Вопрос №1. Информатика как наука о технологии обработки информации. Информация: определение, формы представления. Сигналы и данные. Основные структуры данных.

Информатика – самостоятельная научная дисциплина, предметом которой стали свойства информации, её поведение в техногенных, социальных и биологических системах, а так же методы и технологии, ориентированные на сбор, обработку, хранение и передачу информации.

Группа вопросов:

• Технические

• Семантические (описание смысла информации)

• Прагматические (методы кодирования информации)

• Синтаксические (решение задач по автоматизации, формализации)

В структуре информатики выделяют:

• Алгоритмическую область;

• Программную область;

• Техническую область.

Информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств.

Формы представления:

• Тестовая

• Числовая

• Графическая

• Звуковая

• Видео

Сигнал – изменяющийся во времени физический процесс, несущий информацию.

Данные – информация, предназначенная для обработки ее техническими средствами.

Структура данных:

• Линейные (списки)

• Табличные (таблицы, матрицы)

• Иерархические (почтовые адреса)

Вопрос №2. Адекватность информации. Формы адекватности информации. Качество информации: определение, формы представления. Показатели качества.

Адекватность информации – это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученного информационного образа реального объекта.

Формы адекватности:

• Семантическая (смысл)

• Синтаксическая (не затрагивает смысловое содержание)

• Прагматическая (потребитель)

Качество информации – это возможность и эффективность использования информации обуславливаются такими основными её потребительскими показателями качества, как:

• Репрезентативность;

• Содержательность;

• Достаточность;

• Доступность;

• Своевременность;

• Актуальность;

• Точность;

• Достоверность;

• Устойчивость.

Вопрос №3. Меры информации. Классификация мер. Количество информации (вероятностный и объемный подходы). Энтропия.

Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации.

Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Семантическая мера информации используется для измерения смыслового содержания информации. Наибольшее распространение здесь получила тезаурусная мера, связывающая семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Тезаурус — это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.

Прагматическая мера информации определяет ее полезность, ценность для процесса управления. 

Количеством информации называют числовую характеристику сигнала, отражающую ту степень неопределенности, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала.

Вероятностный подход.

За единицу информации принимается такое количество информации, которое содержит сообщение уменьшающее неапределённость в 2 раза. Такая единица называется «бит».

Существует формула, которая связывает между собой количество возможных событий – N, и количество информации – I: N=2^I

I=log₂ N – формула Хартли. Она применяется, если события равновероятны.

Количество информации для событий с различными вероятностями определяется по формуле Шеннона:

I – количество информации, N – количество возможных событий, p_i – вероятность i-го события.

Объёмный подход.

При хранение и передаче информации с помощью технических устройств целесообразноотвлечься от содержания информации и рассматривать её как последовательность знаков.

Набор символов знаковой системы (алфавит), можно рассматривать как различные возможные события, тогда по формуле Хартли можно рассчитать какое количество информации несёт каждый символ.

Количество информации, которое закодировано с помощью знаковой системы, равно количеству знаков, умноженных на количество информации, которую несёт один знак.

Для удобства использования введены следующие единицы измерения информации:

1 байт = 8 бит; 1 килобайт = 1024 байт; 1 гигабайт = 1024 килобайт; 1 мегабайт = 1024 гигабайт

Энтропия – неопределенность состояния сигнала.

Информационная энтропия для независимых случайных событий x с n возможными состояниями (от 1 до n) рассчитывается по формуле:

H(x)=−∑i=1np(i)log2p(i)

Эта величина также называется средней энтропией сообщения. Величина log21p(i) называется частной энтропией, характеризующей только i-e состояние.

Вопрос №4. Система классификации информации. Понятие кодирования информации. Классификационное кодирование. Кодирование информации.

Классификация – система распределения объектов по классам в соответствии с определенным признаком.

Методы классификации:

• Иерархический (уровни);

• Фасетный (таблица);

• Дескрипторный (ключевые слова).

Кодирование – это выражение данных одного типа через данные другого типа.

Классификационное кодирование:

• Последовательное;

• Параллельное.

Вопрос №5. Кодирование различных форм представления информации (числовой, текстовой, графической, звуковой)

Числовое кодирование:

Сходство в кодировании числовой и текстовой информации состоит в следующем: чтобы можно было сравнивать данные этого типа, у разных чисел (как и у разных символов) должен быть различный код. Основное отличие числовых данных от символьных заключается в том, что над числами кроме операции сравнения производятся разнообразные математические операции: сложение, умножение, извлечение корня, вычисление логарифма и пр. Правила выполнения этих операций в математике подробно разработаны для чисел, представленных в позиционной системе счисления.

