Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические и практические вопросы дисциплины «Информатика». Учебное пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Е. А. Харитонов, А. К. Сафиуллина
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ
И ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
ДИСЦИПЛИНЫ «ИНФОРМАТИКА»
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2017
2
УДК 681.3.06
ББК 32.973-01
X20
X20
Харитонов Е. А.
Теоретические и практические вопросы дисциплины «Информатика» :
учебное пособие / Е. А. Харитонов, А. К. Сафиуллина; Минобрнауки
России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ,
2017. – 140 с.
ISBN 978-5-7882-2108-3
ISBN 978-5-7882-2108-3
©
Харитонов Е. А., Сафиуллина А. К., 2017
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2017
УДК 681.3.06
ББК 32.973-01
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. КГЭУ В. Н. Шарифуллин
канд. техн. наук, зав лаб. технологии нефтегазопереработки
ОАО «ВНИУС» Р. Г. Шакирзянов
Содержит учебный материал по дисциплине «Информатика».
Включает краткий обзор основных понятий информатики, основные приемы
программирования и работы в двух средах: Visual Basiс for Applications и
MathCAD. Приведены многочисленные примеры составленных простейших
программ в указанных средах.
Предназначено для студентов, изучающих дисциплину
«Информатика».
Подготовлено на кафедре химической кибернетики.
3
ВВЕДЕНИЕ
В учебном пособии рассмотрены основы современного
программирования в рамках дисциплины «Информатика». Эта цель
достигается изучением основ программирования и параллельной
работой в двух программных средах: MathCAD и Visual Basiс for
Applications.
Выбор этих сред не случаен. Система MathCAD − мощная
универсальная среда, позволяющая быстро решать сложнейшие
вычислительные задачи. Простота этой системы, возможность
представлять данные в текстовом и графическом формате,
моментально пересчитывать результаты вычислений, несомненно
очень удобна для подготовки разнообразных документов, связанных с
вычислительной работой для выполнения курсовых и научных работ, а
также магистерских диссертаций.
Язык программирования Visual Basiс for Applications, хотя и
предназначен для управления приложениями Microsoft Windows,
обладает всеми возможностями базового языка высокого уровня и
позволяет решить любую нетиповую вычислительную задачу.
Совместное изучение перечисленных выше двух программных
сред позволяет студенту получить хорошие знания о том, как
современный компьютер обрабатывает информацию, овладеть
основами современного программирования и технологиями
простейших вычислений.
Другая цель учебного пособия заключается в том, чтобы дать
студенту минимальный учебный материал, позволяющий ему
самостоятельно осваивать теоретические и практические вопросы,
которые рассматриваются при изучении дисциплины «Информатика»
в рамках ФГОС нового поколения.
1 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИНФОРМАТИКИ
1.1 Информатика как наука
Термин и н ф о р м а т и к а возник в 60–х гг. во Франции для
названия области человеческой деятельности, связанной с
автоматизированной обработкой информации с помощью
электронных вычислительных машин.
Информатика появилась благодаря развитию компьютерной
техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее.
4
Информатику в узком смысле слова можно представить
состоящую из трех взаимосвязанных частей:
технических средств (hardware);
программных средств (software);
алгоритмических средств (brainware).
Задача информатики – создавать и н ф о р м а ц и о н н ы е
технологии (information technology-IT) для решения проблем в
различных областях.
Информационная технология – процесс, использующий методы
сбора, обработки и передачи данных, основанный на использовании
средств вычислительной техники, для получения информации нового
качества.
Исключительно бурное развитие информационных технологий
началось в 60-х годах прошлого века в связи с развитием
вычислительной техники.
Информационные технологии условно можно разбить на две
большие группы:
- о б щ и е и н ф о р м а ц и о н н ы е т е х н о л о г и и − это такие,
которыми должен владеть современный образованный (культурный)
человек. К ним относятся Windows, Internet, Microsoft Word, Microsoft
Excel и т.д;
- и н ж е н е р н ы е и н ф о р м а ц и о н н ы е т е х н о л о г и и − это
т а к и е , которыми должен владеть современный квалифицированный
специалист: алгоритмический язык высокого уровня, например, Basic,
математический пакет − MathCAD и т.д.
