Мелихов Василий Олегович

Кострицкий Вадим Яковлевич

Ведущий научный сотрудник ИАЦ ГУ РИНКЦЭ

Учебно-методическое пособие рассмотрено и одобрено на заседании кафедры ЭФ–2 «??» июня 2005 г., протокол №14

© Каф. ЭФ–2 МГАПИ, 2005 г.

© Компьютерная верстка: Королев Д. А., 2005 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ.. 4

Часть I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ.. 5

Глава 1 ИНФОРМАЦИЯ И ОБЩЕСТВО.. 5

1.1 Развитие информационного общества. 5

1.2 Основные понятия и определения. 6

1.3 Информатика и ее задачи. 7

Глава 2 ИНФОРМАЦИЯ.. 10

2.1 Понятие информации. 10

2.2 Информационные сигналы.. 11

2.3 Преобразование сообщений. 12

2.4 Понятие данных. 15

2.5 Свойства информации. 16

2.6 Меры информации. 16

2.7 Экономическая информация. 20

Глава 3 ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ.. 21

3.1 Понятие о формальном языке. 21

3.2 Язык чисел (системы счисления) 23

3.3 Язык логики. 30

Глава 4 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ... 41

4.1 Хранение данных. 42

4.2 Обработка данных (кодирование) 43

4.3 Передача данных. 50

Глава 5 ЭВМ — ТЕХНИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ИНФОРМАТИКИ.. 59

5.1 Понятие об ЭВМ.. 59

5.2 Архитектура персонального компьютера. 62

5.3 Представление данных в компьютере. 66

5.4 Программное обеспечение компьютера. 76

Список рекомендуемой литературы.. 81

ВВЕДЕНИЕ

Нужны ли Вам знания дисциплины «Информатика и программирование»? Обоснование необходимости ее изучения следует из скорости проникновения компьютера во все новые области. Сегодня в мире нет ни одной отрасли науки и техники, которые развивались бы так стремительно, как информатика. Каждые два года происходит смена поколений аппаратных и программных средств вычислительной техники. Сегодня любой человек понимает, что наступило время больших потоков информации. Поэтому претендент на престижную работу должен обладать не только профессиональными знаниями, но и свободно владеть информационными технологиями, знать персональный компьютер, что как раз и дает изучение информатики.

Чтобы успевать за развитием технической базы предмета информатики, необходимо непрерывное самообразование и самосовершенствование. Для профессионального применения средств информатики непременным условием является личная целеустремленность, постоянное и настойчивое желание осваивать новые знания и приобретать необходимые навыки. Именно поэтому будущему профессионалу (юристу, экономисту, инженеру и т. д.), чтобы на должном уровне выполнять свои обязанности, необходимы инструментарий и методология его применения для обработки информации, т. е. он обязан освоить фундаментальные понятия каждой из областей информатики, ориентироваться в их взаимосвязи, приобрести навыки практической работы с важнейшими техническими и программными средствами.

Одна из важнейших задач любой учебной дисциплины — научить обучаемого самостоятельно осваивать новые знания и приобретать необходимые навыки. Исходя из всего сказанного дисциплина «Информатика и программирование», читаемая для студентов специальности 315400 «Прикладная информатика в экономике», формулирует общие цели обучения:

1. Образовательная и развивающая цель — обучить студентов начальным теоретическим основам информатики, алгоритмизации и программирования, вооружив их базовыми умениями и навыками, необходимыми для прочного и сознательного усвоения этих знаний. Главная задача — формирование черт личности, определяющих общее умственное развитие, развитие их мышления и творческих способностей.

2. Практическая цель — вооружить студентов знаниями, умениями и навыками, которые обеспечивают подготовку к трудовой деятельности после окончания
ВУЗа. Это означает, что курс «Информатика и программирование» не только знакомит с основными понятиями теоретической информатики, теорией алгоритмов и языком программирования TURBO PASCAL, но и уделяет достаточное внимание практической ориентации.

3. Воспитательная цель — формировать информационную культуру студентов, их научное мировоззрение, культуру умственного труда, умение планировать свою работу, рационально ее выполнять, критически соотносить план работы с реальным его выполнением. Одной из основных задач является адаптировать студентов первого курса к требованиям и отличительным особенностям процесса обучения в ВУЗе.

Дисциплина «Информатика и программирование» ставит своей задачей воспитание информационной культуры студентов через достижение первого уровня компьютерной грамотности с явно выраженной фундаментальной компонентой.

Часть I ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

Глава 1 ИНФОРМАЦИЯ И ОБЩЕСТВО

Стоит заметить, что с момента выделения первобытных людей из мира животных и во все последующие тысячелетия их общественного проживания роль коммуникаций при решении совместных вопросов только возрастала. Сейчас любые совместные действия, решение любой задачи, в которой участвует более одного человека, требуют обмена информацией, представленной в форме понятной всем участникам.

