Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы информатики, организации ЭВМ, вычислительных и информационных систем. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Кузбасский государственный технический университет
имени Т. Ф. Горбачева»
А. Г. Киренберг
В. О. Коротин
ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ, ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ,
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ И ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
Учебное пособие
Кемерово 2023
УДК 004(075.8)
УДК 004(075.8)
© Кузбасский государственный
технический университет
имени Т. Ф. Горбачева, 2023
ISBN 978-5-00137-398-8
© Киренберг А. Г.,
Коротин В.О., 2023
Рецензенты:
Медведев А. В., профессор кафедры фундаментальной математики института фундаментальных наук Кемеровского государственного университета, д.ф.м.н.
Ли С. Р, заведующий кафедрой Мехатроники и автоматизации технологических систем (МАТС) Института инженерных технологий Кемеровского госу-
дарственного университета, к.т.н.
Киренберг, А. Г., Коротин, В. О. Основы информатики, организации
ЭВМ, вычислительных и информационных систем : учебное пособие /
А. Г. Киренберг, В. О. Коротин ; Министерство науки и высшего образова-
ния Российской Федерации, Кузбасский государственный технический уни-
верситет им. Т. Ф. Горбачева. – Кемерово, 2023. – 164 с. – ISBN 978-5-00137-
398-8. – Текст : непосредственный.
Содержит основные сведения о базовых основах информатики, как
науки; основных возможностях офисных программных средств; принципах
построения и функционирования аппаратных средств вычислительной техни-
ки; основы проектирования информационных систем.
Подготовлено по дисциплине «Основы информатики, организации
ЭВМ, вычислительных и информационных систем» и предназначено для студентов специальности 10.05.03 «Информационная безопасность автоматизи-
рованных систем».
Печатается по решению редакционно-издательского совета Кузбасского
государственного технического университета имени Т. Ф. Горбачева.
1
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ..................................................................................................................................................... 4
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ ......................................................................................................... 5
1.1. Информатика как наука *1+ .............................................................................................................. 5
1.2. Информация: определения, свойства, измерение *2+ .................................................................. 8
1.3. Представление. Кодирование информации *3+ ........................................................................... 12
1.4. Системы счисления *4+ ................................................................................................................... 19
1.5. Алгоритм: понятие, виды *5+ .......................................................................................................... 25
1.6. Данные. Основные структуры данных [5] .................................................................................... 30
1.7. Алгебра логики. Основные понятия и принципы *6+ ................................................................... 39
Контрольные вопросы к разделу 1: ..................................................................................................... 46
РАЗДЕЛ 2. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ..................................................................................................... 47
СОВРЕМЕННОГО ОФИСА ........................................................................................................................... 47
2.1 Классификация и виды программного обеспечения *5+ .............................................................. 47
2.2. Утилиты, сервисные программные средства *7+ .......................................................................... 49
2.3. Текстовый процессор *2+ ................................................................................................................ 51
2.4 Табличный процессор. Электронные таблицы *1+ ........................................................................ 55
2.5 Программы для создания презентаций *5, 12+ ............................................................................. 60
2.6. Органайзеры *5,12+ ......................................................................................................................... 66
Контрольные вопросы к разделу 2 ...................................................................................................... 77
РАЗДЕЛ 3. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭВМ ................................................................................................. 78
3.1. Логические основы ЭВМ *6,7+ ........................................................................................................ 78
3.2. Архитектура современных ЭВМ *8+ ............................................................................................... 85
3.3. Классификация ЭВМ *9+ .................................................................................................................. 93
3.4. Основные характеристики ЭВМ *10+ ............................................................................................. 98
3.5. Функциональная и структурная организация процессора *10+ ................................................ 101
3.6. Организация запоминающих устройств *7+ ............................................................................... 103
3.7. Понятие прерывания, его назначение и принцип действия *11+ ............................................. 108
3.8. Операции и механизм ввода-вывода *9+ .................................................................................... 112
