Курс лекций по информатике _часть 1_

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДЕПАРТАМЕНТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

КРСНОЯРСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА – ФИЛИАЛ ГОУ ВПО "ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ"

КУРСЛЕКЦИЙПОИНФОРМАТИКЕ

Часть 1

Учебное пособие для студентов инженерных специальностей

Красноярск 2012

2

УДК 681.3.06 ББК 32-973-01

Егорушкин, И.О. Курс лекций по информатике. Ч. 1: Учебное пособие/И.О. Егорушкин. Красноярск: Красноярский институт железнодорожного транспорта – филиал ГОУ ВПО "Иркутский государственный университет путей сообщения", 2012. 79 с.: ил.

Изложен курс лекций по информатике за 1 семестр, разработанных на основе стандарта ФЭПО, включающий следующие дисциплинарные модули:

а) понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации;

б) технические средства реализации информационных процессов; аппаратура компьютера;

в) программные средства реализации информационных процессов; г) информационные технологии: (технологии обработки текстовой и

табличной информации).

Настоящий курс лекций предназначен для освоения теоретической части дисциплины "Информатика" (лекционный курс) студентами инженерных специальностей. Пособие состоит из девяти лекций, предусмотренных программой 1-го семестра, разработанной на основе стандарта ФЭПО.

Ил. 15. Библиогр.: 3 назв.

Рецензенты: Гайденок Н.Д. – д.т.н., профессор кафедры ЭЖД

Рогалев А.Н. – к.ф.-м.н., доцент кафедры математического моделирования и информатики ИГУРЭ СФУ

Печатается по решению методического совета КрИЖТ

©Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал ГОУ ВПО "Иркутский государственный университет путей сообщения", 2012

©И.О. Егорушкин, 2012

3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ЛЕКЦИЯ1.ИНФОРМАЦИЯИФОРМЫЕЕПРЕДСТАВЛЕНИЯ....................	5
1.1.Сообщения,данные,сигналы..............................................................................................	5
1.2.Мерыиединицыпредставления,измеренияихранения информации...............	7
1.3.Видыисвойстваинформации.............................................................................................	8
ЛЕКЦИЯ2.ОБЩАЯХАРАКТЕРИСТИКАПРОЦЕССОВСБОРА,
ОБРАБОТКИ,ПЕРЕДАЧИИНАКОПЛЕНИЯИНФОРМАЦИИ.....................	11
2.1.Измерениеинформации.......................................................................................................	11
2.2.Восприятиеинформации.....................................................................................................	11
2.3.Сборинформации..................................................................................................................	12
2.4.Передачаинформации..........................................................................................................	13
2.5.Обработкаинформации.......................................................................................................	14
ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКИЕОСНОВЫЭВМ.....................................	15
2.6.Системысчисления...............................................................................................................	15
2.7.Позиционныесистемысчисления....................................................................................	15
ЛЕКЦИЯ3.ИНФОРМАЦИОННО-ЛОГИЧЕСКИЕОСНОВЫЭВМ
(ОКОНЧАНИЕ).............................................................................................................	18
3.1.Системысчисления(окончание).......................................................................................	18
3.1.1. Двоичная система счисления...........................................................................	18
3.1.2. Другие позиционные системы счисления....................................................	18
3.1.3. Смешанные системы счисления.....................................................................	19
ИНФОРМАТИКАКАКНАУКА..................................................................................	20
3.2.Предметнаяобластьинформатикикакнауки.............................................................	20
3.3.Краткаяисторияразвитияинформатики.....................................................................	21
3.4.Понятиеобинформационномобществе.........................................................................	23
3.5.Цельизадачикурса"информатика"..............................................................................	24
ЛЕКЦИЯ4.ЭВМКАКСРЕДСТВООБРАБОТКИИНФОРМАЦИИ...............	25
4.1.ИсторияразвитияЭВМ.......................................................................................................	25
4.2.ОсновныехарактеристикиЭВМ......................................................................................	28
4.3.КлассификацияЭВМ............................................................................................................	31
ЛЕКЦИЯ5.ЭВМКАКСРЕДСТВООБРАБОТКИИНФОРМАЦИИ
(ОКОНЧАНИЕ).............................................................................................................	33
5.1.ОбщиепринципыпостроениясовременныхЭВМ.....................................................	33
5.2.ПрограммноеобеспечениеЭВМиегофункции..........................................................	36
5.3.СоставиназначениеосновныхэлементовПК, иххарактеристики.....................	38
5.3.1. Общие сведения о ПЭВМ и их классификация..........................................	38
5.3.2. Структурная схема ПЭВМ ...............................................................................	39
5.3.3. Внешние устройства ПЭВМ............................................................................	40
5.3.4. Запоминающие устройства ПЭВМ................................................................	42

