инфопособие2013

ПРЕДИСЛОВИЕ

Данное учебное пособие написано на основе лекционного материала по дисциплине «Информатика», читаемого автором на протяжении более 15 лет в Сибирском федеральном университете (ранее в Красноярском государственном техническом университете – КГТУ).

Выбор тем, представленных в пособии, основан на общих требованиях к теоретическому материалу дисциплины «Информатика» для ряда технических специальностей высших учебных заведений, изложенных в государственном образовательном стандарте третьего поколения.

При этом, за рамками пособия остались вопросы подробного рассмотрения и приемы работы с прикладным программным обеспечением, которое использовалось при проведении лабораторных занятий: офисные программы, СУБД, математическое программное обеспечение, а также языки программирования. Эти вопросы требуют, по

Данное издание, в отличие от предыдущего, значительно дополнено иллюстративным материалом.

Пособие состоит из 15 глав. В главе 1 изложены методологические проблемы информатики, задачи, решаемые ею как научной дисциплиной, рассмотрены определения информации и структура информации.

Глава 2 посвящена истории развития вычислительной техники, так как, знание истории позволяет не только понять сегодняшний уровень развития вычислительной техники и информатизации, но и увидеть тенденции будущего этих процессов. Именно поэтому, глава 3, в которой

также посвящена историческому этапу развития вычислительной техники

–электронному, самому короткому, но самому значимому для нас этапу

Вглаве 4 рассматриваются принципы построения, структура и назначение основных блоков машин фон-неймановского типа, к которым относится большинство компьютерной техники сегодня.

Главы 5 и 6 содержат описания, типы, характеристики и классификацию основных составляющих современных ЭВМ – процессоров и запоминающих устройств.

Большинство пользователей сегодня имеют представление только о дискретной или цифровой вычислительной технике, но для решения

большого количества задач технических, навигации (в том числе

3

космической), управления процессами, и сегодня широко используется аналоговая (АВМ) и производная от нее и цифровой техники – гибридная вычислительная техника. В главе 7 рассмотрена АВМ, приведены сравнительные характеристики дискретной и аналоговой техники. В данной главе также предпринята попытка ответить на вопрос: «Какое устройство сегодня можно называть персональным компьютером?», рассмотрены виды средств коммуникации и информатизации, сферы использования ЭВМ.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать информацию, она

вычислительных задач, программисты используют языки программирования. Эволюции этих языков и их разновидностям посвящена глава 9. Кроме языков программирования в современных компьютерах используется программное обеспечение различного назначения, которое потребовало разработки лингвистического обеспечения для общения человека с ЭВМ на различных уровнях.

Насколько бы сложной и большой не была программа, ее алгоритм состоит всего лишь из трех структур – следование, ветвление и цикл, которые описаны в главе 10. Здесь же представлено каноническое определение понятия «алгоритм», рассмотрены свойства, состав и формы представления алгоритмов.

Все программное обеспечение можно разбить на три типа: системное, инструментальное и прикладное. В главе 11 рассмотрено, какое программное обеспечение относится к тому или другому типу. Разработка программ требует выполнения некоторой последовательности действий – этапов, а чтобы программа удовлетворяла заявленным требованиям, необходим анализ ее функционирования и устранение ошибок до начала ее внедрения в эксплуатацию. Данная глава также содержит определение программного продукта, в ней приведены виды программных продуктов, их классификация, требования, предъявляемые к ним.

Неотъемлемой частью программного обеспечения современных компьютеров и других средств информатизации и коммуникации являются в настоящее время операционные системы, подробному рассмотрению которых посвящена глава 12.

Основное средство для передачи информации и совместного использования информационных ресурсов сегодня – компьютерные сети, с их помощью происходит управление предприятиями на всех уровнях от административного до технологического, а глобальные сети, такие как

4

Интернет предоставляют пользователям услуги, о которых писалось полвека назад в фантастических романах. В свою очередь, пользователям Интернета для эффективной работы с его ресурсами, необходимы знания о нем и навыки работы. Этим вопросам посвящены главы 13 и 14.

Новые возможности, открывшиеся перед человеком и связанные с информатизацией, повлекли и новые опасности. Знать, от чего и как защищать компьютерную информацию, должен каждый современный пользователь. Эти вопросы рассмотрены в последней 15 главе пособия.

