Основы информатики программирования и вычислительной математики. Ча

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

А.В. Николаев, Р.И. Садыков

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ, ПРОГРАММИРОВАНИЯ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ МАТЕМАТИКИ

Часть 1 Основы информатики

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

elib.pstu.ru

УДК 004(075.8) Н63

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент Р.А. Сажин (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук И.Я. Сальников (ЗАО «Энергосервис», г. Пермь)

Николаев, А.В.

Н63 Основы информатики, программирования и вычислительной математики : учеб. пособие. Ч. 1 : Основы информатики / А.В. Николаев, Р.И. Садыков. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2013. – 86 с.

ISBN 978-5-398-00992-7

Рассмотрены разделы информатики, определяющие базовый уровень подготовки будущих специалистов горнонефтяных направлений: информационные процессы, технологии и системы, системы счисления, устройство и состав персонального компьютера, современные технические средства и программный инструментарий новых информационных технологий.

Предназначено для студентов очного и заочного отделений горно-нефтяных специальностей.

УДК 004(075.8)

2

elib.pstu.ru

elib.pstu.ru

4

elib.pstu.ru

ВВЕДЕНИЕ

Внаше время – эпоху всеобщей компьютеризации и автоматизации процессов – владение компьютером является неотъемлемой частью жизни. Почти у каждого человека сегодня дома находится компьютер, которым он пользуется и с помощью которого изучает некоторые программы и пакеты, поэтому знакомство с устройством компьютера может показаться излишним. Однако данный курс лекций предназначен для будущих инженеров, специалистов, которые должны владеть терминологией и уметь формулировать определения тех или иных понятий и устройств.

Впособии была предпринята попытка наиболее четко и доступно отобразить весь путь освоения компьютера человеком, не знакомым с вычислительными машинами: от общих понятий, применяемых всеми специалистами, связанными с информатикой, последовательно перейти к устройству компьютера и способам восприятия и передачи машиной данных, необходимых пользователю.

При изучении программирования у студентов нередко возникает вопрос, для чего нужен данный предмет. Такой вопрос может быть задан, когда предмет неинтересен и непонятен. Если знать структуру записи, считывания и распознания машиной информации, вводимой при программировании, то можно прочувствовать весь процесс создания программы и осознать, что именно ты сам творец происходящих в машине процессов. При подготовке программы начальным этапом является создание алгоритма, т.е. той последовательности действий, которая в конечном итоге даст единственно правильный результат. Алгоритм (и в конечном итоге – программа), дающий по завершении работы один и тот же результат, может быть очень большой или уместиться в несколько строк – все зависит от изобретательности программиста и знания машинных команд. В связи с этим у студентов возникает большой простор для инженерной мысли. При создании программы нередко приходится пересекаться со смежными науками – математикой, физикой,

5

elib.pstu.ru

логикой и т.д., поэтому программирование (и информатика в целом) способствует также развитию студента в интеллектуальном плане.

Информатика, как никакая другая область знаний, характеризуется динамичностью изменений. Кроме того, учитывая ее всепроникающий характер, благодаря которому происходит интеграция знаний, идей, в настоящее время трудно очертить границы информатики. Удается выделить лишь ее основные направления. В таких условиях создать полный курс лекций по информатике – задача очень непростая, однако дать основу для дальнейшего набора знаний в этой области вполне возможно.

6

elib.pstu.ru

1. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИЯ. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ

Термин «информатика» возник во Франции в середине 1960-х годов (фр. informatique) и применяется в странах Европы для обозначения области научных знаний, связанных с автоматизацией обработки информации с помощью электронных вычислительных машин (ЭВМ). В англоязычных странах для этой цели используется термин computer science – наука о компьютерной технике.

Существует множество определений термина «информатика», что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов. Наиболее устоявшимися посылками в определении предмета информатики в настоящее время являются указания на изучение информационных процессов (т.е. сбора, хранения, обработки, передачи данных) с применением компьютерных технологий.

Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности. В настоящее время информатику можно рассматривать как комплексную дисциплину:

–во-первых, это естественная наука (фундаментальные и прикладные исследования);

–во-вторых, отрасль промышленности (опытно-конструктор- ские работы и производство);

–в-третьих, инфраструктурная область (профессиональная деятельность и эксплуатация систем информатизации).

Как фундаментальная наука информатика связана:

–c философией, черезтеориюпознания иучениеобинформации;

7

elib.pstu.ru

–математикой, через теорию математического моделирования, математическую логику и теорию алгоритмов;

–лингвистикой, через учение о формальных языках и знаковых системах;

–теорией информации и управления.

Структура информатики может быть представлена в виде трех основных направлений. Прежде всего четко определилась группа задач и методов информатики чисто теоретического характера, это направление получило название «теоретическая информатика».

Теоретическая информатика (brainware – «мозговое» обеспе-

чение) – это научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы, в которой осуществляется изобретение и создание новых средств работы с информацией. Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика (в тесном взаимодействии с философией и кибернетикой) занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).

Также сложилась обширная область научных проблем и методов, связанных с разработкой аппаратных и программных средств. Эта область была выделена в техническую информатику (hardware – «тяжелое», аппаратное обеспечение). Предметом технической информатики являются теория и методология создания

ииспользования технических систем сбора, хранения, обработки

ипередачи информации, ориентированных в основном на применение средств электронной вычислительной техники и связи. Наконец третья, очень бурно развивающаяся область, область применения информатики в разнообразных направлениях деятельности человека

– прикладная информатика (software – «гибкое» программное обеспечение). Прикладная информатика направлена на развитие теории и методологии создания и использования информационных технологий, комплексов и систем в различных сферах человеческой деятельности. Обобщая вышесказанное, структуру информатики можно представить в виде следующей схемы (рис. 1).

8

elib.pstu.ru

–программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

–преобразование данных (перевод в машинный код);

–защита информации;

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

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

Как видно из определения информатики, ключевое понятие дисциплины – информация.

Термин «информация» происходит от латинского слова informatio, означающего разъяснение, изложение, осведомление. Общепризнанна сложность проблемы определения этого понятия, которая в настоящее время все еще далека от решения. Если проанализировать определения информации, приводимые в различных толковых словарях, монографиях, учебниках и учебных пособиях по информатике, то можно прийти к выводу о весьма широком диапазоне подходов к определению содержания понятия «информация» и других связанных с ним основных понятий информатики. Такое разнообразие подходов объясняется многими причинами, в частности такими, как:

1.Термин «информация» используется не только в науке, но

ив других сферах человеческой жизнедеятельности. Под информацией в быту понимают интересующие нас сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, сообщения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-либо, которые передаются, воспринимаются и интерпретируются человеком непосредственно или с помощью специальных средств. В журналистике под информацией понимают сведения, обладающие новизной. В юриспруденции информация как объект правоотношений должна быть

конкретизирована, определенным образом организована, связана с возможными ситуациями и отношениями для осуществления по ее поводу действий, регулируемых нормами права. Поэтому в различ-

10

elib.pstu.ru