Б.В. Соболь, А.Б. Галин,

Ю.В. Панов, Е.В. Рашидова,

Ы.Н. Садовой

ВЫСШЕЕ

ОБРАЗОВАНИЕ

ИНФОРМАТИКА

Высшее образование

Б.В. Соболь, А.Б. Галин, Ю.В. Панов,

Е.В. Рашидова, Н.Н. Садовой

Информатика

Учебник

Издание третье, дополненное и переработанное

Ростов-на-Дону

«Феникс»

2007

УДК 004(075.8)

ББК 32.81я73.

КТК21

И 74

Рецензенты:

кафедра «Информационные системы в строительстве» РГСУ,

доктор технических наук, профессор РГУ А. В. Аграновский

И 74 Информатика : учебник/ Б.В. Соболь [и др.]-Изд. 3-е, дополн.

и перераб. — Ростов н/Д: Феникс, 2007. — 446 [1] с.-(Высшее

образование).

ISBN 978-5-222-12081-1

В учебнике представлены все разделы информатики, определяющие

современный уровень подготовки специалистов в системе высшего

образования. По своему содержанию учебник полностью соответствует

требованиям государственных образовательных стандартов для широкого спектра

специальностей высших учебных заведений.

Адресован преподавателям и студентам высших учебных заведений,

слушателям институтов повышения квалификации, пользователям, а также

широкому кругу читателей.

УДК 004(075.8)

ISBN 978-5-222-12081-1 ББК 32.81я73

© Соболь Б.В., Галин А.Б., Панов Ю.В.,

Рашидова Е.В., Садовой Н.Н., 2007

© Оформление, изд-во «Феникс», 2007

предисловие

Широкое использование информационных технологий во всех

сферах человеческой деятельности является одним из основных

признаков цивилизованного общества. Мировая история не знает

никакой другой отрасли науки и технологий, развивающейся столь

стремительными темпами. Трудно представить себе современного

специалиста, не владеющего основными навыками работы с

компьютером.

Эти процессы находят свое отражение и в системе высшего

образования. В 90-е годы в нашей стране появился и интенсивно

развивается широкий спектр специальностей, связанных с

информационными технологиями. Вместе с этим информатика заняла свое

достойное место среди базовых дисциплин и стала неотъемлемой

компонентой учебных планов всех без исключения специальностей

высших учебных заведений. Уникальность этой науки обусловлена и

еще одним очень важным обстоятельством. В настоящее время

информационные технологии проникли практически во все

общенаучные и специальные дисциплины, стали привычным

инструментарием как в учебной, научной, так и практической деятельности.

По замыслу авторов новый учебник по информатике, во-первых,

по содержанию и форме изложения является актуальным. Авторы не

стремятся к детальному и исчерпывающему изложению технических

характеристик и возможностей всех аппаратных средств и

программных продуктов. Вместе с тем в книге отражены не только все

основные принципы и положения информатики как науки, но и

современные аспекты и тенденции развития информационных технологий.

Во-вторых, содержание книги соответствует основным положениям

государственных образовательных стандартов по информатике. Это

позволяет использовать ее в качестве основного учебника по этой

дисциплине студентам подавляющего большинства специальностей,

за исключением тех, кто специализируется в этой области.

В-третьих, что не менее важно, новый учебник по информатике в отличие

от многих своих собратьев является компактным. Авторы уверены,

3

что последнее обстоятельство создаст дополнительные удобства для

студентов и преподавателей, пользующихся этой книгой.

Содержание учебника — это, в основном, теоретический

материал по всем разделам изучаемой дисциплины, или несколько

расширенный вариант лекционного курса по информатике для

студентов всех специальностей (за исключением профилирующих)

Донского государственного технического университета. Отдельным

изданием в ближайшее время выйдет «Практикум по информатике»,

основой которого является комплекс лабораторных и практических

занятий, сопровождающих учебный курс.

Мы надеемся, что новая книга по информатике не только

поможет вам лучше понять, успешно освоить эту науку, но и полюбить

ее, сделать неотъемлемой частью жизни и профессиональной

деятельности.

