ЛабИнф1-3
.pdfПятигорский филиал государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Волгоградского государственного медицинского университета Минздрава России
Кафедра физики и математики
С.В. Воронина, В.Т. Казуб
Арифметические и логические основы ЭВМ
Методические указания по дисциплине С2.Б.3 «Информатика»
для студентов очного отделения
Пятигорск, 2013 г.
Пятигорский филиал ГБОУ ВПО ВолгГМУ
Кафедра физики и математики
Методические указания к лабораторным занятиям
по дисциплине С2.Б.3 «Информатика»
Курс 1 Семестр 2
Раздел: Теоретические основы информатики. Устройство и принцип действия компьютера.
Занятия № 1, 2, 3 Объем в часах 14 часов
Пятигорск, 2013 г.
УДК 519. 2:004(076.5)
ББК 22.171 В75
С.В. Воронина, В.Т. Казуб
Рецензент: заведующий кафедрой информатики и математики ГОУ ВПО Пятигорского филиала Российского государственного торгово-экономического университета Коновцова М.М.
В75 Арифметические и логические основы ЭВМ: методические указания по дисциплине С2.Б.3 «Информатика» (для студентов очного отделения) /С.В. Воронина, В.Т. Казуб.– Пятигорск: Пятигорская ГФА, 2013.– 52 с.
Методические указания разработаны для лабораторных занятий по дисциплине С2.Б.3 «Информатика» на кафедре физики и математики, заведующий кафедрой Казуб В.Т. Указания составлены в соответствии с программой по информатике для студентов фармацевтических вузов и содержат краткие сведения из теоретического курса по разделу теоретические основы информатики, задачи и примеры для тренинга, задания для самостоятельного решения, домашние задания, также включают список рекомендованной литературы.
Печатается по решению ЦМК пятигорского филиала ГБОУ ВПО ВолгГ-
МУ.
УДК 519. 2:004(076.5)
ББК 22.171
5 |
|
|
Содержание |
|
|
Введение |
6 |
|
Лабораторная работа 1. Представление и кодирование данных в |
|
|
ЭВМ. |
8 |
|
|
||
Лабораторная работа 2. Системы счисления. Арифметические |
22 |
|
операции в позиционных системах счисления. |
||
|
||
Лабораторная работа 3. Логические основы ЭВМ |
33 |
|
Библиографический список |
50 |
|
Приложения |
51 |
6
Введение
Методические указания по курсу «Информатика» разработаны на кафедре физики и математики Пятигорского филиала Волгоградского государственного медицинского университета для студентов первого и второго курсов специаль-
ности «Фармация» в соответствии с новым стандартом.
Курс информатики рассчитан на 21 час лекций и 54 часов лабораторных работ. Методические указания содержит материал к разделу: теоретические ос-
новы информатики, устройство и принцип действия компьютера. Данное указа-
ние предназначено для самостоятельной подготовки студентов к занятию и включает в себя основной материал лекций, примеры и задачи с решениями, а
также примеры для решения на занятии под руководством преподавателя и са-
мостоятельной аудиторной и внеаудиторной работы. Для успешной подготовки к практическому занятию студенты должны внимательно прочитать материал лабораторной работы в разделе «Краткие сведения из теоретического курса»,
материал лекции по теме занятия, учебника по информатике, разобрать решен-
ные задачи и примеры, написать протокол лабораторной работы, выписать в конспекте для самостоятельной работы все возникшие вопросы.
Лабораторные работы продолжительностью 2 академических часа пово-
дятся один раз в неделю во втором семестре и 2 часа раз в две недели в третьем семестре. Контроль проверки исходного уровня знаний осуществляется на осно-
ве тестовых заданий на каждом занятии, которые включают теоретический ма-
териал и практикум предыдущих занятий, теоретический материал текущего за-
нятия. Контроль качества практических навыков проводится в виде самостоя-
тельной аудиторной работы студентов на занятии, индивидуальных домашних самостоятельных заданий или расчетных заданий, включающих материал рас-
смотренного блока/раздела, тестовый контроль. Промежуточная и итоговая атте-
стация качества знаний осуществляется путем компьютерного тестирования и контрольной работы.
7
Протокол лабораторной работы должен быть оформлен в следующем виде:
Дата __//__//__
Лабораторная работа №___
Тема:
Цель занятия:
Ход работы:
Теоретическая часть: (выписываются (конспективно) ответы на вопросы п.6, основные расчетные формулы).
Расчетная часть: (выписываются условия заданий, согласно выданному варианту и приводится решение, распечатка и/или необходимые пояснения, например, алгоритм решения).
Выводы:
Оценка: _______ дата
8
Лабораторная работа 1.
Тема: Представление и кодирование данных в ЭВМ
Актуальность темы: кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации.
Цель занятия: приобрести навыки кодирования числовой, текстовой и графической информации, навыки подсчета количества информации в сообщении.
