Глава 1. Основы информационных технологий

1. Информация, ее виды. Свойства информации. Способы передачи информации. Кодирование информации, представление информации в компьютере. Файл. Измерение объемов информации.

ИНФОРМАЦИЯ — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы в процессе жизнедеятельности и работы. Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений, несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объем сообщения. ВИДЫ ИНФОРМАЦИИ. Основные виды информации по ее форме представления, способам ее кодирования и хранения, что имеет наибольшее значение для информатики, это: 1) Графическая или изобразительная — первый вид, для которого был реализован способ хранения информации об окружающем мире в виде наскальных рисунков, а позднее в виде картин, фотографий, схем и др. материалах, изображающих картины реального мира; 2) Звуковая. Ее разновидностью является музыкальная информация — для этого вида был изобретен способ кодирования с использованием специальных символов, что делает возможным хранение ее аналогично графической информации; 3) Текстовая — способ кодирования речи человека специальными символами — буквами, причем разные народы имеют разные языки и используют различные наборы букв для отображения речи; особенно большое значение этот способ приобрел после изобретения бумаги и книгопечатания; 4) Числовая — количественная мера объектов и их свойств в окружающем мире; особенно большое значение приобрела с развитием торговли, экономики и денежного обмена; аналогично текстовой информации для ее отображения используется метод кодирования специальными символами — цифрами, причем сис-темы кодирования (счисления) могут быть разными; 5) Видеоинформация — способ сохранения «живых» картин окружающего мира, появившийся с изобретением кино. Существуют также виды информации, для которых до сих пор не изобретено способов их кодирования и хранения — это тактильная информация, передаваемая ощущениями, органолептическая, передаваемая запахами и вкусами и др. ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ на большие расстояния первоначально использовались кодированные световые сигналы, с изобретением электричества — передача закодированного определенным образом сигнала по проводам, позднее — с использованием радиоволн. Особым видом информации в настоящее время можно считать информацию, представленную в глобальной сети Интернет. Постоянно совершенствуется программное обеспечение, обеспечивающее коллективную работу с информацией всех видов Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами. Действия с информацией: создавать, принимать, комбинировать, хранить, передавать, копировать, обрабатывать и т.д. Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами. СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ. Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенностью информации является дуализм: на свойства информации влияют как свойства исходных данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информацию. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и пр. Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п. Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Полезность (ценность) информации. Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации. (Кумуляция – от лат. cumulatio – увеличение, скопление). Старение информации заключается в уменьшении ее ценности с течением времени. Старит информацию не само время, а появление новой информации, которая уточняет, дополняет или отвергает полностью или частично более раннюю. Логичность, компактность, удобная форма представления облегчает понимание и усвоение информации. ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ потребителю используются устройства вывода, называемые периферийными устройствами (или периферией), которые в зависимости от вида сигнала-носителя информации делятся на устройства вывода на бумажный носитель и устройства вывода на электронный носитель. Кодирование – процесс представления данных последовательностью символов. Имеются и такие системы знаков, для которых нет какого-то общепринятого порядка, то есть, нет алфавита. К таким системам относятся язык жестов, язык цветов, знаки генетического кода и т.д.

«Компьютерный алфавит» состоит только из двух символов 0 и 1. Это связано с тем, что устройства, которые могут принимать только два устойчивых состояния: намагничено (1) – не намагничено (0), высокое напряжение (1) – низкое напряжение (0) и т.д., являются самыми надежными и дешевыми. В современной электронике развитие аппаратной базы компьютеров идет именно в этом направлении. Поэтому предварительно вся информация, представленная в компьютере, и текстовая, и графическая, и звуковая должна пройти оцифровку. Оцифровка – приведение чего-либо к числовому виду или кодирование чего-либо с помощью чисел. Файл — именованная область памяти, в которой может храниться определенный объем информации. Каждый файл имеет ряд свойств: Имя файла — последовательность символов. Расширение имени файла — последовательность символов, продолжающая имя файла через точку, к примеру документ.DOC, каждая программа имеет файлы с определенным расширением. Атрибуты — параметры файла, определяющие его состояние или какие - либо дополнительные свойства. Чтобы узнать объём, размер файла, необходимо зайти в его «свойства».

