Inform

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ Уральский государственный технический университет – УПИ

Информатика

Конспект лекций по курсу «Информатика» для студентов дневной формы обучения по специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления»

Екатеринбург 2004

УДК 681.3.06

Составитель ст. преподаватель Киселева М.В.

Информатика: Конспект лекций по курсу «Информатика» для студентов дневной формы обучения по специальности 220200 – «Автоматизированные системы обработки информации и управления» / М.В. Киселева. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2004. 83 с.

Конспект содержит основные элементы дисциплины «Информатика»: понятия и концепции, системы счисления и формы представления информации; обобщенную структуру ПК, его программную и аппаратную части; этапы создания и характеристики программных продуктов, способы записи алгоритма. Примеры и иллюстрации, приведённые в конспекте, облегчают понимание и запоминание учебного материала.

Библиогр.: 8 назв. Табл.5 Рис. 24.

Подготовлено кафедрой «Автоматизированные системы управления»

© Уральский государственный технический университет – УПИ, 2004

3

СОДЕРЖАНИЕ
ПОНЯТИЕ И РОЛЬ ИНФОРМАТИЗАЦИИ В РАЗВИТИИ ОБЩЕСТВА	.................6
ВВЕДЕНИЕ...............................................................................................................................	6
ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ..............................................................................	6
ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ КУЛЬТУРЫ..............................................................................	7
ИНФОРМАТИКА – ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ.....................................................................	8
ПОЯВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ИНФОРМАТИКИ ..............................................................................	8
СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ....................................................................................................	8
ИЗМЕРЕНИЕ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ...............................................	10
ИНФОРМАЦИЯ И ЕЕ СВОЙСТВА.............................................................................................	10
Информация и данные....................................................................................................	10
Формы адекватности информации.............................................................................	11
МЕРЫ ИНФОРМАЦИИ ...........................................................................................................	12
Классификация мер........................................................................................................	12
Синтаксическая мера информации..............................................................................	12
Семантическая мера информации ..............................................................................	13
Прагматическая мера информации .............................................................................	14
КАЧЕСТВО ИНФОРМАЦИИ.....................................................................................................	15
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ .............................................................................	17
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЕЛ .....................	19
ПОЗИЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ................................................................................	19
СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ РАБОТЕ С ЭВМ.............................................	21
Двоичная система счисления.........................................................................................	21
ДВОИЧНАЯ АРИФМЕТИКА.....................................................................................................	22
ПЕРЕВОД ЧИСЕЛ ИЗ ОДНОЙ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ В ДРУГУЮ.............................................	23
ПРЯМОЙ , ОБРАТНЫЙ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ КОДЫ ЧИСЕЛ....................................................	25
СЛОЖЕНИЕ ЧИСЕЛ В ПРЯМОМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНОМ КОДЕ...................................................	26
ВАРИАНТЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ПК...............................................................	28
ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ...............	29
ОСНОВЫ АЛГЕБРЫ ЛОГИКИ...................................................................................................	29
ПРОГРАММНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭВМ .....................................................................................	30
Структура и виды команд в ЭВМ................................................................................	30
Состав машинных команд.............................................................................................	31
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭВМ И АППАРАТНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СОВРЕМЕННЫХ ПК..........................................................................................................	32
СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЭВМ.................................................................................................	32
ПРОЦЕССОР...........................................................................................................................	32
СИСТЕМНАЯ ШИНА...............................................................................................................	32
ВИДЫ ПАМЯТИ И ИХ СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ . ................................................	33
Регистровая память ....................................................................................................	33
КЭШ-память................................................................................................................	33
Оперативное запоминающее устройство.................................................................	33
Постоянное запоминающее устройство...................................................................	34
ВНЕШНИЕ ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА..........................................................................	34
УСТРОЙСТВА ВВОДА ИНФОРМАЦИИ.....................................................................................	35
УСТРОЙСТВА ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ..................................................................................	35
СРЕДСТВА МУЛЬТИМЕДИЯ....................................................................................................	35

