение полностью совпало с правой частью исходной формулы (ясно, что y x = x y ), поэтому равносильность доказана.

Обычно такие доказательства и преобразования записываются короче

ввиде цепочки:

x≡ y = (x → y) (y → x)= (x y) (y x)=

=(x y) (x x) (y x) (y y)=

=(x y) 0 (x y) 0 = (x y) (x y).

4. Упростить формулу (x y → x y) y .

Рассуждая аналогично предыдущему примеру и, используя основные равносильности, получим цепочку:

(x y → x y) y = (x y x y) y = (x y x y) y =

=(x y) y = y.

5.За отсутствие документов наряд милиции задержал трех студентов разных вузов: Романа, Сергея и Павла. На допросе каждый из них показал следующее:

-Роман: Я учусь в ИМПЭ, а Сергей – в СГУ;

-Сергей: Я учусь в ИМПЭ, а Роман – в МИЭП;

-Павел: Я учусь в ИМПЭ, а Роман – в СГУ.

В ответах каждого из них одно утверждение истинно, а другое – нет. Поэтому в милиции легко определили, кто где учится. Как это было установлено?

При решении таких логических задач, постоянно возникающих в деятельности юриста, необходимо формализовать имеющиеся утверждения, определить базовую связь между ними и упростить полученное выражение путемравносильныхпреобразований.

Обозначим через Xy студента, имя которого начинается с буквы X, а y – первая буква названия института, в котором он учится. К примеру, утверждение «Роман учится в ИМПЭ» запишется Ри.

Так как в показаниях студентов одно утверждение верно, а другое – нет, топоусловиюзадачиможносоставитьследующиеистинныедизъюнкции:

Ри Сс = 1, Си Рм =1, Пи Рс =1.

1. Практические задания	51

Но тогда будет истинной и конъюнкция этих дизъюнкций: (Ри Сс) (Си Рм) (Пи Рс) =1.

Используем свойства равносильностей. Для первых двух скобок: (Ри Сс) (Си Рм)=(Ри Си) (Ри Рм) (Сс Си) (Сс Рм)= =0 0 0 (Сс Рм) = Сс Рм.

Так как все студенты из разных вузов, то Xy Xz = 0 и, кроме того, один студент не может учиться в двух вузах, поэтому Xy Zy = 0, что

иприводит к такой формуле.

Атеперь полученный результат используем с третьей скобкой конъюнкции:

(Сс Рм) (Пи Рс)= =(Сс Пи) (Сс Рс) (Рм Пи) (Рм Рс)=

=(Сс Пи) 0 (Рм Пи) 0=(Сс Пи) (Рм Пи)= =(Сс Рм) Пи=Сс Рм Пи.

Так как по конъюнкции Сс Рм Пи = 1, то Сергей учится в СГУ, Роман – в МИЭП, а Павел – в ИМПЭ.

Решение полученной задачи есть логическое рассуждение.

6. По подозрению в совершенном преступлении задержали Брауна, Джона и Смита. Один из них был уважаемым в городе стариком, другой был малоизвестным чиновником, третий – известным мошенником. В процессе следствия старик говорил правду, мошенник лгал, а третий задержанный в одном случае говорил правду, а в другом – ложь. Вот что они утверждали:

Браун: «Я совершил это, Джон не виноват». Джон: «Браун не виноват. Преступление совершил Смит».

Смит: «Я не виноват, виноват Браун».

Требуется определить имена старика, мошенника и чиновника, и кто из них виноват, если известно, что преступник один.

В этой задаче условие может быть записано в виде формулы, истинность которой не очевидна. Следует провести анализ.

Обозначим буквами B, D и S высказывания: «виноват Браун», «виноват Джон» и «виноват Смит» соответственно. Тогда утверждения, высказанные задержанными, можно записать в виде конъюнкций:

B D, B S, B S ,

из которых по условию задачи две ложны, а одна истинна и поэтому будет истинна формула:

L = (B D ) (B S) (B S ) .

Эта формула не тождественно истинна. Действительно, если истинно высказывание D и ложны высказывания B и S, то L = 0. Но эта формула и не тождественно ложна. Например, при истинном высказывании B

52	Информатика и математика

и ложных высказываниях D и S имеем L = 1. В связи с этим имеет смысл рассмотреть таблицу истинности формулы L и проанализировать все случаи, при которых формула L истинна.

Таблица истинности этой формулы имеет вид:

	B	D	S	B					B			S	L
					D			S			B
1	1	1	1	0			0			0			0
2	1	1	0	0			1			0			1
3	1	0	1	1			0			0			1
4	1	0	0	1			1			0			1
5	0	1	1	0			0			1			1
6	0	1	0	0			0			0			0
7	0	0	1	0			0			1			1
8	0	0	0	0			0			0			0

Отсюда видно, что формула L истинна в пяти из восьми нумерованных случаев. Случай 4 следует исключить из рассмотрения, так как здесь оказываются истинными две конъюнкции, а это противоречит условию задачи.

В случаях 2, 3 и 5 оказываются истинными по два высказывания B и D, B и S, D и S соответственно, что также противоречит условию задачи. Следовательно, справедлив случай 7, т.е. преступник – Смит. Он известный мошенник, и оба его высказывания ложны B S = 0 . При этом B = 0 и D = 0, т.е. высказывания B и D ложны. Значит, истинна пара высказываний Джона, а у Брауна первое высказывание ложное, а второе – истинное. Отсюда ясно, что Джон – уважаемый в городе старик, а Браун – малоизвестный чиновник.

7. Пусть заданы предикаты P(x) : «x – четное число» и P(x) : «x – делится на 3», определенные на множестве N. Найти область истинности пре-

диката		B .
	S
Сначала определим			области истинности исходных предикатов.
На множестве N четные числа имеют вид: JP ={2; 4; 6; 8;K; 2n;K},
а числа, кратные 3:			JQ ={3; 6; 9; K; 3n;K}.
Пересечение этих областей и явится решением задачи:

JP Q = J p ∩ JQ ={6; 12;18; K; 6n;K} .

8. Пользуясь равносильностями, найти отрицание формулы

x(P(x) Q(x)) .

Возьмем отрицание всей формулы и используем замену кванторов по первой основной равносильности предикатов: x(P Q)= x(P Q) .

А теперь используем равносильность x y = x y (вторая группа равносильных формул алгебры логики): P Q = P Q .

Следовательно: x(P Q)= x(P Q ) .

1. Практические задания	53

9. Пусть функция f(x) определена на множестве R. На языке логики предикатов записать определение: функция f(x) называется четной, если область ее определения симметрична относительно начала координат и для каждого x из этой области справедливо равенство f (− x)= f (x).

Здесь задача заключается в переводе текстовой формулировки на язык предикатов. С помощью квантора:

Функция f(x) называется четной, если

(x R)( f (x) = f (−x)) .

С целью более глубокого изучения темы выполните следующие задания.

Задание 14.1. Определив истинность или ложность высказываний: x : p1 ≥ p2,

y : p2 ≤ p3 , z : p1 > p2 − p3 ,

решить задачи 14.1.1-14.1.5.

14.1.1. Определить истинность или ложность предложений 14.1.2. Определить истинность или ложность предложений 14.1.3. Определить истинность или ложность предложений

14.1.4. Определить логическое значение формулы

((x y) z)≡ ((x z) (y z)) .

x y и y z .

y x и	x z .
x y и	z y .

14.1.5. Определить логическое значение формулы

(x → y) (x → z)→ (x → y z).

Задание 14.2. Для произвольных высказываний p, q и r решить задачи

14.2.6-14.2.9.
14.2.6. Построить таблицу истинности для формулы	p q → p q .
14.2.7. Построить таблицу истинности для формулы	p → (		) .
		q r
14.2.8. Является ли тавтологией или противоречием формула
( p q) ≡ ( p q) ?
14.2.9. Является ли тавтологией или противоречием формула
(p → q) q → p ?

Задание 14.3. Даны предикаты P(x) : «x – нечетное число» и Q(x): «x – делится на 10». Найти область истинности предикатов P(x) Q(x) и P(x)→ Q(x), если исходные предикаты определены на множестве N.

Литература: 5, 25.

2. ПЛАН-КОНСПЕКТ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА

Авторы-составители: канд. техн. наук, проф. О.Ю. Худякова, канд. техн. наук, доц. В.А. Бужинский

ВВЕДЕНИЕ

На современном этапе развития юридической науки увеличивается объем нормативно-правовой, криминологической, уголовно-статистичес- кой и иной информации, особую актуальность приобретает анализ математических средств и методов исследования разнообразных правовых явлений и процессов.

В настоящее время информатика становится одной из важнейших областей человеческой деятельности. Наука и производство, сфера услуг, управление, быт и досуг, человеческое общение – все, что есть в них нового и передового, так или иначе связано с информатикой. Рынок продуктов информатики наполнен огромным количеством автоматизированных систем.

Современная юриспруденция является благодатной почвой для внедрения самых передовых достижений информатики.

Образовательный цикл по всем юридическим специальностям немыслим без глубокого знания основ современной информатики и прежде всего без приобретения практических навыков обращения с ее основными продуктами: компьютерами, компьютерными сетями и системами.

В рамках современного образования математическое рассматривается как важнейшая составляющая фундаментальной подготовки студента. Обусловлено это тем, что математика является не только элементом общей культуры и универсальным языком науки, но и мощным средством решения прикладных задач. Развитие математической культуры студента должно включать в себя ясное понимание необходимости математической составляющей в общей подготовке, выработку представления о роли и месте математики в современной цивилизации и в мировой культуре, умение логически мыслить, оперировать с абстрактными объектами и корректно использовать математические понятия и символы для выражения количественных и качественных отношений.

Правовая информатика активно использует математические методы познания. В правовой информатике приходится постоянно иметь дело с количественными параметрами. Последние касаются объема информации, поступающей и обращающейся в изучаемой информационной системе, определения уровней и показателей оптимальности и эффективности работы информационных систем и т.п. Здесь не обойтись без методов мате-

2. План-конспект лекционного курса	55

матики – науки о количественных и пространственных формах действительного мира.

Информатика использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации. Можно утверждать, что математика создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики.

Особое значение в информатике играет такой раздел математики, как математическая логика. Математическая логика разрабатывает методы, позволяющие использовать достижения логики для анализа различных процессов, в том числе и информационных, с помощью компьютеров. Теория алгоритмов, теория параллельных вычислений, теория сетей и другие науки берут свое начало в математической логике и активно используются в информатике. Используя логические операции, можно провести моделирование логической структуры правовой нормы. Цель моделирования – выявить логические (включая латентные) связи правовой нормы. По оценкам специалистов прогресс информатики в значительной степени будет обусловлен развитием ее математической базы.

Целью преподавания курса является ознакомление студентовюристов с основными понятиями информатики и математики, со спецификой их использования в правовых исследованиях; развитие навыков математического мышления; навыков использования математических методов и основ математического моделирования; а также приобретение навыков по освоению компьютерной техники, технологии и программных продуктов общего и специального назначения.

ТЕМА 1	АКСИОМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Основные вопросы темы

1.Понятие аксиоматического метода.

2.Значение математики и информатики в юриспруденции.

1.Математика все в большей степени становится необходимым инструментом юридической науки. Это объясняется рядом существенных причин.

Во-первых, органическим единством природы и общества. Общество состоит из значительного числа экономических, социальных, правовых и иных систем. Функционирование и развитие последних (включая и объекты государственно-правовой реальности) представляют собой естественноисторический и управленческо-информационный процесс, который должен изучаться с математической точностью.

56	Информатика и математика

Во-вторых, правовые системы, явления и процессы (прежде всего механизмы правотворчества, правового регулирования, законности, борьбы

спреступностью) наряду с качественными свойствами (структурностью, целостностью, устойчивостью) обладают и количественной мерой (количеством норм, связей, интенсивностью потоков информации, степенью развития, целенаправленности и т.д.).

В-третьих, в юридических науках в связи с правовой информатизацией общества, созданием информационных комплексов и систем в области права и решением на компьютерах юридических задач возникло значительное число проблем, связанных с оптимизацией функционирования правовых систем, юридических органов и процессов. Эти проблемы не могут быть решены без использования разнообразных математических методов, так как сущность оптимизации в этом случае состоит в разработке формализованных способов достижения целей функционирования систем

снаименьшими затратами материальных средств, времени.

В-четвертых, математика как наука обладает понятийным аппаратом, с помощью которого представляется возможным отразить структуру отдельных правовых систем, их цели, функции, происходящие в них процессы сбора, обработки и использования информации. К числу этих понятий относятся: «множество», «подмножество», «функция», «энтропия», «распознавание образов», «дерево целей», «операция», «критерий оптимальности», «модель».

В-пятых, в юридической науке, особенно в таких ее областях, как государственное управление, правовое регулирование предпринимательской деятельности, криминология, криминалистика и правовая информатика, приходится часто иметь дело с количественными параметрами. Последние касаются объема информации, поступающей в государственные органы, количественных оценок правового регулирования, качества и объема промышленной продукции, состояния и уровня преступности, криминалистических показателей и т.п.

К сожалению, об аргументах в пользу широкого применения математических средств и методов и о тесной взаимосвязи количественного анализа с качественным в юридических науках порой забывают. При этом ссылаются на сложность, социальный характер нормативно-правовых и иных связанных с ними систем, явлений и процессов; указывают на то, что юристы в процессе своей повседневной деятельности имеют дело с фактами не только объективного, но и субъективного порядка, трансформация которых в математическую форму не всегда может осуществляться в рамках положений и аксиом высшей и прикладной математики; отмечают невозможность математизации всех явлений правовой реальности.

Общеизвестно, что объекты, изучаемые юридическими науками, действительно многомерны по своей природе и чрезвычайно сложны. Однако

2. План-конспект лекционного курса	57

вопрос заключается в другом. Информатизация всех сторон жизни нашего общества, усложнение хозяйственных и социальных связей в условиях рыночных отношений влечет за собой усложнение систем в сфере юридической деятельности. Это требует всестороннего, в том числе количественного, математического анализа отдельных правовых и связанных с ними систем, явлений и процессов в области государственного управления, правового регулирования предпринимательства, информационного обеспечения в области права, криминологии, информационного права, криминалистики и т.д. Социальный характер информационных правовых систем, явлений и процессов не может служить препятствием для разумного применения математических методов в юридических науках. В то же время формализация фактов различного порядка, с которыми приходится иметь дело юристу, не всегда может осуществляться в рамках положений или правил классической высшей и прикладной математики. Поэтому необходима специальная теория измерения в области права, которая существенно отличается от существующей теории измерения, используемой в естественных науках.

Разработка такой теории в общественных науках начата давно. Однако, как показывает проведенный анализ, пока сделаны лишь определенные шаги по созданию специального понятийного аппарата, пригодного для описания систем, явлений и процессов социальной действительности (в том числе юридической). В то же время при исследовании экономических, управленческих, информационных и других проблем сегодня активно используются теория вероятностей, математическая статистика, теория информации, математическая логика, теория графов, теория игр, линейное и динамическое программирование и другие разделы современной математической науки.

Ведущая роль в юридических науках, естественно, принадлежит качественному анализу. Использование математических средств и методов в них ориентировано в настоящее время, по существу, на решение частных практических проблем и задач. Математические средства и методы исследования правовых систем ограничиваются только измерением однородных связей; им недоступны всеобщие связи правовой системы общества в целом в силу их универсальности. Проведен ряд исследований по вопросам формализации отдельных отраслей права, логики норм и теории права, аксиоматического метода построения структуры права и математического описания действия правовой нормы. Проанализированы процессы управления правовыми системами в свете математической теории информации, включая анализ закона передачи разнообразия от одной правовой системы к другой; дана математическая оценка правовой информации с точки зрения теории вероятностей, комбинаторного подхода, семантических и прагматических мер.

58	Информатика и математика

Одним из способов дедуктивного построения научных теорий является aксиоматический метод – метод построения раздела науки (например, математики, математической логики, информатики, термодинамики и др.) или какой-либо науки в целом, при котором из всех истинных утверждений раздела (или науки) избирается некоторое конечное подмножество утверждений, кладется в основу исходных положений – аксиом, из которых затем логическим путем, посредством доказательства средствами формальной логики выводятся все остальные истинные утверждения (теоремы) этого раздела или научной теории.

Создание дедуктивного или аксиоматического метода построения науки является одним из величайших достижений математической мысли, потребовавшего работы многих поколений ученых.

Замечательной чертой дедуктивной системы изложения знания является простота, она сводится:

•к перечислению основных понятий;

•изложению определений;

•аксиом;

•теорем;

•доказательству этих теорем.

Аксиома – это утверждение, принимаемое без доказательств. Теорема – утверждение, вытекающее из аксиом.

Доказательство – составная часть дедуктивной системы, рассуждение, которое показывает, что истинность утверждения логически вытекает из истинности предыдущих теорем или аксиом.

Внутри дедуктивной системы не могут быть решены два вопроса: 1) о смысле основных понятий; 2) об истинности аксиом. Но это не значит, что эти вопросы вообще неразрешимы.

Если говорить более конкретно, то первым шагом аксиоматического метода является то, что без определений принимается некоторая совокупность первичных терминов (или символов), соответствующая некоторым неспецифицированным совокупностям основных исходных объектов исследуемой области. Одновременно выводятся первичные термины и для операций и отношений, определенных для соответствующих областей неспецифицированных объектов. Затем на основе первичных терминов формулируются аксиомы, описывающие свойства первичных операций и отношений. Из аксиом логическим путем выводятся теоремы аксиоматической теории. Новые более сложные объекты вводятся в теорию на основе первичных терминов путем явных определений. Их свойства также обосновываются соответствующими теоремами. Так, Евклид, который уже в III в. до н.э. применял аксиоматический метод в своих «Началах», взял в качестве первичных такие термины, как «точка», «прямая» и «плоскость». Принятая в наши дни аксиоматика евклидовой гео-

2. План-конспект лекционного курса	59

метрии, предложенная Д. Гильбертом, исходит из шести первичных терминов: «точка», «прямая», «плоскость», «инцидентно», «между» и «конгруэнтно».

2. Как известно, процесс познания правовых систем (механизмов правотворчества, правового регулирования, законности и др.) идет от явления к сущности, от познания качественной стороны той или иной системы к ее количественной определенности. Иначе говоря, проникновение в сущность системы связано с познанием ее количественных характеристик. Однако в правовой реальности не существует обособленных количественных и качественных явлений. Количественный анализ поэтому подразумевает не отбрасывание качества, как не имеющего никакого отношения к количеству, а учет его при выделении однородных элементов. Категория качества выражает целостность конкретной правовой системы – единство множества ее элементов, свойств, внутренних противоречий. Категория количества отражает множественность и дифференциацию свойств правовой системы, делимость на сравнительно однородные части. В процессе познания качественная определенность правовых систем, явлений, процессов раскрывается при уяснении их тождества и различия с другими явлениями и процессами при целостном рассмотрении их признаков, а количественная определенность устанавливается при рассмотрении их признаков с точки зрения интенсивности или степени проявленности. В то же время изучение количественных отношений возможно только при абстрагировании от качественного многообразия правовой реальности. Основой абстрагирования является то, что в границах качественной тождественности правовые системы, явления и процессы различаются количественно.

На эмпирическом уровне познания фиксируется первичное многообразие правовой действительности, знание достигается с помощью наблюдения и экспериментов и непосредственно выражается в естественном знаковом выражении и в терминах наблюдения. На теоретическом уровне познавательной правовой деятельности знания приобретаются с помощью логических средств и математических методов. Значения теоретических терминов составляют сложные многоступенчатые абстракции, отражающие сущностные, чувственно не воспринимаемые стороны, связи и отношения юридической действительности. Язык эмпирического уровня познания фиксирует знания о наблюдаемых фрагментах действительности, непосредственно связанных с практической деятельностью, а содержанием теоретического языка являются абстракции, мысленные модели данных фрагментов правовой реальности.

Если при первичном исследовании правовой системы, явлений и процессов и их эмпирическом описании не требуются специальные знаковые формы, то при установлении математической структуры правовой систе-

60	Информатика и математика

мы, явления либо процесса вводятся специальные знаковые средства: от терминологии до символических структур. Они наиболее адекватно выражают содержание количественной стороны системы. Процесс использования

впознании математических знаковых форм называется математизацией.

Внастоящее время о математизации юридической науки в подлинном смысле этого слова говорят тогда, когда математические методы начинают применяться не только для обработки результатов измерений и вычислений, но и для поисков новых закономерностей, построения теорий и особенно для создания специального формализованного языка юриспруденции.

Разумеется, созданию математического, специального языка юридической науки должны предшествовать внутренние предпосылки. Это определяется тем, что юридические процессы, связи и т.п. могут быть выражены при известных условиях определенным математическим функциональным соотношением. Широкое применение средств современной математики стало возможным в юридической науке лишь при достижении уровня развития, позволившего установить однородность правовых объектов исследования. Конечно, это одно из условий, а не причина перехода к математическому познанию. Если приближение к однородным элементам правовых объектов делает математизацию возможной, то необходимость реализации такой возможности должна определяться не самим фактом ее наличия, а тем, что она отвечает объективным целям развития юридической науки.

Математизация здесь в полном смысле представляет собой двусторонний процесс. С одной стороны, это возникновение и развитие «матема-

тического слоя» внутри той или иной области юридического знания. С другой – экстраполяция математического знания и его знаковых форм на область юридического знания. Исторически внутренний процесс математизации опережает проникновение, экстраполяцию математических форм в математизируемую область правового знания.

На эмпирическом уровне процесс математизации проявляется в систематизации и обработке юридических данных и получении знаний на основе этих эмпирических закономерностей. Выражаемые законом количественные отношения и представляют собой математическое знание. В знаковой реальности эмпирического уровня создаются новые формы выражения полученного знания о количественных отношениях или используются готовые формы математического языка. Введение же математических знаковых форм только уточняет правовые знания о количественных отношениях.

На теоретическом уровне, где познавательная деятельность направлена на анализ и синтез знания в сфере юридических отношений, математический язык становится незаменимым орудием. При этом появляется потребность в особой знаковой реальности для представления количествен-

2. План-конспект лекционного курса	61

ных структур эмпирического правового знания. Действительно, на теоретическом уровне, где юридическая наука оперирует абстрактным отражением явлений, естественный язык оказывается недостаточным для отражения более глубоких законов, что, в свою очередь, вызывает cоздание специальных языков, позволяющих устанавливать однозначное соответствие между знаковой формой и значением. В математических знаковых формах находят выражение количественные отношения и пространственные формы правовых реалий, а операции с математическими знаковыми формами упрощают и облегчают юридическую деятельность, делая ее эффективнее. Представление эмпирического знания в математических знаковых формах позволяет выделить такие аспекты в изучаемом объекте, которые ранее были недоступными. Например, данная формализация языка права позволяет промоделировать и проанализировать правовые нормы с помощью такого нового класса автоматизированных систем правовой информации, как экспертные системы. Знаковые формы математики привносятся в язык математизируемой юридической науки не только готовыми, но также изменяются и формируются в ней; появляются новые знаковые математические формы. В результате развитый правовой язык является синтезом математической и социально-правовой терминологии.

Очевидно, что математические методы, используемые в юридических науках, не оторваны от реальной жизни, юридической практики и теории. Напротив, они вытекают из реальных научно-практических потребностей юриспруденции. Например, вопросы формализации отраслей права, математического описания ряда задач правового регулирования, измерения со- циально-правовой информации рассматриваются в правовой литературе через призму теории государства и права и отраслевых юридических наук. Они являются результатом дальнейшего совершенствования государст- венно-правового регулирования в обществе, разработки информационных систем и технологий в сфере юридической деятельности. Использование современных средств математики в криминалистике основано на теорети- ко-прикладных концепциях криминалистической науки; развитие этого направления вызвано совершенствованием криминалистической деятельности и автоматизацией судебно-экспертных исследований.

Подробнее см.: 6.

ТЕМА 2

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

Основные вопросы темы

1.Понятия «информатика», «информация», «данное» и их взаимосвязь.

2.Свойства информации и ее измерение.

3.Информатика как наука и отрасль производства.

4.Понятие информатизации общества.

5.Экономические и правовые аспекты информатики.

62	Информатика и математика

1. Термин «информатика» (от фр. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает «информационная автоматика».

Широко распространен также англоязычный вариант этого термина – Сomputer science, что означает «наука о технике компьютера».

Инфоpматика – это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации,

атакже закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

В1978 г. международный научный конгресс официально закрепил за понятием «информатика» области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение,

атакже организационные, коммерческие, административные и социальнополитические аспекты компьютеризации – массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Инфоpматика – научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Ее основные направления:

•теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приемом, преобразованием и хранением информации;

•методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определенных интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

•системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и установлении требований, которым она должна отвечать;

•pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;

•методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

•средства телекоммуникации, в том числе глобальные компьютерные сети, объединяющие все человечество в единое информационное сообщество;

•разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие

виды хозяйственной и общественной деятельности.