Вконце каждой главы приводятся контрольные вопросы и задания, пособие содержит также список использованной при написании пособия литературы.

Всписке литературных источников нет ссылок на электронные ресурсы, которыми автор пользовалась не только при написании данного пособия, но и при подготовке к занятиям на протяжении более 15 лет. Так как этих ресурсов слишком много, то ограничусь лишь упоминанием периодических изданий. Это сайт издательства OSP, сайты компьютерных журналов: «ComputerBild», «Hard’n’Soft», «Компьютерпресс», а также Интернет-ресурса CitForum и многих других.

Иллюстративный материал, представленный в пособии

5

ВВЕДЕНИЕ

В связи с тем, что информатика является бурно развивающимся направлением, оказывающим влияние на все виды человеческой деятельности, а также на самого человека, то в зависимости от еѐ приложения, под информатикой понимают: научную дисциплину, отрасль народнохозяйственной деятельности, актуальное направление науки, электронную информационную технологию и т. д. При этом, наиболее часто этот термин используют в двух значениях: электронная информационную технологию и научная дисциплина, составляющая теоретическую основу этой технологии.

Информатика как научная дисциплина содержит следующие основополагающие понятия: «…информация и социальная коммуникация; языки представления информации, в том числе информационнопоисковые, алгоритмические, машинные; информационные процессы сбора, обработки, хранения, поиска и распространения информации, в частности, особое внимание обращено на автоматизацию семантической обработки и поиска информации с помощью вычислительной техники и построение автоматизированных информационных систем, дискуссионные проблемы: (предмет и объект изучения информатики), методы и средства реализации научно-информационной деятельности, а также вопросы практического применения основных методов и средств информатики при создании и эксплуатации автоматизированных систем» [29].

Развитие информатики связано с именами таких ведущих ученых как П. Отле, А. Лафонтен, Н. Винер, К. Шеннон, Л. Бриллюэн, К. Муерс, М. Тауб, Ф. Ланкастер, Дж. Солтон, Д. Прайс, Й. Коблиц, И. Ползович, А. Мерт, Ф. Бауэр, М. Глушков, А.Д. Урсул, А.И. Михайлов, А.И. Черный, Р. С. Гиляревский, А. В. Соколов и др. Своими фундаментальными научными исследованиямии практической деятельностью они положили начало изучению явления информации, анализу проблем социальной коммуникации, информационного поиска, разработке методов и средств механизации и автоматизации информационных процессов. Чрезвычайно широкая область интересов информатики обусловила в дальнейшем различные толкования еѐ объекта и предмета изучения, и в настоящее время нет единого общепринятого определения информатики как науки.

6

Концепция научной информатики, разработанная и признанная у нас в стране, сформирована такими учеными, как А. И. Михайлов, А.И. Черный, Р. С. Гиляревский трактует информатику как научную дисциплину, изучающую структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации. При этом подчеркивается, что «…информатика – это пока лишь научная дисциплина, а не самостоятельная отрасль науки; информатика изучает структуру и общие свойства научной информации, а не любой информации, и даже не семантической информации; информатика занимается изучением всех процессов научной коммуникации, осуществляемых как по формальным каналам, так и по неформальным каналам; информатика относится к кругу общественных дисциплин, так как она занимается изучением явлений и закономерностей, свойственных лишь человеческому обществу». [15]

Таким образом, объектом изучения научной информатики являются научная информация (логическая структура знания) и закономерности научных коммуникаций, предметом изучения − закономерности научноинформационной деятельности (ее теория, история, методика, организация), которая заключается в сборе, обработке, хранении, поиске и распространении научно-технической информации.

Автоматизация процессов общественной коммуникации потребовала от представителей этой концепции уточнения предмета и объекта информатики. В частности, В. И. Горькова предложила считать информатику отраслью науки, изучающей процессы сбора, передачи, переработки, хранения, поиска, распространения и использования научной информации и разрабатывающей методы и средства реализации этих процессов с помощью информационной техники в целях повышения эффективности системы общественной коммуникации.

