Информатика. Теория и практика_Острейковский В.А_2008
.pdf
В.А. Острейковский, И.В. Полякова
ИНФОРМАТИКА
Теория и практика
Учебное пособие
Допущено Министерством образования и науки
Российской Федерации в качестве учебного пособия
для студентов учреждений среднего профессионального образования
Москва
ОНИКС
ÓÄÊ 007 ÁÁÊ 32.81
Î-76
Издано при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям в рамках Федеральной целевой программы «Культура России»
Рецензенты:
зав. кафедрой «Прикладная математика» Обнинского госуда рственного технического университета атомной энергетики
доктор физико-математических наук, профессор В.А. Галкин; директор Центра новых информационных технологий Сургутской высшей гимназии-лаборатории С.П. Митрофанов
Острейковский В.А.
О-76 Информатика. Теория и практика: Учеб. пособие / В.А. Острейковский, И.В. Полякова. — М.: Издательство Оникс, 2008. — 608 с.: ил.
ISBN 978-5-488-02110-5
В учебном пособии в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта рассмотрены процессы п олучения, преобразования, хранения и использования информации. Выд елены семь содержательных линий дисциплины: информация и инфор мационные процессы, системы счисления и основы логики, комп ьютер, информационные технологии, моделирование и формализаци я, алгоритмизация, программирование.
Выгодно отличает данное издание от существующих учебных книг по информатике наличие в нем методически выверенног о цикла практических работ с подробным алгоритмом их выпол нения, что обеспечивает прочное усвоение теоретических знаний и приобретение необходимых умений и навыков. Изложение наи более сложных тем курса предваряют методические указания д ля преподавателей.
Для студентов учреждений среднего профессионального образования и всех тех, кто стремится самостоятельно овла деть информационными технологиями и эффективно использовать п ерсональные компьютеры.
ÓÄÊ 007 ÁÁÊ 32.81
ISBN 978-5-488-02110-5 |
© Острейковский В.А, 2008 |
|
© ООО «Издательство Оникс», 2008 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список основных сокращений ...................................................................... |
8 |
Предисловие ................................................................................................. |
10 |
РАЗДЕЛ 1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ |
|
ПРОЦЕССЫ ................................................................................................ |
15 |
Тема 1.1. Введение в дисциплину. Человек и информация ............................ |
15 |
1.1.1. Терминология информатики ...................................................... |
16 |
1.1.2. Объект и предмет информатики ................................................. |
19 |
1.1.3. Виды, особенности и формы информационного ресурса ......... |
23 |
1.1.4. Краткая история развития информатики ................................... |
27 |
Тема 1.2. Информационные процессы .......................................................... |
29 |
1.2.1. Этапы технологического процесса в информационных |
|
системах ....................................................................................... |
30 |
1.2.2. Информационные процессы в живой природе, |
|
обществе и технике ...................................................................... |
35 |
1.2.3. Информационная деятельность человека .................................. |
52 |
1.2.4. Информационные основы процессов управления .................... |
63 |
1.2.5. Информатизация общества ......................................................... |
64 |
РАЗДЕЛ 2. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И ОСНОВЫ ЛОГИКИ ............... |
72 |
Тема 2.1. Представление информации. Количество и единицы |
|
измерения информации ................................................................................. |
73 |
2.1.1. Язык как способ представления информации ........................... |
73 |
2.1.2. Формы представления и преобразования |
|
информации ................................................................................. |
76 |
2.1.3. Количество и единицы измерения информации ....................... |
78 |
Тема 2.2. Системы счисления, используемые в компьютере ......................... |
81 |
2.2.1. Позиционные системы счисления .............................................. |
82 |
2.2.2. Двоичная система счисления ...................................................... |
85 |
2.2.3. Правила выполнения арифметических операций |
|
в двоичной системе счисления ................................................... |
86 |
3
2.2.4. Перевод чисел из одной системы счисления в другую .............. |
88 |
2.2.5. Другие позиционные системы счисления .................................. |
91 |
Тема 2.3. Представление информации в памяти ЭВМ ................................. |
93 |
2.3.1. Представление целых чисел без знака и со знаком .................... |
93 |
2.3.2. Индикаторы переноса и переполнения ...................................... |
95 |
2.3.3. Представление символьной информации в ЭВМ ...................... |
97 |
2.3.4. Форматы данных ......................................................................... |
99 |
2.3.5. Представление цветной и графической информации ............... |
104 |
Тема 2.4. Алгебра логики. Основные логические операции. |
|
Сложные высказывания. Построение таблиц истинности |
|
сложных высказываний ................................................................................ |