Как любая отрасль человеческой деятельности, которая поставляет свои продукты и услуги на общественный рынок, информатика обладает экономическими показателями и нуждается в правовых нормах и правовой защите. Экономические атрибуты продуктов информатики, выставленных на продажу (товары и услуги), обладают всеми необходимыми свойствами (себестоимость, стоимость, цена и т.п.). Однако информация

2. План-конспект лекционного курса	63

имеет особый экономический статус в отличие от данных, являющихся носителями информации. Кроме того, следует иметь в виду, что информатика является капиталоемкой отраслью.

Информатика затрагивает широкий круг правовых вопросов. Только в условиях правовой регулируемости всех сторон и участков информационного процесса возможно успешное функционирование информационной технологии. Правовые вопросы возникают как на этапе создания, так и на этапе функционирования автоматизированных информационных систем.

Информатика – быстро развивающаяся отрасль человеческой деятельности: это наука и производство, услуги и быт, образование и досуг, решение задач интеллектуального и духовного развития.

Согласно известному закону Мора, компьютер может «сравниться» с мозгом человека при быстродействии в квадрильоны операций в секунду, однако самые «умные» машины станут просто нашим «программным одеянием».

Вот только несколько подходов к определению понятия «информатика». Информатика – это:

•название фундаментальной естественной науки, изучающей проблемы передачи и обработки информации (А.П. Ершов);

•наука о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике. Предметом информатики является вычислительная технология как социально-исторический феномен… состав информатики – это три неразрывно связанные части: технические, программные и алгоритмические средства (А.А. Дородницын);

•синтетическая дисциплина, которая включает в себя разработку новой технологии научных исследований и проектирования, основанной на использовании ЭВТ, и несколько крупных научных дисциплин, связанных с проблемой общения с машиной и, наконец, с созданием машины (Н.Н. Моисеев);

•комплексная научная и технологическая дисциплина, которая изучает прежде всего важнейшие аспекты разработки, проектирования, создания, «встраивания» машинных систем обработки данных, а также их воздействия на жизнь общества (В.С. Михалевич);

•наука о проблемах обработки различных видов информации, создании новых видов высокоэффективных ЭВМ, позволяющая предоставлять человеку широкий спектр информационных ресурсов (Э.А. Якубайтис);

•наука об осуществляемой преимущественно с помощью автоматических средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как представление знаний и сообщений в технических, экономических и социальных областях (Французская академия);

64	Информатика и математика

•наука, техника и применение машинной обработки, хранения и передачи информации (М. Брой, Германия);

•отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и ис-

пользованием в различных сферах деятельности (СЭС).

Из знакомства с вышеперечисленными определениями можно сделать вывод, что предметом информатики являются общие свойства и структура информации, а также информационная технология.

Но что же тогда такое информация?

Термин «информация» происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиций материалистической философии информация есть отражение реального мира. Информация – это знания об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях. Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц, различного рода сигналов, а также разнообразных их сочетаний и структур. В широком смысле информация – это понятие, отражающее обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.

Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие «данные». Покажем, в чем их отличие.

Данные могут рассматриваться как факты и наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. Если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности представлений о чем-либо, они превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные. Все вышесказанное кажется каламбуром. Однако нельзя отрицать, что наряду с материально-вещественной и материально-энергетической составляющей объективной реальности существует еще и третья составляющая, благодаря которой выделяются, «познаются» и используются определенные порции первых двух, определяя все многообразие окружающего мира. Эта составляющая и есть информация. Как правило, информационная составляющая проявляется как результат взаимодействия объектов окружающего мира и первоначально представляется как некоторое множество данных – фактов, понятий, может быть, инструкций, представленных в условной форме, удобной для передачи, обработки, преобразования и интерпретации различными способами (ручным, механизированным, автоматизированным, автоматическим). Наличие такого множества данных является объективной реальностью. Используя рефлекторные свойства, навыки, опыт, приобретенные знания, объекты окружающего мира пытаются осуществить informatio доступных им данных, и как только в этих данных по-

2. План-конспект лекционного курса	65

является возможность использования их, они наполняются новым качеством, что делает их информацией. Следовательно, информацию можно понимать как результат разъяснения, осведомления, изложения (informatio) данных до такой степени, пока в этих данных не появится возможность использования их. С точки зрения человеческого общества, информация – это данные, наполненные определенным смыслом в зависимости от принятых условий и соглашений. Например, напишем на листе бумаги десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажем их знакомому человеку. Он воспримет эти цифры как данные, не имеющие никакого смысла. Однако, если против каждого номера указать название фирмы и сферу ее деятельности, цифры обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую в дальнейшем можно использовать.

Когда возникает потребность в обработке информации с использованием современных программно-технических средств, возникает необходимость ее формализации с применением технических средств, которые в большинстве своем могут манипулировать данными, представленными последовательностями 0 и 1.

Включение информации в сферу правового регулирования общественных отношений в качестве объекта гражданских прав и придание ей товарных признаков произошло в период бурного развития систем связи, средств вычислительной техники, телекоммуникаций и появления новых информационных технологий, причем формирование так называемого информационного пространства и глобализация происходящих в нем процессов оказались существенно динамичнее темпов регламентации фактически сложившихся отношений в некоторых секторах информационной сферы. Содержание понятия «информация» отличается сложностью, многоплановостью и неоднозначностью. Оно было привнесено в юридическую науку и приспособлено к нуждам математики, кибернетики, теории связи, философии, социологии, психологии, биологии и ряда других отраслей знания, которые используют социальный категориальный аппарат и выделяют те стороны и признаки информации, которые сопряжены с предметной областью этих наук.

2. При работе с информацией различаются источник информации и потребитель (получатель). Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.

Для потребителя информации очень важной характеристикой является ее адекватность.

Адекватность информации – это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа существующему в действительности объекту, процессу, явлению и т.п.

66	Информатика и математика

В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда можно рассчитывать на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному объекту или процессу зависит правильность принятия человеком решений.

Адекватность информации выражается в трех формах: синтаксиче-

ской, семантической, прагматической.

Для синтаксической составляющей адекватности информации имеются разработанные меры информации и данных. Одна из них получила название «количество информации» и характеризует степень уменьшения неопределенности системы в результате получения того или иного сообщения. В случае получения полной информации о системе с N- возможными состояниями К.Э. Шенон предложил оценивать количество информации энтропией системы, равной:

N

H (б) =−∑Pi log Pi ,

i=1

где Рi – вероятность того, что система находится в i-м состоянии.

Вторая мера – это объем данных, измеряемый количеством символов (разрядов) в том или ином сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения объема данных. Так, в двоичной системе счисления единицей измерения является бит (bit – binary digit – двоичный разряд). В современных ЭВМ наряду с минимальной единицей измерения данных «бит» широко используется укрупненная единица измерения «байт», равная восьми бит, а также производные – килобайт, равная 210 байт; мегабайт, равная 220 байт; гигабайт, равная 230 байт и т.д.

Для семантической составляющей адекватности информации наибольшее признание получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Для этого используется понятие «тезаурус пользователя».

Тезаурус – это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя Sp изменяется количество семантической информации Ic, воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус.

Максимальное количество семантической информации Ic потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом Sp (Sp = Sp opti), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее неизвестные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения.

2. План-конспект лекционного курса	67

Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, являются величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для некомпетентного.

Для прагматической составляющей адекватности информации важна полезность информации (ценность). Эта мера также величина относительная, обусловленная особенностями использования информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется целевая функция. Так, в экономической системе прагматические свойства (ценность) информации будет определяться ростом экономического эффекта, достигнутым благодаря использованию этой информации в управлении системой.

Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется дос-

товерность информации доверительной вероятностью необходимой точ-

ности, т.е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость, как и репрезентативность информации, обусловлена методикой ее отбора и формирования.

В заключение следует отметить, что такие параметры качества информации, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, устойчивость, целиком определяются на методическом уровне разработки информационных систем. Параметры актуальности, своевременности, точности и достоверности обусловливаются в большей степени также на методическом уровне, однако на их величину существенно влияет характер функционирования системы и в первую очередь ее надежность. При этом параметры актуальности и точности жестко связаны соответственно с параметрами своевременности и достоверности.

3. Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, достижений техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить как отрасль, состоящую из трех взаимосвязанных частей – технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств

(brainware).

68	Информатика и математика

В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают как отрасль народного хозяйства (производство технических и программных средств, разработка технологий передачи и обработки информации), как фундаментальную науку (разработка методологии создания информационного обеспечения, теория создания информационных систем и технологий) и как прикладную дисциплину (разработка

ивнедрение информационных систем и технологий в конкретных областях, создание прикладных систем информационных коммуникаций, изучение прикладных информационных процессов).

Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в народном хозяйстве. Более того, для нормального развития производственных отраслей производительность труда в самой информатике должна возрастать более высокими темпами, так как в современном обществе информация все чаще выступает как предмет конечного потребления: людям необходима информация о событиях, происходящих в мире, предметах и явлениях, относящихся к их профессиональной деятельности, развитии науки и самого общества. Дальнейший рост производительности труда

иуровня благосостояния возможен лишь на основе использования новых интеллектуальных средств и человеко-машинных интерфейсов, ориентированных на прием и обработку больших объемов мультимедийной информации (текст, графика, видеоизображение, звук, анимация). При отсутствии достаточных темпов увеличения производительности труда в информатике может произойти существенное замедление роста производительности труда во всем народном хозяйстве. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука включает методологию создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Существует мнение, что одна из главных задач этой науки – выяснение, что такое информационные системы, какое место они занимают, какую должны иметь структуру, как функционируют, какие общие закономерности им свойственны. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, ком- пьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Цель фундаментальных исследований в информатике – получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения и функционирования.

2. План-конспект лекционного курса	69

Цель информатики как прикладной дисциплины:

•изучение закономерностей информационных процессов (накопление, переработка, распространение);

•создание информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

•разработка информационных систем и технологий в конкретных областях и выработка рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики:

•исследование информационных процессов любой природы;

•разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

•решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и

обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной на- учно-технической дисциплиной, призванной создавать новую информационную технику и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применение количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений. Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

4. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в обществе. Тенденция возрастания информированности в обществе в значительной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства. В связи с этим появилась новая концепция развития человеческого общества – концепция информационного общества.

Информационное общество – это общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний.

Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей. Любое жилище оснащено всевозможными электронными приборами и компьютеризированными устройствами. Деятельность людей будет сосредоточена

70	Информатика и математика

главным образом на обработке информации, а материальное производство и производство энергии будет возложено на машины.

Ряд ученых выделяют такие черты информационного общества, как:

•решение проблемы информационного кризиса, обеспечение приоритета информации по сравнению с другими ресурсами, развитие информационной экономики;

•приобретение информационной технологией глобального характера,

проникновение ее во все сферы социальной деятельности человека. Ближе других на пути к информационному обществу находятся страны с развитой информационной индустрией, к числу которых следует отнести США, Японию, страны Западной Европы. В этих странах уже давно одним из направлений государственной политики является поддержка инноваций в информационную индустрию, инвестиции в развитие компью-

терных систем и телекоммуникаций.

Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.

Лавинообразное возрастание объема информации особенно стало заметным в середине XX в. Потоки информации хлынули на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. Ориентироваться в информации становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших потоков информации обусловливается:

•чрезвычайно быстрым ростом числа документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ;

•постоянно увеличивающимся числом периодических изданий в разных областях человеческой деятельности;

•появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских, экономических и др.), записываемых обычно на магнитных лентах и поэтому не попадающих в сферу действия

системы коммуникации.

Как результат – наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления:

а) появление противоречий между ограниченными возможностями человека в восприятии и переработке информации и существующими

2. План-конспект лекционного курса	71

мощными потоками и массивами хранящейся информации. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. – уже каждые 5 лет, с 1990 г. – ежегодно;

б) наличие большого количества избыточной информации, затрудняющей восприятие полезной для потребителя информации;

в) возникновение определенных экономических, политических и других социальных барьеров, препятствующих распространению информации. Например, по причине соблюдения секретности часто необходимой информацией не могут воспользоваться работники разных ведомств.

Названные проявления кризиса породили парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужили началом нового эволюционного процесса в обществе, называемого информатизацией.

Информатизация общества – организованный социальноэкономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Для успешной реализации программы информатизации желательно следовать общим для всего мирового сообщества принципам, которые состоят в следующем:

•отказе от стремления в первую очередь обеспечить экономический рост страны;

•необходимости замены экономической структуры, основанной на тяжелой промышленности, структурой, базирующейся на наукоемких отраслях;

•признании приоритетного характера информационного сектора. Основой успешного экономического развития становится создание новой инфраструктуры и сектора услуг, способных поддержать национальную экономику;

•широком использовании достижений мировой науки и техники;

•вложении значительных финансовых средств в информатизацию, как государственную, так и частную;

•объявлении роста благосостояния страны и ее граждан за счет облегчения условий коммуникации и обработки информации главной целью информатизации.

72	Информатика и математика

Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, в котором манипулируют не материальными объектами, а символами, идеями, образами, интеллектом, знаниями.

В период перехода к информационному обществу необходимо подготовить человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению современными средствами информатизации, методами и технологией работы. Новые условия работы порождают зависимость информированности одного человека от информированности другого. Становится уже недостаточным уметь просто самостоятельно осваивать

инакапливать информацию, а следует учиться такой технологии работы с информацией, в результате которой подготавливаются и принимаются решения на основе коллективного знания. Человек должен иметь определенный уровень культуры обращения с информацией. Для отражения этого факта был введен термин «информационная культура».

Информационная культура – это умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Информационная культура связана с социальной природой человека. Она является продуктом разнообразных творческих способностей человека

ипроявляется:

•в конкретных навыках по использованию технических устройств (от телефона до персонального компьютера и компьютерных сетей);

•способности использовать в своей деятельности компьютерную информационную технологию, базовой составляющей которой являются многочисленные программные продукты;

•умении извлекать информацию из различных источников: как из периодической печати, так и из электронных коммуникаций, представлять ее в понятном виде и уметь эффективно использовать;

•владении основами аналитической переработки информации;

•умении работать с различной информацией;

•знании особенностей информационных потоков в своей области деятельности.

Информационная культура включает знания из тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетики, информатики, теории информации, математики, теории проектирования баз данных и ряда других дисциплин). Неотъемлемой частью информационной культуры являются знание новой информационной технологии и умение ее применять как для автоматизации рутинных операций, так и в неординарных ситуациях, требующих нетрадиционного творческого подхода.

2. План-конспект лекционного курса	73

В информационном обществе необходимо начинать овладевать информационной культурой с детства, сначала с помощью электронных игрушек, а затем привлекая персональный компьютер. Для высших учебных заведений социальным заказом информационного общества следует считать обеспечение уровня информационной культуры студента, необходимого для работы в конкретной сфере деятельности. В процессе привития информационной культуры студенту наряду с изучением теоретических дисциплин информационного направления много времени уделяется компьютерным информационным технологиям, являющимся базовыми составляющими будущей сферы деятельности. Причем качество обучения должно определяться степенью закрепленных устойчивых навыков работы в среде базовых информационных технологий при решении типовых задач данной сферы деятельности.

Для информатизации общества необходимы:

•всеобщая компьютеризация;

•всемерное развитие средств коммуникаций;

•всеобщее обучение основам информатики и навыкам владения передовыми информационными технологиями;

•решение правовых проблем информатики;

•гармоничное социальное развитие человека и общества.

Одним из ключевых понятий процесса информатизации общества стало понятие «информационные ресурсы». В Федеральном законе «Об информации, информатизации и защите информации» информационные ресурсы трактуются как отдельные документы и массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах). В этих документах и массивах информации в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создававшие их. Таким образом, информационные ресурсы – это знания, подготовленные людьми для использования и зафиксированные на материальном носителе в виде документов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, а также произведений искусства, литературы, науки.

Информационные ресурсы страны, региона, организации должны рассматриваться как стратегические ресурсы, аналогичные по значимости запасам сырья, энергии, ископаемых и прочим ресурсам.

Развитие мировых информационных ресурсов позволило:

•превратить деятельность по оказанию информационных услуг в глобальную человеческую деятельность;

•сформировать мировой и внутригосударственный рынок информационных услуг;

•образовать всевозможные базы данных ресурсов регионов и государств, к которым возможен сравнительно недорогой доступ;

74	Информатика и математика

• повысить обоснованность и оперативность принимаемых решений в фирмах, банках, биржах, промышленности, торговле и т.д. за счет своевременного использования необходимой информации.

Информационные ресурсы являются базой для создания информационных продуктов. Любой информационный продукт отражает информационную модель его производителя и воплощает его представление о конкретной предметной области, для которой он создан. Информационный продукт, являясь результатом интеллектуальной деятельности человека, должен быть зафиксирован на материальном носителе любого физического свойства в виде документов, статей, обзоров, программ, книг и т.д.

5. Экономический фундамент информатики основывается на ее продуктах и услугах.

Информационный продукт – это совокупность данных, сформированная производителем для распространения в вещественной или невещественной формах.

Информационный продукт может распространяться такими же способами, как и любой другой материальный продукт, с помощью услуг.

Услуга – результат непроизводственной деятельности предприятия или лица, направленный на удовлетворение потребности человека или организации в использовании различных продуктов.

Информационная услуга – получение и предоставление в распоряжение пользователя информационных продуктов.

Информационные услуги возникают только при наличии баз данных в компьютерном или некомпьютерном варианте.

Как и при использовании традиционных видов ресурсов и продуктов, люди должны знать, где находятся информационные ресурсы, сколько они стоят, кто ими владеет, кто в них нуждается, насколько они доступны.

Ответы на эти вопросы можно получить, если существует рынок информационных продуктов и услуг.

Рынок информационных продуктов и услуг (информационный рынок) –

система экономических, правовых и организационных отношений по торговле продуктами интеллектуального труда на коммерческой основе.

Информационный рынок характеризуется определенной номенклатурой продуктов и услуг, условиями и механизмами их предоставления, ценами. В отличие от торговли обычными товарами, имеющими материаль- но-вещественную форму, здесь в качестве предмета продажи или обмена выступают информационные системы, информационные технологии, лицензии, патенты, товарные знаки, ноу-хау, инженерно-технические услуги, различного рода информация и прочие виды информационных ресурсов.

Основным источником информации для информационного обслуживания в современном обществе являются базы данных.

2. План-конспект лекционного курса	75

Поставщиками информационных продуктов и услуг могут быть:

•центры, где создаются и хранятся базы данных, а также производится постоянное накопление и редактирование информации;

•центры, распределяющиеинформацию на основе разных баз данных;

•службы телекоммуникации и передачи данных;

•специальные службы, куда стекается информация по конкретной сфере деятельности для ее анализа, обобщения, прогнозирования, например консалтинговые фирмы, банки, биржи;

•коммерческие фирмы;

•информационные брокеры.

Потребителями информационных продуктов и услуг могут быть различные юридические и физические лица, решающие задачи.

Совокупность средств, методов и условий, позволяющих использовать информационные ресурсы, составляет информационный потенциал общества. Это не только весь индустриально-технологический комплекс производства современных средств и методов обработки и передачи информации, но также сеть научно-исследовательских, учебных, административных, коммерческих и других организаций, обеспечивающих информационное обслуживание на базе современной информационной технологии.

Внастоящее время в России быстрыми темпами идет формирование рынка информационных продуктов и услуг, важнейшими компонентами которого являются:

•техническая и технологическая составляющие. Это современное информационное оборудование, мощные компьютеры, развитая компьютерная сеть и соответствующие им технологии переработки информации;

•нормативно-правовая составляющая. Это юридические документы: законы, указы, постановления, которые обеспечивают цивилизованные отношения на информационном рынке;

•организационная составляющая. Это элементы государственного регулирования взаимодействия производителей и распространителей информационных продуктов и услуг.

Винфраструктуре российского рынка информационных продуктов и услуг можно выделить следующие составляющие:

•деловая информация;

•информация для специалистов;

•потребительская информация.

Деловая информация включает:

•биржевую и финансовую информацию – котировки ценных бумаг, валютные курсы, учетные ставки, рынок товаров и капиталов, инвестиции, цены. Поставщиками являются специальные службы биржевой и финансовой информации, брокерские компании, банки;

76	Информатика и математика

•статистическую информацию – ряды динамики, прогнозные модели и оценки по экономической, социальной, демографической областям. Поставщиками являются государственные службы, компании, консалтинговые фирмы;

•коммерческую информацию по компаниям, фирмам, корпорациям, направлениям работы и их продукции, ценам; о финансовом состоянии, связях, сделках, руководителях, деловых новостях в области экономики и бизнеса. Поставщиками являются специальные информационные службы.

Информация для специалистов включает следующие части:

•профессиональную информацию – специальные данные и информацию для юристов, врачей, фармацевтов, преподавателей, инженеров, геологов, метеорологов и т.д.;

•научно-техническую информацию – документальную, библиографическую, реферативную, справочную информацию в области естественных, технических, общественных наук, по отраслям производства и сферам человеческой деятельности;

•доступ к первоисточникам – организацию доступа к источникам

информации через библиотеки и специальные службы, возможности приобретения первоисточников, их получения по межбиблиотечному абонементу в различных формах.

Потребительская информация содержит следующие части:

•новости и литературу – информацию служб новостей и агентств прессы, электронные журналы, справочники, энциклопедии;

•потребительскую информацию – расписания транспорта, резервирование билетов и мест в гостиницах, заказ товаров и услуг, банковские операции и т.п.;

•развлекательную информацию – игры, телетекст, видеотекст. Услуги образования включают все формы и ступени образования: до-

школьное, школьное, специальное, среднепрофессиональное, высшее, повышение квалификации и переподготовку. Информационная продукция может быть представлена в компьютерном или некомпьютерном виде: в виде учебников, методических разработок, практикумов, развивающих компьютерных игр, компьютерных обучающих и контролирующих систем, методик обучения и пр.

Информационные продукты и услуги, обеспечивающие информаци-

онные системы и средства, включают:

•программные продукты – программные комплексы с разной ориентацией – от профессионала до неопытного пользователя компьютера: системное программное обеспечение, программы общей ориентации, прикладное программное обеспечение по реализации функций в конкретной области принадлежности, по решению задач типовыми математическими методами и др.;

2. План-конспект лекционного курса	77

•технические средства – компьютеры, телекоммуникационное оборудование, оргтехнику, сопутствующие материалы и комплектующие;

•разработку и сопровождение информационных систем и технологий – обследование организации в целях выявления информационных потоков, разработка концептуальных информационных моделей, разработка структуры программного комплекса, создание и сопровождение баз данных;

•консультирование по различным аспектам информационной индустрии – какую приобретать информационную технику, какое программное обеспечение необходимо для реализации профессиональной деятельности, нужна ли информационная система и какая, на базе какой информационной технологии лучше организовать свою деятельность и т.д.;

•подготовку источников информации – создание баз данных по заданной теме, области, явлению и т.п.

В сфере экономики информатизация бизнеса охватывает практически все его составляющие:

•управление финансами и ведение учета;

•управление кадрами;

•материально-техническое снабжение;

•организацию производства;

•маркетинговые исследования;

•лизинговые операции;

•консультационное обслуживание;

•страхование имущества и информации;

•организацию службы информационной безопасности;

•сервисное обслуживание;

•коммерцию;

•куплю-продажу ценных бумаг;

•комплексное управление предприятием (фирмой).

Правовые аспекты информатики включают как правовые отношения внешнего характера, связанные с защитой продуктов и услуг информатики, так и правовые отношения внутреннего характера, отражающие статус предприятий, организаций и учреждений отрасли и науки информатики, их функционирование и взаимодействие, а также нормативные требования к разработке, созданию и использованию продуктов и услуг информатики.

Развитие рыночных отношений в информационной деятельности поставило вопрос о защите информации и информационных технологий как объекта интеллектуальной собственности и имущественных прав на нее. В Российской Федерации принят ряд указов, постановлений и законов: «Об информации, информатизации и защите информации»; «Об авторском

78	Информатика и математика

праве и смежных правах»; «О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных»; «О правовой охране топологий интегральных схем».

Важной стороной правовых аспектов информатики являются правовая поддержка электронного документооборота и придание юридической силы электронному документу.

Подробнее см.: 4.

ТЕМА 3	ОСНОВНЫЕ СОСТАВЛЯЮЩИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО
	ПРОЦЕССА И УСЛОВИЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Основные вопросы темы

1.Информационный процесс и его основные составляющие.

2.Этапы становления и развития информационного процесса в человеческом обществе.

3.Понятие информационной технологии.

4.Особенности современной информационной технологии.

5.Основные виды информационной технологии в экономике и юриспруденции.