1.1 Развитие информационного общества

Прогресс человечества связан с ростом промышленных, энергетических, технологических и других ресурсов, что вызывает увеличение общего объема информации, причем этот объем растет с течением времени значительно быстрее, чем население земного шара и его материальные потребности.

Для характеристики информационного обеспечения любого исторического этапа развития человечества выделим несколько параметров:

1. Организация передачи информации в пространстве, т. е. распространение информации с целью обеспечения доступа к ней людей (потребителей), удаленных друг от друга. Она характеризуется скоростью распространения информации.

2. Организация передачи информации во времени, т. е. накопление и хранение информации в интересах будущих поколений потребителей.

3. Организация обработки информации, т. е. преобразование имеющейся информации с целью ее использования для решения задач практики — управления, обучения, создания новой информации.

Из истории известны четыре информационных барьера, приведших к преобразованию общественных отношений из-за глубоких, кардинальных изменений в сфере информационных технологий:

1. Изобретение письменности (приблизительно 5 тыс. лет до нашей эры) позволило передавать знания. Противоречие состояло в том, что человечеству требовалась возможность сохранять во времени накопленные опыт и знания. До этого единственным хранилищем информации являлся мозг человека. Передача информации была связана с механическим перемещением самого человека и, следовательно, скорость передачи была весьма низкой, а передача ненадежной. Обработка информации также производилась человеком.

2. Книгопечатание (15 век) привело к возможности накопления и широчайшему использованию знаний. Появление цехов, мануфактур, т. е. развитие производства потребовало большого числа образованных людей, способных управлять этим производством. Противоречие состояло в том, что количество источников информации — рукописных книг, рукописей — не могло обеспечить обучение большого количества людей. Скорость распространения информации стала определяться скоростью механического перемещения ее бумажного носителя. Обработка производилась человеком.

3. Электричество, радио, телефон, телеграф (конец 19 века — начало 20 века) изменили скорость обмена информацией и расширили возможности ее накопления. Противоречие — бурное развитие промышленности, ее монополизацию не устраивали скорости распространения знаний и делового обмена информацией. Появились и иные устройства хранения информации — фотография, кино, магнитная запись. Без существенных изменений оставалась лишь ситуация, связанная с переработкой информации, — эту функцию по-прежнему выполнял человек.

4. ЭВМ (вторая половина 20 столетия) привели к информатизация общества посредством автоматизации процессов передачи, хранения и выдачи данных. Противоречие — общие объемы информации, которыми располагало человечество, выросли настолько, что суммарной пропускной способности человеческого мозга оказалось недостаточно для ее переработки. Решение — создать информационные системы, в которых осуществляется обработка информации на основе разработанных информационных технологий. Варианты решения появились в 1945–1948 гг. в результате появления первой цифровой вычислительной машины и разработок К. Шеннона математических принципов кодирования и передачи информации, а также его предложения метода объективного измерения количества информации. Внедрение в жизнь данных разработок позволило автоматизировать информационный процесс, что привело к резкому увеличению скорости обмена данными и возможностей ее накопления и обработки, к хранению больших массивов информации в компьютерных сетях с возможностями мгновенного обращения к ним, в том числе и через системы электронных коммуникаций.

1.2 Основные понятия и определения

F Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

F Информационная система — взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

F Информационная технология — процесс использования совокупности средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления.

Таким образом, информатизация общества предполагает производство информационных продуктов на основе информационных ресурсов.

К информационным ресурсам относятся:

– отдельные документы и отдельные массивы документов;

– документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных и др.).

Информационные ресурсы являются базой для создания информационных продуктов.

F Информационный продукт — совокупность данных, сформированная производителем для распространения в вещественной или невещественной формах. Храниться информационный продукт должен на материальном носителе.

Предоставление информационного продукта пользователю является информационной услугой и осуществляется через рынок. На информационном рынке, как и на любом другом экономическом рынке, даются ответы на три вопроса:

1. Что желает потребитель — какой продукт или услугу и по какой цене.

2. Где находятся информационные ресурсы — кто ими владеет, сколько они стоят, насколько они доступны.

3. Каким образом осуществлять производство и продажу данного информационного продукта — производственный, экономический, финансовый и технологический аспекты информационной деятельности.

F Рынок информационных продуктов и услуг — система экономических, правовых и организационных отношений по производству и торговле продуктами интеллектуального труда на коммерческой основе.