4

ПРЕРЫВАНИЯ........................................................................................................................	36
ПРИНЦИП ОТКРЫТОСТИ АРХИТЕКТУРЫ................................................................................	36
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПК .........................................................................	37
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ ПК..........................................................................................	39
ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ И ИХ ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ..........	40
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ...........................................................................................................	40
АЛГОРИТМ И ЕГО СВОЙСТВА ................................................................................................	42
ФОРМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ АЛГОРИТМА.................................................................................	42
ПРОГРАММИРОВАНИЕ ..........................................................................................................	44
КАТЕГОРИИ СПЕЦИАЛИСТОВ, ЗАНЯТЫХ РАЗРАБОТКОЙ И ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ПРОГРАММ.....	45
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА...................................................................	46
КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ.............................................	46
КЛАССЫ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ..................................................................................	46
СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.........................................................................	49
Структура системного программного обеспечения..................................................	49
Базовое программное обеспечение................................................................................	50
Понятие операционной системы...............................................................................	50
Операционные оболочки ...........................................................................................	51
Ключевые особенности ОС Windows.......................................................................	51
Сетевые операционные системы...............................................................................	53
Сервисное программное обеспечение...........................................................................	53
Вирусы и антивирусные программы ............................................................................	54
Минимальный состав системного программного обеспечения современных
персональных компьютеров..........................................................................................	55
ИНСТРУМЕНТАРИЙ ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.....................................................	55
Состав и назначение инструментария технологии программирования..................	55
Средства для создания приложений............................................................................	56
Языки программирования..........................................................................................	56
Языки высокого уровня.............................................................................................	57
Системы программирования.....................................................................................	58
Интегрированные среды............................................................................................	58
CASE-технология создания информационных систем...............................................	59
ПАКЕТЫ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ......................................................................................	60
Проблемно-ориентированные ППП .............................................................................	60
ППП автоматизированного проектирования ............................................................	61
ППП общего назначения................................................................................................	61
Системы управления базами данных........................................................................	61
Текстовые процессоры..............................................................................................	62
Табличные процессоры..............................................................................................	62
Графические редакторы.............................................................................................	63
Средства презентационной графики.........................................................................	63
Интегрированные пакеты..........................................................................................	64
Методо-ориентированные ППП..................................................................................	64
Офисные ППП.................................................................................................................	64
Настольные издательские системы............................................................................	65
Программные средства мультимедиа.........................................................................	65
Виртуальная реальность ............................................................................................	65
Системы искусственного интеллекта........................................................................	66
Искусственный интеллект (ИИ)................................................................................	66
Экспертные системы (ЭС) .........................................................................................	66
Браузеры..........................................................................................................................	67

5

ФАЙЛЫ И КАТАЛОГИ......................................................................................................	68
ПОНЯТИЕ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ...........................................................................................	68
Понятие файла...............................................................................................................	68
Имена файлов..................................................................................................................	69
Длинные имена файлов в Windows 95 и других операционных системах. ...............	70
Способы обращения к группе файлов. ..........................................................................	71
КАТАЛОГИ И ПАПКИ .............................................................................................................	71
Дерево каталогов............................................................................................................	72
Указание пути к файлу ..................................................................................................	73
Полное имя файла...........................................................................................................	73
СТРУКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ MS-DOS.............................................	75
МОДУЛИ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ MS-DOS...................................................................	75
Функции и назначение модулей системы.....................................................................	75
РАЗМЕЩЕНИЕ MS-DOS НА ДИСКЕ.......................................................................................	77
О КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЯХ.......................................................................................	78
ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ..................................................................................................................	78
Оборудование для локальной сети................................................................................	78
РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ СЕТИ.......................................................................................................	78
ВСЕМИРНАЯ СЕТЬ INTERNET.................................................................................................	79
Система адресации в Internet........................................................................................	79
Способы организации передачи информации..............................................................	80
Возможности WWW ......................................................................................................	81
Поиск информации в WWW............................................................................................	82
HTML - ЯЗЫК ДЛЯ СОЗДАНИЯ WEB-ДОКУМЕНТОВ..............................................................	82
КОРПОРАТИВНЫЕ СЕТИ ........................................................................................................	82
ССЫЛКИ НА РЕСУРСЫ В ИНТЕРНЕТ.......................................................................................	83
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................................	84

6

Понятие и роль информатизации в развитии общества

Введение

Современный период развития цивилизации характеризуется переходом человечества от индустриального общества к информационному обществу. Основным перерабатываемым «сырьем» становится информация. Труд современников делается в меньшей степени физическим и в большей степени интеллектуальным. В наиболее развитых странах производство информации и разработка информационных технологий

стало одной из самых прибыльных и стремительно растущих отраслей.

Информационные технологии – это совокупность методов и средств сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Телекоммуникации – дистанционная передача данных на базе компьютерных сетей и современных технических средств связи.

Новые информационные технологии – информационные технологии,

использующие персональные компьютеры и телекоммуникационные средства.

Пристальное внимание к информатике связано с бурным ростом объема человеческих знаний, который порой называют «информационным взрывом». Общая сумма человеческих знаний изменялась раньше очень медленно. Затем процесс получения новых знаний получил заметное ускорение. Так общая сумма человеческих знаний к 1800 г. удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. — каждые 10 лет, а к 1970 г. — каждые 5 лет, к 1990 г. — ежегодно.

Колоссальный объем информации передается по глобальной сети Интернет, которая связывает страны, расположенные на разных континентах. Количество пользователей Интернет в ноябре 1998 года превысило 150 миллионов человек, в сентябре 1999 года – 201 млн., а в марте 2000 года – 300 млн. По регионам мира число пользователей распределилось так (в миллионах человек): Африка — 0,8, Азиатско-Тихоокеанский регион — 24,33, Европа — 32,76, Средний Восток — 0,78, Канада и США — 87, Южная Америка — 4,5.