ЛЕКЦИЯ6.ОПЕРАЦИОННЫЕСИСТЕМЫ.ГРАФИЧЕСКАЯ
ОПЕРАЦИОННАЯСРЕДАWINDOWS................................................................	43

4
6.1.ОперационнаясистемаMSDOS.......................................................................................	43
6.2.ОболочкаNortonCommander............................................................................................	44
6.3.ОсновныетехнологическиемеханизмыWindows......................................................	45
6.4.Созданиеобъектов,управлениеобъектами,свойстваобъектов.............................	46
6.5.Навигацияпофайловойсистеме.Операциисфайлами.Поискфайлов.
Настройкапараметровработыоперационнойсистемы..................................................	47
6.6.ОбзорприложенийWindows.Совместнаяработаприложений.............................	49
6.7.Программыобслуживаниядисков.Архивацияданных.Программы-
архиваторы......................................................................................................................................	50
6.8.ОболочкаFarManager.........................................................................................................	52

ЛЕКЦИЯ7.ПРОГРАММНЫЕСРЕДСТВАОБРАБОТКИИНФОРМАЦИИ56

7.1.	Понятиесистемногоислужебного(сервисного)программногообеспечения....	56
7.2.	Операционныесистемы.Файловаяорганизацияданных.Каталоги..................	58

ЛЕКЦИЯ8.ПРОГРАММНЫЕСРЕДСТВАОБРАБОТКИИНФОРМАЦИИ

(ОКОНЧАНИЕ).............................................................................................................	64
8.1.Прикладныепрограммы.....................................................................................................	64
8.2.Системыпрограммирования.............................................................................................	64
8.3.Классификацияпрограммногообеспечения................................................................	65
8.4.Проблемно-ориентированныеППП................................................................................	67
8.5.ИнтегрированныеППП.......................................................................................................	69
ЛЕКЦИЯ9.ОСНОВЫТЕКСТОВОЙИТАБЛИЧНОЙОБРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИИ...........................................................................................................	71
9.1.ТекстовыйпроцессорMicrosoftWord.............................................................................	71
9.1.1. Запуск и завершение работы с Word.............................................................	71
9.1.2. Главное меню и панели инструментов.........................................................	72
9.1.3. Открытие и сохранение документов.............................................................	74
9.1.4. Форматирование документов..........................................................................	74
9.1.5. Печать документа................................................................................................	75
9.2.ТабличныйпроцессорMicrosoftExcel.............................................................................	75
9.2.1. Основные понятия электронных таблиц......................................................	75
9.2.2. Интерфейс табличного процессора MS Excel. Основные различия
между Word и Excel.......................................................................................................	77
ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................................	78

5

ЛЕКЦИЯ 1. ИНФОРМАЦИЯ И ФОРМЫ ЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

Понятие информация является основополагающим понятием информатики. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.

Врамках науки информация является первичным и неопределяемым понятием. Оно предполагает наличие материального носителя информации, источника информации, передатчика информации, приемника и канала связи между источником и приемником. Понятие информации используется во всех сферах: науке, технике, культуре, социологии и повседневной жизни. Конкретное толкование элементов, связанных с понятием информации, зависит от метода конкретной науки, цели исследования или просто от наших представлений.