1.Информационный процесс носит всеобщий характер. Он реализуется практически во всех областях окружающей нас действительности от микромира и до бесконечности космоса, от простейших живых организмов и их сообществ до конкретного человека и высокоразвитых социумов. Однако с развитием материи и социального разума условия протекания информационного процесса постоянно меняются. Появление высокоразвитой информационной техники и социальных форм эффективного ее использования выдвинуло информационный процесс на передний план развития человеческого общества, сделав его одной из ведущих компонент производительных сил. Такие понятия, как информатизация общества, информационное общество, становятся общепринятыми и постоянно изучаемыми.

Взаимодействие пользователя с компьютером является самым важным звеном в современной информационной технологии. Проблема заключается не только в технической части (все больше и больше разнообразного оборудования подключается к компьютеру), но и в программнотехнологической части, связанной с представлением данных в компьютере, а также в средствах общения пользователя с компьютером. Наиболее остро эта проблема обозначилась с вводом аудио- (звуковых), а впоследствии и видеоэффектов в компьютерную обработку. Появление мультимедиа в определенной степени решило эту проблему: компьютер стал разговаривать, «понимать» речь, воспроизводить видео, а с буквенно-цифровой и графической информацией он уже давно умел работать. Кроме всего прочего, компьютер «научился» общаться с пользователем в «дружественном» режиме: где подскажет пользователю, а где и сам воспримет подсказку.

2. План-конспект лекционного курса	79

Информационный процесс представляет собой комплекс операций, процедур и действий, основными из которых являются:

•сбор информации, включающий восприятие, анализ и предварительную подготовку информации;

•ввод, преобразование и контроль вводимой информации;

•накопление информации, включая хранение и актуализацию информации;

•поиск и выбор накопленной информации;

•обработка информации;

•интерпретация результатов обработки информации, включая предварительный просмотр результатов;

•выдача результатной информации;

•использование информации;

•обмен информацией, включающий различные способы и методы передачи информации.

2. С появлением человеческого разума условия протекания информационного процесса приобрели революционный характер. Можно четко выделить следующие качественные подвижки в развитии информационного процесса:

•появление членораздельной речи (возможность осмысления данных – носителей информации, а тем самым избирательного восприятия смысловой информации);

•появление письменности (возможность сохранения информации – центральная функция информационного процесса);

•изобретение книгопечатания (возможность широкого распространения информации – передачи информации);

•появление электричества, радиосвязи, телефонии, телеграфии (возможность «мгновенной» коммуникационной передачи информации);

•изобретение компьютера и компьютерных Web-сетей (возможность разнообразной обработки и интерпретации информации).

Все указанные этапы революционного развития информационного процесса можно рассматривать как периоды становления и развития информационной технологии.

3. Технология в переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, исходящую из заданных начальных условий и направленную на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализовываться с помощью совокупности средств и методов.

80	Информатика и математика

В общем плане технология – это комплекс научных и инженерных знаний, воплощенных в способах, приемах труда, наборах материальновещественных факторов производства, способах их соединения для создания какого-либо продукта или услуги.

Известно, что, применяя разные технологии к одному и тому же материальному ресурсу, можно получить разные изделия, продукты. То же самое будет справедливо и для технологии переработки информации.

Информационная технология является наиболее важной составляющей процесса использования информационных ресурсов общества.

К настоящему времени информационная технология прошла несколько этапов, смена которых определялась главным образом развитием науч- но-технического прогресса, появлением новых технических средств переработки информации. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение телекоммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной технологии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения одного из синонимов: «новая», «компьютерная» или «современная».

Новая информационная технология – информационная технология с

«дружественным» интерфейсом работы пользователя, использующая персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Выделяют следующие основные принципы новой информационной технологии:

•интерактивный (диалоговый) режим общения с компьютером;

•интегрированность (стыковка, взаимосвязь) программных продуктов;

•гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач.

4. Особенности современного этапа развития информационной технологии:

•электронные способы и методы обработки информации;

•широкое использование компьютерных телекоммуникаций;

•наличие широкого спектра общесистемных, инструментальных и прикладных программных средств;

•постоянное обновление и пополнение информационных массивов в виде баз данных и знаний;

•мультимедийный, гипертекстный характер взаимодействия пользователя с компьютером как основным средством реализации информационных технологий.

Инструментарий информационной технологии – это один или не-

сколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы с которым позволяет достичь поставленную пользователем цель.

2. План-конспект лекционного курса	81

В области экономики в качестве инструментария информационной технологии широко используются: текстовый процессор (редактор), электронные презентации, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, банковские, для маркетинга, менеджмента и пр.), экспертные системы, системы поддержки принятия решений и т.д.

5. Для областей экономики и права характерны следующие виды информационных технологий:

•обработки данных;

•информационно-поисковые технологии;

•технология управления;

•поддержки принятия решений;

•документооборота (офисные технологии);

•искусственного интеллекта, включая информационные технологии экспертных систем;

•интегрированные информационные технологии.

Информационная технология обработки данных предназначена для решения хорошо структурированных задач, по которым имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы и другие стандартные процедуры их обработки. Эта технология применяется на уровне операционной (исполнительской) деятельности персонала невысокой квалификации в целях автоматизации некоторых рутинных постоянно повторяющихся операций управленческого труда. На уровне операционной деятельности решаются следующие задачи:

•обработка данных об операциях, производимых фирмой;

•создание периодических контрольных отчетов о состоянии дел в фирме;

•получение ответов на всевозможные текущие запросы и оформле-

ние их в виде бумажных документов или отчетов. Информационно-поисковые технологии, как правило, имеют дело с

неструктурированными документами. Особенностью этих технологий является широкое использование лингвистических средств информатики. Для обеспечения информационно-поискового процесса в массиве неструктурированных документов необходимо для каждого такого документа представить его поисковый образ. Кроме этого, необходимо разработать аппарат формализации запросов, представляемых, как правило, на естественном языке, и удобный пользовательский интерфейс, использующий этот аппарат.

82	Информатика и математика

Целью информационной технологии управления является удовлетво-

рение информационных потребностей всех без исключения сотрудников предприятия, имеющих дело с принятием решений. Она может быть полезна на любом уровне управления.

Эта технология ориентирована на решение менее структурированных задач, если их сравнивать с задачами, решаемыми с помощью информационной технологии обработки данных.

Для принятия решений на уровне управленческого контроля информация должна быть представлена в агрегированном виде так, чтобы просматривались тенденции изменения данных, причины возникших отклонений и возможные решения. На этом этапе решаются следующие задачи обработки данных:

•оценка планируемого состояния объекта управления;

•оценка отклонений от планируемого состояния;

•выявление причин отклонений;

•анализ возможных решений и действий.

Главной особенностью информационной технологии поддержки принятия решений является качественно новый метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения, что является основной целью этой технологии, происходит в результате итерационного процесса,

вкотором участвуют:

•система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления;

•человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. В этом случае можно говорить о способности информационной системы совместно с пользователем создавать новую информацию для принятия решений.

Дополнительно к этой особенности информационной технологии поддержки принятия решений можно указать еще ряд ее отличительных характеристик:

•ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач;

•сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе;

•направленность на непрофессионального пользователя компьютера;

•высокая адаптивность, обеспечивающая возможность приспосабливаться к особенностям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя.

2. План-конспект лекционного курса	83

Информационная технология документооборота – это организация и поддержка коммуникационных процессов как внутри организации, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией.

Офисные автоматизированные технологии используются управленцами, специалистами, секретарями и конторскими служащими, особенно они привлекательны для группового решения проблем. Они позволяют повысить производительность труда секретарей и конторских работников и дают им возможность справляться с возрастающим объемом работ. Однако это преимущество является второстепенным по сравнению с возможностью использования автоматизации офиса в качестве инструмента для решения проблем. Улучшение принимаемых менеджерами решений в результате их более совершенной коммуникации способно обеспечить экономический рост предприятия.

Внастоящее время известно несколько десятков программных продуктов для компьютеров и некомпьютерных технических средств, обеспечивающих технологию автоматизации офиса: текстовый процессор, табличный процессор, электронная почта, электронный календарь, аудиопочта, компьютерные и телеконференции, видеотекст, хранение изображений, а также специализированные программы управленческой деятельности: ведения документов, контроля за исполнением документов и т.д.

Вработе фирмы широко используются и некомпьютерные средства: аудио- и видеоконференции, факсимильная связь, ксерокс и другие средства оргтехники.

Технология экспертных систем основана на использовании искусственного интеллекта. Экспертные системы дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам,

окоторых этими системами накоплены знания.

Решение специальных задач требует специальных знаний. Однако не каждая компания может себе позволить держать в штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость.

Основой экспертных технологий являются компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для практического использования. Все это делает возмож-

84	Информатика и математика

ным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем.

Особенностями технологии экспертных систем являются:

•принятие решений, превосходящих возможности пользователя;

•способность экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения;

•использование нового компонента информационной технологии – знаний.

Важнейшей особенностью современного этапа развития информационных технологий является мультимедийный и гипертекстный характер взаимодействия пользователя с этими технологиями. Исторически существует много подходов к определению понятия «мультимедиа», однако наиболее близким к существу вопроса является наличие следующих свойств:

•многосредность;

•интерактивная компьютерная информационная технология, объединяющая в единый комплекс разные приложения, отличающиеся формой представления данных (средой);

•программно-аппаратная среда, обеспечивающая пользовательский интерфейс между компьютером и пользователем на уровне естественных человеческих сред (слуха и звука, включая речь; зрения, включая широкий спектр цветовой гаммы и динамику изображе-

ний; механического движения).

Под интерфейсом понимают средства взаимодействия ЭВМ и челове- ка-оператора.

Подробнее см.: 2.

ТЕМА 4 ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ

Основные вопросы темы

1.Понятие информационной модели. Особенности информационного моделирования.

2.Этапы построения информационных моделей.

3.Понятие формализации. Инструментарий информационного моделирования.

4.Понятие эргономики.

1.Модель – исходное понятие информатики. Модель – это образ, аналог оригинала, но построенный средствами и методами, отличными от оригинала. Модели бывают натурные и идеальные. В натурных моделях средством построения модели являются натуральные элементы природы. Средством построения идеальных моделей служит абстракция: мысль, символьная конструкция, математическая структура, информация. В зави-

2. План-конспект лекционного курса	85

симости от «материала», используемого для построения идеальных моделей, они могут быть мыслительными, символьными, математическими, информационными, гибридными (т.е. сочетающими различные средства построения).

Информационная модель – это модель, построенная с использованием данных и информации с применением средств информатики (информаци- онно-вычислительной техники, алгоритмов и программ).

Процесс создания и использования моделей называется моделированием. Моделирование возникло как метод научного исследования. Оно используется в случаях, когда исследуемый объект недоступен, или непосредственное изучение объекта сопряжено с риском для жизни, или сложный исследуемый объект нельзя расчленить для изучения его без разрушения объекта. Появление мощных компьютеров, развитых средств телекоммуникаций, высокоразвитого программного обеспечения, эксплуатация которых стала доступной широкому кругу пользователей, сделало информационное моделирование наиболее универсальным, гибким, объединяющим практически все разновидности идеальных моделей. Кроме этого, информационное моделирование изменило статус самого моделирования как метода научного исследования. Появляются информационные модели, которые становятся орудием, инструментарием, средством труда. Среди них такие продукты информатики, как текстовые редакторы, электронные таблицы, электронные презентации. Достижения современной информатики предоставляют практически неограниченные возможности информационного моделирования. Информационное моделирование проникает во все области человеческой деятельности и бытия. Построение модели начинается с постановки задачи. Успешная постановка задачи – это более 60%успеха построения адекватной модели.

2.Построение информационной модели включает следующие этапы:

•постановка задачи;

•структуризация и параметризация объекта моделирования (декомпозиция);

•синтез модели;

•опробование модели;

•функционирование модели.

Постановка задачи – это точная формулировка решения задачи на компьютере с описанием входной и выходной информации.

Постановка задачи – обобщенный термин, который означает определенность содержательной стороны обработки данных. Постановка задачи связана с конкретизацией основных параметров ее реализации, определением источников и структурой входной и выходной информации, востребуемой пользователем.

86	Информатика и математика

К основным характеристикам функциональных задач, уточняемым в процессе ее формализованной постановки, относятся:

•цель или назначение задачи, ее место и связи с другими задачами;

•условия решения задачи с использованием средств вычислительной техники;

•содержание функций обработки входной информации при решении задачи;

•требования к периодичности решения задачи;

•ограничения по срокам и точности выходной информации;

•состав и форма представления выходной информации;

•источники входной информации для решения задачи;

•пользователи задачи (кто осуществляет ее решение и пользуется результатами решения).

Выходная информация по задаче может быть представлена в виде документа типа листинга или машинограммы, сформированных кадров – видеограммы на экране монитора файла базы данных, выходного сигнала устройства управления.

Входная информация по задаче определяется как данные, поступающие на вход задачи и используемые для ее решения. Входной информацией служат первичные данные документов ручного заполнения, информация, хранимая в файлах базы данных (результаты решения других задач, нормативно-справочная информация – классификаторы, кодификаторы, справочники), входные сигналы от датчиков.

Обычно постановка задач выполняется в едином комплексе работ по созданию структуры внутри машинной базы данных, проектированию форм и маршрутов движения документов, изменению организации управления в рамках предметной области.

Этап структуризации и параметризации объекта моделирования за-

ключается в формальном разбиении объекта на отдельные части с учетом их взаимосвязи и взаимодействия, т.е. на этом этапе осуществляется декомпозиция моделируемого объекта. Разбиение осуществляется до той степени, пока каждая отдельная часть моделируемого объекта не будет описана формальными параметрами с достаточной полнотой, а процессы функционирования отдельных частей и процессы их взаимодействия не будут представлены определенными формальными зависимостями.

Этап синтеза модели, собственно построение самой модели, заключается в составлении единого параметрического описания моделируемого объекта с учетом многообразных зависимостей между различными параметрами, обеспечивающего достижение поставленной цели и соответствия определенным критериям. В большинстве случаев информационная модель представляет сложную многокритериальную оптимизационную задачу с большими объемами и потоками информации.

2. План-конспект лекционного курса	87

Достижение цели информационного моделирования оценивается на этапе опробования модели. На этом этапе оценивается адекватность ин-

формационной модели моделируемому объекту. Под адекватностью понимается степень соответствия построенной информационной модели моделируемому объекту или процессу.

Указанные выше этапы информационного моделирования динамически связаны между собой. На каждом из перечисленных этапов возможен возврат на любой из предыдущих до тех пор, пока не будет достигнута требуемая адекватность модели моделируемому объекту или процессу. Возможен отрицательный исход моделирования, когда в рамках предоставленных условий не удается достичь необходимой адекватности модели моделируемому объекту или процессу.

Этап функционирования информационной модели начинается с момента принятия модели в эксплуатацию в случае, если построенная модель признана адекватной на этапе ее опытной апробации.

3.Важнейшее значение в информационном моделировании имеет формализация как информационных объектов, так и действий над ними. Формализация начинается с возможности параметризации и сопоставления объектов и процессов.

Назовем процедуру (операцию) формализованной, если она определена и однозначно понимаема (человеком, вычислительной машиной, другим техническим устройством).

Обычно формализация предполагает возможность многократного повторения процедуры (неуникальность), пригодность ее для некоторого множества исходных данных (вариантность входов), возможность фиксации последовательности действий на каком-либо носителе для хранения, передачи, тиражирования.

Назовем процедуру (операцию) неформализованной, если она производится с использованием интуиции человека, т.е. с неполным осознанием аргументов и приемов выбора действия.

Вкачестве примера формализованной операции можно рассмотреть работу программы на ЭВМ, в то же время составление новой программы может быть примером неформализованной операции.

4.Информационное моделирование на современном этапе развития информатики невозможно без привлечения технических средств, прежде всего компьютеров и средств телекоммуникаций, использования программ

иалгоритмов, а также обеспечения условий применения указанных средств на конкретном рабочем месте, т.е. достижений науки под названием эргономика.

88	Информатика и математика

Эргономика – это наука, изучающая взаимодействие человека и машины в конкретных условиях производственной деятельности с целью рационализации производства.

Требования эргономики состоят:

•в оптимальном распределении функций в системе «человек– машина»;

•рациональной организации рабочего места;

•соответствии технических средств психофизиологическим, биомеханическим и антропологическим требованиям;

•создании оптимальных для жизнедеятельности и работоспособности человека показателей производственной среды;

•обязательном соблюдении санитарно-гигиенических требований к условиям труда.

Подробнее см.: 1–3.

ТЕМА 5	АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ –
	ИНСТРУМЕНТАРИЙ ИНФОРМАТИКИ

Основные вопросы темы

1.Алгоритмизация и программирование – основа информатики.

2.Классификация программных продуктов.

3.Инструментарий и методы программирования.

4.Типы программных продуктов по характеру создания и использования.

1.Алгоритмизация является одним из основных инструментариев информационной технологии. Существуют государственные стандарты по алгоритмизации и среди них – стандарт по описанию алгоритма. Стандарты позволяют составлять унифицированные алгоритмы и применять элементы автоматизации процессов алгоритмизации и программирования, используя соответствующие формализованные языки и готовые алгоритмы.

Алгоритмизация информационных процессов немыслима без наведения порядка в языковых средствах общения. При этом существенную роль играет лингвистическое обеспечение – средство формализации естественного языка.

Процесс программирования задачи, а именно составление взаимоувязанной системы программных модулей, или, как иногда говорят, пакетов прикладных программ (ППП), является одним из самых трудоемких при создании информационной технологии. Чаще всего используются имеющиеся в обращении готовые программные изделия и настраиваемые интерактивные программные оболочки. При этом осуществляется настройка программного изделия на конкретные информационные структуры и потоки – обучение системы. В перспективных программных оболочках процесс настройки – обучения системы автоматизирован до уровня вариантной ин-

2. План-конспект лекционного курса	89

терактивной подсказки и встроенных метаязыковых средств, включающих в себя одновременно средства автоматизации алгоритмизирования и программирования.

На этапе программирования также возможен возврат к этапу постановки задачи в смысле ее уточнения. В настоящее время в области программирования и требований к программам и программным системам проведена достаточно широкая и глубокая стандартизация на международном и национальном уровнях.

Алгоритм относится к фундаментальным понятиям информатики. На понятии алгоритма построены все основные принципы составления программ для вычислительных машин.

Алгоритм – это точное предписание выполнения вычислительного процесса от варьируемых исходных данных к искомому результату.

Алгоритм – это система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Алгоритм решения задачи имеет ряд обязательных свойств:

•дискретность – разбиение процесса обработки информации на более простые этапы (шаги выполнения);

•определенность – однозначность выполнения каждого отдельного шага преобразования информации;

•результативность – конечность действий алгоритма решения задач, позволяющая получить желаемый результат при допустимых исходных данных за конечное число шагов;

•массовость – пригодность алгоритма для решения определенного класса задач.

В алгоритме отражаются логика и способ формирования результатов решения с указанием необходимых расчетных формул, логических условий, соотношений для контроля достоверности выходных результатов. В алгоритме обязательно должны быть предусмотрены все ситуации, которые могут возникнуть в процессе решения комплекса задач.

Алгоритм решения комплекса задач и его программная реализация тесно взаимосвязаны. Специфика применяемых методов проектирования алгоритмов и используемых при этом инструментальных средств разработки программ может повлиять на форму представления и содержание алгоритма обработки данных.

Процесс создания алгоритмов называется алгоритмизацией.

Для описания алгоритмов используются графические методы в виде блок-схем или структурированная текстовая запись с использованием псевдокода. Достоинство блок-схемы – ее безусловная наглядность. Однако блок-схемы приходится рисовать, а не записывать. Самое неприятное – это

90	Информатика и математика

внесение изменений и исправлений в блок-схемы, требующее перерисовки рамок и стрелок, а иногда и всей блок-схемы. Еще более сложно искать ошибки в запутанных блок-схемах. Однако язык блок-схем определяется отечественными стандартами документирования алгоритмов и программ.

Достоинство структурированной записи алгоритмов заключается в простоте их чтения и ввода с экрана ЭВМ. По форме они могут просто совпадать с записью программ, а разница между ними в том, что алгоритмы записываются на родном языке, понятном широкому кругу людей, а программы – на языке программирования, понятном компьютерам.

Следующее достоинство структурированной записи – это простота внесения исправлений и изменений с использованием даже простейших редакторов текстов.

По этим причинам за рубежом блок-схемы не используются ни для документирования, ни для обучения, а все современные языки программирования построены на принципах структурной записи текстов.

Программа – это непрерывная последовательность кодов, которые воспринимаются процессором как команды и выполняются.

2. Программные продукты можно классифицировать по различным признакам. Рассмотрим классификацию, в которой основополагающим признаком является область использования программных продуктов,

аименно:

•аппаратная часть автономных компьютеров и сетей ЭВМ;

•функциональные задачи различных предметных областей;

•технология разработки программ.

Всоответствии с этим выделяются три класса программных продуктов:

•системное программное обеспечение;

•пакеты прикладных программ;

•инструментарий технологии программирования.

Системное программное обеспечение направлено:

•на создание операционной среды функционирования других программ;

•обеспечение надежной и эффективной работы самого компьютера

ивычислительной сети;

•проведение диагностики и профилактики аппаратуры компьютера

ивычислительных сетей;

•выполнение вспомогательных технологических процессов (копирование, архивирование, восстановление файлов программ и баз данных и т.д.).

Системное программное обеспечение тесно связано с типом компьютера и является его неотъемлемой частью. Программные продукты в ос-

2. План-конспект лекционного курса	91

новном ориентированы на квалифицированных пользователей – профессионалов в компьютерной области: системного программиста, администратора сети, прикладного программиста, оператора. Однако знание базовой технологии работы с этим классом программных продуктов требуется и конечным пользователям персонального компьютера, которые самостоятельно не только работают со своими программами, но и выполняют обслуживание компьютера, программ и данных.

Программные продукты данного класса носят общий характер применения, независимо от специфики предметной области. К ним предъявляются высокие требования по надежности и технологичности работы, удобству и эффективности использования.

Пакеты прикладных программ (ППП) служат программным инстру-

ментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей.

Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, деятельность которых во многих случаях весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей.

Пакет прикладных программ – это комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области.

Инструментарий технологии программирования обеспечивает про-

цесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами программиста. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты.

Инструментарий технологии программирования – совокупность программ и программных комплексов, обеспечивающих технологию разработки, отладки и внедрения создаваемых программных продуктов.

3. Ядро системного программного обеспечения составляет базовое программное обеспечение, представляющее минимальный набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера.

Вбазовое программное обеспечение входят:

•операционная система;

92	Информатика и математика

• операционные оболочки (текстовые и графические);

•сетевая операционная система. Операционная система предназначена:

•для начального запуска компьютера;

•контроля и диагностики всех основных частей и ресурсов компьютера;

•управления вычислительным процессом и ресурсами ЭВМ;

•обеспечения общения пользователя с компьютером посредством

набора пользовательских команд.

Операционная система – это главная программа, управляющая работой компьютера в целом. На персональных компьютерах типа IBM PC используются в основном операционные системы MS DOS и Windows, UNIX, LINUX. В персональных компьютерах Macintosh применяется операционная система OS/7.

Операционная система Windows – это наиболее современная и удобная операционная система для старших моделей персональных компьюте-

ров IBM PC.

Сетевые операционные системы (ОС) – комплекс программ, обеспе-

чивающий обработку, передачу и хранение данных в сети. Сетевая ОС предоставляет пользователям различные виды сетевых услуг (управление файлами, электронная почта, процессы управления сетью и др.), поддерживает работу в абонентских системах. Сетевые операционные системы используют архитектуру клиент-сервер или одноранговую архитектуру.

Вначале сетевые операционные системы поддерживали лишь локальные вычислительные сети (ЛВС), сейчас эти операционные системы распространяются на ассоциации локальных сетей. Наибольшее распространение имеют LAN Server, NetWare, VINES, Windows NT.

Они оцениваются по комплексу критериев: производительность, разнообразие возможностей связи пользователей, возможности администрирования.

Операционная система Windows NT является многозадачной, предназначенной для архитектуры клиент-сервер и использования различных протоколов транспортного уровня сетевой операционной системы, имеет 32- (64-)разрядную архитектуру и обеспечивает функции локальной сети:

•возможность каждой абонентской системы в сети быть сервером или клиентом;

•совместную работу группы пользователей – адресацию оперативной и внешней памяти большого размера;

•многозадачность и многопоточность обработки данных;

•поддержку мультипроцессорной обработки и др.

2. План-конспект лекционного курса	93

Операционные оболочки – это специальные программы, предназначенные для облегчения общения пользователя с командами операционной системы. Операционные оболочки имеют текстовóй и графический варианты интерфейса конечного пользователя.

Эти программы существенно упрощают задание управляющей информации для выполнения команд операционной системы, уменьшают напряженность и сложность работы конечного пользователя.