В мире накоплен громадный объем информации, но люди не в состоянии в полном объеме воспользоваться этим благом в силу ограниченности своих психофизических возможностей и неумения применять новые информационные технологии обработки информации. Самыми мощными усилителями интеллектуальных способностей человека за всю историю развития цивилизации становятся компьютер и глобальные сети, объединяющие множество компьютеров.

Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.

Информатизация общества - организованный социально-экономический и научнотехнический 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.

Понятие информационных ресурсов

Как видим, одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие “информационные ресурсы”. С принятием Федерального закона “Об информации, информатизации и защите информации” часть неопределенности этого понятия была снята. Руководствуясь не научной стороной этого вопроса, а скорее прагматической позицией потребителя информации, целесообразно воспользоваться тем

7

определением, которое приведено в этом законе. Тем более нельзя не учитывать тот факт, что юридическое толкование во всех случаях является для пользователя информации опорой при защите его прав.

Информационные ресурсы - отдельные документы и отдельные массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах).

Надо понимать, что документы и массивы информации, о которых говорится в этом законе, не существуют сами по себе. В них в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создавшие их.

Таким образом, информационные ресурсы - это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе.

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

Понятие информационной культуры

Уделим внимание еще одному моменту, связанному с информатизацией общества. Необходимо подготовить человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению им современными средствами и технологией работы. Кроме того, новые условия работы порождают зависимость информированности одного человека от информации, приобретенной другими людьми. Поэтому недостаточно уметь самостоятельно осваивать и накапливать информацию, а надо научиться такой технологии работы с информацией, когда подготавливаются и принимаются решения на основе коллективного знания. Это говорит о том, что человек должен иметь определенный уровень культуры по обращению с информацией. Для отражения этого факта был введен термин информационная культура.

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

Информационная культура проявляется в следующих аспектах:

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

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

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

ееэффективно использовать;

•во владении основами аналитической переработки информации;

•в умении работать с различной информацией;

•в знании особенностей информационных потоков в своей области деятельности. Информационная культура вбирает в себя знания из тех наук, которые способствуют

ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности. В первую очередь это - информатика, кибернетика, теория информации, математика, теория проектирования баз данных и ряд других дисциплин.

Внедрение новых информационных технологий во все сферы современной жизни привело к тому, что умение работать на компьютере является необходимым атрибутом профессиональной деятельности любого специалиста и во многом определяет уровень его востребованности в обществе.

8

Информатика – предмет и задачи

Появление и развитие информатики

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин informatique (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatique (автоматика) и означает “информационная автоматика” или “автоматизированная переработка информации”. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связана с развитием компьютерной техники. Причем основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной революции. С этого времени элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии. Термин “информатика” приобретает новое дыхание и используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

В нашей стране подобная трактовка термина “информатика” утвердилась с момента принятия решения в 1983 г. на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Информатика трактовалась как “комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной политики”.

Информатика в таком понимании нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных моделей. Поэтому методы информатики применимы всюду, где существует возможность описания объекта, явления, процесса и т.п. с помощью информационных моделей.

Существует множество определенной информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов. Обобщая опубликованные в литературе по информатике определения этого термина, можно предложить такую трактовку.

Информатика - это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Структура информатики

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, 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 состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware). В свою очередь, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций (рис 1.1): как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину. Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоит в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. Более того, для нормального развития этих отраслей

Информатика

Технические

Программные

Алгоритмические

9

средства

средства

средства

Отрасль

Фундаментальная

Прикладная дис-

народного

наука

циплина (для

хозяйства

конкрет.

Производство

Изучение

Методология

Технических

закономерностей в

создания

Средств

информационных

информационного

процессах

обеспечения

Производство

программных

Теория

Создание

продуктов

информационных

информационных

систем и

моделей

Разработка

технологий

коммуникаций

технологий

переработки

Разработка

информации

информационных

систем и

технологий.

Рекомендации

Рис.1.1. Структура информатики как отрасли, науки, Прикладной дисциплины

производительность труда в самой информатике должна возрастать более высокими темпами, так как в современном обществе информация все чаще выступает как предмет конечного потребления. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии 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, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

•изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

•созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

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

10

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

Задачи информатики состоят в следующем:

•исследование информационных процессов любой природы;

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

•решения 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 научно-

технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Она представляет 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 методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция ко все большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

Измерение и представление информации

Информация и ее свойства

Информация и данные

Термин информация происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиций материалистической философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение - это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п. В широком смысле слова информация - это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведений между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.

Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Покажем, в чем их отличие.

Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Пример 1.1. Напишите на листе 10 номеров телефонов в виде последовательности 10 чисел и покажите их вашему другу. Он воспримет эти цифры как данные, т.к. они не предоставляют ему никаких сведений. Затем против каждого номера укажите название