Компьютер воспринимает всю информацию через нули и единички. Бит – это минимальная единица измерения информации, соответствующая одной двоичной цифре («0» или «1»). Байт состоит из 8 бит. Используя один байт, можно закодировать один символ из 256 возможных (256 = 2⁸). Таким образом, один байт равен одному символу, то есть 8 битам: 1 символ = 8 битам = 1 байту. Изучение компьютерной грамотности предполагает рассмотрение и других, более крупных единиц измерения информации. ТАБЛИЦА БАЙТОВ: 1 байт = 8 бит; 1 Кб (1 Килобайт) =  2¹⁰ байт = 1024 байт; 1 Мб (1 Мегабайт) = 2²⁰ байт = 1024 килобайт; 1 Гб (1 Гигабайт) =   2³⁰ байт = 1024 мегабайт; 1 Тб (1 Терабайт) =    2⁴⁰ байт = 1024 гигабайт; 1 Пб (1 Петабайт) =   2⁵⁰ байт = 1024 терабайт и т.д.

2. Техн. обработки текст. Инф-и, текстовые редакторы и процессоры. Осн. эл-ты док-та. Процессор MS Word: назнач., функц. воз-ти (набор и редактирование алфавитно-цифровой инф-и; формат-е символов, абзацев; созд. и модификация списков, таблиц, иллюстраций; технология OLE; установка параметров страниц, работа с колонтитулами, сносками; предварительный просмотр и печать документа; исп-е средств проверки правописания, подбора синонимов; автомат. перенос слов; прим-е стилей, автосоставление оглавления и предметных указателей; созд-е и прим-е шаблонов).

Текстовая информация может возникать из различных источников и иметь различную степень сложности по форме представления. В зависимости от формы представления для обработки текстовых сообщений используют разнообразные информационные технологии. Чаще всего в качестве инструментального средства обработки текстовой электронной информации применяют текстовые редакторы или процессоры. Они представляют программный продукт, обеспечивающий пользователя специальными средствами, предназначенными для создания, обработки и хранения текстовой информации. Текстовые редакторы и процессоры используются для составления, редактирования и обработки различных видов информации. Отличие текстовых редакторов от процессоров заключается в том, что редакторы, как правило, предназначены для работы только с текстами, а процессоры позволяют использовать и другие виды информации.

Основные элементы документа: верхнее, нижнее, левое, правое поля, логическая страница документа (внутри определенных полей), физическая страница документа (полностью весь документ), полоса выделения (область по краям документа), границы области текста, текст (рисунки ,таблицы, диаграммы).

Текст-й процессор Word является редактором текстов и док-в. Входит в состав программного пакета Ms Office. Запуск текстового редактора: Пуск -> Программы -" Microsoft Word.

Элементы окна Word:1)строка заголовка; 2)строка главное меню: файл(команды работы с документом), правка (редактирование), вид (представл. на экране) формат(форматирование), сервис(лексико-грамматическая обработка документа), таблица, окно; 3)панель инструментов (стандартная, панель форматирования); 4)масштабная линейка (над документом); 5)полосы прокрутки; 6)строка состояния;7)панель инструментов Рисование;8)рабочее поле текст.редактора;9)кнопки для режимов просмотра.

Функциональны возможности: набор и редактирование алфавитно-цифровой информации; форматирование символов, абзацев; создание и модификация (изменение) списков, таблиц, иллюстраций; технология OLE; установка параметров страниц, работа с колонтитулами, сносками; предварительный просмотр и печать документа; использование средств проверки правописания, подбора синонимов; автоматический перенос слов; применение стилей, автоматическое составление оглавления и предметных указателей; создание и применение шаблонов).

Форматирование символов: Изменение шрифта текста документа выполняется по основным направлениям: -Изменение имени шрифта; -Выбор стиля шрифта (начертания ); -Установка размера шрифта; -Определение способов подчеркивания текста. -Выбор цвета. Для установки шрифта используются значки панели форматирования или с помощью окна "Шрифт".

Форматирование абзацев: Под абзацем в текстовом процессоре Word понимается фрагмент текста, который заканчивается там, где нажата клавиша (Ввод), в конце текста проставляется маркер конца абзаца - символ (пи1,. он на печати невиден. Форматирование абзаца включает:-Выбор шрифта абзаца, определение его размера и стиля; -Выравнивание абзаца или блока текста; -Установку абзацных отступов; -0пределение межстрочных интервалов и интервалов между абзацами; -Обрамление текста. Окно " Абзац".

Форматирование страниц: -Изменение размера и ориентации страницы;

-Установка границ текста на странице, -Установка разрывов страниц;

-Разбивка документа на разделы; -Создание колонтитулов ;-Нумерация страниц.