Основной системой счисления для представления чисел в компьютере является двоичная позиционная система счисления.

Кодирование графической информации:

Растор из определенного количества строк, которое содержит точки (пиксели).

• Растровое кодирование;

• Векторное кодирование.

Кодирование звука:

Оцифровка – это преобразование одинакового сигнала в цифровой код (дискретизация).

T – интервал дискретизации (с)

f=1/T – частота дискретизации (гц).

В основе кодирования звука с использованием персонального компьютера лежит процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электронного сигнала. Качество воспроизведения закодированного звука зависит от дискретизации и разрешения.

Кодирование текстовой информации:

Кодирование заключается в том, что каждому символу компьютерного алфавита ставится в соответствии уникальный десятичный код. В системе ASCII закреплены 2 таблицы кодирования: базовая и расширенная. ASCII – стандартный код информационного объема UNICODE – система основанная на 16-ти разрядном кодировании символов.

Вопрос №6. Представление информации в компьютере. Позиционные системы счисления, основание системы счисления, запись числа в виде многочлена, правила перевода чисел из одной системы счисления в другу. Формы представления чисел, представление информации в ЭВМ.

В ЭВМ применяется двоичная система счисления, т.е. все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц, поэтому компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в цифровой форме.

Система счисления – это правила записи числе с помощью специальных знаков (цифр), а также соответствующие правила выполнения операций с этими числами.

Позиционная система счисления: значение цифры определяется её позицией в записи числа.

Алфавит системы счисления – это используемый в ней набор чисел.

Основание системы счисления – это количество цифр в алфавите.

Разряд – это позиция цифр в записи числа.

Вопрос №7. Технические средства реализации информационных процессов. Функциональна организация компьютера (магистрально-модульный принцип построения компьютера). Принцип Дж. Фон-Неймана.

Персональный компьютер – это комплекс взаимосвязанных устройств, каждый из которых выполняет определенную функцию.

В основу архитектуры современных ПК положен магистрально-модульный принцип (позволяет самому комплектовать конфигурацию компьютера).

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Шина – лини связи, объединяющие устройства системы.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шину адреса и шину управления, которые представляют собой многопроводные линии.

 

К магистрали подключаются процессор и оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации, которые обмениваются информацией на машинном языке (последовательностями нулей и единиц в форме электрических импульсов).

  

Шина данных. По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству через области оперативной памяти.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передаётся по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Шина управления. По шине управления передаются сигналы, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления показывают, какую операцию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

 

Важнейшим аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализована магистраль обмена информацией, имеются разъёмы для установки процессора, слоты для установки оперативной памяти, а также контроллеров внешних устройств. 

Вопрос №8. Процессор: назначение, устройство, важнейшие характеристики.

Процессор – это транзисторная микросхема, которая является главным вычислительным и управляющим элементом компьютера.

Характеристики процессора:

• Тактовая частота;

• Разрядность.

Тактовая частота определяет быстродействие. Тактовая частота – это число вырабатываемых за одну секунду импульсов, синхронизирующих работу узлов компьютера. Тактовая частота измеряется в мегагерцах.

Разрядность – это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться процессором целиком.

Разрядность связана с размером специальных ячеек памяти, которые находятся в самом процессоре. Каждый процессор способен выполнять вполне определенный набор универсальных инструкций, называемых чаще всего машинными кодами.

Вопрос №9. Структура памяти компьютера. Внутренняя память. Виды внутренней памяти. Назначение. Устройство.

Память компьютера предназначена для хранения информации. В компьютере имеются два вида памяти: внутренняя и внешняя.

Внутренняя память:

1. Быстрая, энергозависимая память

1. Постоянное запоминающее устройство

1.2 Оперативное запоминающее устройство

1.3 Кэш-память

2. Постоянная память

2.1 BIOS

2.2 CMOS RAM

Оперативная память – это быстрое запоминающее устройство не очень большого объема, непосредственно связанное с процессором и предназначено для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Кэш – это очень быстрое ЗУ небольшого объема, которое используется при обмене данными между микропроцессором и оперативной памятью для компенсации разницы в скорости в обработки информации процессором и насколько менее быстро действующей оперативной памятью.