Современные информационные технологии позволяют
качественно преобразовать труд человека. Сегодня очевидно, что
информатизация – это главный катализатор научно-технического и
социального развития общества.
Существует множество определений информатики, что связано с
многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов. Вот
некоторые из них:
И н ф о р м а т и к а − это область человеческой деятельности,
связанная с процессами преобразования информации с помощью
компьютеров.
И н ф о р м а т и к а – это наука, которая изучает структуру и
общие свойства информации, а также вопросы, связанные со сбором,
хранением, поиском, переработкой и распространением информации.
5
Развитие общества определяется пятью ведущими
дисциплинами: математикой, химией, биологией, физикой,
информатикой.
Раньше часто говорили: математика – царица наук. Теперь с
уверенностью можно сказать, что царицей наук является
информатика. Информатика является как бы междисциплинарным
языком, без которого не может развиваться ни одна наука. Сегодня все
без исключения науки используют вычислительную технику.
Н о в е й ш и е и нф о р м а ц и о н н ы е т е х н о л о г и и − это
технологии, основанные на использовании современной
вычислительной техники, качественно преобразующие труд человека.
Как правило, такие технологии основаны на диалоговом
(интерактивном) режиме работы с компьютером, на
интегрированности (взаимосвязи) с другими программными
продуктами, гибкости процесса перенастройки системы (программы).
Существуют различные виды информационных технологий:
информационные технологии обработки данных (сбор данных,
группирование, сортировка, агрегирование, вычисление, создание
отчетов);
информационные технологии управления (оценка состояния
объекта, оценка отклонений от планируемого состояния, анализ
возможных решений и действий);
автоматизация офиса (автоматизация секретарской работы). Такие
технологии повышают производительность труда секретарей и
кабинетных работников. Обычно для автоматизации труда
используется текстовый процессор, электронная почта, табличный
процессор и др. программы;
информационные технологии принятия решений, основанные на
взаимодействии человека и компьютера;
информационные технологии экспертных систем, основанные на
использовании искусственного интеллекта, т.е. способности
компьютерных систем принимать решения подобные решениям
человека.
1.2 Понятие информации
И н ф о р м а ц и я (information – разъяснение, изложение) −
сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах,
свойствах.
6
Под информацией понимаются образы, несущие смысловую
нагрузку. Образы могут быть самых разных форм: звуковые, световые,
магнитные (радиоволны), в виде знаков и цифр. Значение информации
в жизни человека очень велико. Можно сказать так: жизнь – есть
переработка (осмысление) информации.
Информация характеризуется многими понятиями, например,
содержательность, достаточность, своевременность, достоверность,
устойчивость и т.д.
При работе с информацией всегда имеется ее источник и
потребитель. Процессы и пути, обеспечивающие передачу сообщений
от источника информации к ее потребителю, называются
и н ф о р м а ц и он н ы м и к о м м у н и к а ц и я м и .
1.3 Отличительные черты современного компьютера
Техническим средством информатики является к о м п ь ю т е р
(computer) или электронная вычислительная машина (ЭВМ).
Компьютер – это программно-управляемое электронное
устройство (система), способная выполнить заданную чётко
определённую последовательность команд (операций). Такая
последовательность операций задается программой.
Отличительные черты современного компьютера:
высокая надёжность, т.е. способность аппаратуры выполнять
требуемые функции в течение длительного времени без каких либо
сбоев;
высокое быстродействие (производительность), т.е. способность
центрального процессора выполнить определенное число команд
за единицу времени;
большой объем оперативной и дисковой памяти, что позволяет
хранить необходимое количество информации;
способность вести диалог с пользователем. Никакой другой
электронный прибор не способен это сделать.
1.4 Упрощенная классификация компьютеров по размерам и
стоимости
Существуют различные системы классификации ЭВМ.
Рассмотрим простейшую классификацию ЭВМ по размеру и
стоимости:
7
супер–ЭВМ – сверхбыстродействующие ЭВМ с
производительностью более 100 MIPS (мегафлопс)
(100 миллионов операций в секунду). Это очень мощные
(уникальные) вычислительные машины, предназначенные для
решения военных и научных задач с производительностью до
несколько десятков миллиардов операций в секунду. По своим
параметрам намного превосходят все остальные ЭВМ.