Word поддерживает OLE (технология связывания и внедрения объектов в другие документы и объекты), подключаемые модули сторонних разработчиков, шаблоны и многое другое

Вставка символа: Вставка -Символ, появится окно "Символ", щелкнув мышью по требуемому символу, вставить в текст с_ помощью кнопки _ "Вставить" в окне "Символ" и нажать кнопку "Закрыть".

Вставка надписи: Объект, Вставка -Объект - из окна "Вставка объекта" выбирается пункт MS Clip Gallery. Здесь выбираем по вкладкам Графики, Картинки, Звуки, Видео. Затем щелкаем по кнопке "Вставить".

Вставка фигурного текста WordArt: Вставка - Рисунок - Объект WordArt или с помощью пиктограммы-кнопки "Добавить объект WordArt".

Вставка математических формул MS Equation3.0: Вставка - Объект -MS Equation 3.О. Форматирование документа по шаблонам. С их помощью создаются наиболее распространенные документы. Файл - Создать. В окне "Создание документа" указывается нужный шаблон.

3. Техн-и обработки инф-и в электр. таб-х. Табл. процессор MS Excel: назначение, функциональные возможности (ввод и редактирование чисел, дат и времени, текста и формул; автозаполнение; оформление таблиц и печать итоговых документов; создание списков данных, сортировка и фильтрация записей).

При работе с документами в офисе приходится сталкиваться с таблицами. Работать с таблицами можно и в текстовом редакторе, но они не позволяют производить расширенную сортировку, устанавливать связи между ячейками и многое другое, необходимое при работе с числовыми табличными данными. Для этой цели служит специальный редактор, предназначенный для работы с табличной информацией – программа - электронная таблица.

Электронные таблицы – это программа для создания и использования документов с автоматическим расчетом вносимых данных.

Microsoft Excel – это программа обработки электронных таблиц, которая может быть использована для организации сложных расчетов, представления табличных данных виде диаграмм, проведения сортировки и манипулирования большими объемами информации.

Главное достоинство электронных таблиц – возможность мгновенного пересчета всех данных, связанных формульными зависимостями при изменении значения любого операнда.

функциональные возможности ЭТ - ввод и редактирование чисел, дат и времени, текста и формул; автозаполнение; оформление таблиц и печать итоговых документов; создание списков данных, сортировка и фильтрация записей.

Формулы в электронных таблицах. Формула должна начинаться со знака равенства и может включать в себя числа, имена ячеек, функции и знаки математических операций. В процессе ввода формулы она отображается как в самой ячейке, так и строке формул. После окончания ввода в ячейке отображается не сама формула, а результат вычислений по этой формуле. В формулах используются ссылки на адреса ячеек. Ссылки – абсолютные, относительные ,смешанные.

Относительные ссылки – ссылки на ячейки в формуле изменяются в соответствии с новым положением скопированной формулы.

Абсолютные ссылки - используются для указания фиксированного адреса ячейки. В абсолютных ссылках перед именем столбца и номером строки ставится знак $.

Смешанные ссылки - в формулах можно использовать смешанные ссылки, в которых координата столбца абсолютная, а строки – относительная, или, наоборот, координата столбца относительная, а строки – абсолютная.

Функции разделены на категории – дата и Время, Математические, Статистические, Текстовые, Логические и др. аргументы функций заключаются в скобки и записываются после имени функции.

Для наглядного представления числовых данных электронные таблицы Excel позволяют строить диаграммы. Диаграмма – условное графическое отображение числовых данных и их соотношений, выполненное геометрическими средствами. Электронные таблицы Excel позволяют строить диаграммы различных типов: гистограмма, линейчатая, график, круговая, точечная, с областями, кольцевая, лепестковая.

4. Обзор универсальных систем компьютерной математики. MathCAD: назначение, функциональные возможности (расчеты по формулам, простейшие символьные преобразования, построение и настройка двухмерных графиков, численное и

Компьютерные математические системы как класс специализированных программных средств, рассчитанных на индивидуальную работу, возникли лишь в начале 80-х годов ХХ века. Этому способствовало зарождение в это же время индустрии персональных компьютеров (ПК), что открыло дорогу таким системам к массовому пользователю. Отдельные системы (например, Мatlab) были известны задолго до этого, но они были реализованы лишь на больших ЭВМ и были доступными ограниченному кругу лиц. Эти системы представляли собой средства коллективного пользования, применение которых даже для решения простых задач требовало участия многих специалистов.\

В настоящее время применяется множество математических программ — от простых калькуляторов, встроенных в операционные системы типа Windows, до универсальных систем, при полной инсталляции занимающих многие сотни Мбайт памяти на жестком диске (Мatlab), и программных комплексов, интегрирующих ряд таких программ. Здесь особо надо отметить системы класса Mathcad, новые версии которых содержат системный интегратор МаthСоnnех, обеспечивающий прямую интеграцию Mathcad с почти полутора десятками программ разного класса.