105 |
2.4.1. Понятие об алгебре высказываний ............................................. |
105 |
2.4.2. Основные логические операции ................................................. |
107 |
2.4.3. Построение таблиц истинности сложных высказываний .......... |
108 |
Тема 2.5. Основные законы преобразования алгебры логики ....................... |
109 |
2.5.1. Закономерности логических операций ...................................... |
109 |
2.5.2. Решение логических задач с помощью алгебры логики ............ |
111 |
Тема 2.6. Логические основы ЭВМ. Функциональные схемы |
|
логических устройств .................................................................................... |
115 |
РАЗДЕЛ 3. КОМПЬЮТЕР .......................................................................... |
126 |
Тема 3.1. Основные устройства компьютера ................................................ |
127 |
3.1.1. Общая схема функционирования компьютера .......................... |
127 |
3.1.2. Основные блоки и устройства компьютера ................................ |
129 |
3.1.3. Архитектура ЭВМ ........................................................................ |
134 |
3.1.4. Магистрально-модульный принцип построения |
|
компьютера .................................................................................. |
136 |
3.1.5. Персональные ЭВМ .................................................................... |
144 |
3.1.6. Характеристика основных блоков персональных |
|
компьютеров ................................................................................ |
148 |
3.1.7. Правила техники безопасности при работе на компьютере ...... |
166 |
Тема 3.2. Программное обеспечение компьютера. |
|
Операционная система .................................................................................. |
167 |
3.2.1. Программное обеспечение компьютера ..................................... |
167 |
3.2.2. Системное и прикладное программное обеспечение ................ |
169 |
3.2.3. Операционная система: назначение и основные функции ....... |
173 |
Тема 3.3. Файловая система. Работа с носителями информации .................. |
175 |
3.3.1. Файловая система ........................................................................ |
175 |
3.3.2. Графические пользовательские интерфейсы ............................. |
180 |
4
Тема 3.4. Инсталляция программ. Компьютерные вирусы |
|
и антивирусные программы ........................................................................... |
191 |
3.4.1. Инсталляция программ ............................................................... |
191 |
3.4.2. Компьютерные вирусы ................................................................ |
192 |
3.4.3. Антивирусные программы и защита информации .................... |
194 |
Тема 3.5. История и перспективы развития вычислительной техники |
|
и персональных компьютеров ........................................................................ |
200 |
3.5.1. История развития вычислительной техники ............................. |
200 |
3.5.2. Поколения ЭВМ .......................................................................... |
204 |
3.5.3. Перспективы развития ПЭВМ .................................................... |
210 |
Практические работы .................................................................................. |
213 |
РАЗДЕЛ 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ............................... |
227 |
Тема 4.1. Классификация и характеристика информационных |
|
технологий .................................................................................................... |
229 |
4.1.1. Введение ....................................................................................... |
229 |
4.1.2. Состав и содержание информационных технологий ................. |
230 |
Тема 4.2. Технология обработки текстовой информации .............................. |
233 |
4.2.1. Текстовый редактор: назначение и основные функции ............ |
233 |
4.2.2. Издательские системы ................................................................. |
238 |
Тема 4.3. Технология обработки графической информации .......................... |
239 |
4.3.1. Теоретические основы представления графической |
|
информации ................................................................................. |
239 |
4.3.2. Графические редакторы .............................................................. |
241 |
Тема 4.4. Технология обработки числовой информации ............................... |
243 |
4.4.1. Электронные таблицы: назначение и основные функции ........ |
243 |
4.4.2. Содержание электронных таблиц ............................................... |
245 |
4.4.3. Работа с электронными таблицами ............................................ |
247 |
4.4.4. Процесс проектирования электронных таблиц ......................... |
250 |
Тема 4.5. Технология хранения, поиска и сортировки информации .............. |
251 |
4.5.1. Способы организации баз данных .............................................. |
251 |
4.5.2. Системы управления базами данных .......................................... |
258 |
4.5.3. Организация поиска данных ....................................................... |
258 |
4.5.4. Технология использования СУБД .............................................. |
260 |
Тема 4.6. Мультимедийные технологии ........................................................ |
