информатика
.docМЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
Тема 1. Информатика и информационные технологии.
1.1. Введение
Информатика – это наука и учебная дисциплина о закономерностях работы с информацией, методах ее преобразования, хранения и передачи средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
Информатика изучает свойства, структуру и функции информационных систем, а также происходящие в них информационные процессы.
Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. Информационный процесс – это процесс, в результате которого осуществляется восприятие, накопление, хранение, поиск, обработка и распространение информации.
Дисциплина «Информатика» в ВУЗе имеет целью ознакомить студентов с основами современных информационных технологий и тенденциями их развития. С этой точки зрения «Информатика» служит базой для специализированных дисциплин, направленных на изучение современных информационных технологий в областях будущей профессиональной деятельности.
Из определения информатики также видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией. Информационная технология (ИТ) – совокупность методов и программно-технических средств, обеспечивающая сбор, обработку, хранение, распределение и отображение данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления. Цель ИТ – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.
Предмет информатики составляют следующие понятия:
аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
программное обеспечение средств вычислительной техники;
средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие – интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.
Информатика как наука объединяет группу дисциплин, занимающихся изучением различных аспектов свойств информации в информационных процессах, а также применением алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с помощью компьютеров.
Информатика – практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности.
В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно.
Информатика как индустрия – это инфраструктурная отрасль народного хозяйства, обеспечивающая все другие отрасли необходимыми информационными ресурсами. Индустрия информатики включает в себя предприятия, производящие вычислительную технику и ее элементы; вычислительные центры различного типа и назначения; осуществляющие производство программных средств и проектирование информационных систем; организации, накапливающие, распространяющие и обслуживающие фонды алгоритмов и программ; станции обслуживания вычислительной техники.
Сигнал (от латинского signum — знак) представляет собой любой процесс, несущий информацию.
Сообщение — это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.
Данные — это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.
Технологии, опишем составные части «ядра» современной информатики. Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике - все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.
Теоретическая информатика - часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.
Вычислительная техника - раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне, так называемой, архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области - неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.
Программирование - деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Здесь отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного - разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример - общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные - система обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.
Информационные системы - раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне - справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер 09'.
Искусственный интеллект - область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Как научить компьютер мыслить подобно человеку? - Поскольку мы далеко не все знаем о том, как мыслит человек, исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления разработок, относящихся к этой области - моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие.
1.2. Информатика как единство науки и технологии
Информатика - отнюдь не только «чистая наука». У нее, безусловно, имеется научное ядро, но важная особенность информатики - широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др. И, может быть, главное из них - совершенствование социального управления на основе новых информационных технологий.
Информатика тесно связана с кибернетикой, но не тождественна ей. Кибернетика изучает общие закономерности процессов управления сложными системами в разных областях человеческой деятельности независимо от наличия или отсутствия компьютеров. Информатика же изучает общие свойства конкретных информационных систем.
Когда разрабатываются новые носители информации, каналы связи, приемы кодирования, визуального отображения информации и многое другое, конкретная природа этой информации почти не имеет значения. Для разработчика системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу многочисленными пользователями. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки.
Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых часто «новые информационные технологии» (НИТ). Перечислим наиболее впечатляющие реализации информационных технологий, используя, ставшие традиционными, сокращения.
АСУ - автоматизированные системы управления; Например, в образовании используются системы АСУ-ВУЗ.
АСУТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами. Например, такая система управляет работой станка с числовым программным управлением (ЧПУ), процессом запуска космического аппарата и т.д.
АСНИ - автоматизированная система научных исследований;
АОС - автоматизированная обучающая система;
САПР-система автоматизированного проектирования
1.3 Системы счисления
Система счисления - принятый способ записи чисел и сопоставления этим записям реальных значений. Все системы счисления можно разделить на два класса: позиционные и непозиционные. Для записи чисел в различных системах счисления используется некоторое количество отличных друг от друга знаков. Число таких знаков в позиционной системе счисления называется основанием системы счисления. В позиционной системе счисления число может быть представлено в виде суммы произведений коэффициентов на степени основания системы счисления:
AnAn-1An-2 … A1,A0,A-1,A-2 =
АnВn + An-1Bn-1 + ... + A1B1 + А0В0 + A-1B-1 + А-2В-2 + ...
(знак «точка» отделяет целую часть числа от дробной; знак «звездочка» здесь и ниже используется для обозначения операции умножения). Таким образом, значение каждого знака в числе зависит от позиции, которую занимает знак в записи числа. Именно поэтому такие системы счисления называют позиционными.
23,43(10) = 2*101 + З*10° + 4*10-1 + З*10-2
692(10) = 6* 102 + 9*101 + 2.
1101(2)= 1*23 + 1*22+0*21+ 1*2°;
112(3) = l*32+ 1*31 +2*3°;
341,5(8) =3*82+ 4*81 +1*8° +5*8-1;
A1F4(16) = A*162 + 1*161 + F*16° + 4*16-1.