1.3 ИНФОРМАТИКА И ЕЕ ЗАДАЧИ

Информатизация общества вызвала к жизни новую область деятельности, которая определяет общие принципы представления и преобразования информации, теорию работы устройств передачи, приема, преобразования, обработки и хранения информации, а также ее практическую реализацию. Эта область получила название информатика.

Термин информатика был заимствован из французского языка как результат сложения двух французских слов: information (информация) и automatique (автоматика).

Начиная разговор о термине информатика, необходимо привести слова академика Н. Н. Моисеева: «Зародившись в недрах науки о процессах управления — кибернетики, информатика … буквально на наших глазах из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи средств вычислительной техники превращается в фундаментальную естественную науку об информации и информационных процессах в природе и обществе». Поскольку сегодня информационный подход все более начинает восприниматься как общенаучный метод познания природы и общества, широчайшие приложения информатики становятся ее важной особенностью. Эти приложения включают все виды общественной деятельности: производство; управление; науку; образование; проектные разработки; торговлю; денежно-кассовые операции; медицину; криминалистику; охрану окружающей среды и др., а также быт, личную деятельность. Информатика изучает то общее, что свойственно всем многочисленным разновидностям конкретных информационных процессов (технологий). Эти информационные процессы и технологии и есть объект информатики.

Предмет информатики определяется многообразием ее приложений. Различные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности, имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой. Тем самым образуются различные направления предметной области информатики, базирующиеся на разных наборах операций и процедур, различных видах кибернетического оборудования, разных информационных носителях и т. п.

Структурная схема предметной области информатики включает четыре раздела (рис. 1): теоретическая информатика, средства информатизации, информационные технологии, социальная информатика.

F Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с изучением и практической реализацией процессов и методов накопления, обработки и передачи информации средствами вычислительной техники и взаимодействием этих средств со средой применения.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки и технологии, техники и производства, связанных с преобразованием и производством информации с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Понятие информатика неразрывно связано с информационной системой, которая является средой реализации соответствующей информационной технологии. Информационная система немыслима без технической базы и персонала, взаимодействующего с телекоммуникациями и компьютерами. Поэтому основными направлениями деятельности информатики являются:

Рис. 1 Структура преметной области информатики

1. Аппаратное обеспечение средствами вычислительной техники.

2. Алгоритмическое и программное обеспечение средств вычислительной техники.

3. Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения.

4. Средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением.

Взаимодействие обеспечивается соответствующими методами и средствами, которые называют интерфейсом (пользовательский, аппаратный, программный, аппаратно-программный).

Информатику в узком смысле можно представить трехкомпонентной структурой (рис. 2).

Рис. 2 Трехмерная структура информатики

То есть по своей структуре информатика представляет собой единство трех взаимосвязанных частей:

– теоретическая информатика;

– технические средства (hardware);

– алгоритмические средства (brainware) и программные средства (software).

Теоретическая информатика:

1. Как фундаментальная наука:

– выявляет и формулирует общие законы, касающиеся информации и информационных процессов;

– определяет принципы функционирования технических систем, связанных с информационными процессами и обработкой информации;

– разрабатывает методологию создания и использования информационных моделей.

2. Как прикладная дисциплина:

– обеспечивает непосредственное создание информационных систем и программного обеспечения для них;

– осуществляет использование информационных систем для решения практических задач.

В качестве основного технического средства информатизации выступает электронно-вычислительная техника (ЭВМ), в частности массовое распространение получили персональные компьютеры (ПК).

Задачами информатики являются:

– разработка и производство современных средств вычислительной техники;

– систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами;

– проектирование и внедрение прогрессивных технологий обработки информации;

– информатизация общества и повышение уровня его информационной культуры.

Цель информатики состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

В качестве практических приложений можно выделить следующие основные направления деятельности информатики:

– архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

– интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратными и программными средствами);

– программирование (приемы и методы преобразования структур данных);

– защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

– автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

– стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как реализовать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Как сделать данную операцию эффективно — вот основной вопрос.

Глава 2 ИНФОРМАЦИЯ

2.1 Понятие информации

Понятие информации раскрывается через составляющие, представленные на рис. 3.

Рис. 3 Схема понятия информации

Термин информация происходит от латинского слова information — разъяснение, осведомление, изложение.

В настоящее время существует много определений понятия информация. С философской точки зрения информация есть отображение реального мира, с прагматической — это все сведения, являющиеся объектом получения, хранения, передачи, преобразования и использования. Существует субъективное определение информации как знаний человека, которые он получает из различных источников. В этом случае необходимо признать, что в качестве внутреннего средства хранения информации используется память человека, а в качестве внешних средств хранения информации используются различные носители — бумага, магнитные покрытия и т. д. Человек получает информацию из внешнего мира с помощью всех своих органов чувств. В сегодняшнем мире человеку добывать, обрабатывать и хранить знания уверенно помогают машины, между которыми происходят информационные обмены. Обмен информацией между техническими системами можно рассматривать как взаимодействие двух «черных ящиков», главными характеристиками которых является входная и выходная информация. Поэтому, с точки зрения кибернетики, информацией является содержание передаваемых сигнальных последовательностей.

