Основные понятия информатики

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие....................................................................................... 5

1...... ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ.. 6

1.1... Понятие информации. 6

1.2... Свойства информации. 8

1.3... Понятие количества информации. 9

1.4... Предмет и задачи информатики. 10

1.5... Информационное общество. 13

1.6... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 15

2...... СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ЭВМ 18

2.1... Представление (кодирование) данных. 18

2.2... Понятие об основных системах счисления. 20

2.3... Перевод чисел из одной системы счисления в другую.. 21

2.4... Двоичная арифметика. 23

2.5... Представление чисел в ЭВМ.. 23

2.6... Кодирование информации в ЭВМ.. 26

2.7... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 27

3...... ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭВМ.. 28

3.1... Основы алгебры логики. 28

3.2... Операции сравнения. 30

3.3... Логические операции. 31

3.4... Основы элементной базы ЭВМ.. 33

3.5... Элементы теории множеств. 35

3.6... Элементы теории графов. 37

3.7... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 40

4...... ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ.. 42

4.1... История развития ЭВМ.. 42

4.2... Классификация ЭВМ.. 46

4.3... Архитектура ЭВМ.. 48

4.4... Состав персонального компьютера. 52

4.5... Внешние устройства. 59

4.6... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 66

5...... СИСТЕМНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭВМ.. 68

5.1... Базовые понятия ОС.. 71

5.2... Классификация операционных систем. 72

5.3... Файловая структура ЭВМ.. 75

5.4... Файловые системы Microsoft Windows. 77

5.5... Драйверы устройств. 78

5.6... Служебные программы.. 80

5.7... Обзор операционных систем UNIX и Linux. 82

5.8... Обзор операционных систем Windows. 84

5.9... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 88

6...... ПРИКЛАДНОЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 90

6.1... Прикладное программное обеспечение общего назначения. 91

6.2... Прикладное программное обеспечение специального назначения. 93

6.3... Инструментальное ПО.. 94

6.4... Нумерация версий программ. 96

6.5... Правовой статус программ. 96

6.6... Текстовые редакторы и процессоры.. 98

6.7... Программы подготовки презентаций. 101

6.8... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 104

7...... ЭЛЕКТРОННЫЕ ТАБЛИЦЫ.. 105

7.1... Основные понятия электронных таблиц Excel 105

7.2... Ввод, редактирование и форматирование данных. 107

7.3... Вычисления в таблицах. 108

7.4... Диаграммы.. 111

7.5... Списки. 112

7.6... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 114

8...... МОДЕЛИ РЕШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ЗАДАЧ 116

8.1... Моделирование как метод познания. 116

8.2... Классификация моделей. 120

8.3... Компьютерное моделирование. 122

8.4... Информационные модели. 122

8.5... Примеры информационных моделей. 123

8.6... Базы данных. 124

8.7... Искусственный интеллект. 126

8.8... Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 127

9...... ОСНОВЫ АЛГОРИТМИЗАЦИИ.. 129

9.1... Основные этапы компьютерного решения задач. 130

9.2... Понятие алгоритма и его свойства. 131

9.3... Исполнители алгоритмов. 133

9.4... Способы описания алгоритмов. 135

9.5... Базовые управляющие структуры алгоритмов (основные алгоритмические конструкции) 142

9.6... Алгоритмы линейной структуры.. 145

9.7... Алгоритмы ветвящейся структуры.. 147

9.8... Алгоритмы циклической структуры.. 150

9.9... Способы комбинации базовых управляющих структур (основных алгоритмических конструкций) 157

9.10 Примеры комбинации основных алгоритмических структур. 158

9.11 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 163

10.... ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ НА ЯЗЫКАХ ВЫСОКОГО УРОВНЯ 174

10.1 Основные понятия языков программирования. 174

10.2 Типы данных и операторы описания переменных. 179

10.3 Основные операторы.. 181

10.4 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 182

11.... ОСНОВНЫЕ ОПЕРАТОРЫ ЯЗЫКА VISUAL BASIC FOR APPLICATIONS 184

11.1 Оператор присваивания. 184

11.2 Условный оператор IF … THEN. 186

11.3 Оператор выбора варианта *. 188

11.4 Операторы цикла. 191

11.5 Оператор цикла FOR … NEXT. 194

11.6.............................................................................................................. Математические функции 196