Термин "информация" происходит от латинского informatio - разъяснение, изложение, осведомленность. Энциклопедический словарь (М.: Сов. энциклопедия, 1990) определяет информацию в исторической эволюции: первоначально – сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.); с середины ХХ века – общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком

иавтоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире (передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму).

Более узкое определение дается в технике, где это понятие включает в себя все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования информации.

Наиболее общее определение имеет место в философии, где под информацией понимается отражение реального мира. Информацию как философскую категорию рассматривают как один из атрибутов материи, отражающий ее структуру.

Вэволюционном ряду вещество → энергия → информация каждое по-

следующее проявление материи отличается от предыдущего тем, что людям было труднее его распознать, выделить и использовать в чистом виде. Именно сложность выделения различных проявлений материи обусловила, наверное, указанную последовательность познания природы человечеством.

1.1.Сообщения, данные, сигналы

Спонятием информации связаны такие понятия, как сигнал, сообщение и

данные.

Сигнал (от латинского signum – знак) представляет собой любой процесс, несущий информацию.

Различают две формы представления информации – непрерывную и дискретную. Поскольку носителями информации являются сигналы, то в качестве последних могут использоваться физические процессы различной природы.

6

Информация представляется (отражается) значением одного или нескольких параметров физического процесса, либо комбинацией нескольких параметров.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать определенные фиксированные значения.

Сообщение – это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, по-

лучателем сообщений и каналом связи.

Сообщение от источника к приемнику передается в материальноэнергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы т.д.). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В обоих случаях с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить функцией x(t), характеризующей изменение во времени материальноэнергетических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы.

Функция x(t) принимает любые вещественные значения в диапазоне изменения времени t. Если функция x(t) непрерывна, то имеет место непрерывная или аналоговая информация, источником которой обычно являются различные природные объекты (например, температура, давление, влажность воздуха), объекты технологических производственных процессов (например, нейтронный поток в активной зоне, давление и температура теплоносителя в контурах ядерного реактора) и др. Если функция x(t) дискретна, то информационные сообщения, используемые человеком, имеют характер дискретных сообщений (например, сигналы тревоги, передаваемые посредством световых и звуковых сообщений, языковые сообщения, передаваемые в письменном виде или с помощью звуковых сигналов; сообщения, передаваемые с помощью жестов, и др.).

В современном мире информация, как правило, обрабатывается на вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с инструментарием – вычислительной машиной.

Компьютер – устройство преобразования информации посредством выполнения управляемой программой последовательности операций. Синоним компьютера – вычислительная машина, чаще электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Данные – это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.

Поэтому наряду с терминами ввод информации, обработка информации, хранение информации, поиск информации используются термины ввод данных, обработка данных, хранение данных и т. п.

7

1.2. Меры и единицы представления, измерения и хранения информации

Для теоретической информатики информация играет такую же роль, как и вещество в физике. И подобно тому, как веществу можно приписывать довольно большое количество характеристик (массу, заряд, объем и т.д.), так и для информации имеется пусть не столь большой, но достаточно представительный набор характеристик. Как и для характеристик вещества, так и для характеристик информации имеются единицы измерения, что позволяет некоторой порции информации приписывать числа – количественные характеристики информации.

На сегодняшний день наиболее известны следующие способы измерения информации:

объемный; энтропийный; алгоритмический.

Объемный является самым простым и грубым способом измерения информации. Соответствующую количественную оценку информации естественно назвать объемом информации.

Объем информации в сообщении – это количество символов в сообщении.

Поскольку, например, одно и то же число может быть записано многими разными способами (с использованием разных алфавитов):

"двадцать один" 21 11001

XXI,

то этот способ чувствителен к форме представления (записи) сообщения. В вычислительной технике вся обрабатываемая и хранимая информация вне зависимости от ее природы (число, текст, отображение) представлена в двоичной форме (с использованием алфавита, состоящего всего из двух символов 0 и 1). Такая стандартизация позволила ввести две стандартные единицы измерения: бит и байт. Байт – это восемь бит. Болееподробноэтиединицыизмерениябудутрассмотреныпозже.