В дальнейшей работе мы будем придерживаться обобщенного определения:

F Информация — это сведения об объектах, процессах или явлениях окружающей среды, полученные человеком непосредственно или с помощью технических средств, уменьшающие степень неопределенности, неполноты знаний о них.

Из определения следует (рис. 4):

1. Существует источник информации (объект, процесс или явление окружающей среды).

2. Существует получатель информации (человек или техническое устройство, преобразующее получаемую информацию для человека).

3. Происходит взаимодействие двух материальных объектов (источника и получателя).

4. В результате взаимодействия у получателя образуются сведения об источнике (данные об объекте).

5. Вновь полученные данные сравниваются с уже имеющимися сведениями (хранимыми в памяти).

6. Информацией становится та часть вновь полученных данных, которая дополняет уже имеющиеся сведения.

Рис. 4 Схема получения информации

В материальном мире все объекты взаимодействуют. Любое взаимодействие материальных объектов имеет материальную или энергетическую природу и осуществляется посредством материального носителя — сигналов, распространяющихся в пространстве и времени.

F В общем случае сигнал это изменяющаяся во времени характеристика носителя, например, энергетические колебания.

Достигая любого другого материального объекта сигналы данного объекта вызывают изменения в его энергетическом поле. Если изменения энергетического поля существуют и после прекращения воздействия сигнала, то такие сигналы называют статическими (например, запись на магнитный диск). Если изменения энергетического поля происходят лишь на время действия сигнала, то это динамический сигнал.

Если введена шкала измерения характеристики носителя, т. е. сигнала, то значение характеристики носителя называется параметром сигнала. Например, при использовании в качестве материального носителя электрического тока параметрами могут быть частота и амплитуда электрических колебаний.

2.2 Информационные сигналы

Параметры сигнала и, соответственно, сообщения, являющиеся носителями информации, изменяются во времени или непрерывно или дискретно (рис. 5).

Рис. 5 Дискретные и непрерывные сигналы

F Сигнал называется аналоговым (или непрерывным), если его параметр может принимать любое значение в пределах некоторого интервала (параметр является непрерывной функцией времени).

Пусть — значение параметра сигнала, а — время. Тогда зависимость будет непрерывной функцией.

Примерами непрерывных сигналов являются речь и музыка, изображение, показание термометра и т. д.

F Cигнал называется дискретным, если его параметр может принимать конечное число значений в пределах некоторого интервала.

Как следует из определения, дискретные сигналы могут быть описаны конечным множеством значений параметра .

Примерами устройств, использующих дискретные сигналы, являются часы, цифровые измерительные приборы, книги и т. д.

Принципиальным и важнейшим различием непрерывных и дискретных сигналов является то, что дискретные сигналы можно обозначить, т. е. приписать каждому из конечного числа возможных значений сигнала знак, который будет отличать данный сигнал от другого.

F Знак — это элемент некоторого конечного множества отличных друг от друга сущностей.

Природа знака может быть любой — жест, рисунок, буква, сигнал светофора, определенный звук и т. д.

F Вся совокупность знаков, используемых для представления дискретной информации, называется набором знаков.

F Набор знаков, в котором установлен порядок их следования, называется алфавитом.

Таким обраом, алфавит — это упорядоченная совокупность знаков.

Поскольку при передаче сообщения параметр сигнала должен меняться, очевидно, что минимальное количество различных его значений равно двум и, следовательно, алфавит содержит минимум два знака. Такой алфавит называется двоичным.

Знаки, используемые для обозначения фонем человеческого языка, называются буквами, а их совокупность — алфавитом языка.

Сами по себе знак или буква не несут никакого смыслового содержания. Если знаку или букве приписано смысловое содержание, то такой знак или буква называются символом.

Таким образом, понятия знак, буква, символ нельзя считать тождественными. Однако на практике весьма часто различия между ними не проводят.

2.3 Преобразование сообщений

Сигналы и сообщения являются материальными оболочками для передаваемых данных. Естественно возникает вопрос: что произойдет с содержимым (с данными) при изменении оболочки? Поскольку имеется два типа сообщений (непрерывное и дискретное), между ними возможны четыре варианта преобразований (рис. 6).

Рис. 6 Варинаты преобразования сообщений

Осуществимы и применяются на практике все четыре вида преобразований.

Дата добавления: 2014-01-07