Расширением базового программного обеспечения компьютера является набор сервисных, дополнительно устанавливаемых программ, которые можно классифицировать по функциональному признаку следующим образом:

•программы диагностики работоспособности компьютера;

•антивирусные программы, обеспечивающие защиту компьютера, обнаружение и восстановление зараженных файлов;

•программы обслуживания дисков, обеспечивающие проверку качества поверхности магнитного диска, контроль сохранности файловой системы на логическом и физическом уровнях, сжатие дисков, создание страховых копий дисков, резервирование данных на внешних носителях и др.;

•программы архивирования данных, которые обеспечивают процесс сжатия информации в файлах с целью уменьшения объема памяти для ее хранения;

•программы обслуживания сети.

Эти программы часто называются утилитами.

Утилиты – программы, служащие для выполнения вспомогательных операций обработки данных или обслуживания компьютеров (диагностики, тестирования аппаратных и программных средств, оптимизации использования дискового пространства, восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т.п.).

Класс прикладных программных средств наиболее представителен,

что обусловлено прежде всего широким применением средств компьютерной техники во всех сферах деятельности человека, созданием автоматизированных информационных систем различных предметных областей.

Типовые представители прикладного программного обеспечения в области экономики представлены проблемно-ориентированными ППП – это самый представительный класс программных продуктов, в него входят:

•ППП:

а) автоматизированного бухгалтерского учета; б) финансовой деятельности; в) управления персоналом (кадровый учет);

г) управления материальными запасами; д) управления производством;

94	Информатика и математика

•банковские информационные системы;

•корпоративные информационные системы;

•системы поддержки принятия решения;

•экспертные системы.

Основные направления в развитии проблемно-ориентированных программных средств включают:

•создание программных комплексов в виде автоматизированных рабочих мест (АРМ) управленческого персонала;

•создание интегрированных систем управления предметной областью на базе вычислительных сетей, объединяющих АРМ в единый программный комплекс с архитектурой клиент-сервер;

•организация данных больших информационных систем в виде распределенной базы данных на сети ЭВМ;

•наличие простых языковых средств конечного пользователя для запросов к базе данных;

•настройка функций обработки силами конечных пользователей (без участия программистов);

•защита программ и данных от несанкционированного доступа (парольная защита на уровне функций, режимов работы, данных).

Наиболее важно для данного класса программных продуктов создание дружественного интерфейса для конечных пользователей.

ПППавтоматизированного проектирования предназначены для под-

держания работы конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, графическим моделированием и конструированием, созданием библиотеки стандартных элементов (темплетов) чертежей

иих многократным использованием, демонстрационных иллюстраций и мультфильмов.

Отличительной особенностью этого класса программных продуктов являются высокие требования к технической части системы обработки данных, наличие библиотек встроенных функций, объектов, интерфейсов с графическими системами и базами данных.

ПППобщего назначения – это программные продукты, поддерживающие преимущественно информационные технологии конечных пользователей. Они включают:

•системы управления базами данных (СУБД);

•текстовые процессоры;

•табличные процессоры;

•средства электронных презентаций;

•интегрированные пакеты, представляющие набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющие один другого, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе;

2. План-конспект лекционного курса	95

•программы – переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста;

•органайзеры (планировщики) – программное обеспечение для планирования рабочего времени, составления протоколов встреч, расписаний, ведения записной и телефонной книжек;

•ППП электронной почты;

•настольные издательские системы, обеспечивающие информационную технологию компьютерной издательской деятельности;

•программные продукты мультимедиа;

•системы искусственного интеллекта.

Программирование – теоретическая и практическая деятельность, связанная с созданием программ.

Программирование является собирательным понятием и может рассматриваться и как наука, и как искусство, на этом основан научнопрактический подход к разработке программ.

Программа – результат интеллектуального труда, для которого характерно творчество, а оно, как известно, не имеет четких границ. В любой программе присутствует индивидуальность разработчика, программа отражает определенную степень искусства программиста. Вместе с тем программирование предполагает и рутинные работы, которые могут и должны иметь строгий регламент выполнения и соответствовать стандартам.

Программирование базируется на комплексе научных дисциплин, направленных на исследование, разработку и применение методов и средств разработки программ (специализированного инструментария создания программ). При разработке программ используются ресурсоемкие и наукоемкие технологии, высококвалифицированный интеллектуальный труд.

Программирование – это развитая отрасль хозяйственной деятельности, связанная со значительными затратами материальных, трудовых и финансовых ресурсов. По данным зарубежных источников, в середине 1990-х гг. в мире было занято программированием до 2% трудоспособного населения. Совокупный оборот в сфере создания программных средств достигает нескольких сот миллиардов долларов в год.

В связи с ростом потребности в разнообразных программах обработки данных весьма актуален вопрос применения эффективных технологий программирования и их перевода на промышленную основу. Это означает:

•стандартизованность, тиражируемость и воспроизведение различными разработчиками методов программирования;

•внедрение прогрессивных инструментальных средств разработки программ;

•использование специальных методов и приемов организации работ по разработке программ.

96	Информатика и математика

Внастоящее время бурно развивается направление, связанное с тех-

нологией создания программных продуктов. Это обусловлено переходом на промышленную технологию производства программ, стремлением к сокращению сроков, а также трудовых и материальных затрат на производство и эксплуатацию программ, обеспечению гарантированного уровня их качества. Это направление часто называют программотехникой. Программотехника – технология разработки, отладки, верификации и внедрения программного обеспечения. Инструментарий технологии программирования – программные продукты поддержки (обеспечения) технологии программирования.

Врамках этих направлений сформировались следующие группы программных продуктов:

•средства для создания приложений, включающие: локальные средства, обеспечивающие выполнение отдельных работ по созданию программ, и интегрированные среды разработчиков программ, обеспечивающие выполнение комплекса взаимосвязанных работ по созданию программ;

•СASE-технология (Computer-Aided System Engineering), представ-

ляющая методы анализа, проектирования и создания программных систем и предназначенная дли автоматизации процессов разработки и реализации информационных систем.

Средства для создания приложений – совокупность языков и систем программирования, а также различные программные комплексы для отладки и поддержки создаваемых программ.

Локальные средства разработки программ включают языки и системы программирования, а также инструментальную среду пользователя.

Язык программирования – формализованный язык для описания алгоритма решения задачи на компьютере.

Языки программирования, если в качестве признака классификации взять синтаксис образования его конструкций, можно условно разделить на классы:

•машинные языки – языки программирования, воспринимаемые аппаратной частью компьютера (машинные коды);

•машинно-ориентированные языки – языки программирования, которые отражают структуру конкретного типа компьютера (ассемблеры);

•алгоритмические языки – не зависящие от архитектуры компьютера языки программирования для отражения структуры алгоритма (Паскаль, Фортран, Бейсик и др.);

•процедурно-ориентированные языки – языки программирования, где имеется возможность описания программы как совокупности процедур (подпрограмм);

2. План-конспект лекционного курса	97

•проблемно-ориентированные языки – языки программирования, предназначенные для решения задач определенного класса (Лисп, РПГ, Симула и др.);

•интегрированные системы программирования.

Другой классификацией языков программирования является их деление на языки, ориентированные на реализацию основ структурного программирования, и объектно-ориентированные языки, поддерживающие понятие объектов и их свойств и методов обработки. Программа, подготовленная на языке программирования, проходит этап трансляции, тогда происходит преобразование исходного кода программы в объектный код, который далее пригоден к обработке редактором связей. Редактор связей – специальная программа, обеспечивающая построение загрузочного модуля, пригодного к выполнению.

Трансляция может выполняться с использованием средств компиляторов или интерпретаторов. Компиляторы транслируют всю программу, но без ее выполнения. Интерпретаторы, в отличие от компиляторов, выполняют пооператорную обработку и выполнение программы.

Существуют специальные программы, предназначенные для трассировки и анализа выполнения других программ, так называемые отладчики. Лучшие отладчики позволяют осуществлять трассировку (отслеживание выполнения программы в пооператорном варианте), идентификацию места и вида ошибок в программе, «наблюдение» за изменением значений переменных, выражений и т.п. Для отладки и тестирования правильности работы программ создается база данных контрольного примера.

Системы программирования включают:

•компилятор;

•интегрированную среду разработчика программ;

•отладчик;

•средства оптимизации кода программ;

•набор библиотек (возможно с исходными текстами программ);

•редактор связей;

•сервисные средства (утилиты) для работы с библиотеками, текстовыми и двоичными файлами;

•справочные системы;

•документатор исходного кода программы;

•систему поддержки и управления проектом программного ком-

плекса.

Средства поддержки проектов, как новый класс программного обеспечения, предназначены:

•для отслеживания изменений, выполненных разработчиками программ;

98	Информатика и математика

•поддержки версий программы с автоматической разноской изменений;

•получения статистики о ходе работ проекта.

Инструментальная среда представлена специальными средствами, встроенными в пакеты прикладных программ, такими как:

•библиотека функций, процедур, объектов и методов обработки;

•макрокоманды;

•клавишные макросы;

•языковые макросы;

•программные модули-вставки;

•конструкторы экранных форм и отчетов;

•генераторы приложений;

•языки запросов высокого уровня;

•языки манипулирования данными;

•конструкторы меню и многое другое.

Средства отладки и тестирования программ предназначены для подготовки разработанной программы к промышленной эксплуатации.

Интегрированные среды разработки программ. Дальнейшим разви-

тием локальных средств разработки программ, которые объединяют набор средств для комплексного применения на всех технологических этапах создания программ, являются интегрированные программные среды разработчиков. Основное назначение инструментария данного вида – повышение производительности труда программистов, автоматизация создания кодов программ, обеспечивающих интерфейс пользователя графического типа, разработка приложений для архитектуры клиент-сервер, запросов и отчетов.

CASE-технология создания информационных систем. Средства

CASE-технологии – сформировавшееся на рубеже 1980-х гг. направление. Массовое применение затруднено крайне высокой стоимостью и предъявляемыми требованиями к оборудованию рабочего места разработчика.

CASE-технология – программный комплекс, автоматизирующий весь технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем.

Средства CASE-технологий делятся на две группы:

•встроенные в систему реализации – все решения по проектированию и реализации привязаны к выбранной системе управления базами данных (СУБД);

•независимые от системы реализации – все решения по проектированию ориентированы на унификацию начальных этапов жизненного цикла и средств их документирования, обеспечивают большую гибкость в выборе средств реализации.

2. План-конспект лекционного курса	99

Основное достоинство CASE-технологии – поддержка коллективной работы над проектом за счет возможности работы в локальной сети разработчиков, экспорта/импорта любых фрагментов проекта, организационного управления проектом.

Некоторые CASE-технологии ориентированы только на системных проектировщиков и предоставляют специальные графические средства для изображения различного вида моделей:

•диаграмму потоков данных (DFD – data flow diagrams) совместно со словарями данных и спецификациями процессов;

•диаграмму «сущность – связь» (ERD – entity relationship diagrams),

являющуюся инфологической моделью предметной области;

•диаграмму переходов состояний (STD – state transition diagrams), учитывающую события и реакцию на них системы обработки данных.

Диаграмма DFD устанавливает связь источников информации с потребителями, выделяет логические функции (процессы) преобразования информации, определяет группы элементов данных и их хранилища (базы данных).

Описание структуры потоков данных, определение их компонентов хранятся в актуальном состоянии в словаре данных, который выступает как база данных проекта. Каждая логическая функция может детализироваться с помощью DFD нижнего уровня согласно методам нисходящего проектирования.

Выполняются автоматизированное проектирование спецификаций программ (задание основных характеристик для разработки программ) и ведение словаря данных.

Другой класс CASE-технологий поддерживает только разработку программ, включая:

•автоматическую генерацию кодов программ на основании их спецификаций;

•проверку корректности описания моделей данных и схем потоков данных;

•документирование программ согласно принятым стандартам и актуальному состоянию проекта;

•тестирование и отладку программ.

Кодогенерация программ выполняется двумя способами: созданием каркаса программ и полного продукта. Каркас программы служит для последующего ручного варианта редактирования исходных текстов, обеспечивая возможность вмешательства программиста; полный продукт не редактируется вручную.

В рамках CASE-технологий проект сопровождается целиком, а не только его программные коды. Проектные материалы, подготовленные в CASE-технологии, служат заданием программистам, а само программиро-

100	Информатика и математика

вание скорее сводится к кодированию – переводу на определенный язык структур данных и методов их обработки, если не предусмотрена автоматическая кодогенерация.

Большинство CASE-технологий использует также метод «прототипов» для быстрого создания программ на ранних этапах разработки. Кодогенерация программ осуществляется автоматически – до 85–90% объектных кодов и текстов на языках высокого уровня.

Программные продукты для создания приложений. Данный класс программных средств, как уже отмечалось выше, весьма представителен. Приведем характеристику некоторых продуктов, которые предлагает фирма

Microsoft.

Макроассемблер MASM, обеспечивающий создание программ, быстро манипулирующих с данными большой размерности, поддерживающих различные форматы объектных файлов. Кроме того, можно создавать динамические библиотеки (DLL, VBX) для Microsoft Visual Basic, генерировать DOS-, Windows-приложения. Средства данного языка наиболее часто используются для разработки драйверов – специальных программ для эмуляции нестандартных устройств, подключаемых к компьютеру, различных преобразований форматов данных, поддержания интерфейсов доступа к данным в разнородных программных системах.

Компилятор Visual C++ for Windows Professional Edition является сис-

темой программирования объектно-ориентированного типа, обеспечивающей просмотр иерархии классов объектов приложения (Source Browser), работу отладчика (Debugger), компилятора и др. В состав пакета входит библиотека классов MFC (Microsoft Foundation Classes Library), содержа-

щая классы для реализации сложного пользовательского интерфейса, средства изготовления структуры пользовательского интерфейса (App Wizard), создания диалогов, меню, икон, растров, курсоров (Арр Studio), свойств новых интерфейсных классов, наследующих свойства классов MFC (Class Wizard). Компилятор полностью поддерживает стандарт OLE 2.0 системы

Windows, ODBC (Open DataBase Connectivity) – для обеспечения доступа к данным в различных форматах, хранимых как в локальной базе данных, так и на сервере баз данных.

Visual Basic for Windows – система программирования объектноориентированного типа, транслирующая команды по мере их ввода, позволяющая создавать и управлять множеством объектов (кнопками, флажками, комбинированными списками, окнами ввода, переключателями, линейками и т.п.), обеспечивающая поддержку объектов OLE 2.0. Данный язык является языковой платформой приложений Microsoft Office и имеет диалект

Microsoft Basic for Application.

Microsoft IMSL Mathematical and Statistical Library – математическая и статистическая библиотеки набора функций и примеров их использования (более1000), которыеможновызватьизпрограмм, написанныхнаязыкеC++.

2. План-конспект лекционного курса	101

Средства поддержки проектов Microsoft Delta for Windows, используемые для независимой от всего проекта новой версии программного модуля, отслеживания новых версий, автоматической разноски изменений по копиям проекта программной системы.

Технологические стандарты Microsoft, которые могут быть использованы разработчиками прикладных программ.

OLE (Object Linking and Embedding) – позволяющий создавать прило-

жения, включающие в свой состав объекты, полученные из других приложений.

Объект имеет две составляющие:

•внешнее представление объекта;

•способ редактирования объекта.

Любой объект может либо внедряться, либо связываться с приложением. Технология OLE 2.0 обеспечивает:

•редактирование «чужого» объекта внутри приложения;

•экономию трудовых затрат на разработку программ за счет ссылок на существующие внешние объекты;

•информационную интеграцию приложений.

ODBC (Open DataBase Connectivity) – создание единого интерфейса доступа к различным базам данных на различных платформах.

Программа выступает в качестве клиента, а база данных – в качестве сервера, доступ реализуется с помощью драйвера. Разработчики новых СУБД обеспечивают создание соответствующих их форматам драйверов. Для создания прикладных программ, использующих стандарт ODBC, ис-

пользуется инструментарий ODBC Sowtware Development Kit (SDK).

MAPI (Messaging Application Program Interface) – обеспечение незави-

симости приложений от систем связи в режиме телекоммуникаций, который также работает по принципу драйвера.

MAPI поддерживает стандарт Х.400 Association's Common Messaging Calls (CMC), a также ряд других интерфейсов (API, SDK, DDK).

Существуют также и интегрированные инструментальные среды для разработчиков программ других фирм:

•Delphi;

•Clarion for Windows и др.

Специфика современной информационной технологии состоит в бурном развитии сетевых комплексов вычислительных машин, создании программ для работы в архитектуре сети типа файл-сервер и клиент-сервер.

Различают такие методы программирования, как:

•метод нисходящего проектирования, который предполагает последовательное разложение общей функции обработки данных на простые функциональные элементы («сверху вниз»). В результате строится иерархическая схема, отражающая состав и взаимопод-

102	Информатика и математика

чиненность отдельных функций, носящих название «функциональная структура алгоритма (ФСА) приложения». На основе этой структуры разрабатывается программный продукт;

•модульное программирование, основанное на понятии модуля – логически взаимосвязанной совокупности функциональных эле-

ментов, оформленных в виде отдельных программных модулей. Модуль характеризуют:

а) один вход и один выход – на входе программный модуль получает определенный набор исходных данных, выполняет содержательную обработку и возвращает один набор результатных данных, т.е. реализуется стандартный принцип IPO (Input – Process – Output) – вход–процесс– выход;

б) функциональная завершенность – модуль выполняет перечень регламентированных операций для реализации каждой отдельной функции в полном составе, достаточных для завершения начатой обработки;

в) логическая независимость – результат работы программного модуля зависиттолькоотисходныхданных, нонезависитотработыдругихмодулей; г) слабые информационные связи с другими программными модулями

– обмен информацией между модулями должен быть по возможности минимизирован;

д) обозримый по размеру и сложности программный элемент; е) структурное программирование, которое основано на модульной

структуре программного продукта и типовых управляющих структурах алгоритмов обработки данных различных программных модулей.

4. Все программы по характеру создания, использования и категориям пользователей можно представить двумя типами: утилитарные программы

и программные продукты (изделия).

Утилитарные программы («программы для себя») предназначены для удовлетворения нужд их разработчиков. Чаще всего утилитарные программы выполняют роль сервиса в технологии обработки данных либо являются программами решения функциональных задач, не предназначенных для широкого распространения.

Программные продукты (изделия) предназначены для удовлетворения потребностей пользователей, широкого распространения и продажи.

Программный продукт разрабатывается на основе промышленной технологии выполнения проектных работ с применением современных инструментальных средств программирования. Специфика заключается в уникальности процесса разработки алгоритмов и программ, зависящего от характера обработки информации и используемых инструментальных средств. На создание программных продуктов затрачиваются значитель-

2. План-конспект лекционного курса	103

ные ресурсы – трудовые, материальные, финансовые; требуется высокая квалификация разработчиков.

Как правило, программные продукты требуют сопровождения, которое осуществляется специализированными фирмами – распространителями программ (дистрибьюторами), реже – фирмами-разработчиками. Сопровождение программ массового применения сопряжено с большими трудозатратами – исправлением обнаруженных ошибок, созданием новых версий программ и т.п.

Сопровождение программного продукта – поддержка работоспособности программного продукта, переход на его новые версии, внесение изменений, исправление обнаруженных ошибок и т.п.

Программные продукты должны обладать следующими свойствами:

•мобильностью, что означает их независимость от технического комплекса системы обработки данных, операционной среды, сетевой технологии обработки данных, специфики предметной области

ит.п. Мобильный (многоплатформный) программный продукт может быть установлен на различных моделях компьютеров и операционных систем, без ограничений на его эксплуатацию в условиях вычислительной сети. Функции обработки такого программного продукта пригодны для массового использования без каких-либо изменений;

•надежностью работы, которая определяется бесперебойностью и устойчивостью в работе программ, точностью выполнения предписанных функций обработки, возможностью диагностики возникающих в процессе работы программ ошибок;

•эффективностью, которая оценивается как с позиций прямого его назначения – требований пользователя, так и с точки зрения расхода вычислительных ресурсов, необходимых для эксплуатации программных продуктов. Расход вычислительных ресурсов оценивается через объем внешней памяти для размещения программ и объем оперативной памяти для запуска программ;

•учетом человеческого фактора, что означает обеспечение дружественного интерфейса для работы конечного пользователя, наличие контекстно-зависимой подсказки или обучающей системы в составе программного средства, хорошей документации для освоения и использования заложенных в программном средстве функциональных возможностей, анализ и диагностику возникших ошибок

идр.;

•модифицируемостью, что означает способность к внесению изменений, например, расширение функций обработки, переход на другую техническую базу обработки и т.п.;

104	Информатика и математика

•коммуникативностью, которая основана на максимально возможной их интеграции с другими программами, обеспечении обмена данными в общих форматах представления (экспорт/импорт баз данных, внедрение или связывание объектов обработки и др.).

Вусловиях существования рынка программных продуктов важными характеристиками являются:

•стоимость;

•количество продаж;

•время нахождения на рынке (длительность продаж);

•известность фирмы-разработчика и программы;

•наличие программных продуктов аналогичного назначения. Программы любого вида характеризуются жизненным циклом, со-

стоящим из отдельных этапов:

•маркетинг рынка программных средств, спецификация требований к программному продукту;

•проектирование структуры программного продукта;

•программирование (создание программного кода), тестирование, автономная и комплексная отладка программ;

•документирование программного продукта, подготовка эксплуатационной и технологической документации;

•выход на рынок программных средств, распространение программного продукта;

•эксплуатация программного продукта пользователями;

•сопровождение программного продукта;

•снятие программного продукта с продажи, отказ от сопровожде-

ния.

Подробнее см.: 6.

ТЕМА 6 СОВРЕМЕННАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИНФОРМАТИКИ

Основные вопросы темы

1.Информационно-вычислительная техника – база информатики.

2.Офисное и вспомогательное оборудование информатики.

3.Средства передачи данных.

4.Технические средства размножения информации.

1.Как было показано в теме 3, техническое обеспечение является одной из основных частей автоматизированных информационных систем.

Базой технического обеспечения является комплекс технических средств, общую структуру которого можно представить в следующем виде:

•информационно-вычислительная техника;

•сетевое оборудование;

2. План-конспект лекционного курса	105

•средства передачи данных;

•технические средства размножения информации;

•офисное и вспомогательное оборудование.

Существенное значение в улучшении эргономических характеристик автоматизированных информационных систем имеют оргтехника и дизайн.

Компьютер – основное средство информационно-вычислительной техники. Компьютер – это программно-управляемая универсальная элек- тронно-вычислительная машина.

Рассмотрим кратко современное состояние некоторых классов ЭВМ. К суперЭВМ относятся мощные многопроцессорные вычислительные машины с быстродействием в сотни миллионов – десятки миллиардов опе-

раций в секунду.

Создать такую высокопроизводительную ЭВМ по современной технологии на одном микропроцессоре не представляется возможным ввиду ограничения, обусловленного конечным значением скорости распространения электромагнитных волн (300 000 км/с), ибо время распространения сигнала на расстояние в несколько миллиметров (линейный размер стороны МП) при быстродействии 100 млрд оп/с становится соизмеримым со временем выполнения одной операции. Поэтому суперЭВМ создаются в виде высокопараллельных многопроцессорных вычислительных систем (МПВС).

Большие ЭВМ за рубежом часто называют мейнфреймами (Mainframe). К мейнфреймам относят, как правило, компьютеры, имеющие следующие характеристики:

•производительность не менее 10 MIPS;

•основную память емкостью от 64 до 10 000 Мбайт;

•внешнюю память не менее 50 Гбайт;

•многопользовательский режим работы (обслуживают одновременно от 16 до 1000 пользователей).

Основные направления эффективного применения мейнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительными сетями и их ресурсами. Последнее направление – использование мейнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей – часто отмечается специалистами среди наиболее актуальных.

Малые ЭВМ (мини-ЭВМ) – надежные, недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по сравнению с мейнфреймами возможностями.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе микропроцессорных наборов интегральных микросхем, 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров. Основные их особенности: широкий диапазон производительно-

106	Информатика и математика

сти в конкретных условиях применения, аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, простая реализация микропроцессорных и многомашинных систем, высокая скорость обработки прерываний, возможность работы с форматами данных различной длины.

К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести: специфичную архитектуру с большой модульностью, лучшее, чем у мейнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов. Традиционная для подобных комплексов широкая номенклатура периферийных устройств дополняется блоками межпроцессорной связи, благодаря чему обеспечивается реализация вычислительных систем с изменяемой структурой.

Наряду с использованием для управления технологическими процессами мини-ЭВМ успешно применяются для вычислений в многопользовательских вычислительных системах, системах автоматизированного проектирования, системах моделирования несложных объектов, системах искусственного интеллекта.

Самым распространенным типом компьютеров является персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) или просто персональный компьютер (ПК). Среди них выделяются переносные компьютеры – быстроразвивающийся подкласс персональных компьютеров. Большинство переносных компьютеров имеет автономное питание от аккумуляторов, но может подключаться и к сети.