Целевые задачи:
знать: предмет и задачи информатики; понятие и свойства информации; меры информации; основы кодирования информации;
уметь: решать примеры на кодирование информации; определения меры информации.
владеть: простейшими методами кодирования информации.
Краткие сведения из теоретического курса Предмет информатики
Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. В Увеличение информации и растущий спрос на нее обусловили появление отрасли, связанной с автоматизацией обработки информации – информатики.
Информатика – это наука, предметом изучения которой являются процессы сбора, преобразования, хранения, защиты, поиска и передачи всех видов информации и средства их автоматизированной обработки".
Информация, ее свойства и мера информации
Информацией называется любое сообщение о состоянии объекта, протекании процесса или явления, которое уменьшает неопределѐнность в наших знаниях об этом объекте, процессе или явлении.
Существует множество определений информации, что обусловлено сложностью, специфичностью и многообразием подходов к толкованию сущности этого понятия. Выделим три наиболее распространенные концепции информации, каждая из которых по-своему объясняет ее сущность.
Первая концепция (концепция К. Шеннона), отражая количественноинформационный подход, определяет информацию как меру неопределенности (энтропию) события. Количество информации в том или ином случае зависит от вероятности его получения: чем более вероятным является сообщение, тем меньше информации содержится в нем. Этот подход, хоть и не учитывает смысловую сторону информации, оказался весьма полезным в технике связи и вычислительной технике, послужил основой для измерения информации и оптимального кодирования сообщений. При таком понимании информация – это снятая неопределенность, или результат выбора из набора возможных альтернатив.
Вторая концепция рассматривает информацию как свойство (атрибут) материи. Ее появление связано с развитием кибернетики и основано на утвержде-
9
нии, что информацию содержат любые сообщения, воспринимаемые человеком или приборами. Наиболее ярко и образно эта концепция информации выражена академиком В. М. Глушковым. Он писал, что "информацию несут не только испещренные буквами листы книги или человеческая речь, но и солнечный свет, складки горного хребта, шум водопада, шелест травы". Иными словами, информация как свойство материи создает представление о ее природе и структуре, упорядоченности, разнообразии и т.д. Она не может существовать вне материи, а значит, она существовала и будет существовать вечно, ее можно накапливать, хранить, перерабатывать.
Третья концепция основана на логико-семантическом (семантика – изучение текста с точки зрения смысла) подходе, при котором информация трактуется как знание, причем не любое знание, а та его часть, которая используется для ориентировки, для активного действия, для управления и самоуправления. Иными словами, информация – это действующая, полезная, "работающая" часть знаний. Представитель этой концепции В. Г. Афанасьев, развивая логикосемантический подход, дает определение социальной информации. "Информация, циркулирующая в обществе, используемая в управлении социальными процессами, является социальной информацией. Она представляет собой знания, сообщения, сведения о социальной форме движения материи и о всех других формах в той мере, в какой она используется обществом..."
Итак, рассмотренные подходы в определенной мере дополняют друг друга, освещают различные стороны сущности понятия информации и облегчают тем самым систематизацию ее основных свойств. Из множества определений информации наиболее целесообразным представляется следующее: "Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний".
Наряду с информацией в "Информатике" часто употребляется понятие данные. 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.
Адекватность информации
Если объект передает информацию, то он является источником, если получает ее, то – потребителем (получателем), а процесс, возникающий в результате установления связи между двумя объектами: источником информации и ее потребителем – информационным. Источник, передатчик, канал связи, приемник и потребитель – вместе составляют информационную систему или систему передачи информации.
Для потребителя информации очень важной характеристикой является ее адекватность. Адекватность информации – это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п.
10
В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда вы сможете рассчитывать на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений человеком. Для измерения информации вводятся два параметра: количество информации I и объем данных VД. Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных. Существует три формы адекватности информации: синтаксическая, семантическая, прагматическая.
Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.п. Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют данными, так как при этом не имеет значения смысловая сторона. Эта форма способствует восприятию внешних структурных характеристик, т.е. синтаксической стороны информации.
Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту. Объем данных VД измеряется количеством символов (разрядов) в сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения данных (в двоичной системе счисления единица измерения – бит), а количество информации I, полученной в сообщении, измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы.
Семантическая (смысловая) адекватность определяет степень соответст-
вия образа объекта и самого объекта. Семантический аспект предполагает учет смыслового содержания информации. На этом уровне анализируются те сведения, которые отражает информация, рассматриваются смысловые связи. В информатике устанавливаются смысловые связи между кодами представления информации. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.
Для измерения смыслового содержания информации, т.е. ее количества на семантическом уровне, наибольшее признание получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Для этого используется понятие "тезаурус пользователя" – это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система. Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для пользователя некомпетентного.
Прагматическая (потребительская) адекватность отражает отношение информации и ее потребителя, соответствие информации цели управления, ко-