При работе с компьютерами приходится параллельно использовать несколько позиционных систем счисления (чаще всего двоичную, десятичную и шестнадцатиричную), поэтому большое практическое значение имеют процедуры перевода чисел из одной системы счисления в другую. Заметим, что во всех приведенных выше примерах результат является десятичным числом, и, таким образом, способ перевода чисел из любой позиционной системы счисления в десятичную уже продемонстрирован.
Отметим, что кроме рассмотренных выше позиционных систем счисления существуют такие, в которых значение знака не зависит от того места, которое он занимает в числе. Такие системы счисления называются непозиционными. Наиболее известным примером непозиционной системы является римская. В этой системе используется 7 знаков (I, V, X, L, С, D, М), которые соответствуют следующим величинам:
1(1) V(5) X(10) L(50) С (100) D(500) M(1000)
Примеры: III (три), LIX (пятьдесят девять), DLV (пятьсот пятьдесят пять).
Недостатком непозиционных систем, из-за которых они представляют лишь исторический интерес, является отсутствие формальных правил записи чисел и, соответственно, арифметических действий над ними.
Таблицы сложения в других системах счисления.
Таблицы сложения в других системах счисления легко составить, используя Правило Счета.
Сложение в восьмеричной системе
|
Сложение в шестнадцатеричной системе
ПРАВИЛО При сложении цифры суммируются по разрядам, и если при этом возникает избыток, то он переносится влево.
Материалы для семнарской работы обучающегося
Практическая работа 1. Система счисления.
1. Переведите следующие числа из десятичной системы в двоичную систему счисления
1) 32210 2) 28310 3) 31510 4) 17610
5) 15010 6) 42810 7) 18110 8) 700610
9) 200110
2. Переведите следующие числа из десятичной системы в восьмеричную систему счисления.
1) 32210 2) 28310 3) 31510 4) 17610 5) 15010 6) 42810 7) 18110 8) 700610 9) 200110
3. Переведите следующие числа из десятичной системы в шестнадцатеричную систему счисления.
1) 32210 2) 28310 3) 31510 4) 17610 5) 15010 6) 42810 7) 18110 8) 700610 9) 200110
4. Переведите следующие числа из соответствующей системы счисления в десятичную.
1) 101000112 2) 10010012 3) 111012 4) 110110012
5) 11010112 6) 11101112 7) 5558 8) 6368 9) 2378
10) 2358 11) 7318 12) 3548 13) 9116 14) 4D16
15) 5A316 16) 23516 17) 7C116 18) F5416
5. Переведите следующие числа
1) 111101100112 2) 11011010010012 3) 10011010110012
4) 110111110112 5) 10101110111012 6) 11101111010112
Задания к самостоятельной работе студентов
1. Переведите числа в десятичную систему счисления
111002 1100102 10001002 1011012 1000102 101112 11000112 1010112 1001112 110100 11001012 1100012 1538 3916 2038
5С16 1278 11316 2158 4Е16
1068 2С16 2248 10816
2. Переведите десятичные числа в указанную систему счисления
5510 = Х2 5510 = Х8 10010 = Х2 5510 = Х16 9310 = Х2 8810 = Х8 6410 = Х2 11110 = Х16 12810 = Х2 16510 = Х8 4710 = Х2
16510 = Х16 7510 = Х2 9410 = Х8 8810 = Х2 18210 = Х16 6010 = Х2 10010 = Х8 11110 = Х2 9010 = Х16 9710 =Х2 16210 = Х8 8610 = Х2 17010 = Х16
3. Переведите числа в десятичную систему счисления
111002 1100102 10001002 1011012 1000102 101112 11000112 1010112 1001112 1101002 11001012 1100012 1538 3916 2038
5Е16 1278 11316 2158 4В16
1068 2С16 2248 10816
4. Переведите восьмеричные и шестнадцатеричные числа в двоичную систему счисления:
a) 2668; 26616; b) 12708; 2A1916; c) 0,238; 0,2316; d) 23,458; 23,4516.
5. Осуществить перевод чисел по схеме A10 →A16 →A2 →A8:
a) 16 54710; b) 21 58910; c) 8 51210; d) 7 75610; e) 5 04310; f) 2 32310.
Практическая работа 2. Перевод чисел из одной система в другую.
Вариант 1. Выполнить перевод координат в десятичную систему счисления и отметить точку на координатной плоскости. Правильно сделав перевод и соединив последовательно все точки, получите рисунок.
№ точки |
Двоичная |
№ точки |
Двоичная |
||
x |
y |
x |
y |
||
1 |
11 |
101 |
15 |
1101 |
110 |
2 |
11 |
110 |
16 |
1101 |
101 |
3 |
100 |
110 |
17 |
1100 |
101 |
4 |
100 |
111 |
18 |
1100 |
100 |
5 |
101 |
111 |
19 |
1011 |
100 |
6 |
101 |
1000 |
20 |
1011 |
11 |
7 |
110 |
1000 |
21 |
1010 |
11 |
8 |
110 |
110 |
22 |
1010 |
101 |
9 |
1010 |
110 |
23 |
110 |
101 |
10 |
1010 |
1000 |
24 |
110 |
11 |
11 |
1011 |
1000 |
25 |
101 |
11 |
12 |
1011 |
111 |
26 |
101 |
100 |
13 |
1100 |
111 |
27 |
100 |
100 |
14 |
1100 |
110 |
28 |
100 |
101 |
Вариант 2. Необходимо принять за начало отсчёта точку А(40;0), а за единичный отрезок 10мм.