11.7 Функции обработки строк *. 197

11.8 Функции преобразования данных. 199

11.9 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 200

12.... ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.. 202

12.1 Концепция программирования. 202

12.2 Структурное и модульное программирование. 205

12.3 Рекурсивные алгоритмы *. 208

12.4 Объектно-ориентированное программирование. 209

12.5 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 213

13.... ЯЗЫКИ И СИСТЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.. 215

13.1 Уровни языков программирования. 215

13.2 Системы программирования. 217

13.3 Классификация языков программирования. 218

13.4 Процедурные языки программирования. 219

13.5 Объектно-ориентированные языки. 221

13.6 Декларативные языки. 222

13.7 Языки программирования для баз данных и компьютерных сетей. 223

13.8 Языки моделирования *. 224

13.9 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 224

14.... ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ БАЗ ДАННЫХ.. 226

14.1 Задачи, решаемые с помощью баз данных. 226

14.2 Классификация БД.. 228

14.3 Реляционная модель данных. 229

14.4 Свойства полей базы данных. 231

14.5 Типы данных. 232

14.6 Безопасность и объекты баз данных. 233

14.7 Проектирование баз данных *. 236

14.8 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 238

15.... ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ.. 240

15.1 Основы передачи данных. 240

15.2 Назначение и классификация сетей. 243

15.3 Сетевая модель OSI/ISO.. 246

15.4 Сетевое оборудование. 247

15.5 Основные стандарты и протоколы.. 249

15.6 Т Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 251

16.... ГЛОБАЛЬНАЯ СЕТЬ ИНТЕРНЕТ. 254

16.1 Подключение к Интернет. 254

16.2 Службы Интернет. 256

16.3 Поиск информации в Интернете. 261

16.4 Поиск с использованием языка запросов *. 267

16.5 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 269

17.... ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ.. 270

17.1 Угрозы информационной безопасности. 270

17.2 Методы и средства защиты информации. 272

17.3 Правовые основы информационной безопасности. 276

17.4 Ответственность за преступления в области информационных технологий 278

17.5 Криптографические механизмы защиты информации. 282

17.6 Компьютерные вирусы и вредоносные программы.. 284

17.7 Методы защиты от вирусов. 287

17.8 Вопросы и тестовые задания для самоконтроля. 290

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 292

ПРЕДИСЛОВИЕ

Уровень подготовки будущего бакалавра определяется совокупностью требований ФГОС ВПО соответствующего направления. Целью изучения дисциплины «Информатика» является формирование знаний и умений, а также развитие навыков и способностей, соответствующих следующим общекультурным и профессиональным компетенциям будущего выпускника:

– способность понимать сущность и значение информации в развитии современного информационного общества, осознавать опасности и угрозы, возникающие в этом процессе;

– соблюдение основных требований информационной безопасности, в том числе защиты государственной тайны;

– владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации;

– наличие навыков работы с компьютером как средством управления информацией;

– способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;

– готовность подготавливать презентации, научно-технические отчеты и доклады по результатам выполненных исследований;

– готовность применять информационные технологии при проектировании процессов изготовления изделий легкой промышленности;

В результате изучения дисциплины «Информатика» студент должен владеть знаниями основных понятий, изучаемых в информатике как науке; принципов и методов обработки, хранения и передачи информации; технических и программных средств реализации информационных процессов; файловых систем; моделей решения функциональных и вычислительных задач; основ алгоритмизации и программирования; языков программирования; программного обеспечения и технологии программирования; баз данных; методов работы в Интернете; общих сведений о пакетах прикладных программ; уметь использовать базовые функции текстовых, формульных и табличных процессоров, составлять алгоритмы решения типовых задач, осуществлять обмен информацией в сетях, проводить поиск информации в Интернете, работать с электронной почтой; владеть пользовательскими вычислительными системами и системами программирования; навыками использования типовых пакетов программ для обработки, текстовой и изобразительной информации, основами подготовки презентаций и отчетов.

Методика изучения дисциплины строится на основе сочетания теоретического и практического обучения. Пособие содержит основные теоретические сведения, необходимые для получения студентом базовых знаний, умений и навыков в соответствии с общекультурными и профессиональными компетенциями, указанными в матрице компетенций, представленной в учебных планах. Материалы, помеченные символом «*» (отдельные подразделы, понятия, примеры), требуют расширенного самостоятельного изучения и адресованы студентам, ориентированным на повышенный уровень подготовки.

Особое внимание в пособии уделяется системам и технологиям автоматизированного проектирования, получившим широкое применение в инженерно-конструкторской деятельности, в том числе и в легкой промышленности. Достаточно подробно, с приведением примеров решения задач различной сложности, изложен раздел «Основы алгоритмизации». Это имеет большое значение для студентов указанных направлений, так как для работы в системах автоматизированного проектирования (САПР) необходимо знание базовых понятий алгоритмизации.

Электронная версия пособия содержит интерактивные примеры, рассчитанные на демонстрацию их работы в среде Visual Basic for Applications, а также гиперссылки, обеспечивающие возможность навигации по тексту пособия. Так, в конце каждого раздела приводится гиперссылка «вернуться к содержанию».

Для активизации познавательной деятельности студентов в конце каждого раздела приводятся вопросы и тестовые задания для самоконтроля. Именно в форме тестирования проводится, например, Федеральный интернет-экзамен в сфере профессионального образования (http://фэпо.рф/).

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

К основным понятиям информатики, раскрываемым в данном разделе, относятся следующие: общее представление об информации, её источники, характеристики и свойства, место и роль понятия «информация» в курсе информатики, меры и единицы количества и объёма информации, понятие о кодировании информации.

