Курс лекций информатика
.pdf
|
Содержание |
|
ПРЕДИСЛОВИЕ........................................................................................................ |
6 |
|
ГЛАВА 1. |
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВА И ИНФОРМАТИКА ........................... |
8 |
1.1. |
Информатизация общества ................................................................ |
8 |
1.2. |
Информационные ресурсы общества.............................................. |
12 |
1.3. |
Информатика как наука .................................................................... |
13 |
1.4. |
Предмет, цель и задачи дисциплины .............................................. |
15 |
1.5. |
Контрольные вопросы ...................................................................... |
17 |
ГЛАВА 2. |
ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ........................... |
18 |
2.1. |
Понятие, виды и свойства информации.......................................... |
18 |
2.2. |
Системы счисления ........................................................................... |
22 |
2.3. |
Формы представления информации................................................ |
26 |
2.4. |
Оценка количества информации ..................................................... |
32 |
2.5. |
Информационная система: понятие, структура и состав.............. |
32 |
2.6. |
Характеристика информационных процедур................................. |
34 |
2.7. |
Современные направления применения ЭВМ ............................... |
38 |
2.8. |
Контрольные вопросы ...................................................................... |
46 |
ГЛАВА 3. |
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ |
|
ПРОЦЕССОВ........................................................................................................... |
47 |
|
3.1.Аналоговые вычислительные машины и принципы их
построения ....................................................................................................... |
47 |
3.2.История и принципы создания цифровых вычислительных
машин |
............................................................................................................. |
|
50 |
3.2.1. История создания цифровых вычислительных машин .......................... |
50 |
||
3.2.2. Принципы построения и структура ЭВМ ................................................ |
54 |
||
3.2.3. Память ЭВМ и принципы ее работы ........................................................ |
58 |
||
3.2.4. |
Принципы работы процессора .................................................................. |
61 |
|
3.2.5. |
Система прерываний.................................................................................. |
66 |
|
3.2.6. Система управления прямым доступом ................................................... |
67 |
||
3.2.7. |
Принцип открытой архитектуры .............................................................. |
68 |
|
3.3. |
Классификации ЭВМ ........................................................................ |
69 |
|
3.3.1. |
Поколения ЭВМ ......................................................................................... |
69 |
|
3.3.2. |
Современная классификация компьютеров............................................. |
74 |
|
3.4. |
Контрольные вопросы ...................................................................... |
76 |
|
ГЛАВА 4. |
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРАХ........... |
78 |
|
4.1. |
Состав персонального компьютера ................................................. |
78 |
|
4.2. |
Корпус системного блока ................................................................. |
79 |
|
4.3. |
Материнская плата ............................................................................ |
80 |
|
4.3.1. Набор микросхем системной логики........................................................ |
81 |
||
4.3.2. Системные и локальные шины ................................................................. |
82 |
||
4.3.3. |
Интерфейсы передачи данных .................................................................. |
86 |
|
4.4. |
Процессоры ПК ................................................................................. |
89 |
|
4.5. |
Внутренняя память ПК ..................................................................... |
92 |
|
4.5.1. |
Архитектура машинной памяти................................................................ |
92 |
|
4.5.2. |
Оперативная память ................................................................................... |
96 |
|
2
4.6. |
Устройства ввода............................................................................... |
99 |
|
4.7. |
Устройства вывода.......................................................................... |
109 |
|
4.8. |
Внешние запоминающие устройства ............................................ |
118 |
|
4.9. |
Перспективы развития вычислительной техники........................ |
129 |
|
4.10. |
Контрольные вопросы .................................................................... |
139 |
|
ГЛАВА 5. |
СТРУКТУРЫ ДАННЫХ И ИХ ХРАНЕНИЕ........................................... |
141 |
|
5.1. |
Уровни представления данных ...................................................... |
141 |
|
5.2. |
Структуры хранения данных в оперативной памяти .................. |
143 |
|
5.3. |
Хранение данных на внешних носителях..................................... |
146 |
|
5.4. |
Контрольные вопросы .................................................................... |
149 |
|
ГЛАВА 6. |