Авторы

СПИCOK СОКРАЩЕНИЙ

ABM — аналоговая вычислительная машина

АЛУ — арифметико-логическое устройство

АО — аппаратное обеспечение

АПС — аппаратно-программные средства

АЦП — аналогово-цифровой преобразователь

БД — база данных

БИС — большая интегральная схема

ВЗУ — внешнее запоминающее устройство

ГВС — глобальные вычислительные сети

ДНФ — дизъюнктивная нормальная форма

ЖКИ — жидкокристаллические индикаторы

ИС — информационная система

КНФ — конъюнктивная нормальная форма

КС — компьютерная система

ЛВС — локальные вычислительные сети

НСД — несанкционированный доступ

ОЗУ — оперативное запоминающее устройство

ООП — объектно-ориентированное проектирование

ОС — операционная система

ПЗУ — постоянное запоминающее устройство

ПО — программное обеспечение

ППЗУ — перепрограммируемые ПЗУ

ППО — прикладное программное обеспечение

ППП — пакет прикладных программ

РОН — регистры общего назначения

СА — сетевой адаптер

САУ — система автоматического управления

СБИС — сверхбольшая интегральная схема

5

СВТ — средства вычислительной техники

СУБД — система управления базой данных

ФС — файловая система

ФСА — функциональная структура алгоритма

ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь

ЦВМ — цифровая вычислительная машина

ЦП — центральный процессор

ЭВМ — электронная вычислительная машина

ЭЛТ — электронно-лучевая трубка

AGP (Accelerated Graphics Port) — локальная шина

видеоконтроллера

CASE (Computer-Aided Software Engineering) —

автоматизированные системы проектирования программных средств

CD (Compact Disk) — оптический компакт-диск

CD-R (CD-Recodable) — оптический компакт-диск с

однократной записью

CD-RW (CD-Rewritable) — оптический компакт-диск с

многократной записью

CISC (Complex Instruction Set Computer) — полная система

команд переменной длины

CMYK — модель представления светоотражающих графических

объектов

DDE (Dynamic Data Exchange) — динамический обмен данных

DDoS (Distributed DoS) — DoS атака, проводимая в

определенное время

DoS (Deny-of-Service) — атака на отказ в обслуживании

DOS (Disk Operating System) — дисковая операционная система

dpi (dots per inch) — количество точек на дюйм

DRAM (Dynamic RAM) — ОЗУ динамического типа

DVD (Digital Versatile Disk) — компакт-диск с высокой

плотностью записи

6

FRAM (Ferroelectric RAM) — ферроэлектрическая память с

произвольным доступом

HTML (Hyper Text Markup Language) — универсальный язык

разметки гипертекста

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) — протокол передачи

гипертекста

IP (Internet Protocol) — маршрутный протокол Интернет

ISO (International Organization for Standardization) —

Международная организация по стандартизации

LCD (Liquid Crystal Display) — жидкокристаллические

индикаторы

LEP (Light Emission Plastics) — самоизлучающие мониторы

MS (MicroSoft) Майкрософт — фирма-производитель

программного обеспечения

OLE (Object Linking and Embedding) — принцип внедрения и

связывания объектов

OMT(Object Modeling Technique) — технология объектного

моделирования

OOSE (Object-Oriented Software Engineering) —

объектно-ориентированная разработка программного обеспечения

OSI (Model of Open System Interconnections) — модель

взаимодействия открытых систем

PC (Personal Computer) — персональный компьютер

PCI (Peripheral Component Interconnect) — общая шина

настольных компьютеров

PCMCIA (Personal Computer Memory Card International

Association) — общая шина переносных компьютеров

PDP (Plasma Display Panels) — плазменные мониторы

PL/1 (Programming Language One) — язык программирования

(ПЛ/1)