Состав ПК включает следующие основные блоки:

•микропроцессор (МП). Это центральный блок ПК, предназначенный для управления работой всех блоков машины и выполнения арифметических и логических операций над информацией;

•генератор тактовых импульсов. Он генерирует последовательность электрических импульсов; частота генерируемых импульсов определяет тактовую частоту машины. Промежуток времени между соседними импульсами определяет время одного такта работы машины или просто такт работы машины;

•системная шина. Это основная интерфейсная система компьютера, обеспечивающая сопряжение и связь всех его устройств между собой;

•основная память (ОП). Она предназначена для хранения и оперативного обмена информацией с прочими блоками машины;

•внешняя память. Она относится к внешним устройствам ПК и используется для долговременного хранения любой информации, которая может когда-либо потребоваться для решения задач;

•источник питания. Это блок, содержащий системы автономного и сетевого энергопитания ПК;

2. План-конспект лекционного курса	107

•таймер. Это внутримашинные электронные часы, обеспечивающие при необходимости автоматический съем текущего момента времени (год, месяц, часы, минуты, секунды и доли секунд). Таймер подключается к автономному источнику питания – аккумулятору и при отключении машины от сети продолжает работать.

Всостав микропроцессора входят:

•устройство управления (УУ) формирует и подает во все блоки машины в нужные моменты времени определенные сигналы управления (управляющие импульсы), обусловленные спецификой выполняемой операции и результатами предыдущих операций; формирует адреса ячеек памяти, используемых выполняемой операцией, и передает эти адреса в соответствующие блоки ЭВМ; опорную последовательность импульсов устройство управления получает от генератора тактовых импульсов;

•арифметико-логическое устройство (АЛУ) предназначено для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией (в некоторых моделях ПК для ускорения выполнения операций к АЛУ подключается дополнительный математический сопроцессор);

•микропроцессорная память (МПП) служит для кратковременного хранения, записи и выдачи информации, непосредственно используемой в вычислениях в ближайшие такты работы машины. МПП строится на регистрах и используется для обеспечения высокого быстродействия машины, ибо основная память (ОП) не всегда обеспечивает скорость записи, поиска и считывания информации, необходимую для эффективной работы быстродействующего микропроцессора. Регистры – быстродействующие ячейки памяти различной длины (в отличие от ячеек ОП, имеющих стандартную длину 1 байт (последовательность восьми бит) и более низкое быстродействие);

•интерфейсная система микропроцессора реализует сопряжение и связь с другими устройствами ПК; включает в себя внутренний интерфейс МП, буферные запоминающие регистры и схемы управления портами ввода-вывода (ПВВ) и системной шиной. Интерфейс – совокупность средств сопряжения и связи устройств компьютера, обеспечивающая их эффективное взаимодействие. Порт ввода-вывода – аппаратура сопряжения, позволяющая под-

ключить к микропроцессору другое устройство ПК.

Системная шина включает в себя:

•кодовую шину данных (КШД), содержащую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов числового кода (машинного слова) операнда;

108	Информатика и математика

•кодовую шину адреса (КША), включающую провода и схемы сопряжения для параллельной передачи всех разрядов кода адреса ячейки основной памяти или порта ввода-вывода внешнего устройства;

•кодовую шину инструкций (КШИ), содержащую провода и схемы сопряжения для передачи инструкций (управляющих сигналов, импульсов) во все блоки машины;

•шину питания, имеющую провода и схемы сопряжения для подключения блоков ПК к системе энергопитания.

Системная шина обеспечивает три направления передачиинформации:

•между микропроцессором и основной памятью;

•микропроцессором и портами ввода-вывода внешних устройств;

•основной памятью и портами ввода-вывода внешних устройств (в

режиме прямого доступа к памяти).

Все блоки, а точнее их порты ввода-вывода, через соответствующие унифицированные разъемы (стыки) подключаются к шине единообразно: непосредственно или через контроллеры (адаптеры). Управление системной шиной осуществляется микропроцессором либо непосредственно, либо, что чаще, через дополнительную микросхему – контроллер шины, формирующий основные сигналы управления. Обмен информацией между внешними устройствами и системной шиной выполняется с использованием ASCII-кодов.

Основная память содержит два вида запоминающих устройств: постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) и оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). ПЗУ служит для хранения неизменяемой (постоянной) программной и справочной информации, позволяет оперативно только считывать хранящуюся в нем информацию (изменить информацию в ПЗУ нельзя). ОЗУ предназначено для оперативной записи, хранения и считывания информации (программ и данных), непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе, выполняемом ПК в текущий период времени. Различают несколько разделов ОЗУ. Среди них выделяют основную (базовую, стандартную) оперативную память компьютера – это первые 640 килобайт всей оперативной памяти компьютера. Главными достоинствами оперативной памяти являются ее высокое быстродействие и возможность обращения к каждой ячейке памяти отдельно (прямой адресный доступ к ячейке). В качестве недостатка ОЗУ следует отметить невозможность сохранения информации в ней после выключения питания машины (энергозависимость).

Внешняя память содержит разнообразные виды запоминающих устройств, но наиболее распространенными, имеющимися практически на любом компьютере, являются накопители на жестких (НЖМД) и гибких (НГМД) магнитных дисках. Назначение этих накопителей – хранение

2. План-конспект лекционного курса	109

больших объемов информации, запись и выдача хранимой информации по запросу в оперативное запоминающее устройство. Различаются НЖМД и НГМД лишь конструктивно, объемами хранимой информации и временем поиска, записи и считывания информации. В качестве устройств внешней памяти используются также запоминающие устройства на кассетной магнитной ленте (стримеры), накопители на оптических дисках (CD-ROM – Compact Disk Read Only Memory – компакт-дискспамятью, толькочитаемой).

Все перечисленные части ПК объединяются в единое устройство, часто называемое его системным блоком.

ПК – одно из самых динамичных средств технической базы информатики. В настоящее время можно с определенной уверенностью назвать только наименование основных характеристик современного компьютера, а значение их сложно предсказать даже на обозримую перспективу. Основными пользовательскими характеристиками компьютера являются:

•тактовая частота, на которую ориентирована работа процессора;

•объем оперативной памяти;

•объем долговременной памяти.

ПК, представленный системным блоком, является практически недоступным пользователю; для полного технического оформления ПК необходимы дополнительные средства, обеспечивающие диалог пользователя с системным блоком. Такими средствами являются видеомонитор (дисплей) и клавиатура. Именно «содружество» системного блока, видеомонитора и клавиатуры составляет пользовательское понятие ПК.

Видеомонитор (дисплей) – устройство для экранного отображения вводимой и выводимой из ПК информации. Видеомонитор характеризуют следующие факторы: цветность, тип монитора (аналоговый или цифровой), размер экрана, размер зерна экрана, разрешающая способность, частота кадровой развертки, тип строчной развертки, объем памяти видеоадаптера, уровень радиации. Целесообразно монитор использовать совместно с защитным экранным фильтром, так как работа монитора сопровождается излучением, отрицательно влияющим на здоровье человека (при этом чем выше частота развертки, тем больше излучение). Излучения у монитора разные: мягкое рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоизлучение, наконец, имеет место и электростатическое поле. Для защиты от названных излучений и нужны экранные фильтры.

Клавиатура компьютера предназначена для ввода данных в компьютер и управления компьютером. Основными свойствами клавиатуры являются ее эргономичность и функциональность.

Важнейшей составной частью любого вычислительного комплекса являются внешние (или как их часто называют периферийные) устройства (ВУ). Достаточно сказать, что по стоимости внешние устройства иногда составляют 50–80% всего ПК. От состава и характеристик ВУ во многом

110	Информатика и математика

зависят возможность и эффективность применения ПК в системах управления и народном хозяйстве в целом.

Периферийные устройства ПК обеспечивают взаимодействие машины с окружающей средой, пользователями, объектами управления и другими ЭВМ. По назначению можно выделить следующие виды периферийных устройств:

•внешние запоминающие устройства или внешняя память ПК;

•диалоговые средства пользователя;

•устройства ввода информации;

•устройства вывода информации;

•средства связи и телекоммуникации.

Диалоговые средства пользователя включают различного рода манипуляторы типа «мышь», «радиомышь», устройства речевого ввода-вывода, джойстик – рычаг и т.п.

Кустройствам ввода информации относятся:

•графические планшеты (дигитайзеры) – для ручного ввода графической информации, изображений путем перемещения по планшету специального указателя (пера); при перемещении пера автоматически выполняются считывание координат его местоположения и ввод этих координат в ПК;

•сканеры (читающие автоматы) – для автоматического считывания с бумажных носителей и ввода в ПК машинописных текстов, графиков, рисунков, чертежей; в устройстве кодирования сканера в текстовом режиме считанные символы после сравнения программным путем с эталонными контурами специальными программами преобразуются в коды ASCII, а в графическом режиме считанные графики и чертежи преобразуются в последовательности двухмерных координат;

•световые устройства – для ввода графической информации на экран дисплея путем управления движением курсора по экрану с последующим кодированием координат курсора и вводом их в ПК;

•сенсорные экраны – для ввода отдельных элементов изображения, программ или команд с полиэкрана дисплея в ПК.

Сканер – это устройство ввода в ЭВМ информации непосредственно с бумажного документа. Можно вводить тексты, схемы, рисунки, графики, фотографии и другую графическую информацию.

Сканеры являются важнейшим звеном электронных систем обработки документов и необходимым элементом любого «электронного стола». Записывая результаты своей деятельности в файлы и вводя информацию с бумажных документов в ПК с помощью сканера с системой автоматического распознавания образов, можно сделать реальный шаг к созданию систем безбумажного делопроизводства.

2. План-конспект лекционного курса	111

Сканеры весьма разнообразны, и их можно классифицировать по целому ряду признаков. Сканеры бывают черно-белые и цветные.

Черно-белые сканеры могут считывать штриховые изображения и полутоновые. Штриховые изображения не передают полутонов или, иначе, уровней серого. Полутоновые позволяют распознать и передать 16, 64 или 256 уровней серого.

Цветные сканеры работают и с черно-белыми, и с цветными оригиналами. В первом случае они могут использоваться для считывания и штриховых, и полутоновых изображений.

В цветных сканерах используется цветовая модель RGB: сканируемое изображение освещается через вращающийся RGB-светофильтр или от последовательно зажигаемых трехцветных ламп; сигнал, соответствующий каждому основному цвету, обрабатывается отдельно. Число передаваемых цветов колеблется от 256 до 65 536 (стандарт High Color) и даже до 16,7 млн (стандарт True Color).

Разрешающая способность сканеров составляет от 75 до 1600 dpi (dot per inch).

Конструктивно сканеры бывают ручные и настольные. Настольные, в свою очередь, делятся на планшетные, роликовые и проекционные.

Ручные сканеры конструктивно самые простые: они вручную перемещаются по изображению. С их помощью за один проход вводится лишь небольшое количество строчек изображения (их захват обычно не превышает 105 мм). У ручных сканеров имеется индикатор, предупреждающий оператора о превышении допустимой скорости сканирования. Эти сканеры имеют малые габариты и низкую стоимость. Скорость сканирования 5–50 мм/с (зависит от разрешающей способности).

Роликовые сканеры наиболее автоматизированы, в них оригинал автоматически перемещается относительно сканирующей головки, часто имеется автоматическая подача документов, но сканируемые документы только листовые.

Планшетные сканеры самые распространенные; в них сканирующая головка перемещается относительно оригинала автоматически; они позволяют сканировать и листовые, и сброшюрованные (книги) документы. Скорость сканирования 2–10 с на страницу (формат А4).

Проекционные сканеры внешне напоминают фотоувеличитель, но внизу лежит сканируемый документ, а наверху находится сканирующая головка. Сканер оптическим образом сканирует информационный документ и вводит полученную информацию в виде файла в память компьютера.

Файл, создаваемый сканером в памяти машины, называется битовой картой.

Существуют два формата представления графической информации в файлах компьютера: растровый формат и векторный.

112	Информатика и математика

Врастровом формате графическое изображение запоминается в файле

ввиде мозаичного набора множества точек (нулей и единиц), соответствующих пикселям отображения этого изображения на экране дисплея. Редактировать этот файл средствами стандартных текстовых и графических процессоров не представляется возможным, ибо эти процессоры не работают с мозаичным представлением информации. В текстовом формате информация идентифицируется характеристиками шрифтов, кодами символов, абзацев и т.п.

Наиболее предпочтительным является использование сканера совместно с программами систем распознавания образов, например типа OCR (Optical Character Recognition). Система OCR распознает считанные сканером с документа битовые (мозаичные) контуры символов (букв и цифр) и кодирует их ASCII-кодами, переводя в удобный для текстовых редакторов векторный формат.

Кустройствам вывода информации относятся:

•принтеры – печатающие устройства для вывода информации на бумажный носитель. Принтеры бывают матричными, струйными, лазерными. Матричные и лазерные принтеры, как правило, являются черно-белыми, струйные – цветными. Отличаются принтеры как форматом (А4, А3), так и скоростями выдачи информации на бумажный носитель;

•графопостроители (плоттеры) – для вывода графической информации (графиков, чертежей, рисунков) из ПК на бумажный носитель; плоттеры бывают векторные с вычерчиванием изображения с помощью пера и растровые: термографические, электростатические, струйные и лазерные. По конструкции плоттеры подразделяются на планшетные и барабанные. Основные характеристики всех плоттеров примерно одинаковые: скорость вычерчивания – 100– 1000 мм/с, у лучших моделей возможны цветное изображение и передача полутонов; наибольшая разрешающая способность и четкость изображения у лазерных плоттеров, но они самые дорогие.

Вматричных принтерах изображение формируется из точек ударным способом.

Матричные принтеры могут работать в двух режимах – текстовом и графическом.

Втекстовом режиме на принтер посылаются коды символов, которые следует распечатать, причем контуры символов выбираются из знакогенератора принтера.

Вграфическом режиме на принтер пересылаются коды, определяющие последовательность и местоположение точек изображения.

Вигольчатых (ударных) матричных принтерах печать точек осуще-

ствляется тонкими иглами, ударяющими бумагу через красящую ленту.

2. План-конспект лекционного курса	113

Каждая игла управляется собственным электромагнитом. Печатающий узел перемещается в горизонтальном направлении, и знаки в строке печатаются последовательно. Многие принтеры выполняют печать как при прямом, так и при обратном ходе. Количество иголок в печатающей головке определяет качество печати. Недорогие принтеры имеют девять игл. Матрица символов в таких принтерах имеет размерность 7х9 или 9х9 точек. Более совершенные матричные принтеры имеют 18 игл и даже 24.

Впечатающей головке струйных принтеров вместо иголок имеются тонкие трубочки – сопла, через которые на бумагу выбрасываются мельчайшие капельки красителя (чернил). Это безударные печатающие устройства. Матрица печатающей головки обычно содержит от 12 до 64 сопел. В последние годы в их совершенствовании достигнут существенный прогресс: созданы струйные принтеры, обеспечивающие разрешающую способность до 20 точек/мм и скорость печати до 500 знаков/с при отличном качестве печати, приближающемся к качеству лазерной печати.

Влазерных принтерах применяется электрографический способ формирования изображений, используемый в одноименных копировальных аппаратах. Лазер служит для создания сверхтонкого светового луча, вычерчивающего на поверхности предварительно заряженного светочувствительного барабана контуры невидимого точечного электронного изображения – электрический заряд стекает с засвеченных лучом лазера точек на поверхности барабана. После проявления электронного изображения порошком красителя (тонера), налипающего на разряженные участки, выполняется печать – перенос тонера с барабана на бумагу и закрепление изображения на бумаге разогревом тонера до его расплавления.

Лазерные принтеры обеспечивают наиболее качественную печать с разрешением до 50 точек/мм (1200 dpi) и скорость печати до 1000 знаков/с. Используются также цветные лазерные принтеры.

Устройства связи и телекоммуникации используются для связи с приборами и другими средствами автоматизации (согласователи интерфейсов, адаптеры, цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи и т.п.)

идля подключения ПК к каналам связи, к другим ЭВМ и вычислительным сетям (сетевые интерфейсные платы (адаптеры), «стыки», мультиплексоры передачи данных, модемы). Сетевой адаптер является внешним интерфейсом ПК и служит для подключения его к каналу связи для обмена информацией с другими ЭВМ, для работы в составе вычислительной сети. В глобальных сетях функции сетевого адаптера выполняет модулятордемодулятор (модем). Указанные средства относятся к техническим средствам соединения и согласования компьютеров посредством средств передачи данных сетевому оборудованию.

Многие из названных выше устройств относятся к условно выделенной группе – средствам мультимедиа.

114	Информатика и математика

Средства мультимедиа (multimedia – многосредовость) – это комплекс аппаратных и программных средств, позволяющих человеку общаться с компьютером, используя самые разные, естественные для себя среды: звук, видео, графику, тексты, анимацию и др.

К средствам мультимедиа относятся устройства речевого ввода и вывода информации; широко распространенные уже сейчас сканеры (поскольку они позволяют автоматически вводить в компьютер печатные тексты и рисунки); высококачественные видео- (video) и звуковые (sound) платы, платы видеозахвата (videograbber), снимающие изображение с видеомагнитофона или видеокамеры и вводящие его в ПК; высококачественные акустические и видеовоспроизводящие системы с усилителями, звуковыми колонками, большими видеоэкранами. Но, пожалуй, с еще большим основанием к средствам мультимедиа относят внешние запоминающие устройства большой емкости на оптических дисках, часто используемые для записи звуковой и видеоинформации.

Стоимость компактных дисков (CD) при их массовом тиражировании невысокая, а учитывая их большую емкость (650 Мбайт, а новых типов – 4 Гбайт и выше), высокие надежность и долговечность, стоимость хранения информации на CD для пользователя оказывается несравнимо меньшей, нежели на магнитных дисках. Это уже привело к тому, что большинство программных средств самого разного назначения поставляется на CD. На компакт-дисках за рубежом организуются обширные базы данных, целые библиотеки; на СD представлены словари, справочники, энциклопедии, обучающие и развивающие программы по общеобразовательным и специальным предметам.

CD широко используются, например, при изучении иностранных языков, правил дорожного движения, бухгалтерского учета, законодательства вообще и налогового законодательства в частности. И все это сопровождается текстами и рисунками, речевой информацией и мультипликацией, музыкой и видео. В чисто бытовом аспекте CD можно использовать для хранения аудио- и видеозаписей, т.е. использовать вместо плейерных аудиокассет и видеокассет. Следует упомянуть, конечно, и о большом количестве программ, компьютерных игр, хранимых на CD.

Использование CD-ROM, CD-RW, CD-DVD открывает доступ к огромным объемам разнообразной и по функциональному назначению, и по среде воспроизведения информации, записанной на компакт-дисках.

Главной тенденцией развития вычислительной техники в настоящее время является дальнейшее расширение сфер применения ЭВМ и, как следствие, переход от отдельных машин к их системам – вычислительным системам и комплексам разнообразных конфигураций с широким диапазоном функциональных возможностей и характеристик.

2. План-конспект лекционного курса	115

Наличие работоспособных технических средств, составляющих пользовательский ПК, еще не гарантирует жизнеспособность ПК. Персональный компьютер начинает работать как единое устройство только при наличии в нем работоспособных программных средств и прежде всего системного программного обеспечения, ядро которого составляют операционные системы. Именно операционные системы объединяют все технические блоки, составляющие ПК, в единый вычислительный комплекс и предоставляют пользователю возможность управлять им. Операционные системы создают и позволяют манипулировать основным объектом, живущим в ПК, – файлом. Назначая имя и позволяя определить тип файла, операционная система решает вопросы долговременного хранения информации в компьютере, предоставляя этим неоценимые услуги пользователю.

Файл – это наименованное место (по сути дела «прописка» файла, назначение «местожительства» файла) на машинном носителе для размещения данных в соответствии с правилами конкретной операционной системы. С целью организации файлов в совокупности операционная система предоставляет библиотечное понятие «каталог» (директория, папка). Каталог – это перечень названий объектов хранения с указанием адреса размещения объекта в хранилище. Для сложно организованных хранилищ объектов вводится иерархия каталогов. При этом каждый каталог, который входит в качестве составной части в другой каталог, получил название подкаталога. Вложенность каталогов может быть весьма значительной. Описанная структура библиотечной организации огромных массивов объектов используется и в операционных системах. Итак, в операционной системе директория (каталог) – это файл специальной структуры, предназначенный для указания совокупности файлов, составляющих единую группу; поддиректория (подкаталог) – это директория (каталог) в директории (каталоге). Для указания места расположения файла на том или ином носителе используется понятие пути. Путь – это последовательная цепочка имени носителя (диска), за которым следует двоеточие, и перечень имен каталогов и вложенных подкаталогов, разделенных символом «\», указывающая местоположение файла на машинном носителе.

Каждая операционная система имеет свой стандарт на имена файлов и каталогов, исполнение которого гарантирует свободное перемещение файлов с одной платформы компьютера на другую, а также функциональность работы с файлом. Так, стандарт операционной системы MS DOS требует, чтобы имя файла состояло из двух частей: названия файла до восьми символов латинского алфавита и ряда дополнительных символов, включая цифры, – обязательная часть, и типа файла до трех символов того же состава – часть, которая может быть опущена.

Важное значение имеют отдельные программы дополнительного системного обеспечения, которые получили название драйверов. Драйвер –

116	Информатика и математика

это специальная программа, используемая для согласованного обмена данными между различными устройствами компьютера.

При исполнении программы на компьютере она должна быть помещена в оперативную память и находится там либо постоянно – резидентная программа, либо временно до конца исполнения – обычная программа.

2. Офисная организационная техника (оргтехника) – технические средства, применяемые для механизации и автоматизации управленческих и инженерно-технических работ.

Организационная техника составляет материальную базу прогрессивных систем управления. Слабое использование оргтехники в управлении приводит к снижению производительности труда и эффективности работы управленческого персонала, к недопустимым задержкам при решении оперативных вопросов, а часто и к неверным их решениям ввиду отсутствия необходимой информации и к другим отрицательным последствиям.

Под оргтехникой понимают технические средства, используемые в делопроизводстве для создания информационных бумажных документов, их копирования, размножения, обработки, хранения, транспортирования, и средства административно-управленческой связи.

Средства оргтехники для офиса фирмы могут включать в свой состав такие устройства и оборудование, как персональный компьютер, организационный автомат, пишущие машинки, телефонные и радиотелефонные аппараты, мини-АТС, директорский коммутатор, громкоговорящее телефонное переговорное устройство, пейджинговую систему, телетайп, факсимильный аппарат, копировальный аппарат, ризограф, диктофоны, проекционную аппаратуру, адресовальную машину, маркировальную машину, ламинатор, штемпелевальный аппарат, машину для уничтожения документов, конвертовскрывающую машину, сшиватель документов, картотечное оборудование, стеллажи и шкафы для хранения документов, сейф, тележку, пневмопочту и др.

Средства составления и изготовления документов включают:

•пишущие машинки;

•организационные автоматы;

•диктофонную технику.

Средства хранения документов включают:

•папки, альбомы, конверты, футляры;

•картотеки;

•полки;

•стеллажи;

•шкафы;

•сейфы.

2. План-конспект лекционного курса	117

Средства транспортировки документов включают:

•тележки;

•конвейеры;

•лифты;

•пневмопочту.

Средства обработки документов включают:

•маркировальные машины;

•штемпелевальные устройства;

•ламинаторы – машины для защиты документов от влаги, пыли, масла и небрежного хранения;

•фальцевальные машины – устройства для выполнения различных видов фальцовки (сгибания) бумаг по заданному формату и аккуратного складывания их;

•брошюровальные машины – устройства для автоматической фальцовки и скрепления брошюр с помощью металлических скрепок;

•листоподборочные машины (коллаторы) – автоматы для подборки (сортировки) отпечатанных листов в блоки;

•бумагорезательное оборудование (резаки) – предназначено для резки рулонной или иной бумаги на листы потребительских форматов;

•машины для уничтожения секретных и конфиденциальных документов;

•конвертовскрывающие машины;

•конвертозаклеивающие машины.

3. В системах административного управления информация передается как путем переноски (перевозки) информационных документов курьером (или по почте), так и с использованием систем автоматизированной передачи информации по каналам связи.

Каналы связи (КС) являются общим звеном любой системы передачи информации. По физической природе каналы связи делятся следующим образом:

•механические используются для передачи материальных носителей информации;

•акустические передают звуковой сигнал;

•оптические передают световой сигнал;

•электрические передают электрический сигнал.

Физической средой передачи информации в низкоскоростных и среднескоростных КС обычно являются группы либо параллельных, либо скрученных проводов, называемых витая пара (скручивание проводов уменьшает влияние внешних помех).