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ................................. |
150 |
|
6.1. |
Алгоритмизация вычислительных процессов.............................. |
150 |
|
6.1.1. |
Понятие алгоритма................................................................................... |
150 |
|
6.1.2. |
Свойства алгоритмов ............................................................................... |
151 |
|
6.1.3. |
Способы записи алгоритмов ................................................................... |
152 |
|
6.1.4. |
Базовые алгоритмические конструкции................................................. |
154 |
|
6.2. |
Понятия программы и программного обеспечения..................... |
156 |
|
6.3. |
Языки программирования .............................................................. |
157 |
|
6.4. |
Методология разработки программных продуктов..................... |
164 |
|
6.4.1. |
Алгоритмическое программирование .................................................... |
166 |
|
6.4.2. |
Структурное проектирование ................................................................. |
167 |
|
6.4.3. |
Объектно-ориентированное программирование................................... |
172 |
|
6.5. |
Жизненный цикл программного обеспечения ............................. |
175 |
|
6.6. |
Классификация программного обеспечения ................................ |
183 |
|
6.7. |
Контрольные вопросы .................................................................... |
186 |
|
ГЛАВА 7. |
ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ........................................................... |
188 |
|
7.1. |
Понятие и виды операционных систем......................................... |
188 |
|
7.2. |
Требования к операционным системам ........................................ |
191 |
|
7.3. |
Состав ОС и назначение компонент ............................................. |
192 |
|
7.4. |
Файловая система............................................................................ |
195 |
|
7.5. |
Организация дискового пространства .......................................... |
199 |
|
7.6. |
Имена устройств.............................................................................. |
213 |
|
7.7. |
История развития и краткая характеристика ОС......................... |
213 |
|
7.8. |
Контрольные вопросы: ................................................................... |
223 |
|
ГЛАВА 8. |
СЕРВИСНЫЕ ПРОГРАММЫ............................................................... |
224 |
|
8.1. |
Назначение и виды сервисных программ ..................................... |
224 |
|
8.2. |
Программы контроля и диагностики компьютера ...................... |
225 |
|
8.3. |
Файловые менеджеры ..................................................................... |
226 |
|
8.4. |
Программы обслуживания магнитных дисков ............................ |
228 |
|
8.5. |
Программы записи и обслуживания компакт дисков ................. |
234 |
|
8.6. |
Программы обслуживания операционной системы Windows... |
235 |
|
8.7. |
Программы работы с архивами ..................................................... |
237 |
|
8.8. |
Компьютерные вирусы и антивирусные программы .................. |
244 |
|
8.8.1. |
Компьютерные вирусы ............................................................................ |
244 |
|
8.8.2. Меры защиты от компьютерных вирусов.............................................. |
246 |
||
3
8.9. |
Контрольные вопросы: ................................................................... |
253 |
ГЛАВА 9. |
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ................ |
254 |
9.1. |
Трансляторы и их виды .................................................................. |
254 |
9.2. |
Системы программирования .......................................................... |
256 |
9.2.1. |
Средства создания программ .................................................................. |
256 |
9.2.2. |
Интегрированные системы программирования .................................... |
258 |
9.2.3. |
Среды быстрого проектирования ........................................................... |
258 |
9.2.4. |
CASE-средства программирования ........................................................ |
260 |
9.3. |
Контрольные вопросы .................................................................... |
263 |
ГЛАВА 10. |
ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ............................... |
264 |
10.1. |
Классификация прикладных программ ........................................ |
264 |
10.2. |
Прикладные программы общего назначения ............................... |
266 |
10.2.1.Программы обработки текста и настольные издательские системы . 266
10.2.2. Табличные процессоры и системы управления базами данных.......... |
269 |
||
10.2.3. Программы обработки графических изображений и мультимедиа .... |
271 |
||
10.2.4. |
Электронные органайзеры....................................................................... |
274 |
|
10.3. Методо-ориентированные пакеты прикладных программ ......... |
274 |
||
10.4. Проблемно-ориентированные пакеты прикладных программ .. |
276 |
||
10.5. Интегрированные пакеты прикладных программ ....................... |
283 |
||
10.6. Контрольные вопросы .................................................................... |
285 |
||
ГЛАВА 11. |
БАЗЫ ДАННЫХ И СУБД .................................................................. |
286 |
|
11.1. Подходы к обработке данных ........................................................ |