Постоянная память – это энергонезависимая память, используется для хранения данных, которые никогда не потребляют изменения.

BIOS – совокупность программ, предназначенных для автоматического тестирования устройств после включения питания компьютера и загрузки операционной системы в оперативную память.

CMOS RAM – это память с невысоким быстродействием и минимальным энергопотреблением от батарейки. Используется для хранения информации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы.

Вопрос №10. Внешняя память. Основные носители информации. Жесткий диск: назначение, устройство. Форматирование жесткого диска. Логическое устройство жесткого диска.

Внешняя память реализуется в виде довольно разнообразных устройств хранения информации и обычно конструктивно оформляется в виде самостоятельных блоков.

В состав внешней памяти компьютера входят:

• Накопитель на жестких магнитных дисках;

• Накопители на компакт-дисках;

• Накопители на магнитно-оптических компакт-дисках.

Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся в большой узкой скоростью.

Форматирование диска – создание логической и физической структуры диска. Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрированных дорожек, которые в свою очередь делятся на сектора.

Логическое строение диска представляют собой совокупность секторов, каждый из которых имеет свой порядковый номер. Сектора нумеруются в линейной последовательности от первого сектора нулевой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Вопрос №11. Функциональная организация компьютера (магистрально-модульный принцип построения компьютера). Принцип Фон-Неймана.

Фундаментальный принцип Дж. Фон-Неймана:

• Использование двоичной системы счисления;

• Компьютер состоит из процессора, памяти и внешних устройств;

• Принцип хранимой программы. Память компьютера состоит из ячеек, каждая из которых имеет свой уникальный адрес. Каждая ячейка хранит команду программы или единицу обрабатываемой информации;

• В любой момент времени процессор выполняет одну команду программы;

• Принцип последовательности выполнения команд, то есть процессор исполняет программу команда за командой, пока не получит команду остановится.

Вопрос №12. Программное обеспечение компьютера. Классификация программного обеспечения.

Совокупность программ, хранящихся в долговременной памяти персонального компьютера и предназначенных для массового использования, составляет программное обеспечение компьютера.

Всё множество программ, составляющих ПО ПК, можно разделить на три группы:

• Системные программы;

• Прикладные программы;

• Системы программирования.

Системное программное обеспечение:

• Базовое ПО

Минимальный набор программных средств, обеспечивающих разработку компьютера. Базовые программные средства входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах (ПЗУ).

• Сервисное ПО

Специальные программы, выполняющие некоторые дополнительные услуги системного характера (архивирование файлов, защита от вирусов). Эти программы называются утилитами.

Прикладные программы дают возможность пользователей непосредственно решать свои информационные задачи:

• Системы обработки текстов (текстовые процессоры);

• Системы компьютерной графики (графические редакторы).

Вопрос №13. Операционные системы. Состав операционных систем. Загрузка операционной системы. Драйверы устройств. Файловые системы.

Операционные системы – это комплекс программ, обеспечивающих пользователю и прикладным программам удобный интерфейс с аппаратными средствами компьютера.

1. Взаимодействие пользователя и аппаратных средств

2. Обмен данными между прикладными программами

3. Работу файловой системы

4. Запуск и выполнение прикладных программ

5. Обработку ошибок

6. Контроль за работой оборудования

7. Распределение ресурсов между несколькими работающими программами.

Состав ОС:

• Начальный загрузчик – небольшая программа, расположенная в самом первом секторе загрузочного диска.

• Система управления памятью.

• Система ввода и вывода – управляет внешними устройствами и файлами.

• Командный процессор – выполняет команды пользователя введение в командной строке, и командные файлы.

• Утилиты – служебные программы для проверки и настройки компьютера.

Основные этапы загрузки ОС:

• Подготовка жесткого диска

• Загрузка с установочного диска

• Определение параметров установки

• Следование инструкциям мастера установки

• Установка драйверов

• Активация ОС

• Настройка ОС

• Установка дополнительного ПО

Процесс загрузки ОС: BIOS −> MASTER BOOT −> MASTER BOOT −> Файлы ОС −> Программные модули ОС.

Драйверы – это программы специального типа, которые находятся в оперативной памяти и обеспечивают обмен данными между ядром ОС и внешними устройствами.

Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и каталогами независимо от их содержания, размера и типа.

Файловая система:

• Скрывает картину реального расположения информации во внешней памяти;

• Обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации компьютера;

• Обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.