PPM (Page Per Minute) — количество страниц в минуту

RAM (Random Access Memory) — память со свободным доступом

7

RGB (Red Green Blue) — модель представления светоизлучающих

графических объектов

RISC (Reduced Instruction Set Computer) — сокращенный набор

команд фиксированной длины

ROM (Read Only Memory) — память только для чтения

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — простой протокол

пересылки почты

SRAM (Static RAM) — ОЗУ статического типа

STP (Shielded Twisted Pair) — экранированная витая пара

TFT (Thin Film Transistor) — жидкокристаллический экран с

тонкопленочным транзистором

TCP (Transmission Control Protocol) — транспортный протокол

Интернет

UML (Unified Modeling Language) — унифицированный язык

моделирования

URL (Uniform Resource Locator) — унифицированный указатель

ресурса

UTP (Unshielded Twisted Pair) — неэкранированная витая пара

WYSIWYG (What You See Is What You Get) — принцип «что видишь

(на экране), то и получишь (при печати на листе)»

WWW (World Wide Web ) — Всемирная паутина

1. Информации, информатика,

информационные технологии

В жизни современного человека слово «информация» очень

распространено и часто используется в разных контекстах.

Информацией обычно называют любые сведения, которые кого-либо

интересуют, которые мы получаем или передаем. Например, мы говорим: «В

результате научных исследований нами получена информация о...»

или «Из книг мы информированы о...», «По телевидению была

передана информация о...».

Фундаментальной чертой цивилизации является рост

производства и потребления информации во всех отраслях человеческой

деятельности. Вся жизнь человека, так или иначе, связана с

получением, накоплением, обработкой, передачей информации. Практически

в любой деятельности человека: в процессе чтения книг, просмотра

телепередач, в разговоре — мы постоянно получаем и обрабатываем

информацию.

Начиная с XVII в. объем научной информации удваивался,

примерно, каждые 20 лет, в настоящее время он удваивается в 5—6 лет и

тенденция ускорения сохраняется. Одной из важнейших проблем

человечества наших дней является лавинообразный рост потока

информации в любой отрасли жизнедеятельности. Подсчитано, что

современный специалист должен тратить около 80 % своего рабочего

времени, чтобы уследить за всеми новыми работами в его области

деятельности.

Увеличение объема используемой человеком информации и

растущий спрос на нее обусловили появление отрасли знания,

связанной с автоматизацией обработки информации, — информатики.

Далее мы дадим более точное определение понятию «информация», а

также расскажем о предмете и задачах информатики, покажем ее

большое прикладное значение и в связи с этим расскажем об

информационных технологиях.

9

1.1. Информации

1.1.1. Понятие информации

Термин информация используется во многих науках и во многих

сферах человеческой деятельности. Он происходит от латинского

слова «informatio», что означает «сведения, разъяснения, изложение».

Несмотря на привычность этого термина, строгого и

общепринятого определения не существует. В рамках рассматриваемой нами

науки «информация» является первичным и, следовательно,

неопределимым понятием, подобно понятиям «точка» в математике, «тело» в

механике, «поле» в физике. Несмотря на то, что этому понятию

невозможно дать строгое определение, имеется возможность описать

его через проявляемые свойства и мы попытаемся это сделать.

Как известно, в материальном мире все физические объекты,

окружающие нас, являются либо телами, либо полями. Физические

объекты, взаимодействуя друг с другом, порождают сигналы различных

типов. В общем случае любой сигнал — это изменяющийся во

времени физический процесс. Такой процесс может содержать различные

характеристики. Характеристика, которая используется для

представления данных, называется параметром сигнала. Если параметр

сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число,

то сигнал называется дискретным. Если параметр сигнала —

непрерывная во времени функция, то сигнал называется непрерывным.

В свою очередь, сигналы могут порождать в физических телах

изменения свойств. Это явление называется регистрацией сигналов.

Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе,

называются данными. Существует большое количество физических методов

регистрации сигналов на материальных носителях. Это могут быть

механические воздействия, перемещения, изменения формы или

магнитных, электрических, оптических параметров, химического

состава, кристаллической структуры. В соответствии с методами

регистрации, данные могут храниться и транспортироваться на различных

носителях. Наиболее часто используемый и привычный носитель —

бумага; сигналы регистрируются путем изменения ее оптических

свойств. Сигналы могут быть зарегистрированы и путем изменения

10

магнитных свойств полимерной ленты с нанесенным

ферромагнитным покрытием, как это делается в магнитофонных записях, и

путем изменения химических свойств в фотографии.