Наибольшее число супер-ЭВМ имеет США. Россия (по данным на
ноябрь 2016 г.) занимает 10 место в ТОП-500 − специальном
проекте-рейтинге, который отслеживает самые мощные
общественно известные компьютерные системы мира. Стоимость
такой одной супер-ЭВМ более 10 млн долларов.
универсальные (большие ЭВМ или Мainframe). Это мощные
вычислительные машины с производительностью не менее
10 мегафлопc. Такие машины способны хранить огромный объем
информации и выполнять множество заданий одновременно
(м н о г о п о л ь з о в а т е л ь с к и й режим). Стоимость таких
машин колеблется от 100 тыс. до 10 млн долларов. Предназначены
для решения сложнейших задач и могут работать в непрерывном
режиме (24 часа в сутки, 365 дней в году);
мини-ЭВМ. Эти машины существенно уступают универсальным
ЭВМ, хотя они способны хранить большой объем информации и
выполнять десятки заданий одновременно. Стоимость этих машин
колеблется от 10 до 100 тыс. долларов. На базе мини-ЭВМ чаще
всего создаются управляющие вычислительные комплексы;
микро-ЭВМ. Это ЭВМ достаточно малых размеров. К этим
машинам относятся персональные компьютеры. Они
предназначены в основном для решения одной задачи (хотя и
может быть достаточно сложной) и имеют большую оперативную
и дисковую память. Их стоимость колеблется от 500 до 10000
долларов. Персональные компьютеры не требуют наличия
обслуживающего персонала, специального вычислительного зала с
мощным кондиционером и электропитанием. К микро-ЭВМ
относят также настольные, блокнотные, карманные и
встраиваемые (в какое-либо оборудование) вычислительные
машины.
8
1.5 Краткая история вычислительной техники
Электронные вычислительные машины – одно из самых
удивительных творений человечества, изменивших нашу жизнь во
многих ее проявлениях. Вычислительная техника превратилась в один
из основных рычагов, обеспечивающих развитие и достижения
научно-технического прогресса.
Примерно 4000 лет назад были изобретены довольно сложные
системы счисления, в частности десятичная.
Одно из первых вычислительных устройств − сче т ы было
изобретено более 1500 лет назад в странах Средиземноморья. Этот
нехитрый, но очень нужный инструмент дожил до наших дней. Вплоть
до 17 века счеты как вычислительный инструмент оставались вне
конкуренции.
В 17 веке многие изобретатели были увлечены идеей создания
счетных устройств. Один из них − шотландец Джон Непер (теолог,
математик, изобретатель «оружия смерти», мечтавший
сконструировать систему зеркал и линз, которая поражала бы цель
смертельным солнечным лучом). Он оставил свой след в истории
вычислительной техники тем, что изобрел логарифмы (1614 год). А
уже в 1620 г. (после смерти Непера) была изобретена
логарифмическая линейка, которая до конца 60 годов 20 века была
основным инструментом инженера.
Изобретателем первого вычислительного механического
устройства был гениальный француз Блез Паскаль. Наблюдая за
бесконечными и утомительными расчетами своего отца − сборщика
налогов, он в 1642 г. стал работать над созданием суммирующей
машины (Паскалина). Это был ящик с многочисленными
шестеренками, который позволял складывать числа. За десять лет
Паскаль создал более пятидесяти различных вариантов машины. В
честь Паскаля назван один из современных языков программирования
− Pascal.
Механическая машина, позволяющая выполнять сложение,
умножение, деление и вычитание была создана в 1673 году
гениальным математиком, основателем дифференциального и
интегрального вычислений Готфрид Вильгельмом Лейбницем. Еще
ребенком (в шесть лет) он проводил все время в отцовской
библиотеке. В пятнадцать лет он поступил в Лейпцигский университет
и по своей эрудиции не уступал многим профессорам. В возрасте
9
двадцати лет ему предложили должность профессора в Нюрнбергском
университете, но он предпочел дипломатическую карьеру.
Познакомившись с голландским математиком и астрономом
Христианом Гюйгенсом и наблюдая, как много ему приходится делать
вычислений, он изготовил механический калькулятор.