Количеством информации называют числовую характеристику сигнала, отражающую степень неопределенности (неполноту знаний), которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала. Этумерунеопределенностивтеории информации называют энтропией. Если в результате получения сообщения достигается полная ясность в каком-то вопросе, говорят, что была получена полная или исчерпывающая информация и необходимости в получении дополнительной информации нет. И, наоборот, если после получения сообщения неопределенной осталась прежней, значит, информации получено не было (нулевая информация).

Приведенные рассуждения показывают, что между понятиями информа-

ция, неопределенность и возможность выбора существует тесная связь. Так,

любая неопределенность предполагает возможность выбора, а любая информация, уменьшая неопределенность, уменьшает и возможность выбора. При полной информации выбора нет. Частичная информация уменьшает число вариантов выбора, сокращая тем самым неопределенность.

8

Пример. Человек бросает монету и наблюдает, какой стороной она упадет. Обе стороны монеты равноправны, поэтому одинаково вероятно, что выпадет одна или другая сторона. Такой ситуации приписывается начальная неопределенность, характеризуемая двумя возможностями. После того, как монета упадет, достигается полнаяясностьинеопределенностьисчезает(становитсяравнойнулю).

В алгоритмической теории информации (раздел теории алгоритмов) предлагается алгоритмический метод оценки информации в сообщении. Этот метод кратко можно охарактеризовать следующими рассуждениями.

Каждый согласится, что слово 0101…01 сложнее слова 00..0, а слово, где 0 и 1 выбираются из эксперимента – бросание монеты (где 0 – герб, 1 – решка), сложнее обоих предыдущих.

Компьютерная программа, производящая слово из одних нулей, крайне проста: печатать один и тот же символ. Для получения 0101…01 нужна чуть более сложная программа, печатающая символ, противоположный только что напечатанному. Случайная, не обладающая ни какими закономерностями последовательность не может быть произведена никакой "короткой" программой. Длина программы, производящей хаотичнуюпоследовательность, должнабытьблизкакдлинепоследней.

Приведенные рассуждения позволяют предположить, что любому сообщению можно приписать количественную характеристику, отражающую сложность (размер) программы, которая позволяет ее произвести.

Так как имеется много разных вычислительных машин и разных языков программирования (разных способов задания алгоритма), то для определенности задаются некоторой конкретной вычислительной машиной, например машиной Тьюринга, а предполагаемая количественная характеристика – сложность слова (сообщения) – определяется как минимальное число внутренних состояний машины Тьюринга, требующиеся для его воспроизведения. Так же в алгоритмической теории информации используются и другие способы задания сложности.

1.3. Виды и свойства информации

Остановимся более подробно на раскрытии понятия информация. Рассмотрим следующий перечень:

генетическая информация; геологическая информация; синоптическая информация; ложная информация (дезинформация); полная информация; экономическая информация; техническая информация и т.д.

Наверное, каждый согласится, что в этом перечне приведены далеко не все виды информации, так же как и с тем, от приведенного перечня мало проку. Этот перечень не систематизирован. Для того чтобы классификация по видам была полезной, она должна быть основана на некоторой системе. Обычно при

9

классификации объектов одной природы в качестве базы для классификации используется то или иное свойство (может быть набор свойств) объектов.

Как правило, свойства объектов можно разделить на два больших класса: внешние и внутренние свойства.

Внутренние свойства – это свойства, органически присущие объекту. Они обычно "скрыты" от изучающего объект и проявляют себя косвенным образом при взаимодействии данного объекта с другими.

Внешние свойства – это свойства, характеризующие поведение объекта при взаимодействии с другими объектами.