№ точки |
Двоичная |
№ точки |
Двоичная |
||
x |
y |
x |
y |
||
1 |
101000 |
1010 |
9 |
1010000 |
110010 |
2 |
10100 |
10100 |
10 |
1010000 |
101000 |
3 |
110010 |
10100 |
11 |
1011010 |
101000 |
4 |
110010 |
11110 |
12 |
1011010 |
11110 |
5 |
111100 |
11110 |
13 |
1100100 |
11110 |
6 |
111100 |
101000 |
14 |
1100100 |
10100 |
7 |
1000110 |
101000 |
15 |
1101110 |
10100 |
8 |
1000110 |
110010 |
16 |
1101110 |
1010 |
Вариант 3. точка А(20;30).
№ точки |
Двоичная |
№ точки |
Двоичная |
||
x |
y |
x |
y |
||
1 |
100000 |
101000 |
11 |
100110 |
101101 |
2 |
100000 |
101001 |
12 |
100110 |
101110 |
3 |
100001 |
101001 |
13 |
100111 |
101110 |
4 |
100001 |
101101 |
14 |
100111 |
101000 |
5 |
11110 |
101101 |
15 |
100101 |
101000 |
6 |
11110 |
101111 |
16 |
100101 |
101001 |
7 |
100000 |
101111 |
17 |
100110 |
101001 |
8 |
100000 |
110000 |
18 |
100110 |
101010 |
9 |
100001 |
110000 |
19 |
100010 |
101010 |
10 |
100001 |
101101 |
20 |
100010 |
101000 |
Практическая работа 3. Основные арифметические действия
Вариант №1 1. 53(10)=х(2) 2. 43(10)=х(16) 3. 10(10)=х(8) 4. 1001(2)=х(10) 5. 123(8)=х(10) 6. 10010011(2)=х(8) 7. 1A(16)=х(10) 8. 12С(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1110101(2)+1001(2)= 11. 1110101(2)-1111(2)= 12. 1101(2)*1111(2)= 13. 123(8)+12(8)= 14. 125(8)-11(8)= 15. 16D(16)+12(16)= |
Вариант №2 1. 51(10)=х(2) 2. 42(10)=х(16) 3. 17(10)=х(8) 4. 127(8)=х(10) 5. 1010(2)=х(10) 6. 10010101(2)=х(8) 7. 1С(16)=х(10) 8. 12D(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1100101(2)+1111(2)= 11. 1100101(2)-1111(2)= 12. 1111(2)*1111(2)= 13. 125(8)+12(8)= 14. 127(8)-11(8)= 15. 13B(16)+15(16)= |
Вариант №3 1. 49(10)=х(2) 2. 45(10)=х(16) 3. 12(10)=х(8) 4. 11000101(2)=х(8) 5. 1101(2)=х(10) 6. 120(8)=х(10) 7. 1Е(16)=х(10) 8. 12A(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1110011(2)+1111(2)= 11. 1110111(2)-1111(2)= 12. 1001(2)*1111(2)= 13. 128(8)+12(8)= 14. 129(8)-11(8)= 15. 17A(16)+17(16)= |
Вариант №4 1. 123(8)+12(8)= 2. 43(10)=х(16) 3. 10(10)=х(8) 4. 1001(2)=х(10) 5. 123(8)=х(10) 6. 10010011(2)=х(8) 7. 1A(16)=х(10) 8. 12С(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1110101(2)+1001(2)= 11. 1110101(2)-1111(2)= 12. 1101(2)*1111(2)= 13. 53(10)=х(2) 14. 125(8)-11(8)= 15. 16D(16)+12(16)= |
Вариант №5 1. 1010(2)=х(10) 2. 42(10)=х(16) 3. 17(10)=х(8) 4. 127(8)=х(10) 5. 13B(16)+15(16)= 6. 10010101(2)=х(8) 7. 1С(16)=х(10) 8. 12D(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1100101(2)+1111(2)= 11. 1100101(2)-1111(2)= 12. 1111(2)*1111(2)= 13. 125(8)+12(8)= 14. 127(8)-11(8)= 15. 51(10)=х(2) |
Вариант №6 1. 128(8)+12(8)= 2. 45(10)=х(16) 3. 12(10)=х(8) 4. 11000101(2)=х(8) 5. 1101(2)=х(10) 6. 120(8)=х(10) 7. 1Е(16)=х(10) 8. 12A(16)=х(2)=х(8) 9. 1110101(2)+1111(2)= 10. 1110011(2)+1111(2)= 11. 1110111(2)-1111(2)= 12. 1001(2)*1111(2)= 13. 49(10)=х(2) 14. 129(8)-11(8)= 15. 17A(16)+17(16)= |