Данные несут информацию о событии, но не являются самой

информацией, так как одни и те же данные могут восприниматься

(отображаться или еще говорят интерпретироваться) в сознании

разных людей совершенно по-разному. Например, текст, написанный на

русском языке (т.е. данные), даст различную информацию человеку,

знающему алфавит и язык, и человеку, не знающему их.

Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним

применить методы, которые преобразуют данные в понятия,

воспринимаемые человеческим сознанием. Методы, в свою очередь, тоже

различны. Например, человек, знающий русский язык, применяет

адекватный метод, читая русский текст. Соответственно, человек, не

знающий русского языка и алфавита, применяет неадекватный

метод, пытаясь понять русский текст. Таком образом, можно считать,

что информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных

методов.

Из вышесказанного следует, что информация не является

статическим объектом, она появляется и существует в момент слияния

методов и данных, все прочее время она находится в форме данных.

Момент слияния данных и методов называется информационным

процессом (рис. 1.1).

Сигналы

Регистрация

сигналов

физический

процесс

Данные

Методы

Информация

Рис. 1.1. Формирование информации

Человек воспринимает первичные данные различными органами

чувств (их у нас пять — зрение, слух, осязание, обоняние, вкус), и

на их основе сознанием могут быть построены вторичные

абстрактные (смысловые, семантические) данные.

Таким образом, первичная информация может существовать в виде

11

Тела,

поля

рисунков, фотографий, звуковых, вкусовых ощущений, запахов, а

вторичная — в виде чисел, символов, текстов, чертежей, радиоволн,

магнитных записей.

1.1.2. Свойства информации

Понятие «информация», как уже было сказано ранее,

используется многими научными дисциплинами, имеет большое количество

разнообразных свойств, но каждая дисциплина обращает внимание

на те свойства информации, которые ей наиболее важны. В рамках

нашего рассмотрения наиболее важными являются такие свойства,

как дуализм, полнота, достоверность, адекватность, доступность,

актуальность. Рассмотрим их подробнее.

Дуализм информации характеризует ее двойственность. С одной

стороны, информация объективна в силу объективности данных, с

другой — субъективна, в силу субъективности применяемых методов.

Иными словами, методы могут вносить в большей или меньшей

степени субъективный фактор и таким образом влиять на информацию

в целом. Например, два человека читают одну и ту же книгу и

получают подчас весьма разную информацию, хотя прочитанный текст,

т.е. данные, были одинаковы. Более объективная информация

применяет методы с меньшим субъективным элементом.

Полнота информации характеризует степень достаточности

данных для принятия решения или создания новых данных на основе

имеющихся. Неполный набор данных оставляет большую долю

неопределенности, т.е. большое число вариантов выбора, а это

потребует применения дополнительных методов, например, экспертных

оценок, бросание жребия и т.п. Избыточный набор данных

затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный

информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных

методов, например, фильтрацию, сортировку. И неполный и избыточный

наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного

решения.

Достоверность информации — это свойство, характеризующее

степень соответствия информации реальному объекту с необходимой

точностью. При работе с неполным набором данных достоверность

12

информации может характеризоваться вероятностью, например,

можно сказать, что при бросании монеты с вероятностью 50 % выпадет

герб.

Адекватность информации выражает степень соответствия

создаваемого с помощью информации образа реальному объекту,

процессу, явлению. Полная адекватность достигается редко, так как

обычно приходится работать с не самым полным набором данных, т.е.

присутствует неопределенность, затрудняющая принятие

адекватного решения. Получение адекватной информации также затрудняется

при недоступности адекватных методов.

Доступность информации — это возможность получения

информации при необходимости. Доступность складывается из двух

составляющих: из доступности данных и доступности методов. Отсутствие

хотя бы одного дает неадекватную информацию.

Актуальность информации. Информация существует во времени,

так как существуют во времени все информационные процессы.

Информация, актуальная сегодня, может стать совершенно

ненужной по истечении некоторого времени. Например, программа

телепередач на нынешнюю неделю будет неактуальна для многих

телезрителей на следующей неделе.