Другая заслуга Лейбница состоит также в том, что он заложил
основы двоичной системы счисления, которая позднее нашла
применение в ЭВМ. Однако при всей своей гениальности Лейбниц так
и не смог найти полезного применения двоичной системе счисления.
Он наделял двоичную систему мистическим смыслом: цифра 1
ассоциировалась у него с богом, а нуль обозначал пустоту −
вселенную до того, как в ней появились иные существа, кроме бога.
Ближе всего к созданию компьютера подошел англичанин Чарлз
Бэббидж.
У него был очень живой, острый ум. В тринадцать лет этот
гений заведовал кафедрой Кембриджского университета, принимая
участие в разработке различных устройств, например, тахометра,
предохранительной решетки паровоза. Главной его страстью была
борьба за безукоризненную математическую точность.
Целое десятилетие (1822-1833) он потратил на создание
Разностной вычислительной машины, работающей на новых
принципах. Машина предназначалась для построения сложных
математических таблиц. Эта машина по мере разработки становилась
все сложнее. Было потрачено около 17000 фунтов стерлингов и
значительная часть собственных средств, но вычислительная машина
так и не была построена. Работая над идеей Разностной машины,
Бэббидж пришел к идее построения еще более сложной
Аналитической машины, которая могла бы выполнять операции в
соответствии с инструкциями, т.е. по программе. Инструкции по
замыслу автора должны были вводиться с перфокарт. В своем
окончательном варианте Аналитическая машина должна была быть не
меньше железнодорожного локомотива и представляла собой
нагромождение стальных и деревянных деталей, колес, часовых
механизмов, приводимых в действие паровым двигателем. Ни
Разностная, ни тем более Аналитическая машины не были построены
(остались только более 200 чертежей различных устройств), хотя
современники всячески поддерживали изобретателя, в частности,
графиня Огаста Ада Байрон (дочь поэта лорда Байрона). Многое из
того, что мы знаем об Аналитической машине, дошло до нас благодаря
10
научным трудам этого одаренного любителя математики. Она первая
сумела понять значение данного изобретения, написав, что
Аналитическая машина будет иметь ценность «практически
непредсказуемую в ее возможных применениях». Она также
разработала некоторые приемы программирования, которые
используются и по сей день, например, арифметический цикл. В честь
ее назван один из самых мощных языков программирования − АДА.
Идеи Бэббиджа были использованы шведским изобретателем
Георгом Шойцом, который построил видоизмененный вариант
Разностной машины, которая в 1855 была удостоена золотой медали
на Всемирной выставке в Париже.
Спустя сто лет после смерти Лейбница английский математик,
самоучка из бедной семьи − Буль (в двенадцать лет изучил латынь, в
четырнадцать лет знал греческий, французский, немецкий,
итальянский языки) изобрел своеобразную алгебру (1847 г.), пользуясь
которой можно было кодировать любые высказывания, истинность
или ложность которых требовалось доказать. Он изобрел основные
логические операции И, Или, Не. Логические действия двоичны по
своей сути, т.к. оперируют с двумя сущностями: «Истина» или
«Ложь», «Да» или «Нет», «Открыт» или «Закрыт», «0» или «1».
Работы Буля заложили теоретическую базу для практической
реализации вычислительных устройств.
Через девятнадцать лет после смерти Бэббиджа одна из идей
Аналитической машины − использование перфокарт, нашла
воплощение в статистическом табуляторе, построенном американцем
Германом Холлеритом, который получил за свою машину несколько
премий и звание профессора в Колумбийском университете. Его
машина позволяла проводить статистический анализ переписи
населения с использованием перфокарт, в которых пробивались
отверстия. Содержащаяся в карте информация, приводила к
замыканию контактов, что существенно ускоряло обработку
информации (ранее на обработку данных тратилось 7,5 лет).
Холлерит организовал фирму по производству табуляционных
машин (Tabulating Machine Company). В 1924 году за пять лет до
смерти он создал фирму IBM (International Business Machines
Corporation).
Перед Второй мировой войной фирма специализировалась на
производстве таких изделий, как пишущие машины, настольные
калькуляторы и табуляционные машины. В 1941 г., когда США
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]