118	Информатика и математика

Если все абоненты компьютерной сети ведут передачу данных по каналу на одной частоте, такой канал называется узкополосным (пропускает одну частоту). Если каждый абонент работает на своей собственной частоте по одному каналу, то такой канал называется широкополосным (пропускает много частот).

В широкополосных КС используются коаксиальные кабели, оптоволоконные кабели, радиоволноводы. К широкополосным относятся и беспроводные радиоканалы связи. Возможности широкополосных каналов связи огромны.

Телефонные каналы связи являются наиболее разветвленными и широко используемыми. По телефонным КС осуществляется передача звуковых (тональных) и факсимильных сообщений, они являются основой построения информационно-справочных систем, систем электронной почты и вычислительных сетей (в том числе глобальных).

Следует особо отметить, что телефонный канал связи является более узкополосным, нежели телеграфный, но скорость передачи данных по нему выше ввиду обязательного наличия специального устройства согласования – модема. Модем является одним из широко распространенных видов коммуникационного оборудования и выполняет следующие функции:

•при передаче – преобразование широкополосных импульсов (цифрового кода) в полосные аналоговые сигналы (амплитудно-, частотноили фазомодулированные);

•при приеме – фильтрацию принятого сигнала от помех и детектирование, т.е. обратное преобразование узкополосного аналогового

сигнала в цифровой код.

Модем – это устройство сопряжения компьютера с телефонным каналом связи.

Средства передачи информации как вид офисной техники включают:

•телефонную связь – самый распространенный вид оперативной административно-управленческой связи;

•радиотелефонную связь, включая пейджинговую связь;

•телеграфную связь;

•дейтефонную связь, использующую для передачи информации телефонные каналы связи, а в качестве приемо-передающей аппаратуры может использоваться как обычная телетайпная аппаратура совместно с модемами, так и специальная аппаратура;

•факсимильную связь.

4.Важное значение в работе офиса и в целом для информатики имеют средства размножения информации, представленные средствами копирования и тиражирования. Для получения небольшого количества копий (до

2. План-конспект лекционного курса	119

25 экз.) целесообразно пользоваться средствами копирования документации (репрографии), при размножении документов в большем объеме (более 25 экз.) – средствами тиражирования документов (оперативной или малой полиграфии). Принципиальное отличие средств копирования от средств тиражирования заключается в том, что при копировании копия снимается непосредственно с документа-оригинала, а при тиражировании – с промежуточной печатной формы, изготовленной с документа-оригинала.

Средства копирования включают:

•электрографическое копирование с использованием электрографических копировальных аппаратов;

•термографическое копирование с использованием специальной термокопировальной бумаги;

•фотографическое копирование;

•электронно-графическое копирование, основанное на оптическом считывании документов и электроискровой регистрации информации на специальный носитель копии;

•диазографическое копирование – светокопирование – синькографию.

Средства тиражирования информации включают:

•гектографическую печать. Принцип ее основан на изготовлении печатной формы с большим запасом краски, которая постепенно растворяется спиртом (отсюда распространенное ее название – спиртовая печать) и расходуется, переносясь на копии;

•офсетную печать. В основе офсетной печати лежит принцип несмешиваемости масла и воды. Печать выполняется с плоской поверхности (формы), обработанной таким образом, чтобы участки, соответствующие наносимому изображению, удерживали краску на масляной основе и отталкивали воду, а остальная поверхность удерживала воду и отталкивала краску;

•трафаретную печать. Печатная форма – трафарет изготавливается на листе восковой, желатиновой или коллоидной бумаги либо на пленке путем пробивания в ней микроотверстий на специальных пишущих машинках или методом электронно-графического копирования. Процесс печати заключается в продавливании краски через трафарет на машинах, называемых ротаторами;

•электронно-трафаретную печать – самый эффективный и перспективный вариант оперативной полиграфии на ризографах, использующий последние достижения цифровой электроники и существенно улучшающий все характеристики трафаретной печати.

Подробнее см.: 1, 3, 5, 6.

120	Информатика и математика

ТЕМА 7 ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

Основные вопросы темы

1.Сетевые информационные технологии – необходимое условие создания информационного общества.

2.Локальные вычислительные сети.

3.Глобальные компьютерные сети. Интернет.

1.Современная информационная технология вышла за пределы одно-

го компьютера. Создание и эксплуатация компьютерных сетей различно-

го класса, уровня, типа и вида стали основной особенностью настоящего этапа развития информационной технологии. Локальные вычислительные (компьютерные) сети являются основой информационно-управленческой деятельности предприятий, организаций и учреждений. Создаются и действуют национальные и корпоративные глобальные компьютерные сети. Интернет – мировая глобальная компьютерная сеть, опутала весь земной шар и доступна практически любому пользователю, имеющему доступ к современному компьютеру. Становится реальным решение задачи создания открытого информационного общества.

Основная задача систем управления распределенными базами данных состоит в обеспечении средств интеграции локальных баз данных, располагающихся в некоторых узлах вычислительной сети, с тем чтобы пользователь, работающий в любом узле сети, имел доступ ко всем этим базам данных как к единой базе данных.

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы; реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных. Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участников процесса выработки управленческих решений.

Появление малых ЭВМ, микроЭВМ и, наконец, персональных компьютеров потребовало нового подхода к организации систем обработки данных, созданию новых информационных технологий. Возникло логически обоснованное требование перехода от использования отдельных ЭВМ в системах централизованной обработки данных к распределенной обработке данных.

2. План-конспект лекционного курса	121

Распределенная обработка данных – обработка данных, выполняемая на независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих распределенную систему.

Для реализации распределенной обработки данных были созданы многомашинные ассоциации, структура которых разрабатывается по одному из следующих направлений:

•многомашинные вычислительные комплексы (МВК);

•компьютерные (вычислительные) сети.

Многомашинный вычислительный комплекс – группа установленных рядом вычислительных машин, объединенных с помощью специальных средств сопряжения и выполняющих совместно единый информационновычислительный процесс.

Компьютерные сети являются высшей формой многомашинных ассоциаций. Основные отличия компьютерной сети от многомашинного вычислительного комплекса заключаются в следующем:

•в размерности. В состав многомашинного вычислительного комплекса входят обычно две, максимум три ЭВМ, расположенные преимущественно в одном помещении. Вычислительная сеть может состоять из десятков и даже сотен ЭВМ, расположенных на расстоянии друг от друга от нескольких метров до десятков, сотен и даже тысяч километров;

•в разделении функций между ЭВМ. Если в многомашинном вычислительном комплексе функции обработки данных, передачи данных и управления системой могут быть реализованы в одной ЭВМ, то в вычислительных сетях эти функции распределены между различными ЭВМ;

•в необходимости решения в сети задачи маршрутизации сообщений. Сообщение от одной ЭВМ к другой в сети может быть передано по различным маршрутам в зависимости от состояния каналов связи, соединяющих их.

Объединение в один комплекс средств вычислительной техники, аппаратуры связи и каналов передачи данных предъявляет специфические требования со стороны каждого элемента многомашинной ассоциации, а также требует формирования специальной терминологии.

Абоненты сети – объекты, генерирующие или потребляющие информацию в сети.

Абонентами сети могут быть отдельные ЭВМ, комплексы ЭВМ, терминалы, промышленные роботы, станки с числовым программным управлением и т.д. Любой абонент сети подключается к станции.

Станция – аппаратура, которая выполняет функции, связанные с передачей и приемом информации.

122	Информатика и математика

Совокупность абонента и станции принято называть абонентской системой. Для организации взаимодействия абонентов необходима физическая передающая среда.

Физическая передающая среда – линии связи или пространство, в котором распространяются электрические сигналы, и аппаратура передачи данных.

На базе физической передающей среды строится коммуникационная сеть, которая обеспечивает передачу информации между абонентскими системами.

Такой подход позволяет рассматривать любую компьютерную сеть как совокупность абонентских систем и коммуникационной сети.

В зависимости от территориального расположения абонентских систем вычислительные сети можно разделить на три основных класса:

•глобальные;

•региональные;

•локальные.

Глобальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в различных странах, на различных континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может осуществляться на базе телефонных линий связи, радиосвязи и систем спутниковой связи – каналов связи общего пользования. Глобальные вычислительные сети позволяют решить проблему объединения информационных ресурсов всего человечества и организации доступа к этим ресурсам.

Региональная вычислительная сеть связывает абонентов, располо-

женных на значительном расстоянии друг от друга. Она может включать абонентов внутри большого города, экономического региона, отдельной страны. Обычно расстояние между абонентами региональной вычислительной сети составляет десятки – сотни километров.

Локальная вычислительная сеть объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному месту. К классу локальных вычислительных сетей относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов и т.д. Протяженность такой сети может быть ограничена пределами 2–2,5 км.

Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки огромных информационных массивов и доступ к неограниченным информационным ресурсам.

Локальные вычислительные сети могут входить как компоненты в состав региональной сети, региональные сети – объединяться в составе гло-

2. План-конспект лекционного курса	123

бальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать сложные структуры.

Персональные компьютеры, ставшие в настоящее время непременным элементом любой системы управления, привели к буму в области создания локальных вычислительных сетей. Это, в свою очередь, вызвало необходимость в разработке новых информационных технологий. Одной из разновидностей такой технологии является телеобработка информации – обработка данных на расстоянии с использованием компьютерных сетей. Информационной поддержкой этой технологии являются распределенные базы данных, представляющие согласованные базы данных, расположенные в разных узлах компьютерной сети под общим управлением.

Практика применения персональных компьютеров в различных отраслях науки, техники и производства показала, что наибольшую эффективность от внедрения вычислительной техники обеспечивают не автономные ПК, а локальные вычислительные сети.

Любая коммуникационная сеть должна включать следующие основные компоненты: передатчик, сообщение, средства передачи, приемник.

Передатчик – устройство, являющееся источником данных. Приемник – устройство, принимающее данные.

Приемником могут быть компьютер, терминал или какое-либо цифровое устройство.

Сообщение – цифровые данные определенного формата, предназначенные для передачи. Это могут быть файл базы данных, таблица, ответ на запрос, текст или изображение.

Средства передачи – физическая передающая среда и специальная аппаратура, обеспечивающая передачу сообщений.

Для передачи сообщений в вычислительных сетях используются различные типы каналов связи. Наиболее распространены выделенные телефонные каналы и специальные каналы для передачи цифровой информации. Применяются также радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Особняком в этом отношении стоят локальные вычислительные сети (ЛВС), где в качестве передающей среды используются витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

Для характеристики процесса обмена сообщениями в вычислительной сети по каналам связи используются следующие понятия: режим передачи, код передачи, тип синхронизации.

Существуют три режима передачи: симплексный, полудуплексный и дуплексный.

Симплексный режим – передача данных только в одном направлении. Примером симплексного режима передачи является система, в которой информация, собираемая с помощью датчиков, передается для обработки на ЭВМ. В вычислительных сетях симплексная передача практиче-

ски не используется.

124	Информатика и математика

Полудуплексный режим – попеременная передача информации, когда источник и приемник последовательно меняются местами.

Яркий пример работы в полудуплексном режиме – разведчик, передающий в Центр информацию, а затем принимающий инструкции из Центра.

Дуплексный режим – одновременные передача и прием сообщений. Дуплексный режим является наиболее скоростным режимом работы и

позволяет эффективно использовать вычислительные возможности быстродействующих ЭВМ в сочетании с высокой скоростью передачи данных по каналам связи. Пример дуплексного режима – телефонный разговор.

Для передачи информации по каналам связи используются специальные коды. Коды эти стандартизированы и определены рекомендациями

ISO (International Organization for Standardization) – Международной орга-

низации по стандартизации (МОС) или Международного консультативного комитета по телефонии и телеграфии (МККТТ).

Наиболее распространенным кодом передачи по каналам связи является код ASCII, принятый для обмена информацией практически во всем мире (отечественный аналог – код КОИ-7).

Для передачи кодовой комбинации используется столько линий, сколько битов эта комбинация содержит. Каждый бит передается по отдельному проводу. Это параллельная передача или передача параллельным кодом. Предпочтение такой передаче отдается при организации локальных МВК, для внутренних связей ЭВМ и для небольших расстояний между абонентами сети. Передача параллельным кодом обеспечивает высокое быстродействие, но требует повышенных затрат на создание физической передающей среды и обладает плохой помехозащищенностью. В вычислительных сетях передача параллельными кодами не используется.

Для передачи кодовой комбинации по двухпроводной линии группа битов передается по одному проводу бит за битом. Это передача информации последовательным кодом. Она, вполне естественно, медленнее, так как требует преобразования данных в параллельный код для дальнейшей обработки в ЭВМ, но экономически более выгодна для передачи сообщений на большие расстояния.

Процессы передачи или приема информации в вычислительных сетях могут быть привязаны к определенным временным отметкам, т.е. один из процессов может начаться только после того, как получит полностью данные от другого процесса. Такие процессы называются синхронными.

В то же время существуют процессы, в которых нет такой привязки, и они могут выполняться независимо от степени полноты переданных данных. Такие процессы называются асинхронными.

Синхронизация данных – согласование различных процессов во времени. В системах передачи данных используются два способа передачи данных: синхронный и асинхронный.

2. План-конспект лекционного курса	125

При синхронной передаче информация передается блоками, которые обрамляются специальными управляющими символами. В состав блока включаются также специальные синхросимволы, обеспечивающие контроль состояния физической передающей среды, и символы, позволяющие обнаруживать ошибки при обмене информацией. В конце блока данных при синхронной передаче в канал связи выдается контрольная последовательность, сформированная по специальному алгоритму. По этому же алгоритму формируется контрольная последовательность при приеме информации из канала связи. Если обе последовательности совпадают – ошибок нет. Блок данных принят. Если же последовательности не совпадают – ошибка. Передача повторяется до положительного результата проверки. Если повторные передачи не дают положительного результата, то фиксируется состояние аварии.

Синхронная передача – высокоскоростная и почти безошибочная. Она используется для обмена сообщениями между ЭВМ в вычислительных сетях. Синхронная передача требует дорогостоящего оборудования.

При асинхронной передаче данные передаются в канал связи как последовательность битов, из которой при приеме необходимо выделить байты для последующей их обработки. Для этого каждый байт ограничивается стартовым и стоповым битами, которые и позволяют произвести выделение их из потока передачи. Иногда в линиях связи с низкой надежностью используется несколько таких битов. Дополнительные стартовые и стоповые биты несколько снижают эффективную скорость передачи данных и соответственно пропускную способность канала связи. В то же время асинхронная передача не требует дорогостоящего оборудования и отвечает требованиям организации диалога в вычислительной сети при взаимодействии персональных ЭВМ.

Для оценки качества коммуникационной сети можно использовать следующие характеристики:

•скорость передачи данных по каналу связи;

•пропускную способность канала связи;

•достоверность передачи информации;

•надежность канала связи и модемов.

Скорость передачи данных по каналу связи измеряется количеством битов информации, передаваемых за единицу времени – секунду. Единица измерения скорости передачи данных – бит в секунду. Более удобной характеристикой канала является его пропускная способность, которая оценивается количеством знаков, передаваемых по каналу за единицу времени – секунду. Единица измерения пропускной способности канала связи – знак в секунду.

Единица измерения достоверности: количество ошибок на знак – ошибок/знак.

126	Информатика и математика

Единицаизмерениянадежности: среднеевремябезотказнойработы– час. Для определения задач, поставленных перед сложным объектом, а также для выделения главных характеристик и параметров, которыми

он должен обладать, создаются общие модели таких объектов. Описание общей модели вычислительной сети представляет ее архитектуру. Многообразие производителей вычислительных сетей и сетевых программных продуктов поставило проблему объединения сетей различных архитектур. Для ее решения МОС разработала модель архитектуры открытых систем. Эта модель включает следующие семь уровней:

•седьмой уровень – прикладной, обеспечивает поддержку прикладных процессов конечных пользователей. Этот уровень определяет круг прикладных задач, реализуемых в данной вычислительной сети. Он также содержит все необходимые элементы сервиса для прикладных программ пользователя. На прикладной уровень могут быть вынесены некоторые задачи сетевой операционной системы;

•шестой уровень – представительный, определяет синтаксис данных в модели, т.е. представление данных. Он гарантирует представление данных в кодах и форматах, принятых в данной системе. В некоторых системах этот уровень может быть объединен с прикладным;

•пятый уровень – сеансовый, реализует установление и поддержку сеанса связи между двумя абонентами через коммуникационную сеть. Он позволяет производить обмен данными в режиме, определенном прикладной программой, или предоставляет возможность выбора режима обмена. Сеансовый уровень поддерживает и завершает сеанс связи. Три верхних уровня объединяются под общим названием – «процесс» или «прикладной процесс». Эти уровни определяют функциональные особенности вычислительной сети как прикладной системы;

•четвертый уровень – транспортный, обеспечивает интерфейс между процессами и сетью. Он устанавливает логические каналы между процессами и обеспечивает передачу по этим каналам информационных пакетов (пакет – группа байтов, передаваемых абонентами сети друг другу), которыми обмениваются процессы. Логические каналы, устанавливаемые транспортным уровнем, называются транспортными каналами;

•третий уровень – сетевой, определяет интерфейс связи оборудования пользователя с сетью посредством коммутации пакетов данных. Он также отвечает за маршрутизацию пакетов данных в коммуникационной сети и связь между сетями – реализует межсетевое взаимодействие;

2. План-конспект лекционного курса	127

•второй уровень – канальный, уровень звена данных, реализует процесс передачи информации по информационному каналу. Информационный канал – логический канал, он устанавливается между двумя ЭВМ, соединенными физическим каналом. Канальный уровень обеспечивает управление потоком данных в виде кадров, в которых упаковываются информационные пакеты, обнаруживает ошибки передачи и реализует алгоритм восстановления информации в случае обнаружения сбоев или потерь данных;

•первый уровень, физический, выполняет все необходимые процедуры в канале связи. Его основная задача – управление аппаратурой передачи данных и подключенным к ней каналом связи.

При передаче информации от прикладного процесса в сеть происходит ее обработка уровнями модели взаимодействия открытых систем. Смысл этой обработки заключается в том, что каждый уровень добавляет к информации процесса свой заголовок – служебную информацию, которая необходима для адресации сообщений и для некоторых контрольных функций. Канальный уровень, кроме заголовка, добавляет еще и концевик – контрольную последовательность, которая используется для проверки правильности приема сообщения из коммуникационной сети. Физический уровень заголовка не добавляет. Каждый уровень модели взаимодействия открытых систем реагирует только на свой заголовок в различных абонентских ЭВМ. Такое взаимодействие должно выполняться по определенным правилам, представленным протоколом.

Протокол – набор правил, определяющий взаимодействие двух одноименных уровней модели взаимодействия открытых систем в различных абонентских ЭВМ. Протокол – это не программа. Правила и последовательность выполнения действий при обмене информацией, определенные протоколом, должны быть реализованы в программе. Обычно функции протоколов различных уровней реализуются в драйверах для различных вычислительных сетей.

В соответствии с семиуровневой структурой модели можно говорить

онеобходимости существования протоколов для каждого уровня. Функции, описываемые уровнями модели, должны быть реализованы

либо в аппаратуре, либо в виде программ. Функции физического уровня всегда реализуются в аппаратуре. Это адаптеры, мультиплексоры передачи данных, сетевые платы и т.д. Функции остальных уровней реализуются в виде программных модулей – драйверов.

Основное назначение любой компьютерной сети – предоставление информационных и вычислительных ресурсов подключенным к ней пользователям.

128	Информатика и математика

2. Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это совокупность компь-

ютеров, размещенных на ограниченной площади, связанных между собой монопольными каналами связи и предназначенных для кооперативной обработки информации путем разделения ресурсов сети и осуществления информационных коммуникаций.

С этой точки зрения ЛВС можно рассматривать как совокупность серверов и рабочих станций.

Сервер – компьютер, подключенный к сети и обеспечивающий ее пользователей определенными услугами.

Серверы могут осуществлять хранение данных, управление базами данных, удаленную обработку заданий, печать заданий и ряд других функций, потребность в которых может возникнуть у пользователей сети. Сервер – источник ресурсов сети.

Рабочая станция – персональный компьютер, подключенный к сети, через который пользователь получает доступ к ее ресурсам.

Рабочая станция сети функционирует как в сетевом, так и в локальном режиме. Она оснащена собственной операционной системой (MS DOS, Windows и т.д.), обеспечивает пользователя всеми необходимыми инструментами для решения прикладных задач.

Различают два типа ЛВС:

•одноранговые (децентрализованные);

•серверные (централизованные).

Водноранговых ЛВС все компьютеры выполняют роль как сервера, так и рабочей станции одновременно, т.е. находятся в одном ранге. Сетевая операционная система распределена по всем рабочим станциям.

Вцентрализованных ЛВС выделяется один или группа мощных компьютеров, обслуживающих всю сеть.

Сервер – это центральный компьютер сети с быстродействующим процессором, с большой оперативной и долговременной памятью, выполняющий сервисные общесетевые функции.

Особое внимание следует уделить одному из типов серверов – файловому серверу (File Server). В распространенной терминологии для него принято сокращенное название – файл-сервер.

Файл-сервер хранит данные пользователей сети и обеспечивает им доступ к этим данным. Он работает под управлением специальной операционной системы, которая обеспечивает одновременный доступ пользователей сети к расположенным на нем данным. Файл-сервер выполняет следующие функции: хранение данных, архивирование данных, синхронизацию изменений данных различными пользователями, передачу данных. Для многих задач использование одного файл-сервера оказывается недостаточным. Тогда в сеть могут включаться несколько серверов. Возможно также применение в качестве файл-серверов мини-ЭВМ.

2. План-конспект лекционного курса	129

Компьютерные сети реализуют распределенную обработку данных. Обработка данных в этом случае распределена между двумя объектами: клиентом и сервером.

Клиент – задача, рабочая станция или пользователь компьютерной сети. В процессе обработки данных клиент может сформировать запрос на сервер для выполнения сложных процедур, чтение файла, поиск информа-

ции в базе данных и т.д.

Сервер, определенный ранее, выполняет запрос, поступивший от клиента. Результаты выполнения запроса передаются клиенту. Сервер обеспечивает хранение данных общего пользования, организует доступ к этим данным и передает данные клиенту.

Клиент обрабатывает полученные данные и представляет результаты обработки в виде, удобном для пользователя. В принципе обработка данных может быть выполнена и на сервере. Для подобных систем приняты термины – системы клиент-сервер или архитектура клиент-сервер.

Архитектура клиент-сервер может использоваться как в одноранговых локальных вычислительных сетях, так и в сети с выделенным сервером.

Вычислительные машины, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует заметить, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абонентские ЭВМ. Поэтому имеет смысл говорить о топологии ЛВС.

Топология ЛВС – это усредненная геометрическая схема соединений узлов сети.

Топологии вычислительных сетей могут быть самыми различными, но для локальных вычислительных сетей типичными являются всего три: кольцевая, шинная, звездообразная.

Иногда для упрощения используют термины – кольцо, шина и звезда. Любую компьютерную сеть можно рассматривать как совокупность

узлов.

Узел – любое устройство, непосредственно подключенное к передающей среде сети.

Топология усредняет схему соединений узлов сети. Так, и эллипс, и замкнутая кривая, и замкнутая ломаная линия относятся к кольцевой топологии, а незамкнутая ломаная линия – к шинной.

Кольцевая топология предусматривает соединение узлов сети замкнутой кривой – кабелем передающей среды. Выход одного узла сети соединяется со входом другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу. Каждый промежуточный узел между передатчиком и приемником ретранслирует посланное сообщение. Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения. Однако последовательная дисциплина обслуживания узлов такой сети снижает ее быстродействие, а

130	Информатика и математика

выход из строя одного из узлов нарушает целостность кольца и требует принятия специальных мер для сохранения тракта передачи информации.

Шинная (линейная) топология позволяет передавать данные от узла сети по шине в обе стороны. Промежуточные узлы не транслируют поступающих сообщений. Информация поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, кому оно адресовано. Дисциплина обслуживания параллельная. Сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным системам. Сеть, построенная по шинной топологии, устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов.

Звездообразная топология базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый периферийный узел имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети. Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов ЛВС одного с другим, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла.

Вреальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетания рассмотренных.

Для расширения возможностей нескольких ЛВС они могут объединяться.

Для выполнения функций коммутации используются специальные устройства – концентраторы.

Концентратор – устройство, коммутирующее несколько каналов связи на один путем частотного разделения.

ВЛВС, где физическая передающая среда представляет собой кабель ограниченной длины, для увеличения протяженности сети используются специальные устройства – повторители.

Самый простой вариант объединения ЛВС – объединение одинаковых сетей в пределах ограниченного пространства. Физическая передающая среда накладывает ограничения на длину сетевого кабеля. В пределах допустимой длины строится отрезок сети – сетевой сегмент. Для объединения сетевых сегментов используются мосты. Сети, которые объединяет мост, должны иметь одинаковые сетевые уровни модели взаимодействия открытых систем, нижние уровни могут иметь некоторые отличия. Для сети персональных компьютеров мост – отдельная ЭВМ со специальным программным обеспечением и дополнительной аппаратурой. Мост может соединять сети разных топологий, но работающие под управлением однотипных сетевых операционных систем.