Наиболее актуальные проблемы, изучением которых занимается научная информатика следующие: семиотические (семиотика − наука, изучающая общие свойства знаков и знаковых систем); свойства и закономерности документальных информационных потоков, автоматизация семантической (смысловой) обработки информации (автоматизация реферирования, индексирования, перевода); автоматизация информационного поиска на базе современной вычислительной техники.

В последние годы в связи с быстрым совершенствованием ЭВМ, увеличением их быстродействия и объемов внешней оперативной памяти, миниатюризацией и снижением стоимости, они все шире применяются во всех процессах переработки информации. Это породило представление

информатики. Не случайно под информатикой стали понимать

вычислительной техники в различных областях человеческой деятельности.

Так академик А. П. Ершов определял информатику как отрасль науки, изучающую процессы сбора, передачи, переработки, хранения, поиска, распространения и использования научной информации с помощью ЭВМ. В сферу изучения информатики в этом случае входят алгоритмические языки и программирование. Академик Е.П. Велихов характеризует информатику как отрасль народного хозяйства, включающую вычислительную технику и электронную промышленность. Академик С. Михалевич представляет информатику как комплексную научную и инженерную дисциплину, изучающую все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования машинизированных систем. Академик А.А. Дороницын определяет информатику как слугу других наук, которая не занимается изучением созданием конкретных материальных объектов, а снабжает методами исследования другие предметные области (диагностирование, прогнозирование, моделирование) и имеет предметом изучения три неразрывно и существенно связанные части – технические средства (в первую очередь вычислительную технику), программные и алгоритмические. Эти точки зрения можно свести к концепции прикладной (технической) информатики. В рамках этой концепции сам термин «информатика» понимается двояко: как наука, изучающая процессы передачи и обработки информации в системах технической коммуникации, и как «сумма технологий», объединяющая материально-технические средства в виде ЭВМ, устройств и техники связи, программное обеспечение и математические методы.

Следует согласиться со всеми учеными, пытающимися определить место информатики среди наук поэтому, с современной точки зрения, информатику можно рассматривать и как науку, и как прикладную дисциплину, и как отрасль народного хозяйства.

Информатику можно отнести к классу фундаментальных наук, потому что законы обработки информации едины в общественных, биологических и инженерных системах.

Информатику можно отнести к прикладным дисциплинам, потому что в ее состав входят: разработка методов и правил рационального проектирования устройств и систем обработки информации; методов взаимодействия человека с этими устройствами и системами; технологии использования этих устройств и систем для решения научных и практических задач.

8

Информатику можно рассматривать и как отрасль народного хозяйства, ответственную за производство технических средств обработки и передачи информации, обработку информации и производство программных средств и систем.

Стремительное развитие компьютерных технологий, повлекшее за собой информатизацию общества, оказывает влияние на все сферы человеческой деятельности, меняет информационную среду общества в целом и каждого отдельного человека. Поэтому, для того чтобы пользоваться преимуществами информатизации, не отставать в освоении и применении новых компьютерных устройств и программного обеспечения, т. е. быть грамотным пользователем, необходимы знания основ информатики как научной дисциплины.

9

Глава 1. ИНФОРМАЦИЯ. ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ВИДЫ

1.1. Определения информации

Термин «информация» происходит от латинского informatio, что означает изложение, разъяснение. В обыденной жизни под этим словом понимают сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим образом. Большинство научных дисциплин использует этот термин, хотя каждая из них вкладывает в него свое содержание.

Первое понятие информации дали журналисты и филологи в 20 – 30-ые гг. XX в. как новость, сообщение

, своеобразного газетного жанра, с помощью которого человек получает различного рода сведения. Более строгая трактовка термина «информация» связана с возникновением двух новых дисциплин – математической (статистической) теории информации и кибернетики.

В математической теории информации американского инженера и математика Клода Шеннона (1948), первоначально разрабатывавшейся применительно к случайным процессам и явлениям, для которых характерна неопределенность исхода (да?, нет?), под информацией понимались не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Итак,

по теории Шеннона, информация – это снятая неопределенность.