3.9. Периферийные устройства *11+ ................................................................................................... 116
Контрольные вопросы к разделу 3: ................................................................................................... 121
РАЗДЕЛ 4. ОСНОВЫ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ............................................ 122
4.1. Понятие информационной системы *3,13+ ................................................................................. 122
4.2. Жизненный цикл информационных систем *2,11+ .................................................................... 126
4.3. Методология и технология разработки информационных систем *2,11+ ............................... 132
4.4. Универсальный язык моделирования UML *6+ .......................................................................... 138
4.5. Базы данных – хранилище информационной системы *1+ ...................................................... 141
2
4.6. Информационные процессы – основа информационных систем *1+ ...................................... 148
4.7. Модели процесса передачи. Информационные сети *1,11+.................................................... 150
4.8. Модель взаимодействия открытых систем (OSI) и протоколы обмена *1,11+ ........................ 154
Контрольные вопросы к разделу 4: ................................................................................................... 160
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ............................................................................................................................ 162
3
ВВЕДЕНИЕ
В современном мире невозможно представить ни один бизнес-
процесс без использования компьютера, которые выступает в качестве хранителя и обработчика информации. Компьютер использует-
ся сегодня при решении самых разнообразных задач – учетных и
офисных, научных, образовательных, коммуникационных, бытовых,
развлекательных и многих других. Компьютер, имеющий в своем
составе необходимый для решения задач перечень оборудования и
программного обеспечения может считаться локальной информационной системой, а совокупность компьютеров, связанная информационной сетью и предназначенная для решения определенных за-
дач, является распределенной информационной системой
В основе работы компьютера и информационных систем лежат
базовые принципы информатики, которые необходимо знать будущим специалистам в области создания программного обеспечения и
информационных систем, а также специалистам в области информационной безопасности. Данное учебное пособие содержит 4 раз-
дела:
- Основы информатики;
- Программное обеспечение современного офиса;
- Основы организации ЭВМ;
- Основы вычислительных информационных систем
4
РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ
1.1. Информатика как наука [1]
Предмет и задачи информатики
Впервые в начале 60-х годов ХХ века советским ученым Ф.Е
Темниковым была отмечена потребность в информатике как «интегральной научной дисциплине, связывающей воедино многие вопросы сбора, передачи, обращения, переработки и использования
информации». В предложенной им программе отмечены три со-
ставные части информатики – теория информационных элементов,
теория информационных процессов и теория информационных си-
стем.
Термин «информатика» введено в 60-х гг. ХХ века Француз-
ской академией взамен понятия «машинная обработка информации». Образован от терминов «информация» и «автоматика». В
США для обозначения области информационной деятельности с
помощью систем обработки информации принят до этого термин
компьютерные (вычислительные) науки, используемый до настоящего времени. Международный конгресс, проходивший в 1978 г. в
Японии дал следующее определение: «Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использовани-
ем и материально-техническим обслуживанием систем обработки
информации, включая машины, оборудование, математическое
обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного, социального и поли-
тического воздействия». Информатика – комплексная отрасль,
охватывающая научную и практическую сферу деятельности, и раз-
витие информационной индустрии.
Таким образом, будем понимать под информатикой инте-
гральную научно-практическую дисциплину, связанную с информа-
цией, изучением и автоматизацией вычислительных и информационных процессов, производством вычислительных и информационных технологий, созданием, использованием и обслуживанием вы-
числительных и информационных систем и сетей.
Объект информатики: автоматизированные, основанные на
ЭВМ и телекоммуникационной технике информационные системы
различного класса и назначения. Информатика изучает все стороны
5
их разработки, проектирования, создания, анализа и использования
на практике.
Предмет информатики – информационный ресурс, как симбиоз знания и информации.
Основная функция информатики заключается в разработке ме-
тодов и средств преобразования информации и их использовании в
организации технологического процесса переработки информации.
Задачи информатики:
Исследование информационных процессов любой при-
роды;
Разработка информационной техники и создание но-
вейшей технологии переработки информации на базе получен-
ных результатов исследования информационных процессов;
Решение научных и инженерных проблем создания,
внедрения и обеспечения эффективного использования ком-
пьютерной техники и технологии во всех сферах обществен-
ной жизни.
Структура информатики.
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 чело-
веческой деятельности.
Информатику в целом рассматривают как фундаментальную
науку и как прикладную дисциплину.
Информатика как фундаментальная наука занимается разра-
боткой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных ин-
формационных систем.
Цель фундаментальных исследований в информатике – полу-
чение обобщенных знаний о любых информационных системах,
выявление общих закономерностей их построения и функциониро-
вания.