286 |
||
11.1.1. Традиционный подход к обработке данных .......................................... |
286 |
||
11.1.2. Подход на основе баз данных ................................................................. |
289 |
||
11.2. Системы управления базами данных ............................................ |
291 |
||
11.3. Модели данных................................................................................ |
296 |
||
11.4. Общая характеристика реляционной модели данных................. |
301 |
||
11.5. Контрольные вопросы .................................................................... |
304 |
||
ГЛАВА 12. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ ................................................................... |
305 |
||
12.1. Общие сведенья о компьютерных сетях....................................... |
305 |
||
12.1.1. |
Основные компоненты сети .................................................................... |
305 |
|
12.1.2.Уровни взаимодействия компьютеров и протоколы передачи данных в
сетях |
.................................................................................................................... |
307 |
12.1.3. |
Классификация компьютерных сетей .................................................... |
312 |
12.1.4. |
Топология локальных сетей .................................................................... |
314 |
12.1.5. Дисциплина обслуживания компьютерных сетей ................................ |
318 |
|
12.1.6. Адресация компьютеров в компьютерной сети .................................... |
321 |
|
12.2. Аппаратные компоненты сети ....................................................... |
324 |
|
12.2.1. Каналы передачи данных компьютерных сетей ................................... |
324 |
|
12.2.2. |
Сетевое оборудование ............................................................................. |
328 |
12.3. Программное обеспечение компьютерных сетей ........................ |
334 |
|
12.3.1. |
Назначение и виды сетевого программного обеспечения................... |
334 |
12.3.2. |
Серверные операционные системы ........................................................ |
336 |
12.4. Контрольные вопросы .................................................................... |
350 |
|
ГЛАВА 13. ГЛОБАЛЬНАЯ КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ INTERNET ........................... |
351 |
|
13.1. Общие сведения об Internet ............................................................ |
351 |
|
4
13.1.1. |
История Internet |
........................................................................................ |
|
|
352 |
|
13.1.2. |
Internet в России ....................................................................................... |
|
|
|
353 |
|
13.2. Организация сети Internet............................................................... |
|
|
354 |
|||
13.2.1. |
Протоколы сети ........................................................................... Internet |
|
|
354 |
||
13.2.2. |
Доменная система ............имен и универсальный указатель ресурса |
356 |
||||
13.3. Услуги, предоставляемые .................................................Internet |
|
358 |
||||
13.3.1. |
Служба WWW .......................................................................................... |
|
|
|
361 |
|
13.3.2. |
Служба FTP ............................................................................................... |
|
|
|
363 |
|
13.3.3. |
Электронная почта ................................................................................... |
|
|
363 |
||
13.3.4. |
Сетевые новости .......................................................................... UseNet |
|
|
365 |
||
13.3.5. |
Другие службы Интернета ...................................................................... |
|
|
367 |
||
13.4. Контрольные вопросы .................................................................... |
|
|
369 |
|||
ГЛАВА 14. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ПРЕСТУПЛЕНИЯ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ |
|
|||||
ИНФОРМАЦИИ |
.................................................................................................... |
|
|
|
|
370 |
14.1. Понятие |
и |
основные |
направления |
компьютерных |
||
преступлений ................................................................................................ |
|
|
|
|
370 |
|
14.2. Предупреждение ..........................компьютерных преступлений |
|
374 |
||||
14.3. Защита ................................информации в компьютерных сетях |
|
376 |
||||
14.3.1. ...................................................Средства физической защиты данных |
|
379 |
||||
14.3.2. ..................Программные и программно-аппаратные методы защиты |
383 |
|||||
14.4. Правовые ......................................аспекты защиты информации |
|
388 |
||||
14.5. Контрольные ....................................................................вопросы |
|
|
391 |
|||
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ...................И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ |
393 |
|||||
АЛФАВИТНЫЙ ................................................................................УКАЗАТЕЛЬ |
|
|
|
396 |
||
5
Предисловие
Развитие современных производительных сил, характеризующееся превращением науки в ведущую силу производства и внедрением автоматического управления техническими системами, становится невозможным без применения вычислительной техники в различных сферах человеческой деятельности.
