Информатика. Теория и практика_Острейковский В.А_2008
.pdfВ соответствии с поставленными целями учебный материал изложен в семи разделах и 24 темах. В первых трех разделах
подробно раскрываются объект и предмет информатики, системы счисления и основы логики; дается количественная оценка информации с описанием форм ее представления и преоб-
разования; излагаются сведения о технических средствах ин-
формационных процессов, о структурах и функциях основных блоков электронных вычислительных машин (ЭВМ) и истории развития электронных вычислительных средств, о составе
èназначении узлов и устройств персональной ЭВМ (ПЭВМ)
èперсонального компьютера (ПК), об организации и пред-
ставлении данных, об интерфейсе пользователя.
В четвертом разделе — одном из центральных в книге — рассмотрены примеры информационных технологий, которые позволяют студенту овладеть современными приложениями информатики как науки не только сегодня, но и в ближайшей перспективе; содержится материал по технологии обработки
на ЭВМ текстовой, числовой и графической информации, по технологии хранения, поиска и сортировки информации; большое внимание уделено мультимедийным технологиям и ком-
пьютерным телекоммуникациям, локальным и глобальным компьютерным сетям, базам, банкам и хранилищам данных;
использованию информационных ресурсов сети Internet; классификации, содержанию и применению пакетов прикладных
программ (ППП) как одного из эффективных способов внедрения информатики в практику.
В пятом разделе излагаются основные понятия моделирования как метода познания объективного мира; рассмотрены
примеры материальных и информационных моделей, причем основной уклон сделан в сторону построения информацион-
ных моделей.
Шестой и седьмой разделы посвящены алгоритмизации
и программированию. Здесь детально изложены понятия и свойства алгоритмов, способы их записи и основные типы алгорит-
мов; описан один из языков программирования — Паскаль;
приведены различные технологии программирования: алгоритмическое, объектно-ориентированное, программирование методом последовательной детализации («сверху вниз») и сбо-
рочным методом («снизу вверх»); кратко охарактеризованы современные языки и средства программирования.
11
Для закрепления теоретических знаний и приобретения необходимых умений и навыков в третьем, четвертом и седьмом
разделах предложен цикл практических работ, в ходе выполнения которых студенты должны овладеть умениями и навыка-
ми создания электронного документа с помощью технологии мультимедиа; поиска нужной информации в сети Internet; разработки и программирования задач с циклической структурой, массивами, матрицами с использованием записей, с обработкой текстовой информации, с использованием внешних файлов и подпрограмм, стандартных алгоритмов и нестандартных функций; создания простейших графических изображений; по-
строения графиков функций и диаграмм.
В Заключении рассмотрены перспективы развития информатики.
Основными отличиями предлагаемого пособия от существующих учебных книг по информатике являются:
—систематическое изложение теоретической и прикладной информатики в соответствии с требованиями Государственного стандарта среднего профессионального образования;
—ориентация на конкретные учебные программы по образовательным областям «Математика», «Естествознание» и дисциплинам гуманитарного профиля;
—изложение материала с двух позиций: «информацион-
ные технологии — информационный ресурс» и «модель — алгоритм — программа»;
— наличие в одном издании теоретических основ информатики и методически выверенного цикла практических работ.
В результате изучения курса информатики студент должен:
знать:
—функции языка как способа представления информации;
—способы хранения и основные виды хранилищ инфор-
мации;
—основные единицы измерения количества информации;
—правила выполнения арифметических операций в двоич- ной системе счисления;
—основные логические операции, их свойства и обозна- чения;
—общую функциональную схему компьютера;
—назначение и основные характеристики устройств ком-
пьютера;
12
—назначение и основные функции операционной сис-
òåìû;
—назначение и возможности электронных таблиц;
—назначение и основные возможности баз данных;
—основные объекты баз данных и допустимые операции над ними;
—этапы информационной технологии решения задач с ис-
пользованием компьютера;
уметь:
— приводить примеры получения, передачи и обработки
информации в деятельности человека, живой природе, обществе и технике;
—перечислять основные характерные черты информационного общества;
—переводить числа из одной системы счисления в другую;
—строить логические схемы из основных логических элементов по формулам логических выражений;
—применять текстовый редактор для редактирования и форматирования текстов;
—применять графический редактор для создания и редак-
тирования изображений, строить диаграммы;
—применять электронные таблицы для решения задач;
—создавать простейшие базы данных, осуществлять сортировку и поиск информации в базе данных, перечислять и описывать различные типы баз данных;
—работать с файлами (создавать, копировать, переимено-
вывать, осуществлять поиск файлов), вводить и выводить данные;
—работать с носителями информации, пользоваться антивирусными программами;
—записывать на языке программирования алгоритмы решения учебных задач и отлаживать их;
иметь представление:
—об информационных основах процессов управления;
—о методах поиска информации;
—о принципах кодирования информации, о системах счисления;
—о возможности соединения разнотипной информации
âодном электронном документе с помощью технологии мультимедиа;
13
— о работе электронной почты, об информационных ресурсах и технологии поиска информации в сети Internet.
Некоторые темы изложены авторами несколько шире примерной программы дисциплины «Информатика», заложенной в Государственный образовательный стандарт. Это даст возможность учебному заведению использовать материал данной книги для более рационального построения рабочей учебной программы по информатике.
Авторы считают своим долгом выразить искреннюю признательность доктору физико-математических наук, профессору В.А. Галкину и директору Центра новых информационных технологий Сургутской высшей гимназии-лаборатории С.П. Митрофанову — за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи; коллегам и сотрудникам кафедры
информатики и вычислительной техники Сургутского государственного университета — за большую помощь в отборе мате-
риала учебного пособия и участие в дискуссии по его содержа-
нию, а также С.П. Саакяну и Н.В. Темирбаевой — за помощь в подготовке рукописи к печати.