Сеть сложной конфигурации, представляющая собой соединение нескольких сетей, нуждается в специальном устройстве. Задача этого уст-

2. План-конспект лекционного курса	131

ройства – отправить сообщение адресату в нужную сеть. Называется такое устройство маршрутизaтором. Маршрутизатор, или роутер, – устройство, соединяющее сети разного типа, но использующее одну операционную систему.

Для объединения ЛВС совершенно различных типов, работающих по существенно отличающимся друг от друга протоколам, предусмотрены специальные устройства – шлюзы. Шлюз – устройство, позволяющее организовать обмен данными между двумя сетями, использующими различные протоколы взаимодействия. Шлюз осуществляет свои функции на уровнях выше сетевого. Он не зависит от используемой передающей среды, но зависит от используемых протоколов обмена данными. Обычно шлюз выполняет преобразование между двумя протоколами. С помощью шлюзов можно подключить локальную вычислительную сеть к главному компьютеру, а также локальную сеть к глобальной сети.

Мосты, маршрутизаторы и шлюзы конструктивно выполняются в виде плат, которые устанавливаются в компьютерах. Функции свои они могут выполнять как в режиме полного выделения функций, так и в режиме совмещения их с функциями рабочей станции вычислительной сети.

3. Особенностью глобальных компьютерных сетей является использование коммуникационных сетей (каналов связи) общего пользования. В настоящее время существует и используется несколько десятков глобальных компьютерных сетей. Одной из самых известных и широко используемых глобальных компьютерных сетей является Интернет.

Интернет представляет собой сложную глобальную компьютерную сеть. Перевод этого слова означает «между сетей». Это сеть, соединяющая отдельные сети. Логическая структура Интернета представляет собой некое виртуальное объединение, имеющее свое собственное информационное пространство. Интернет обеспечивает обмен информацией между всеми компьютерами, которые входят в сеть, подключены к ней. Тип компьютера и используемая им операционная система значения не имеют.

Интернет – это всемирное кооперативно управляемое сообщество компьютерных сетей и отдельных компьютеров, обменивающихся информацией с помощью протоколов TCP/IP.

Интернет самостоятельно осуществляет передачу данных. К адресам станций предъявляются специальные требования. Адрес должен иметь формат, позволяющий вести его обработку автоматически, и должен нести некоторую информацию о своем владельце.

С этой целью для каждого компьютера устанавливаются два адреса: цифровой IP-адрес (IP – Internetwork Protocol – межсетевой протокол) и доменный адрес.

132	Информатика и математика

Оба эти адреса могут применяться равноценно. Цифровой адрес удобен для обработки на компьютере, а доменный адрес – для восприятия пользователем. Для обслуживания перевода доменного адреса в цифровой и обратно служат DNS-серверы.

Цифровой адрес имеет длину 32 бита. Для удобства он разделяется на четыре блока по восемь бит, которые можно записать в десятичном виде. Адрес содержит полную информацию, необходимую для идентификации компьютера.

Два блока определяют адрес сети, а два других – адрес компьютера внутри этой сети. Существует определенное правило для установления границы между этими адресами. Поэтому IP-адрес включает в себя три компонента: адрес сети, адрес подсети, адрес компьютера в подсети.

Для подключения к Интернету необходимо иметь компьютер, модем, канал связи с организацией, предоставляющей услуги Интернета, называемой провайдером. Каналом связи может быть телефонная сеть. При этом следует иметь в виду, что при использовании телефонных каналов связи для подключения к Интернету лучше пользоваться услугами того провайдера, который расположен рядом и пользуется той же АТС.

Одной из первых служб в Интернете является пересылка файлов, организованных на FTP-серверах. FTP-серверы предназначены для хранения файлов, доступных для загрузки пользователю в сети. Доступ к FTP- серверам обеспечивается FTP-протоколом.

Появление в Интернете WWW-технологии как средства общения с использованием компьютерных сетей сыграло решающую роль в широком (взрывном характере) распространения самого Интернета. Всемирная паутина (WWW – World Wide Web) – это мультимедийная гипертекстовая технология общения посредством компьютерных сетей. Для связи с Всемирной паутиной предназначены Web-серверы, доступ к которым осуществляется с помощью HTTP-протокола. Особенностью этого протокола является то, что по запросу он выставляет на компьютере пользователя только одну Web-страницу, составленную с использованием языка HTML. Эта Web-страница посредством гиперссылок позволяет осуществить навигацию как внутри самой страницы, так и посредством обращения к HTTP-протоколу к другой Web-странице, доступной в сети, вызвав ее появление на экране компьютера. Для отображения в сети информационных объектов, которые не помещаются на одну Web-страницу, используя технологию гипертекста, создаются Web-узлы (сайты).

С целью выхода в Интернет с конкретного компьютера разработаны специальные программы-браузеры. Браузер – это компьютерная программа для работы с Web. Существует много разных программ-браузеров. Наиболее широко известным является Internet Explorer. Эта программа позво-

2. План-конспект лекционного курса	133

ляет выполнять многие операции и настройки. Так, например, с помощью меню Edit браузера Internet Explorer можно удалить надписи на панели управления; увидеть исходный текст странички на языке HTML, изменить кодировку. Настройки Internet Explorer позволяют организовать пользовательскую цензуру, так как в Интернете не существует официальной цензуры – это полностью открытая глобальная компьютерная сеть.

Удобная навигация по страницам Интернета и поиск нужной информации осуществляются с помощью поисковых машин. Широко используются такие русскоязычные поисковые машины, как Yandex, Rambler, Aport и др.

Одной из широко используемых служб в Интернете является электронная почта. Электронная почта – это система программно-технических и коммуникационно-технологических средств, обеспечивающая создание и регистрацию, прием-передачу между абонентами сети, хранение и обработку различного рода текстовых сообщений с использованием электронных средств представления данных.

Основными элементами электронного письма являются:

•подпись;

•заголовок;

•текст письма.

Поле Date заголовка письма заполняется автоматически. Элемент электронного письма «Подпись» является необязательным. Для придания эмоциональности почтовым отправлениям используются смайлики. Смайлики представляют собой простые значки, обозначающие эмоции в электронном письме.

Существуют программы, поддерживающие работу нескольких почтовых ящиков.

Для приема и пересылки электронной почты служат почтовые серверы. Следует указать еще одну службу Интернета – это телеконференции

новостей, для обслуживания которой созданы NNTP-серверы.

Широкое использование глобальных и региональных компьютерных сетей в экономике привело к новому понятию – «сетевая экономика». Ведущими направлениями сетевой экономики являются:

•электронная коммерция;

•интернет-банкинг;

•электронный маркетинг;

•интернет-трейдинг;

•интернет-аукционы;

•корпоративные информационные системы управления предприятием.

Подробнее см.: 1, 3.

134	Информатика и математика

ТЕМА 8 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЮРИСПРУДЕНЦИИ

Основные вопросы темы

1.Понятие системы; автоматизированной информационной системы (АИС).

2.Классификация АИС.

3.Структура АИС.

4.Виды АИС в юриспруденции.

1.Автоматизированные информационные системы представляют со-

бой как бы оболочку, в которую заключены и функционируют конкретные информационные технологии. Понятие системы является одним из важнейших понятий информатики. Системообразующим фактором любых систем является взаимодействие. Именно в результате взаимодействия элементов появляется свойство системы, как целостной совокупности, которое отличается от свойств входящих в нее элементов и связей и от простой суммы их свойств. Это свойство системы получило название эмерджентности. Любые части системы, обладающие свойством эмерджентности, будем называть подсистемами. Часть системы, которая не подлежит делению при данном рассмотрении системы, назовем элементом системы. Появление автоматизированных информационных систем ознаменовало выделение в человеческой деятельности нового направления под названием «Информатика». Научно-техническое понятие «система» возникло с появлением кибернетики, в то же время было обнаружено, что информационное взаимодействие элементов любой системы является системообразующим фактором, позволяющим так объединить взаимосвязанные элементы (каждый из которых имеет свои индивидуальные характеристики и свойства), что появляется качественно новое свойство (отличное от всех индивидуальных характеристик и свойств элементов), характеризующее «систему».

Внастоящее время автоматизированные информационные системы являются основным продуктом информатики. Экономика оказалась одной из сфер человеческой деятельности, дающей значительный эффект при внедрении автоматизированных систем различного назначения.

За прошедшие годы произошел существенный поворот в отношении государства и общества к вопросам распространения правовой информации, в том числе и в области экономики. В немалой степени этому способствовали процессы компьютеризации, развития информационных технологий и, в частности, широкое распространение такого класса АИС, как справочные правовые системы.

Стремительный рост числа специалистов (руководителей, юристов, бухгалтеров, управленцев), которым требуется автоматизированный доступ к правовой информации, и развитие парка персональных компьютеров

2. План-конспект лекционного курса	135

в совокупности привели к перевороту в области распространения СПС. Применение таких систем окончательно стало стандартом работы с правовой информацией, привычным инструментом специалистов различных областей.

Превзойдя по тиражам печатные издания юридической и бухгалтерской направленности, СПС предоставляют своим пользователям максимум удобств при поиске и работе с правовой информацией, обеспечивают экономическую безопасность ведения бизнеса.

Что же такое система вообще? Система (от греч. systema – целое, составленное из частей; соединение) – это совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях одного с другими, образующих определенную целостность, единство.

Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой области.

Информационная система – это совокупность взаимосвязанных средств, методов и персонала для передачи, хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

2. Функционирование информационной системы основано на использовании информационной технологии. Тип и вид информационной технологии определяет класс информационных систем. Информационная технология может быть ручной, механизированной, автоматизированной, автоматической. В соответствии с этим информационные системы могут быть ручными, механизированными, автоматизированными, автоматическими.

Вручных информационных системах все операции выполняются че-

ловеком, отсутствуют современные технические средства переработки информации.

Механизированные информационные системы функционируют с ис-

пользованием механических устройств в информационном процессе.

Вавтоматических информационных системах все операции по пере-

работке информации выполняются без участия человека.

Автоматизированные информационные системы (АИС) предполага-

ют участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится компьютеру. В современном толковании в термин «информационная система» вкладывается обязательно понятие автоматизируемой системы.

Современный этап развития информатики характеризуется широким распространением АИС.

Под АИС будем понимать человеко-машинную систему обработки информации, в которой оптимальным образом сочетаются работа автоматических устройств и деятельность человека.

136	Информатика и математика

Современное понимание АИС предполагает использование компьютера в качестве основного технического средства переработки информации.

По областям применения АИС классифицируются следующим образом:

•автоматизированные системы организационного управления;

•автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП);

•автоматизированные интегрированные (корпоративные) информа- ционно-управленческие системы (КИС);

•системы автоматизированного проектирования (САПР).

По характеру обработки информации различаются:

•автоматизированные информационно-поисковые системы (АИПС);

•системы поддержки принятия решений (СППР);

•экспертные системы;

•информационно-аналитические системы.

Автоматизированные системы организационного управления предна-

значены для автоматизации функций управленческого персонала. Учитывая наиболее широкое применение и разнообразие этого класса систем, часто с ними отождествляют информационные системы в целом. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами (АСУП), а также отдельными отраслями народного хозяйства (ОАСУ).

Автоматизированные системы управления технологическими процес-

сами (АСУТП) служат для автоматизации функций производственного персонала. Они широко используются для поддержания технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) предназна-

чены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), созданиепроектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Автоматизированные интегрированные информационно-управленчес-

кие системы (КИС) используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от проектирования до сбыта продукции. Они представляют собой многофункциональный программнотехнологический комплекс, охватывающий взаимодействующую совокупность автоматизированных рабочих мест организационного управления и управления технологическими процессами. Под автоматизированным рабочим местом (АРМ) понимается комплекс программных, технических, методических, организационных и технологических средств, обеспечивающий решение задач, характерных для конкретного рабочего места.

2. План-конспект лекционного курса	137

Автоматизированные информационно-поисковые системы (АИПС)

производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. Одним из видов АИПС являются информационно-справочные системы, в понятие которых входят: информационный массив определенной предметной области, ин- формационно-поисковый аппарат, техническая база для реализации информационного процесса, пользовательский интерфейс, технологические навыки пользователя работы с системой.

Экспертные системы представляют собой специализированные программные комплексы, аккумулирующие знания высококвалифицированных специалистов и использующие их для решения слабоструктурированных задач. Они обладают высокой степенью интеллекта, так как для них характерна обработка знаний, а не данных.

Системы поддержки принятия решений (СППР) – это человеко-

машинная система, в которой используются данные и знания объективного и субъективного характера с целью решения слабоструктурированных (плохо формализованных) задач менеджмента и маркетинга. В этих системах широко используются модельные задачи.

Информационно-аналитические системы обладают мощным матема-

тическим аппаратом, позволяющим проводить всесторонний анализ результатов деятельности предприятия и осуществлять прогноз на базе этого анализа.

При создании или при классификации информационных систем неизбежно возникают проблемы, связанные с формальным – математическим и алгоритмическим описанием решаемых задач. От степени формализации во многом зависят эффективность работы всей системы, а также уровень автоматизации, определяемый степенью участия человека при принятии решения на основе получаемой информации.

Чем точнее математическое описание задачи, тем выше возможности компьютерной обработки данных и тем меньше степень участия человека в процессе ее решения. Это и определяет степень автоматизации задачи.

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные.

Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции. Структура информационной системы может быть представлена как совокупность ее функциональных подсистем, а функциональный признак может быть использован при классификации информационных систем.

В хозяйственной практике производственных и коммерческих объектов типовыми видами деятельности, которые определяют функциональный признак классификации информационных систем, являются: производственная, маркетинговая, финансовая, кадровая.

138	Информатика и математика

3. Структура информационной системы может быть представлена совокупностью отдельных ее частей, называемых подсистемами.

Подсистема – это часть системы, выделенная по какому-либо признаку. Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким образом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих

подсистем.

Среди обеспечивающих подсистем выделяют информационное, техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение.

Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение АИС – совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, структуры информационных массивов, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Для создания информационного обеспечения необходимо:

•ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;

•выявление движения информации от момента возникновения и до ее использования на различных уровнях управления, представленной для анализа в виде схем информационных потоков;

•совершенствование системы документооборота;

•наличие и использование системы классификации и кодирования;

•владение методологией создания концептуальных информационнологических моделей, отражающих взаимосвязь информации;

•создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия современного технического обеспечения.

Техническое обеспечение АИС – комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

Комплекс технических средств составляют:

•компьютеры любых моделей;

•устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;

•устройства передачи данных и линий связи;

•оргтехника и устройства автоматического съема информации;

•эксплуатационные материалы и др.

2. План-конспект лекционного курса	139

Документацией оформляются предварительный выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение. Документацию можно условно разделить на три группы:

•общесистемную, включающую государственные и отраслевые стандарты по техническому обеспечению;

•специализированную, содержащую комплекс методик по всем этапам разработки технического обеспечения;

•нормативно-справочную, используемую при выполнении расчетов по техническому обеспечению.

Математическое и программное обеспечение АИС – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

Ксредствам математического обеспечения относятся:

•средства моделирования процессов управления;

•типовые задачи управления;

•методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты, а также техническая документация.

К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Специальное программное обеспечение представляет собой совокуп-

ность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономикоматематическую модель задачи, контрольные примеры.

Организационное обеспечение АИС – совокупность методов и средств,

регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.

Организационное обеспечение реализует следующие функции:

•анализ существующей системы управления организацией, где будет использоватьсяАИС, ивыявлениезадач, подлежащихавтоматизации;

140	Информатика и математика

•подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование АИС и технико-экономическое обоснование ее эффективности;

•разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повыше-

ние эффективности системы управления.

Организационное обеспечение создается по результатам предпроектного обследования на первом этапе построения баз данных.

Правовое обеспечение АИС – это совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования

ииспользования информации.

Всостав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.

Правовое обеспечение этапов разработки информационной системы включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым регулированием отклонений от договора.

Правовое обеспечение этапов функционирования информационной системы включает:

•статус информационной системы;

•права, обязанности и ответственность персонала;

•правовые положения отдельных видов процесса управления;

•порядок создания и использования информации и др.

4. В настоящее время трудно представить предприятие, организацию, учреждение, в которых не использовалась бы информация по правовым вопросам. С нормативными правовыми документами работают не только юристы. Руководители и специалисты обращаются к законодательным актам при ведении бухгалтерии и делопроизводства, управлении кадрами, организации и планировании производства и бизнеса. Законы регулируют все области человеческой деятельности.

С другой стороны, на данном этапе развития Российского государства законотворческая активность настолько велика, что только за один месяц принимается до тысячи законодательных документов и еще больше различных изменений в действующих законодательных актах. Чтобы не оказаться в плену устаревшей информации, не совершить дорогостоящих ошибок, необходимо иметь надежный инструмент решения правовых вопросов. Именно этим обусловливается появление на рынке компьютерных

2. План-конспект лекционного курса	141

услуг большого количества справочных правовых систем («Консультант Плюс», «ГАРАНТ», «ЮСИС», «Кодекс» и др.).

Хозяйственная деятельность предприятия, организации, учреждения весьма разнообразна, однако для всех видов деятельности характерны стоимостная оценка, учет и контроль. Поэтому одной из важнейших форм управления хозяйственной деятельностью любого предприятия является управление его финансово-денежной деятельностью через бухгалтерский учет.

Автоматизированные системы бухгалтерского учета буквально за-

полонили рынок компьютерных услуг. Здесь можно встретить системыконструкторы управления деятельностью предприятия любого уровня, системы бухгалтерского учета для малых, средних и крупных предприятий, корпоративные системы финансового учета, отдельные пакеты прикладных программ финансового анализа деятельности предприятия и просто специальные пакеты прикладных программ.

Автоматизированные системы бухгалтерского учета относятся к системам, имеющим дело с совокупностью строго регламентированных чело- веко-машинных операций, выполняемых в определенной последовательности, начиная с момента создания первичного документа и заканчивая составлением сводной финансовой отчетности.

Современный этап развития автоматизированных систем учета и анализа финансовой деятельности предприятия характеризуется ориентацией на локальную сетевую обработку данных бухгалтерского учета, а в случае корпоративных систем ориентация осуществляется на глобальные компьютерные сети.

В качестве примера можно указать такие АИС бухгалтерского и финансового учета, как: «1С-бухгалтерия», «Инфо-бухгалтер», «Парус», «Комтек», «Инотек-бухгалтер» и др.

Ни одно предприятие, организация, учреждение не может обойтись без кадровой службы, характерной особенностью которой является четкое соблюдение нормативно-правовой базы трудового законодательства. Переход на контрактную систему организации труда в еще большей степени требует четкого ведения и слежения за соблюдением условий и норм организации труда. Значительный объем рабочего времени кадровой службы тратится на составление и ведение кадровых документов и их архива, особенно это характерно для малых предприятий, где кадровая служба ведется совместно с другими трудовыми обязанностями.

Все это явилось причиной появления на рынке компьютерных услуг автоматизированных систем управления персоналом – автоматизированных систем учета кадров. Значительный интерес представляют системы, которые наряду с традиционными функциями кадрового учета и ведения баз данных по кадровому составу обладают возможностями автоматизиро-

142	Информатика и математика

ванного составления кадровых документов по выверенным шаблонам в соответствии с нормами трудового законодательства. Одной из таких систем является компьютерная система «Кадры и трудовые контракты», разработанная ТОО «Паритет Софт», «Управление персоналом» фирмы «Инфософт».

Впоследнее время большое внимание уделяется созданию и внедре-

нию корпоративных (комплексных) информационных систем, практически все сайты Интернета, посвященные АИС, предлагают свои услуги в этом направлении. «Галактика», «Флагман», «Сфера», «Лагуна», «Парус» – это небольшой перечень широко известных КИС.

Важным классом документальных информационно-поисковых систем,

вкоторых традиционная документальная информационно-поисковая технология оптимальным образом сочетается с новой гипертекстовой техно-

логией, являются справочные правовые системы.

Вобласти экономики справочные правовые системы имеют широкое распространение. Основной причиной этого явления является то, что такие системы представляют собой удобный и эффективный аппарат для ежедневной работы с быстро меняющейся правовой экономической информацией.

Справочная правовая система (СПС) включает:

• правовую базу данных;

• поисковый аппарат;

• интерфейс пользователя;

• подсистему пополнения правовой базы данных.

Правовая база российского законодательства различных уровней в настоящее время составляет огромное количество документов – правовых актов. Для организации поиска необходимо упорядочить этот огромный массив документов. Одним из эффективных способов такого упорядочения являются системы классификации правовой информации. В существующих справочных правовых системах (СПС) используются системы классификации, в основном учитывающие мнения высококвалифицированных юристов, привлеченных к подготовке правовых документов к вводу в систему, и, естественно, круг пользователей, на которых ориентируется та или иная СПС. В последнее время все большее число СПС ориентируется на рекомендации документа «О классификации правовых актов», получившего одобрение в Указе Президента РФ от 15 марта 2000 г. № 511.

Важным инструментом, обеспечивающим эффективность поиска информации в правовой базе данных, являются ключевые слова, представленные словарем. Словарь ключевых слов представляет собой расположенные в алфавитном порядке наиболее часто употребляемые понятия (слова и словосочетания) из области правовой лексики.

2. План-конспект лекционного курса	143

Наконец, все современные СПС отражают официально установленные взаимосвязи правовых документов в виде смысловых и формальных ссылок, используя механизм гипертекста.

ВСПС могут быть представлены следующие виды поиска:

•по реквизитам;

•полнотекстовый;

•по специализированным классификаторам.

Основным видом поиска является поиск по реквизитам. С этой целью

вСПС используется интерфейс пользователя посредством карточки (картотеки) реквизитов. В этой карточке можно одновременно назначить значения одному или нескольким реквизитам, названия которых имеются в карточке.

Полнотекстовый поиск осуществляется по всем полным текстам документов с использованием общих словарей и логических связей между словами, выбранными из словарей.

Поиск с использованием специализированных классификаторов требует разработки многоуровневых классификаций путем назначения рубрик

сглубокими иерархическими связями. Суть поиска заключается в нахождении нужной ветви иерархической связи исходя из набора рубрик (тем) верхнего уровня классификационной схемы. Эффективность этого вида поиска зависит от соотношения субъективных и объективных факторов, заложенных в основу системы классификации правовой информации.

Предварительным результатом поиска в СПС является список документов (перечень названий правовых актов). Дальнейший поиск осуществляется уже в найденном списке документов и продолжается до тех пор, пока не будет найден нужный документ.

Все современные СПС обладают возможностью поиска документа в тексте.

Важной характеристикой СПС является возможность сохранения результатов поиска – это либо папки, либо закладки, либо история поиска по запросу, либо сочетание отдельных возможностей сохранить документы.

Поскольку большинство правовых документов существуют не сами по себе, а имеют связи с другими правовыми актами (либо это документы, которые упоминаются в найденном документе, либо документы, в которых упоминается найденный документ), с целью реализации указанных связей

вСПС вводятся соответствующие понятия респондентов и корреспондентов.

Внастоящее время на рынке СПС работает достаточно много компаний – разработчиков систем и очень большое число сервисных фирм, осуществляющих поставку и текущее обслуживание СПС. Наиболее известны

вРоссии следующие продукты и разработавшие их компании:

•«Консультант Плюс» (АО «Консультант Плюс»);

•«ГАРАНТ» (НПП «Гарант-Сервис»);

•«Кодекс» (Центр компьютерных разработок).

144	Информатика и математика

В числе систем, созданных государственными предприятиями для обеспечения потребностей в правовой информации государственных ведомств, следует прежде всего назвать:

•«Эталон» (НЦПИ при Министерстве юстиции РФ);

•«Система» (НТЦ «Система» при ФАПСИ).

Кроме того, на российском рынке представлены такие системы, как:

•«ЮСИС» (фирма «Интралекс»);

•«Референт» (ЗАО «Референт-Сервис»);

•«Юридический Мир» (издательство «Дело и право»);

•«Ваше право» и «Юрисконсульт» (фирма «Информационные системы и технологии»);

•системы «1С:Кодекс», «1С:Гарант», «1С:Эталон» (компания «1C»);

•система «Законодательство России» (Ассоциация развития банков-

ских технологий) и некоторые другие.

Степень распространенности продуктов той или иной компании на российском рынке весьма различна, и в настоящее время абсолютно точно оценить ее не представляется возможным, а данные, иногда публикуемые самими компаниями, могут быть достаточно субъективными.

Особенностью СПС «ГАРАНТ» являлась ориентация на единую базу правовых документов, однако в последнее время в ее составе появились локальные базы правовых документов, ориентированные на определенные группы пользователей.