Вопрос №14. Операционная система MS DOS. Составные части и загрузка MS DOS.

ОС MS DOS – дисковая операционная система, использующая командную строку для ввода команд и запуска программ с использованием клавиатуры.

MS-DOS состоит из следующих компонент:

1) блок начальной загрузки;

2) модуль взаимодействия с BIOS (io.sysдля версии 5.0 и выше);

3) модуль обработки прерываний (msdos.sysдля версии 5.0 и выше);

4) командный процессор (command.com);

5) внешние команды (программы) MS-DOS;

6) драйверы устройств;

7) файл config.sys;

8) файл autoexec.bat.

Начальная загрузка MS DOS:

• При включении ПК вначале выполняются программы BIOS;

• После тестирования и других действий процедура POST (из модуля BIOS) осуществляется поиск и загрузку блока начальной загрузки;

• Блок начальной загрузки производит поиск в корневом каталоге системного диска файлов IO.sys, MSDOS.sys (эти файлы должны быть первыми и именно в таком порядке).

• Блок начальной загрузки производит загрузку файла IO.sys и передает ему управление.

• IO.sys:

- Загружает и настраивает MSDOS.sys.

- Определяет состояние подключенных устройств.

- инициализирует подключенные устройства.

- загружает необходимые драйверы устройств, передает управление MSDOS.sys.

• MSDOS.sys:

- загружает драйверы, указанные в файле CONFIG.sysю

- загружает командный процессор (файл COMAND.com).

• Командный процессор (COMMAND,com) «выполняет» команды, указанные в файле autoexec.bat, выдает на экран монитора системную подсказку MS DOS и ожидает команд пользователя.

Вопрос №15. Электронные таблицы. Блоки, абсолютная и относительная адресация, запись чисел и формул в электронных таблицах. Функции: математические, статические. Условное (логические) функции. Сортировка данных. Фильтрация данных в списке.

Электронные таблицы – это прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки различных данных, представимых в табличной форме.

Ячейка – это область, определяемая перечислением столбца и строки в электронной таблице.

Адрес ячейки определяется названием столбца и номером строки.

Ссылка – способ указания адреса ячейки.

Блок ячеек – любая прямоугольная область таблицы.

Относительная ссылка используется для указания адреса ячейки, вычисляемого относительно ячейки, в которой находится формула. При перемещении или копирования формулы из активной ячейки относительно ссылки автоматически обновятся в зависимости от нового положения формулы.

Абсолютная ссылка в формуле используется для указания фиксированного адреса ячейки. При перемещении или копировании формулы абсолютные ссылки не изменяются. В абсолютных ссылках перед неизменяемыми значениями адреса ячейки ставится знак $.

Функции используются для выполнения стандартных вычислений в рабочих книгах. Значения, которые используются для вычисления функций, называются аргументами. Значения, возвращаемые функциями в качества ответа, называются результатами.

Функции табличного процессора подразделяются на:

• Математические (sin, cos, сложение, умножение)

• Статические (максимальное значение, минимальное, наибольшее или наименьшее)

• Логические (если, и, или, истина, ложь)

• Дата и время и др.

Сортировка – это процесс упорядочения строк в таблице (по возрастанию или убыванию).

Фильтрация данных в электронных таблицах происходит за счет функции фильтр.

Вопрос №16. Основы логики. Объекты алгебры логики. Логические операции. Таблицы истинности.

Алгебра логики возникла в середине 19 века в трудах английского математика Джорджа Буля. Ее создание представляло собой попытку решать традиционные логические задачи алгебраическими методами.

Простые высказывания в алгебре логики обозначаются заглавными буквами латинского алфавита. Истина – 1, ложь – 0.

Составные высказывания на естественном языке образуются с помощью союзов, которые в алгебре высказываний заменяются на логические операции.

Конъюнкция – логическое умножение (/\), союз «и».

Дизъюнкция – логическое сложение (\/), союз «или».

Инверсия – логическое отрицание (А), «не».

Импликация – логическое следование (=>), «если..., то…).

Эквиваленция – логическая равнозначность ().

Алгоритмы построения таблицы истинности:

• Подсчитать количество переменных n в логическом выражении.

• Определить число строк в таблице, которое ровно

• Подсчитать количество операций в логических выражениях и определить количество столбцов в таблице.