Особую благодарность авторы выражают ректору Сургут-
ского государственного университета профессору Г.И. Назину за внимание к работе над рукописью.
14
Раздел 1
ИНФОРМАЦИЯ
ÈИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Âрезультате изучения материала первого раздела студент должен:
знать:
—основные понятия информации и информационных процессов;
—роль каналов связи как главного элемента между источ- ником информации и ее получателем;
—виды, особенности и формы информационного ресурса;
уметь:
— приводить примеры получения, передачи и обработки информации в деятельности человека, живой природе, обществе и технике;
—перечислять основные характерные черты информационного общества;
—перечислять основные компоненты информационной
культуры человека;
иметь представление:
—об информационных основах процессов управления;
—о методах поиска информации.
Òåìà 1.1
ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ. ЧЕЛОВЕК И ИНФОРМАЦИЯ
Ì å ò î ä è ÷ å ñ ê è å ó ê à ç à í è ÿ
В результате изучения данной темы студенты должны: знать определения объекта и предмета информатики; четко представлять смысл понятий «информация», «данные», «знания»;
15
разбираться в содержании терминов «информационная технология» и «информационный ресурс»; запомнить определение
èсодержание естественнонаучной дисциплины «Информатика», а также понимать значение и необходимость информатики
èЭВМ в жизни общества.
Уже в начале изучения курса студенты должны усвоить понятие канала связи как необходимого элемента между источ- ником информации и ее получателем и роль в этом процессе ЭВМ. Краткое изложение истории развития информатики способствует становлению естественнонаучного мышления. Освоение содержания темы 1.1 дает возможность ответить на ряд вопросов: что такое информатика? Для чего она нужна? Каково содержание информатики? Какие задачи она решает?
Преподаватель обязан донести до студента главную мысль: появление науки информатики – это объективный процесс развития общества, без внедрения информатизации оно не может развиваться дальше.
1.1.1.Терминология информатики
Термин «информация» имеет множество определений. Вот как он трактуется в «Энциклопедии кибернетики»: «Информа-
ция (от лат. informatio — разъяснение, изложение, осведомленность) — одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний и т. п.». В широком смысле информация — это отражение реального мира; в узком смысле — это любые сведения, являющиеся объектом хранения, пере-
дачи и преобразования.
Понятие «информация» вместе с понятиями «вещество» и «энергия» отно-
сится к основным понятиям науки. С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщения и каналом связи
(ðèñ. 1.1).
16
Сообщение от источника к приемнику передается в матери- ально-энергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и 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 вели- чины, характеризующей состояние приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить функцией x(t), характеризующей изменение во времени материально-энерге- тических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы.
Функция õ(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). 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 слова «компьютер» — вычислительная машина (чаще — электронная вычислительная машина (ЭВМ)).
В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины (ВМ) подразделяют на два основных
17
|
Вычислительные машины |
|
||
По виду обрабатываемой |
По принципу действия |
|||
информации |
||||
|
|
|||
Аналоговые |
Цифровые |
Механические |
Электрические |
|
Смешанные
Ðèñ. 1.2. Классы вычислительных машин
класса: аналоговые и цифровые (рис. 1.2). Аналоговая вычислительная машина (ÀÂÌ) — это машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. При этом в качестве физических переменных выступают сила тока электрической цепи, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела и т. п. Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, АВМ позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные процессы.
Цифровая вычислительная машина (ÖÂÌ) — это машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на ЦВМ различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. Поэтому если АВМ обычно предназначены для решения определенного класса задач, т. е. являются специализированными, то ЦВМ, как правило, универсальное вычислительное средство. Наибольшее распространение получили электронные вычислительные машины, выполненные с использованием новейших достижений электроники.
18
Очень широко употребляется еще один термин — «данные» (от лат. data). Его принято применять в отношении информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств. Поэтому наряду с терминами «ввод информации», «обработка информации», «хранение информации», «поиск информации» исполь-
зуются термины «ввод данных», «обработка данных», «хранение данных» и т. п.
Информация существует не только в виде данных, но и в виде знаний. Здесь знания — это совокупность объективных фактов, способов и технологий, систематизированных и дающих реальное представление о предметах, процессах и явлениях, т. е. специальным образом структурированная информация.
Данные и знания в виде информационных потоков цирку-
лируют в информационных системах (ÈÑ). Сбор, накопление, обработка, хранение и использование информации в ИС осу-
ществляются с помощью информационных технологий. Инфор-
мационные технологии (ÈÒ) — это машинизированные (инженерные) способы обработки информации, которые реализуются
посредством автоматизированных информационных систем (ÀÈÑ).
Объектом информатики выступают автоматизированные (человеко-машинные), основанные на ЭВМ и телекоммуникационной технике информационные системы различных классов и назначения. Поэтому рассмотрим более подробно объект и предмет информатики.
1.1.2. Объект и предмет информатики
АИС как объект информатики получили широчайшее распространение. Классификацию АИС осуществляют по ряду признаков, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. При этом одна и та же АИС может характеризоваться одним или несколькими признаками. В качестве признаков классификации АИС выступают область применения, охватываемая территория, организация информационных процессов, направление деятельности, назначение, структура и др.
Классификация АИС по направлению деятельности показана на рис. 1.3.
19
02
Ðèñ. 1.3. Классификация АИС по направлению деятельности