Неопределенность существует тогда, когда может произойти одно из нескольких событий, т.е. система может перейти в одно из нескольких состояний, При этом количество информации, получаемой в результате снятия неопределенности, вычисляется по формуле Шеннона:

m

В частном случае для равновероятных исходов, когда p1 p2 ... pm

степень неопределенности, снимаемая в результате получения информации, измеряется логарифмом числа состояний системы и называется энтропией: H log 2 m . Для систем с двумя

равновероятностными возможностями («да», «нет», или «плюс», «минус»,

или 0, 1):

H log 2 2 1.

10

Эта величина принята за единицу измерения и названа битом. Слово «бит» – это аббревиатура от Binary digiT, придумана в 1946 году американским ученым-статистиком Джоном Тьюки.

Как правило, состояние системы характеризуется не двумя, а большим числом возможностей выбора. Например, русская письменность использует 32 буквы алфавита; выбор идет из 32 двух возможностей, т. е. m = 32, Если допустить, что появление каждой буквы равновероятно, то каждая из них несет

Y log 2 32 log 2 25 5 бит информации.

Равные по объему сообщения могут содержать разное количество информации. Чем больше разнообразие знаков, из которых состоит сообщение, тем больше в нем информации.

Таким образом, теория Шеннона дала возможность количественного определения информации в сообщении. Однако она полностью игнорирует содержание передаваемой информации, оставляет в стороне смысл сообщения. Было сделано несколько попыток найти меру содержательности информации для ее получателя. Так, советский математик Ю. Шрейдер предложил оценивать информацию по увеличению объема знаний у человека под воздействием информационного сообщения. Академик А. А. Харкевич предложил измерять содержательность информации по увеличению вероятности достижения цели после получения информации человеком или машиной. Однако и этот подход требует дальнейшей разработки.

В настоящее время в различных источниках даются разные определения информации, зачастую противоречивые, поэтому для частичного преодоления этих трудностей, воспользуемся определением, предлагаемым В. Г. Афанасьевым, который вводит близкое определению информации понятие информационных данных: «Данные − это всякие сведения, сообщения, знания. Они могу храниться, перерабатываться, передаваться, но характер информации они приобретают лишь тогда, когда получают содержание и форму, пригодную для управления, и используются в управлении, причем речь идет как об управлении человека самим собой, так и об управлении технико-человеческими и социальными системами различных уровней». Собственно говоря, эта точка зрения прочно утвердилась в концепциях программирования и автоматической обработки информации на ЭВМ, в экономической семиотике, где «данные» и «информация» рассматриваются как близкие, взаимосвязанные, но различные понятия». [26]

11

Следует, тем не менее, еще раз подчеркнуть, что всеоблемлющего определения для термина «информация» не найдено. Ученые, занимающиеся методологическими проблемами информации и информатизации, пришли к мнению, что понятие информации относится к фундаментальным таким как, например, понятие множества в математике. У этого понятия нет строгого определения, можно только соотнести его к множеству тех или иных объектов или явлений: множество студентов, множество пятиэтажных домов, множество летних дней и т. п. Также обстоит и с понятием «информация», которое можно соотнести с научной информацией, наследственной информацией, компьютерной информацией, социальной или конфиденциальной информациями и т. д.

1.2. Виды информации

Информацию, материализованную в виде зрительных образов, звуков, запахов, ощущений, в устной (живая речь) и письменной форме соответственно восприятию органами чувств называют визуальной,

аудиальной, тактильной, вкусовой и обонятельной.

Информацию для специалистов в области науки, техники и производства можно выделить в специальную научно-техническую

вотличие от массовой, т.е. предназначенной для всех.

Вмассовой информации можно выделить общественно-

политическую, обыденную и эстетическую. Общественно-политическая информация – это информация о событиях в жизни общества, она может нести в себе идейную направленность. Основная задача обыденной информации − регламентация поведения членов общества, ориентирования их поведения в социальной среде. Эстетическую информацию рассматривают как специфический вид информации, обладающий свойством воздействовать на эмоциональную сферу человека с помощью художественных образов.

Вспециальной информации можно выделить информацию: научную, техническую, производственную, научно-техническую. Научная информация создается в сфере науки в ходе научных исследований, направленных на изучение закономерностей природы, общества, мышления. Еѐ, в свою очередь, можно подразделить соответственно различным областям общественных, естественных и философских наук. Техническая информация образуется в сфере техники и предназначена для решения конкретных технических задач, например для разработки

12