Уровень компьютеризации общества, существенно изменившийся за последние 5-10 лет, внес весьма значительные изменения в представления о возможностях ЭВМ и перспектив их использования в деятельности человека.
Информатизация общества, согласно широко распространенному представлению, - это использование новых технологий, средств вычислительной техники, систем связи и передачи данных, обеспечивающих создание оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей в различных видах деятельности людей.
Надежное и качественное управление экономикой, социальными и другими сферами общественной жизни невозможно без формирования и рационального использования системы информационного обеспечения.
Современный специалист в области аграрной экономики должен уверенно владеть компьютером на уровне пользователя. Основным инструментарием современного экономиста, использующего компьютер, являются информационные системы, эксплуатация и разработка которых невозможна без изучения возможностей, предоставляемых современными аппаратными и программными средствами, без овладения основами разработки программного обеспечения.
В учебнике рассматриваются вопросы, связанные с формированием понятийного и методического аппарата, как самой информатики, так и других, связанных с ней, дисциплин; с изучением основных устройств компьютера и способов их взаимодействия; с рассмотрением видов программного обеспечения и особенностями их использования. Подробно
6
рассматриваются вопросы организации компьютерных сетей и средств защиты информации.
Вучебнике дается систематизированное изложение теоретических аспектов информатики в соответствии с требованиями Государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования.
Воснову учебника положен опыт чтения курса лекций по информатике студентам Воронежского государственного аграрного университета им. К.Д. Глинки.
Исходя из структуры и содержания учебника, авторы рассчитывают на то, что он будет полезен следующим категориям читателей:
• студентам экономических специальностей аграрных вузов, изучающих информатику как самостоятельную дисциплину;
• преподавательскому составу, осуществляющему теоретическую и практическую подготовку студентов по дисциплине «Информатика»;
• преподавателям иных дисциплин, использующим персональные компьютеры в качестве технического средства обучения и (или) средства подготовки учебно-методических материалов (бумажных и электронных) по своей предметной области;
• лицам, самостоятельно изучающим или осваивающим аппаратные
ипрограммные средства компьютеров.
Замечания по содержанию учебника направлять по адресу: 394087, г.Воронеж, ул. Мичурина, 1, Воронежский государственный аграрный университет, кафедра информационного обеспечения и моделирования агроэкономических систем. Электронная почта: iomas@agroeco.vsau.ru, URL: http://www.iomas.vsau.ru.
7
Глава 1. Информатизация общества и информатика
1.1.Информатизация общества
История развития человечества неразрывно связана с познанием мира, т.е. с получением информации. Чем больше информации получает человек об окружающих его объектах, протекающих вокруг процессах и явлениях, тем в большей степени он раскрывает их сущность, получает возможность целенаправленного воздействия на них. Уровень развития общества определяется объемом накопленной информации, способами ее хранения, обработки и передачи.
Функции сбора, хранения и передачи информации присущи абсолютно всем живым существам, в том числе на физиологическом и генетическом уровне. Даже простейшие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и химическом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Но только человек в процессе своего развития смог поднять реализацию этих функций на качественно новую высоту.
До появления письменности основным средством обмена информацией между людьми были речь, жесты, мимика, изображения и т.д. Развитие языка существенно повысило качество обмена информацией. Именно речь являлась основным способом отображения мыслительной деятельности человека.
Возникновение письменности дало человечеству возможность фиксирования информации на различных носителях, в результате чего был сделан прорыв в области хранения информации, позволивший снизить вероятность ее искажения и потерь. Письменность стала, по существу, первой формой моделирования природного и социального мира.
Появление книгопечатания вызвало революцию в тиражировании и распространении информации. Увеличение объемов хранимой информации повлекло за собой разработку специальных методов ее
8
хранения, рационализации способов организации доступа к ней. Именно на этом этапе развития общества зародились первые информационные технологии.