264 |
4.6.1. Принципы и способы использования мультимедийных |
|
технологий ................................................................................... |
264 |
4.6.2. Основные требования к аппаратной части компьютера ............ |
270 |
5
Тема 4.7. Компьютерные коммуникации ....................................................... |
270 |
4.7.1. Передача информации. Линии связи, их основные |
|
компоненты и характеристики ................................................... |
270 |
4.7.2. Компьютерные телекоммуникации: назначение, структура, |
|
ресурсы ......................................................................................... |
273 |
4.7.3. Локальные компьютерные сети .................................................. |
280 |
4.7.4. Глобальные компьютерные сети ................................................. |
287 |
4.7.5. Ñåòü Internet ................................................................................. |
293 |
4.7.6. Основные услуги компьютерных сетей ...................................... |
300 |
Тема 4.8. Текстовый процессор Word ............................................................ |
317 |
4.8.1. Основы работы с текстовым процессором ................................. |
317 |
4.8.2. Работа с текстом .......................................................................... |
318 |
4.8.3. Работа с Редактором формул ....................................................... |
336 |
4.8.4. Работа с графическими объектами ............................................. |
337 |
4.8.5. Работа с таблицами ...................................................................... |
339 |
4.8.6. Обработка числовой информации в таблицах ........................... |
343 |
4.8.7. Построение диаграмм .................................................................. |
344 |
Практические работы .................................................................................. |
345 |
Тема 4.9. Табличный процессор Excel ........................................................... |
362 |
4.9.1. Ячейки и их адресация ................................................................ |
363 |
4.9.2. Вычисления в Excel ..................................................................... |
364 |
4.9.3. Диспетчер сценариев â Excel ......................................................... |
366 |
4.9.4. Информационная технология в Excel ........................................ |
368 |
Практические работы .................................................................................. |
376 |
Тема 4.10. Система управления базами данных Access ................................. |
395 |
4.10.1. Общие сведения ......................................................................... |
395 |
Практические работы .................................................................................. |
401 |
РАЗДЕЛ 5. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ .......................... |
417 |
Тема 5.1. Моделирование как метод познания. Материальные |
|
и информационные модели ............................................................................ |
418 |
5.1.1. Моделирование. Формальная и неформальная постановка |
|
задачи ........................................................................................... |
418 |
5.1.2. Основные принципы формализации при моделировании ........ |
421 |
5.1.3. Математические схемы моделирования систем ......................... |
429 |
6
Тема 5.2. Основные типы информационных моделей ................................... |
432 |
5.2.1. Понятие об информационной технологии решения задач ........ |
432 |
5.2.2. Этапы решения задач на компьютере ......................................... |
435 |
5.2.3. Эксплуатация программных средств .......................................... |
441 |
РАЗДЕЛ 6. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ .............................................................. |
444 |
Тема 6.1. Понятие алгоритма. Свойства алгоритма. |
|
Способы записи алгоритмов .......................................................................... |
445 |
6.1.1. Понятие алгоритма ...................................................................... |
445 |
6.1.2. Свойства и способы записи алгоритмов ..................................... |
450 |
Тема 6.2. Основные алгоритмические конструкции. |
|
Вспомогательные алгоритмы ........................................................................ |
456 |
6.2.1. Основные типы алгоритмов ........................................................ |
456 |
6.2.2. Методы разработки алгоритма .................................................... |
460 |
РАЗДЕЛ 7. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ....................................................... |
462 |
Тема 7.1. Знакомство с языком программирования Паскаль ........................ |
463 |
7.1.1. Введение в язык программирования Паскаль ............................ |
463 |
7.1.2. Структура Паскаль-программы .................................................. |
472 |
7.1.3. Основные типы данных ............................................................... |
478 |
7.1.4. Описание меток, констант, типов и переменных ...................... |
484 |
7.1.5. Операторы языка Паскаль .......................................................... |
485 |
7.1.6. Операции и выражения ............................................................... |