Вопрос №17. Понятие алгоритма. Исполнитель алгоритма. Свойства алгоритмов. Формы записи алгоритмов.

Алгоритм – это точное описание порядка действий, которые должен выполнить исполнитель для решения задачи за конечное время.

Исполнитель – это устройство или одушевленное существо, способное понять и выполнить команду, составляющие алгоритмы.

Свойства алгоритмов:

• Дискретность – алгоритм состоит из отдельных команд, каждая из которых выполняется за конечное время.

• Детерминированность – при каждом запуске алгоритма с одними и теми же исходными данными получается один и тот же результат.

• Понятность – алгоритм содержит только команды, входящие в систему команд исполнителя.

• Конечность – для конкретного набора данных алгоритм должен завершаться через конечное время.

• Корректность – для допустимых исходных данных алгоритм должен приводить к правильному результату.

Способы записи алгоритмов:

• Естественный язык;

• Псевдокод.

Вопрос №18. Технологии программирования на языке паскаль. Случайные числа.

Program qq;

Begin

End.

Переменные – это величина, имеющая имя, тип и значение. Значение переменной можно изменить во время работы программы.

Тип переменной:

• Область допустимых значений;

• Допустимые операции;

• Объем памяти;

• Формат хранения данных;

• Для предотвращения случайных ошибок.

Вопрос №19. Ветвление, полная и неполная форма, вложенный условный оператор, множественный выбор.

Условный оператор в Паскале — if — служит для организации хода задачи таким образом, при котором изменяется последовательность выполнения операторов в зависимости от какого-либо логического условия. Логическое условие может принимать одно из двух значений: либо true (истина), либо false (ложь), соответственно, оно может быть либо истинным, либо ложным.

 Ветвление – это такая форма организации действий, при которой в зависимости от выполнения или невыполнения некоторого условия совершается либо одна, либо другая последовательность действий. В Паскале ветвление организуется с помощью двух операторов: условный оператор IF и оператор выбора CASE. 

Выбор направления исполнения программы может определяться несколькими условиями. В таких случаях можно использовать вложенные условные операторы или построение сложных условий с помощью логических операций.

Построение сложных условий

Для построения сложных условий в условных операторах применяются логические операции, объединяющие выражения отношения.

Сформулируем правила для построения сложных условий:

1. Сложное условие строится с учетом приоритетов логических операций и скобок.

2. Операции отношения в языке Паскаль имеют низший приоритет, поэтому в сложном условии они берутся в скобки.

3. Если в сложном условии используются операции равного приоритета, то они выполняются последовательно слева направо.

Задача. на вход программе поступает натуральное число. Необходимо выяснить является ли оно двухзначным.

Решение. Очевидно, один из возможных способов решения задачи может быть оформлен путем проверки двух условий, выполняющихся одновременно: х >= 10 и x < 100.

{Фрагмент кода программы}

read(x);

if (x >= 10) and (x < 100) then

writeln ('Число двухзначное')

else

writeln ('Число не двухзначное');

Достаточно часто при составлении программ необходимо сделать выбор из достаточно большого количества вариантов. Команду IF в данном случае использовать не рационально. И тут на помощь к программистам приходит команда множественного выбора CASE. Оператор выбора работает следующим образом. В зависимости от того, какое значение принимает переменная, выполняется тот или иной блок действий. В случае если переменная не принимает ни одно из перечисленных значений, “работает” ветвь “ELSE” Но эта ветвь может и отсутствовать, в этом случае просто ничего не выполняется. У множественного ветвления есть ограничения; в роли переменной может выступать только переменная порядкового типа. Но есть и положительные стороны — в качестве значений можно указывать целый диапазон.

Вопрос №20. Циклические алгоритмы. Цикл с условием. Цикл с параметром.

При решении задач может возникнуть необходимость повторить одни и те же действия несколько или множество раз. В программировании блоки кода, которые требуется повторять не единожды, оборачиваются в специальные конструкции – циклы. У циклов выделяют заголовок и тело. Заголовок определяет, до каких пор или сколько раз тело цикла будет выполняться. Тело содержит выражения, которые выполняются, если в заголовке цикла выражение вернуло логическую истину (True, не ноль). После того как достигнута последняя инструкция тела, поток выполнения снова возвращается к заголовку цикла. Снова проверяется условие выполнения цикла. В зависимости от результата тело цикла либо повторяется, либо поток выполнения переходит к следующему выражению после всего цикла.