Назначение MathCAD: является математическим редактором, позволяющим проводить разнообразные научные и инженерные расчеты, от элементарной арифметики до реализации сложных численных методов. Благодаря простоте применения, наглядности математических действий, обширной библиотеке встроенных функций и численных методов, возможности символьных вычислений, а также превосходному аппарату представления результатов (графики самых разных типов, мощных средств подготовки печатных документов и Web-страниц), МathCAD стал наиболее популярным математическим приложением.

MathCAD 11 имеет стандартный интерфейс приложений Windows: окно, строка меню, панели инструментов, рабочая область, строка состояния, всплывающие, или контекстные меню, диалоговые окна.

Функциональные возможности (расчеты по формулам, простейшие символьные преобразования, построение и настройка двухмерных графиков, численное и аналитическое (символьное) решение уравнений и систем уравнений).

Работа с формульным редактором. Для запуска формульного редактора достаточно установить курсор мыши в любом свободном месте окна редактирования и щелкнуть левой клавишей. Появится визир в виде маленького красного крестика. Визир указывает место, с которого можно начать набор формул. В зависимости от места расположения визир может менять свою форму.

MathCad – автоматизированная система, позволяющая динамически обрабатывать данные в числовом и аналитическом (формульном) виде. Программа сочетает в себе возможности проведения расчетов и подготовки форматирования науч. и технич. документов, кот. содержат формулы, рез-ты расчетов в виде таблиц данных или графиков, текстовые комментарии или описания, другие иллюстрации. В MathCad им соответст. два вида объектов: формулы и текстовые блоки. Формулы вычисляются с использ. числовых констант, переменных, функций, а также общепринятых обозначений матем. операций. Введенные в документ MC формулы автоматически приводятся к стандартной науч.-технич. форме записи. Графики, кот. автомат строятся на основе расчетов, также рассм. как формулы. Комментарии, описания и иллюстрации размещаются в текстовых блоках, кот. игнорир. при расчетах. В MC буквен. обозначения рассм. как переменные, и их значения задаются при помощи оператора присваивания(«:=»). Таким же образом можно задать числовые последоват-ти, аналитически определен функции, матрицы и вектора. Для вычисления числового значения выражения надо подставить все числовые значения и произвести действия – оператор вычисления(«=»). При изменении формулы программа автоматически производит необходимые вычисления, обновляя изменившиеся значения и графики. Единицы измерения присоединяют к значению величины с помощью знака умножения и данные автоматически преобраз. в одну и ту же систему единиц и обрабат в том же виде.

Программа MathCad позволит выполнить все операции с матрицами с помощью стандартных обозначений матема.т операторов (сложение, умножение) или встроенных функций. Блок уравнений и неравенств, требующих решения, запис. после ключевого слова given (дано). При записи уравнений использ знак логического равенства (комбинация клавиш CTRL+=). Значения переменных, удовлетвор системе уравнений и неравенств, наход. при помощи стандартной функции find. Для задач статического анализа данных, MathCad предоставляет средства интерполяции данных, предсказания дальнейшего поведения функции, построения графиков функций заданного вида, наилучшим образом соответств имеющемуся набору данных. При аналитических вычислениях рез-тат получают в нечисловой форме в результате тождественных преобразований выражений (раскрытие скобок, приведение подобных, применение тригоном тождеств. Для аналитического решения систем и уравнений в MathCad использ. оператор аналитического вычисления (CTRL+) и команды меню Simbolics (Аналит вычисления). Переменные при аналитических вычислениях рассмат как неопределенные. Для вычисления производной и интегралов могут использ. символические вычисления с помощью меню Simbolics/Variable (аналит вычисления/Переменная),имеется возможность численного дифференцирования и численного расчета определ. интегралов.В MathCad можно решать уравнения и системы уравнений первого порядка с заданными начальными условиями. Более высокого порядка, нужно преобразовать в систему уравнений первого порядка.