Особенностью СПС «Консультант Плюс» была ориентация на локальные правовые базы данных правовых документов, хотя в последнее время в ее составе появились мощные интегрированные базы правовых документов.

Особенностью СПС «ЮСИС» является ориентация на аналитическую обработку правовых документов. Эта СПС обладает наиболее мощной базой правовых актов и может включать в свой состав автоматизированное рабочее место делопроизводства.

Подробнее см.: 2, 3, 5.

ТЕМА 9	ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ
	ТЕХНОЛОГИЙ ОТ НЕСАНКЦИОНИРОВАННОГО ДОСТУПА
	И ВРЕДОНОСНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

Основные вопросы темы

1.Защита информации и информационных технологий – важнейшая задача современной информатики.

2.Криптографические методы защиты информации.

3.Защита информации и информационных технологий от вредоносных программ.

4.Правовые аспекты защиты информации и информационных технологий.

2. План-конспект лекционного курса	145

1. Нельзя не согласиться с тем, что краеугольным камнем развития электронной коммерции и будущего облика окружающего нас информационного пространства является безопасность. Резонно задать вопрос: чья безопасность и от чего (или кого)? Очевидно, безопасность субъектов электронного взаимодействия от злонамеренных действий контрагентов и третьих по отношению к ним лиц. При этом выделим несколько характерных типов угроз:

•доступ к конфиденциальной информации посторонних лиц;

•уничтожение информации (умышленное или по халатности);

•искажение информации в процессе передачи;

•создание вредоносных программ;

•имитация электронных документов;

•отказ от авторства электронного документа;

•отсутствие правовой защиты участников электронного документооборота.

Всемирная паутина с момента ее зарождения опутала все экономически развитые и стремящиеся к этому страны. Использование имеющейся телекоммуникационной инфраструктуры Интернета в качестве среды передачи юридически и финансово значимых документов не просто целесообразно, но и единственно возможно. Естественно, всегда будут существовать замкнутые корпоративные сети, но по масштабам они не превзойдут Интернет. Необходимо заметить, что изначально сеть задумывалась открытой, т.е. со свободным доступом к размещенной в ней информации при минимальных ограничениях. Единственной угрозой безопасности информации в первоначальной концепции сети была угроза ее несанкционированного уничтожения и модификации. При этом ущерб имел скорее моральный, нежели материальный характер.

Интеграция бизнес-процессов в среду Интернета приводит к кардинальному изменению положения с обеспечением безопасности. Порождение прав и ответственности на основании электронного документа требует всесторонней защиты от всей совокупности угроз и прежде всего несанкционированного доступа как отправителя документа, так и его получателя.

Защита от несанкционированного доступа – это система мероприятий, средств и методов ограничения допуска к информационным технологиям и информационным ресурсам лиц, не обладающих правами доступа к ним.

Систему мероприятий, средств и методов ограничения допуска к информационным технологиям и информационным ресурсам можно представить в виде трех составляющих:

•организационно-технических;

•программно-аппаратных;

•программных.

146	Информатика и математика

Организационно-технические средства и методы включают:

•создание и оборудование специальных помещений с ограниченным доступом;

•использование специального оборудования и технических средств (сейфов, сейфовых ячеек и т.п.) для хранения документов и предметов;

•организацию и проведение охранных мероприятий;

•использование специального оборудования, ограничивающего доступ в охраняемые помещения с применением кодового, дактилоскопического, биометрического, антропологического и т.п. контроля;

•экранирование служебных помещений как от внешнего электромагнитного излучения, так и от распространения электромагнит-

ных излучений за пределы помещений.

Программно-аппаратные средства и методы включают использование:

•стационарных и съемных программируемых устройств типа микросхем. Например, микросхема, поддерживающая BIOS любой ПЭВМ, позволяет проконтролировать память компьютера на содержание вирусов и настроиться на парольный вход в компьютер;

•кодовых электронных ключей;

•специальной аппаратуры и программного обеспечения для речевого, биометрического, дактилоскопического, антропологического и т.п. контроля входа в конкретный компьютер;

•программируемых сетевых фильтров – брандмауэров;

•машинных носителей в качестве ключей доступа к конкретным

программам и информационным массивам.

Программные средства и методы включают:

•создание и использование программных парольных служб;

•программное обеспечение индикации и обезвреживания компьютерных вирусов;

•программы-сетевые фильтры;

•криптографические методы.

Программы-сетевые фильтры типа Fire Wall позволяют проконтролировать внутренний и внешний трафик как по IP-адресам, так и по отдельным сетевым протоколам, а также по контексту сетевых сообщений и сделать фильтрацию сетевых подключений и сообщений по заданной схеме.

2. Основу криптографических методов защиты информации составляют методы и способы кодирования и декодирования информации.

Любое сообщение (документ) при применении криптографических методов рассматривается как уникальная последовательность символов.

2. План-конспект лекционного курса	147

Метод кодирования (шифрования) заключается в том, что реальная уникальная последовательность символов заменяется на другую, ключ к расшифровке которой известен только отправителю и получателю. Метод шифрования представляет собой формальный алгоритм преобразования исходного сообщения в результирующее. Ключ шифрования – это набор параметров, необходимых для применения метода. Существует великое множество различных методов шифрования сообщений, и, в принципе, все они известны. Уникальность применению того или иного метода придает использование ключа шифрования. Различают статические и динамические ключи шифрования. Статический ключ – это ключ многократного использования с различными сообщениями. Динамический ключ – это ключ, который меняется от сообщения к сообщению. Соответственно, для такого ключа необходимо в шифрограмме сообщать информацию о том, какой ключ из набора известных ключей использовался для шифровки данного сообщения.

Существуют два вида методов шифрования: симметричный и несимметричный.

Симметричный метод заключается в том, что отправитель и получатель используют один и тот же ключ. Современные методы симметричного шифрования обладают достаточно высокой криптостойкостью и обеспечивают надежную аутентификацию сообщения, т.е. уникальность передачи сообщения.

Однако для использования этого метода требуется либо физическое общение партнеров с целью передачи ключа, либо наличие защищенного канала связи. С другой стороны, если один из партнеров имеет уникальные связи со многими партнерами, то при реализации симметричного метода шифрования встают сложные технические проблемы: хранение множества ключей, передача их партнерам, привязка конкретного партнера к конкретному ключу. Перечисленные сложности делают симметричный метод практически непригодным в электронной коммерции.

Несимметричный метод шифрования заключается в том, что в результате применения этого метода создаются два взаимосвязанных ключа с уникальным свойством: зашифрованное одним ключом может быть расшифровано только другим ключом. В этом случае один из ключей может быть открытым (публичным) и предоставлен всем заинтересованным партнерам. Другой ключ остается у владельца пары ключей и является закрытым (личным). При этом шифрация и дешифрация с помощью открытых и закрытых ключей может осуществляться в ту и другую стороны. Использование закрытого ключа позволяет идентифицировать отправителя. Использование открытого ключа позволяет аутентифицировать сообщения, т.е. сохранять конфиденциальность.

148	Информатика и математика

Появление несимметричных методов шифрования связано с необходимостью разработки технологии электронно-цифровой подписи как средства идентификации отправителя.

Размер ключа измеряется в битах, и чем длиннее ключ, тем больше времени необходимо для перебора его возможных значений. Естественно, для обеспечения одинаковой криптостойкости симметричного ключа требуется меньшее количество бит, чем несимметричного. Так, если для симметричного ключа нужно 56 бит, то для несимметричного необходимо иметь 384 бита, чтобы обеспечить ту же криптостойкость.

Однако абсолютно надежных средств криптографической защиты не существует. Вопрос снятия любой защиты является в большей степени экономическим: соотношение времени, финансовых затрат и целесообразности.

С развитием интернет-технологий в различных областях человеческой деятельности и прежде всего электронной почты появилось новое негативное явление – Spam – незапрашиваемая рассылка. Методы борьбы с этим явлением только начинают разрабатываться, и в настоящее время в основном используются правовые способы воздействия (например, в США).

3. Массовое применение персональных компьютеров, к сожалению, оказалось связанным с появлением самовоспроизводящихся программвирусов, препятствующих нормальной работе компьютера, разрушающих файловую структуру дисков и наносящих ущерб хранимой в компьютере информации. Проникнув в один компьютер, компьютерный вирус способен распространиться на другие компьютеры.

Компьютерным вирусом называется специально написанная программа, способная самопроизвольно присоединяться к другим программам, создавать свои копии и внедрять их в файлы, системные области компьютера и вычислительные сети с целью нарушения работы программ, порчи файлов и каталогов, создания всевозможных помех.

Причины появления и распространения компьютерных вирусов, с одной стороны, скрываются в психологии человеческой личности и ее теневых сторонах (зависти, мести, тщеславии непризнанных творцов, невозможности конструктивно применить свои способности), а с другой – обусловлены отсутствием аппаратных средств защиты и противодействия со стороны операционной системы персонального компьютера.

Несмотря на принятые во многих странах законы о борьбе с компьютерными преступлениями и разработку специальных программных средств защиты от вирусов, количество новых программных вирусов постоянно растет. Это требует от пользователя персонального компьютера знаний о природе вирусов, способах заражения вирусами и защиты от них.

2. План-конспект лекционного курса	149

Основными путями проникновения вирусов в компьютер являются съемные диски (гибкие и лазерные), а также компьютерные сети. Заражение жесткого диска вирусами может произойти при загрузке компьютера с дискеты, содержащей вирус. Такое заражение может быть и случайным, например, если дискету не вынули из дисковода А и перезагрузили компьютер, при этом дискета может и не быть системной. Заразить дискету гораздо проще. На нее вирус может попасть, даже если дискету просто вставили в дисковод зараженного компьютера и, например, прочитали ее оглавление.

Зараженный диск – это диск, в загрузочном секторе которого находится программа-вирус.

После запуска программы, содержащей вирус, становится возможным заражение других файлов. Наиболее часто вирусом заражаются загрузочный сектор диска и исполняемые файлы, имеющие расширения ЕХЕ, СОМ, SYS или ВАТ. Крайне редко заражаются текстовые и графические файлы.

Зараженная программа – это программа, содержащая внедренную в нее программу-вирус.

При заражении компьютера вирусом очень важно своевременно его обнаружить. Для этого следует знать основные признаки проявления вирусов. К ним можно отнести следующие:

•прекращение работы или неправильная работа ранее успешно функционировавших программ;

•медленная работа компьютера;

•невозможность загрузки операционной системы;

•исчезновение файлов и каталогов или искажение их содержимого;

•изменение даты и времени модификации файлов;

•изменение размеров файлов;

•неожиданное значительное увеличениеколичества файловна диске;

•существенноеуменьшение размера свободной оперативной памяти;

•вывод на экран непредусмотренных сообщений или изображений;

•подача непредусмотренных звуковых сигналов;

•частые зависания и сбои в работе компьютера.

Следует заметить, что вышеперечисленные явления необязательно вызываются присутствием вируса, а могут быть следствием других причин. Поэтому всегда затруднена правильная диагностика состояния компьютера.

В настоящее время известно более 70 тыс. программных вирусов, их можно классифицировать по следующим признакам:

•среде обитания;

•способу заражения среды обитания;

•воздействию;

•особенностям алгоритма.

150	Информатика и математика

В зависимости от среды обитания вирусы можно разделить на сетевые, файловые, загрузочные и файлово-загрузочные. Сетевые вирусы распространяются по различным компьютерным сетям. Файловые вирусы внедряются главным образом в исполняемые модули, т.е. в файлы, имеющие расширения СОМ и ЕХЕ. Файловые вирусы могут внедряться и в другие типы файлов, но, как правило, записанные в таких файлах, они никогда не получают управление и, следовательно, теряют способность к размножению. Загрузочные вирусы внедряются в загрузочный сектор диска (Boot- сектор) или в сектор, содержащий программу загрузки системного диска

(Master Boot Record). Файлово-загрузочные вирусы заражают как файлы,

так и загрузочные сектора дисков.

По способу заражения вирусы делятся на резидентные и нерезидентные. Резидентный вирус при заражении (инфицировании) компьютера оставляет в оперативной памяти свою резидентную часть, которая потом перехватывает обращение операционной системы к объектам заражения (файлам, загрузочным секторам дисков и т.п.) и внедряется в них. Резидентные вирусы находятся в памяти и являются активными вплоть до выключения или перезагрузки компьютера. Нерезидентные вирусы не заражают память компьютера и являются активными ограниченное время.

По степени воздействия вирусы можно разделить на следующие виды:

•неопасные, не мешающие работе компьютера, но уменьшающие объем свободной оперативной памяти и памяти на дисках, действия таких вирусов проявляются в каких-либо графических или звуковых эффектах;

•опасные вирусы, которые могут привести к различным нарушениям в работе компьютера;

•очень опасные, воздействие которых может привести к потере программ, уничтожению данных, стиранию информации в системных областях диска.

По особенностям алгоритма вирусы трудно классифицировать из-за большого разнообразия. Простейшие вирусы – паразитические, они изменяют содержимое файлов и секторов диска и могут быть достаточно легко обнаружены и уничтожены. Можно отметить вирусы-репликаторы, называемые червями, которые распространяются по компьютерным сетям, вычисляют адреса сетевых компьютеров и записывают по этим адресам свои копии. Известны вирусы-невидимки, называемые стелс-вирусами, которые очень трудно обнаружить и обезвредить, так как они перехватывают обращения операционной системы к пораженным файлам и секторам дисков и подставляют вместо своего незараженные участки диска. Наиболее трудно обнаружить вирусы-мутанты, содержащие алгоритмы шифровкирасшифровки, благодаря которым копии одного и того же вируса не имеют ни одной повторяющейся цепочки байтов. Имеются и так называемые ква-

2. План-конспект лекционного курса	151

зивирусные или «троянские» программы, которые хотя и не способны к самораспространению, но очень опасны, так как, маскируясь под полезную программу, разрушают загрузочный сектор и файловую систему дисков.

Для обнаружения, удаления и защиты от компьютерных вирусов разработано несколько видов специальных программ, которые позволяют обнаруживать и уничтожать вирусы. Такие программы называются антивирусными.

Различают следующие виды антивирусных программ:

•программы-детекторы;

•программы-доктора или фаги;

•программы-ревизоры;

•программы-фильтры;

•программы-вакцины или иммунизаторы.

Программа-полифаг «Doctor Web» (Dr.Web) предназначена прежде всего для борьбы с полиморфными вирусами. Она может эффективно бороться со сложными вирусами-мутантами. Программа «Dr.Web» способна обнаруживать изменения в собственном программном коде, эффективно определять файлы, зараженные новыми, неизвестными вирусами, проникая в зашифрованные и упакованные файлы, а также преодолевая «вакцинное прикрытие». Это достигается благодаря наличию достаточно мощного эвристического анализатора. В режиме эвристического анализа программа «Dr.Web» исследует файлы и системные области дисков, пытаясь обнаружить новые или неизвестные ей вирусы по характерным для вирусов кодовым последовательностям. Если таковые будут найдены, то выводится предупреждение о том, что объект, возможно, инфицирован неизвестным вирусом.

Работать с программой «Dr. Web» можно в двух режимах:

•полноэкранного интерфейса с использованием меню и диалоговых окон;

•управления через командную строку.

Общие технические характеристики Antiviral Toolkit Pro (AVP):

•поиск и удаление всех типов вирусов и вредоносных программ в файлах, загрузочных секторах и оперативной памяти:

а) полиморфных вирусов; б) вирусов-невидимок;

в) макровирусов (инфицирующие документы MS Word, Excel, Access и PowerPoint);

г) HTML-вирусов;

д) Windows, UNIX, OS/2 и Java-вирусов;

е) троянских коней, интернет-червей;

•надежный контроль над всеми возможными источниками проникновения вирусов;

152	Информатика и математика

•передовые способы защиты против вирусов: резидентный перехватчик, сканер, фильтр электронной почты;

•проверка на вирусы локальных почтовых ящиков наиболее распространенных почтовых систем;

•обнаружение и удаление вирусов из файлов упакованных PKLITE, LZEXE, DIET, COM2EXE и другими утилитами сжатия;

•проверка архивированных файлов всех наиболее распространен-

ных форматов (ZIP, ARJ, LHA, RAR и др.);

•эвристический анализатор второго поколения для поиска неизвестных вирусов;

•централизованная инсталляция и управление антивирусным комплексом;

•ежедневные обновления антивирусных баз из Интернета в масштабе реального времени;

•режим избыточного сканирования;

•поддержка журнала работы программы;

•удобный пользовательский интерфейс, созданный по уникальной технологии Tree Chart.

Norton AntiVirus автоматически защищает от вирусов, злонамеренных программ ActiveX, апплетов Java при взаимодействии с Интернетом или при использовании информации с флоппи-дисков, CD или из сети, автоматически проверяет входящие приложения в самых распространенных программах электронной почты.

Основные функции программы Norton AntiVirus:

•графическое оповещение. Легкое проведение обновления. Сканирование по заданию;

•повышенная безопасность. Сканирование электронной почты (MS Outlook, MS Outlook Express, Eudora Pro, Eudora Lite, Netscape Messenger, Netscape Mail). Обнаружение и лечение сжатых файлов. Автоматическое оповещение о вирусной угрозе;

•мощные функции обнаружения и лечения. Карантин. Функция Scan and Deliver. Поддержка микрообновлений. Обнаружение злонамеренных программ. Обнаружение и лечение вирусов сжатых файлов (MIME/UU, LHA/LZH, ARJ, CAB, PKLite, LZEXE, ZIP).

Всеобъемлющая автоматическая защита включает программы:

Bloodhound, LiveUpdate, AutoProtect, Мастер лечения.

Программа Bloodhound обеспечивает самую надежную на сегодня защиту против новых и неизвестных вирусов, используя революционную, эвристическую технологию. Беспрепятственно пропускает незараженные файлы, но задерживает файлы с вирусами еще до того, как они могут войти в систему и нанести ей вред.

2. План-конспект лекционного курса	153

Программа AutoProtect следит за системой в резидентном режиме, используя сканирование в реальном времени в сеансах DOS и Windows.

Программа LiveUpdate проверяет наличие обновлений к базам данных по вирусам при загрузке системы (с центрального сервера) и автоматически скачивает и устанавливает на систему последние версии.

4. В теме 1 были приведены основные нормативные акты, составляющие правовую базу защиты информации и информационных технологий. Важным дополнением к указанным документам может служить появление в 1996 г. поправок в Уголовный кодекс РФ (УК РФ), в которых определены меры ответственности и наказания за незаконные деяния в области использования информации и информационных технологий. В УК РФ были внесены три новые статьи:

•«Неправомерный доступ к компьютерной информации» (ст. 272);

•«Создание, использование и распространение вредоносных программ для ЭВМ» (ст. 273);

•«Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, системы ЭВМ или их се-

ти» (ст. 274).

Подробнее см.: 5–6.

Изучение основ математики позволяет специалистам, занимающимся юридической деятельностью, расширить свои профессиональное возможности, а будущим юристам – сформировать качественное профессиональное мышление.

ТЕМА 10 АКСИОМАТИЧЕСКИЕ НАЧАЛА МАТЕМАТИКИ

Основные вопросы темы

1.Основные понятия теории множеств.

2.Операции над множествами.

3.Соответствие, отображение и функция.

4.Элементарные функции. Графики.

Теория множеств предлагает юристу математический аппарат, который позволяет описать реальные элементы, участвующие в юридическом событии, в виде множеств. Алгебра множеств позволяет осуществлять формальный анализ юридических событий. Юридический принцип отнесения элементов юридической проблемной ситуации к тому или иному множеству может быть проиллюстрирован нормами законодательства (например, в процессуальном законодательстве – множество обвиняемых, подозреваемых и т.д.).

При описании юридической проблемной ситуации требуется осуществлять проверку корректности выполнения операций над множествами.

154	Информатика и математика

Например, важнейший для юриста аспект связан с соотношением множеств (выделить метод наказания из предусмотренных статьями действующих кодексов, соответствующий установленной судом модели реальной ситуации). При этом, поскольку отображения в юридической практике многократны, последовательно исследуются отношения между множествами.

Функциональный анализ обеспечивает юриста возможностью выделить независимые переменные и функции, зависимые от конкретных значений. Так, например, нормативные документы можно рассматривать как отображение в существенной мере тех или иных функций.

1. Множество – это набор, совокупность каких-либо вполне различаемых объектов, называемых элементами множества, обладающих общими для всех них и только их свойствами и рассматриваемых как единое целое.

Каждое множество состоит из того или иного набора объектов, кото-

рые называются элементами множества.

Факт, что элемент а принадлежит множеству Х будем обозначать: а Х. Порядок элементов в множестве несуществен. Множества {а, в, с} и {а, с, в} одинаковы.

Множество может задаваться:

1.Путем перечисления его элементов. Обычно перечислением задают конечные множества.

2.Путем описания свойств, общих для всех элементов этого множества, и только этого множества.

Это свойство называется характеристическим свойством, а такой способ задания множества описанием. Таким образом, можно задавать как конечные, так и бесконечные множества. Если мы задаем множество ка- ким-либо свойством, потом может оказаться, что этим свойством обладает всего лишь один объект или вообще такого объекта нет. Данный факт может быть совсем не очевиден.

Если характеристическим свойством, задающим множество А не об-

ладает ни один объект, то говорят, что множество А пустое. Обозначается это так: . Множества бывают конечными или бесконечными. Если число элементов множества конечно, множество называется конечным. Пустое множество считается конечным множеством.

Количество элементов, составляющих множество, называется мощно-

стью множества.

Если между элементами бесконечного множества можно установить взаимооднозначное соответствие с элементами множества положительных целых чисел, то говорят, что множество счетно.

2. План-конспект лекционного курса	155

Например:

•множество действительных чисел, множество частных решений дифференциального уравнения – бесконечные множества;

•множество чисел, делящихся без остатка на 3, – счетное множество;

•множество букв русского алфавита, множество отличников вашей

группы – конечно.

Два множества равны между собой, если они состоят из одних и тех же элементов, т.е. любой элемент множества Х является элементом множества Y, и любой элемент множества Y является элементом множества Х.

Множество Х является подмножеством Y, если любой элемент множества Х принадлежит множеству Y. Этот случай носит название «нестро-

гое включение».

Некоторые свойства подмножества: 1. Х Х – рефлективность.

2. X Y & Y Z → X Z – транзитивность.

3. X, т.е. пустое множество является подмножеством любого множества.

Например:

Пусть Х – множество студентов некоторой группы; Е – множество отличников этой же группы.

E X, так как группа может состоять только из отличников.

Когда хотят подчеркнуть, что в множестве У есть обязательно элементы, отличные от элементов множества Х, то пишут Х У. Это называется

строгим включением.

Например:

Пусть Х – множество всех студентов МИЭП; Е – множество студентов юридического факультета.

E X, так как во множестве всех студентов МИЭП обязательно есть элементы E.

Универсальное множество – это такое множество, которое состоит из всех элементов, а также подмножеств множества объектов исследуемой области, т.е.

1.Если М I , то М I.

2.Если М I , то Ώ(М) I , где под Ώ(М) – понимаются все возможные подмножества М, или Булеан М.

Универсальное множество обычно обозначается I.

Универсальное множество может выбираться самостоятельно, в зависимости от рассматриваемого множества и решаемых задач.

156	Информатика и математика

2.Операции над множествами:

1.Пересечение множеств: пересечением множеств Х и У называется множество, состоящее из всех тех, и только тех элементов, которые принадлежат и множеству Х, и множеству У.

Например: Х={1,2,3,4}, У={2,4,6}, пересечение – {2,4} (см. рис. 1),

Рис. 1. Пересечение множеств

Множества называются непересекающимися, если не имеют общих элементов, т.е. их пересечение равно пустому множеству.

Например: непересекающимися множествами являются множества отличников группы и неуспевающих.

Данную операцию можно распространить и на большее, чем два, число множеств. В этом случае это будет множество элементов, принадлежащих одновременно всем множествам.

Свойства пересечения:

1.X∩Y = Y∩X – свойство коммутативности.

2.(X∩Y) ∩Z =X∩ (Y∩Z)=X∩Y∩Z – свойство ассоциативности.

3.X∩ = .

4.X∩I = Х.

2.Объединением двух множеств называется множество, состоящее из всех тех, и только тех элементов, которые принадлежат хотя бы одному из множеств Х или У.

Например: Х={1,2,3,4}, У={2,4,6}, объединение – {1,2,3,4,6} (см. рис. 2).

Рис. 2. Объединение множеств

Данную операцию можно распространить и на большее, чем два, число множеств. В этом случае это будет множество элементов, принадлежащих хотя бы одному из этих множеств.

Свойства объединения:

1.XUY= YUY – свойство коммутативности.

2.(X UY)UZ =XU (YUZ)=XUYUZ – свойство ассоциативности.

3.XU = X.

4.XUI = I.

Из свойств операций пересечения и объединения видно, что пустое множество аналогично нулю в алгебре чисел.