488 |
7.1.7. Процедуры, функции и рекурсии языка Паскаль ...................... |
491 |
7.1.8. Структурированные типы данных .............................................. |
497 |
Практические работы .................................................................................. |
506 |
Тема 7.2. Различные технологии программирования .................................... |
524 |
7.2.1. Машинная графика ..................................................................... |
524 |
7.2.2. Приложения машинной графики ............................................... |
543 |
Практические работы .................................................................................. |
547 |
7.2.3. Элементы численных методов .................................................... |
557 |
7.2.4. Создание диалоговых программ ................................................. |
559 |
7.2.5. Жизненный цикл программного обеспечения ........................... |
571 |
Тема 7.3. Обзор и краткая характеристика современных языков |
|
и средств программирования ......................................................................... |
575 |
Практическая работа «Поиск информации в сети Internet» ........................ |
585 |
Заключение ................................................................................................... |
591 |
Литература .................................................................................................... |
599 |
7
Список основных сокращений
АИС — автоматизированная информационная система АЛУ — арифметико-логическое устройство АПД — аппаратура передачи данных АРМ — автоматизированное рабочее место
АСНИ — автоматизированная система научных исследований АСУ — автоматизированная система управления АСУП — автоматизированная система управления предприятием
АСУТП — автоматизированная система управления технологическими процессами АЦПУ — алфавитно-цифровое печатающее устройство БЗ — база знаний БД — база данных
БИС — большая интегральная схема БнД — банк данных
Бит — [от англ. bi(nary digi)t — двоичная цифра] — двоичная единица измерения энтропии и количества информации ВЗУ — внешнее запоминающее устройство ВС — вычислительная система ВСт — вычислительная сеть ВТ — вычислительная техника ВУ — внешнее устройство ГМД — гибкий магнитный диск
ЕС ЭВМ — единая система ЭВМ ЗУ — запоминающее устройство
ИВЦ — информационно-вычислительный центр ИИ — искусственный интеллект ИР — информационный ресурс ИС — информационная система ИТ — информационная технология К — контроллер КБ — конструкторское бюро
КМ — канал мультиплексный КС — канал селекторный
ЛВС — локальная вычислительная сеть МД — магнитный диск МЛ — магнитная лента
8
МП — микропроцессор НГМД — накопитель на гибком магнитном диске
НЖМД — накопитель на жестком магнитном диске НМД — накопитель на магнитном диске НМЛ — накопитель на магнитной ленте
ОГАС — общегосударственная автоматизированная система ОЗУ — оперативное запоминающее устройство ОП — оперативная память ОС — операционная система
ПК — персональный компьютер ПО — программное обеспечение ПП — постоянная память
ПЗУ — постоянное запоминающее устройство
ППП — пакет прикладных программ ПУ — печатающее устройство ПЭВМ — персональная ЭВМ
САПР — система автоматизированного проектирования СБИС — сверхбольшая интегральная схема СВМ — система виртуальных машин СЗ — система знаний СОП — сверхоперативная память
СМ ЭВМ — серия мини-ЭВМ СП — сопроцессор
СПО — система поддержки оперативного персонала СУБД — система управления базами данных ТОУ — технологический объект управления УВВ — устройство ввода-вывода УВв — устройство ввода УВыв — устройство вывода УУ — устройство управления
УПД — устройство подготовки данных УСО — устройство связи с объектом ЦВМ — цифровая вычислительная машина ЦП — центральный процессор
ЭВМ — электронная вычислительная машина ЭЛТ — электронно-лучевая трубка ЭС — экспертная система
CR-ROM — Compact Disk — Read Only Memory IBM — International Business Machines Corporation MS — Microsoft
WWW(W3) — World Wide Web
9
Предисловие
Во второй половине XX в. человечество вступило в новый этап своего развития: начался переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот
переход, получил название информатизации. Информатизация —
это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и поддержание уровня информированности всех членов
общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. При этом информация становится важнейшим стратегическим ре-
сурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре.
Неизбежность информатизации обусловлена резким возрастанием роли и значения информации. Информационное
общество характеризуется высокоразвитой информационной
сферой, которая включает деятельность человека по созданию, переработке, хранению, передаче и накоплению информации.
Научным фундаментом процесса информатизации общества служит новая научная дисциплина — информатика.
Целями данного учебного пособия являются:
—четкое изложение основных понятий и современных подходов к информатике как естественнонаучной дисциплине;
—изучение математических основ информатики как инст-
румента для решения прикладных задач;
—освоение первоначальных знаний в области структуры
èфункций блоков ЭВМ, алгоритмизации и программирования;
—демонстрация возможностей информатики в современных информационных технологиях;
—приобретение студентами необходимых умений и навыков на практических занятиях.
10