Теоретическая информатика – является математической дис-
циплиной и широко использует методы математического моделирования для обработки, передачи, хранения и использования инфор-
6
мации. Теоретическую информатику составляют ряд фундамен-
тальных наук:
Математическая логика;
Комбинаторный анализ;
Теория информации, теория алгоритмов;
Формальная логика.
Кроме математических дисциплин в теоретическую информатику входят операционные системы, программирование и архитек-
тура ЭВМ.
Информатика как прикладная дисциплина занимается:
Изучением закономерностей в информационных процессах;
Созданием информационных моделей коммуникаций в раз-
личных областях человеческой деятельности;
Разработка информационных систем и технологий в кон-
кретных областях и выработкой рекомендаций относительно жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их
производства, функционирования и т.д.
Прикладная информатика включает в себя следующие разде-
лы:
Информационно-вычислительная техника;
Сети;
Комплексы ЭВМ;
Системы мультимедиа;
Программные средства;
Информационные системы обучения, проектирования и
управления объектами и процессами.
Информатика является комплексной научно-технической дис-
циплиной, призванной создавать новые информационные техники и
технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном
обществе. Тенденция ко все большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как
единства науки техники и производства.
7
1.2. Информация: определения, свойства, измерение [2]
Понятие информации.
Понятие информации является одним из фундаментальных в
современной науке вообще и базовым для изучаемой нами науки -
информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы
живем. Информация – это неопределяемое понятие.
Первоначально термин «информация» использовался как пря-
мой перевод латинского informatio – осведомлять, изображать или
составлять понятие о чем-либо. В настоящее время понятие «ин-
формация» трактуется значительно шире. Однако оно остается одним из наиболее дискуссионных вопросов современной науки и
предлагаемых моделей мироздания, несмотря на значительное продвижение методологических проблем, связанных с информатикой и
еѐ различными направлениями.
В широком смысле информация – отражение реального мира.
В узком смысле информация – любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
Понятие информации нельзя считать лишь техническим, междисциплинарным и даже наддисциплинарным термином. Информа-
ция – это фундаментальная категория.
Меры информации.
Информационные меры можно рассмотреть в трех аспектах:
синтаксическом, семантическом и прагматическом.
1. Синтаксическая мера информации: эта мера количества ин-
формации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей
смыслового отношения к объекту.
Объем данных (V
) измеряется количеством символов (разря-
Д
дов) в сообщении. В различных системах счисления один разряд
имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения
данных: в двоичной системе счисления единица измерения бит
(bit – binary digit – двоичный разряд); в десятичной системе счисления единица измерения – дит (десятичный разряд).
ПРИМЕР. Сообщение в двоичной системе в виде 8-ми разряд-
ного двоичного кода 10110111 имеет объем данных VД= 8 бит.
8
Сообщение в десятичной системе в виде 6-ти разрядного числа 451231 имеет объем 6 дит.
Количество информации I на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия неопределенности состояния системы (энтропии системы). Получение информации о ка-
кой-либо системе всегда связано с измерением степени неосведом-
ленности получателя о состоянии этой системы. Рассмотрим это
понятие.
Энтропия – общее количество незнания.
Количество информации, уменьшающее неопределенность в 2
раза равно 1 биту.
ПРИМЕР: При падении монеты мы не знаем, с какой стороны
она упадет. После падения неопределенность уменьшается в 2 ра-
за.
В 1928 году Р. Хартли предложил такую формулу измерения
количества информации.
N=2I ,
где I –количество информации, а N – количество равновероятных событий, которые ожидаются при проведении эксперимента.
Эта формула в 1948 году была расширена К. Шенноном на
случай неравновероятных событий.
I=-pklog2pk
где N – количество возможных исходов, p – вероятность
наступления k-того события, I – количество информации.
2. Семантическая мера информации. Для измерения смысло-
вого содержания информации, т.е. ее количества на семантическом
уровне большое признание получила тезаурусная мера, которая связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение. Для этого использу-
ется понятие тезаурус пользователя.
Тезаурус – это совокупность сведений, которыми располага-
ет пользователь или система.
В зависимости от отношений между смысловым содержанием
информации S и тезаурусом пользователя S
изменяется количество
p
семантической информации Iс, воспринимаемой пользователем и
включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус.
9
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]