Изобретение телеграфа, телефона, радио привело к резкому увеличению скорости обмена информацией. Создание и эволюция электронно-вычислительных машин (ЭВМ) обеспечили переход к новым информационным технологиям. Человечество вступило в принципиально новую для него информационную эпоху.
Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Поэтому проблема упрощения и ускорения вычислений приняла первостепенное значение. Один из путей ее решения связан с усовершенствованием методов счета. Появление ЭВМ можно сравнить по своей значимости с любым из самых выдающихся технических достижений в истории человечества. Широкое применение математических методов на базе ЭВМ привело к появлению новых эффективных методов познания законов реального мира и их использованию в практической деятельности. Вычислительные машины открыли новые возможности увеличения производительности труда, дальнейшего развития производства, совершенствования управления.
Компьютер стал универсальным техническим средством обработки информации и является усилителем интеллектуальных возможностей человека и общества в целом, а коммуникационные средства, использующие компьютеры, служат для связи и передачи информации. Появление и развитие компьютеров - это необходимая составляющая процесса информатизации общества.
Информатизация общества является одной из закономерностей современного социального прогресса. Этот термин все настойчивее вытесняет широко используемый до недавнего времени термин "компьютеризация общества". При внешней похожести этих понятий они имеют существенное различие.
9
Под компьютеризацией общества понимается процесс внедрения и развития технической базы (компьютеров) для реализации функций хранения и обработки информации.
Информатизация общества – это процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей индивидов, их групп и объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов и технологий.
Большинство исследователей сходятся во мнении, что общество можно считать информационным тогда, когда объем накопленной информации и уровень информационных технологий требуют вовлечения в сферу интеллектуально-информационных услуг более 50% трудоспособных членов общества.
К основным характеристикам информационного общества можно отнести:
структурные изменения в секторе занятости за счет автоматизации и роботизации производственных процессов;
развитие инфраструктуры, обеспечивающей создание национальных информационных ресурсов в объеме, соответствующем постоянно убыстряющемуся научно-технологическому и социальному прогрессу;
создание и распространение современных информационных технологий, доступных практически каждому индивидууму;
возможность получения необходимой информации всяким человеком в любой точке страны и в любое время.
Уровень развития общества напрямую определяется объемом информации, которым оно обладает. Американский ученый Робертсон даже выдвинул формулу "цивилизация - это информация". Используя количественные меры математической теории информации, он характеризует различные цивилизации по критерию количества производимой ими информации. По его оценкам информационную емкость мозга отдельного человека можно оценить в 107 бит; при устном
10
общении внутри общины или племени циркулирует порядка 109 бит информации. С появлением письменности объем информации естественным образом возрастает. Так всемирно известная Александрийская библиотека, имела в своих хранилищах 532800 свитков, в которых содержалось около 1011 бит информации. Развитие книжной культуры привело к тому, что совокупная емкость информации на бумажных носителях достигла 1017 бит. Современный уровень развития средств и методов электронной обработки информации по расчетам Робертсона увеличил объем зафиксированной информации до 1025 бит.
Переход к информационному обществу, сопровождающийся лавинообразным потоком накапливаемой информации, требует специальной подготовки человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению им современными средствами, методами и технологиями работы. Современный человек обязан иметь определенный уровень культуры по обращению с информацией. Уровень подготовки данного рода определяет уровень информационной культуры.
Под информационной культурой принято понимать умение использовать для получения, обработки и передачи информации современные информационные технологии.
Информационная культура является одной из составляющих общей культуры. Она вбирает в себя знания тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетика, информатика, теория информации, математика, теория баз данных и ряд других дисциплин). Современная информационная культура базируется на компьютерной грамотности, предполагающей определенный уровень владения современными техническими средствами хранения, обработки и передачи информации.
Информационные технологии проникли буквально во все сферы человеческой деятельности. Сейчас практически невозможно представить себе специалиста экономического профиля, не владеющего персональным компьютером. Автоматизация процессов учета информации,
11