Поясним сказанное на примере. Масса является внутренним свойством вещества (материи). Проявляет же она себя во взаимодействии или в ходе некоторого процесса. Отсюда появляются такие понятия физики, как гравитационнаямассаиинерциальнаямасса, которыеможнобылобыназватьвнешнимисвойствамивещества.

Подобное разделение свойств можно привести и для информации. Для любой информации можно указать три объекта взаимодействия: источник информации, приемник информации (ее потребитель) и объект или явление, которое данная информация отражает. Поэтому можно выделить три группы внешних свойств, важнейшимиизкоторыхявляютсясвойстваинформациисточкизренияпотребителя.

Качество информации – обобщенная положительная характеристика информации, отражающаястепеньееполезностидляпользователя.

Показатель качества – одно из важных положительных свойств информации (с позиции потребителя). Любое отрицательное свойство может быть заменено обратным ему, положительным.

Чаще всего рассматривают показатели качества, которые можно выразить числом, и такие показатели являются количественными характеристиками положительных свойств информации.

Как явствует из приведенных определений, для того, чтобы определить набор важнейших показателей качества, необходимо оценить информацию с точки зрения ее потребителя.

Потребитель на практике сталкивается со следующими ситуациями:часть информации соответствует его запросу, его требованиям и такую инфор- мациюназываютрелевантной;ачасть–нет,иееназываютнерелевантной;вся информация релевантная, но ее недостаточно для нужд потребителя; если полученной информации достаточно, то такую информацию естественно называть полной;полученная информация несвоевременная (например, устарела);

часть информации из признанной потребителем релевантной может оказаться недостоверной, то есть содержащей скрытые ошибки (если часть ошибок потребитель обнаруживает, то он испорченную информацию попросту относит к нерелевантной);информация недоступна;

информация подвержена "нежелательному" использованию и изменению со стороны других потребителей;информация имеет неудобные для потребителя форму и объем.

10

Обзор приведенных ситуаций позволяет сформулировать следующее распределение свойств информации.

Релевантность – способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя.

Полнота – свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отражаемый объект и (или) процесс.

Своевременность – способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.

Достоверность – свойство информации не иметь скрытых ошибок. Доступность – свойство информации, характеризующее возможность ее

получения данным потребителем.

Защищенность – свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения.

Эргономичность – свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

Кроме того, информацию можно классифицировать с точки зрения ее использования на следующие виды: политическую, техническую, биологическую, химическуюит. д. Это, посуществу, классификацияинформациипопотребности.

Наконец, обобщенно характеризуя качество информации, часто используют следующееопределение.Логическая,адекватноотображающаяобъективныезакономерности природы, общества и мышления – это естьнаучнаяинформация.Заметим,чтопоследнее определение характеризует не взаимоотношение "информация – потребитель", а взаимоотношение "информация –отражаемыйобъект/явление",тоестьэтоужегруппавнешних свойствинформации.Здесьнаиболееважнымявляетсясвойствоадекватности.

Адекватность – свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению. Адекватность оказывается для потребителя внутренним свойством информации, проявляющим себя через релевантность и достоверность.

Среди внутренних свойств информации важнейшими являются объем (количество) информации и ее внутренняя организация, структура. По способу внутренней организации информацию делят на две группы:

1.Данные или простой, логически неупорядоченный набор сведений.

2.Логически упорядоченные, организованные наборы данных. Упорядоченность данных достигается наложением на данные некоторой

структуры (отсюда часто используемый термин – структура данных).

Во второй группе выделяют особым образом организованную информацию – знания. Знания в отличие от данных представляют собой информацию не о каком-то единичномиконкретномфакте, аотом, какустроенывсефактыопределенноготипа.

Наконец, вне поля нашего зрения оказались свойства информации, связанные с процессом ее хранения. Здесь важнейшим свойством является живучесть – способность информации сохранять свое качество с течением времени. К этому можно еще добавить свойство уникальности. Уникальной называют информацию, хранящуюся в единственном экземпляре.

Таким образом, мы описали основные свойства информации, а соответственно и определили базу для классификации ее по видам.