Понятие информации

Термин «информация» имеет множество определений, широко используется во многих науках и во многих сферах человеческой деятельности. Он происходит от латинского слова «informatio», означающего «сведения, разъяснения, изложение, осведомлённость». Это привычное понятие обозначает совокупность данных, сведений, знаний. В то же время строгого и общепринятого определения информации не существует. Информация в широком философском смысле – отражение реального (или вымышленного) мира, в узком прикладном – сведения, являющиеся объектом хранения, обработки и передачи.

Мы живём в материальном мире. Все физические объекты, окружающие нас, являются либо телами, либо полями. Они находятся в постоянном движении и изменении, взаимодействуют друг с другом, в результате порождаются сигналы различных типов. Любой сигнал – это изменяющийся во времени физический процесс. Такой процесс может порождать в физических телах изменения свойств. Это явление называется регистрацией сигналов. Изменения можно наблюдать, измерять, фиксировать иным способом – при этом получаются и регистрируются новые сигналы. Сигналы, зарегистрированные на материальном носителе, называются данными.

Характеристика физического процесса, используемая для представления данных, называется параметром сигнала. Если параметр сигнала принимает ряд последовательных значений и их конечное число, то сигнал называется дискретным (например, печатный текст – последовательность букв). Если параметр сигнала – непрерывная во времени функция, то сигнал называется непрерывным (например, устная речь – модулированная звуковая волна). Непрерывные сигналы можно преобразовать в дискретные. Такое преобразование называется дискретизацией.

Существует большое количество физических методов регистрации сигналов на материальных носителях. Это могут быть механические воздействия, перемещения, изменения формы или магнитных, электрических, оптических параметров, химического состава, кристаллической структуры. В соответствии с методами регистрации данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях. Наиболее часто используемый и привычный носитель – бумага; сигналы регистрируются путём изменения её оптических свойств. Сигналы могут быть зарегистрированы и путём изменения магнитных свойств полимерной ленты с нанесённым ферромагнитным покрытием, как это делается в магнитофонных записях, и путём изменения химических свойств – в фотографии.

Данные несут информацию о событии, но не являются самой информацией, так как одни и те же данные могут восприниматься (отображаться, представляться или, ещё говорят, интерпретироваться) в сознании разных людей совершенно по-разному. Например, текст, написанный на русском языке (т.е. данные), даст различную информацию человеку, знающему алфавит и язык, и человеку, не знающему их.

Чтобы получить информацию, имея данные, необходимо к ним применить методы, которые преобразуют данные в понятия, воспринимаемые человеческим сознанием. Методы, в свою очередь, тоже различны. Например, человек, знающий русский язык, применяет адекватный метод, читая русский текст. Соответственно, человек, не знающий русского языка и алфавита, применяет неадекватный метод, пытаясь понять русский текст.

Таким образом, информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных методов. Информация не является статическим (не изменяющимся во времени) объектом, она появляется и существует только в ходе информационного процесса – в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов, всё прочее время она передаётся или хранится в виде сигналов или в форме данных. Человек воспринимает первичные данные различными органами чувств (зрение, слух, обоняние, вкус, осязание), и на их основе сознанием могут быть построены вторичные абстрактные (смысловые, семантические) данные.

Без информации не может существовать жизнь. Информационные процессы присущи всем живым существам, но в особенности – человеку. Получение символьной информации (слов, знаков, формул), её анализ и генерирование составляют основу абстрактного мышления, отличающего человека от животного.

Основные функции информации в обществе: познавательная (получение новой информации); коммуникативная (общение); управленческая (формирование целесообразного поведения управляемой системы).

Свойства информации

Информация имеет большое количество разнообразных свойств. В рамках нашего рассмотрения наиболее важными являются такие свойства, как дуализм, полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность. Рассмотрим их подробнее.

Дуализм информации характеризует её двойственность. С одной стороны, информация объективна в силу объективности данных, с другой – субъективна в силу субъективности применяемых методов. Иными словами, методы могут вносить в большей или меньшей степени субъективный фактор и таким образом влиять на информацию в целом. Например, два человека читают одну и ту же книгу и получают разную информацию, хотя прочитанный текст, т.е. данные, были одинаковы. Более объективная информация получается применением методов с меньшим субъективным элементом.

Полнота информации характеризует достаточность данных для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся. Неполный набор данных оставляет большую долю неопределённости. В то же время избыточный набор данных затрудняет доступ к нужным данным, создаёт повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов, например, фильтрации, сортировки.

Достоверность информации – степень соответствия информации реальному объекту с необходимой точностью, характеризующая отсутствие ошибок. Чем выше уровень шума по сравнению с полезным сигналом, тем ниже достоверность. В этом случае приходится использовать более сложные методы или больше данных, например, повторная передача.

Адекватность информации – степень соответствия информации действительной обстановке, реальному объекту, процессу, явлению. Неадекватная информация может получаться на основе неполных и(или) недостоверных данных, а также при использовании неадекватных методов.

Доступность информации – это возможность получения информации при необходимости. Доступность складывается из двух составляющих: из доступности данных и доступности методов.

Актуальность информации – степень соответствия текущему моменту времени. Информация, актуальная сегодня, может стать совершенно ненужной по истечении некоторого времени. Например, программа телепередач на нынешнюю неделю будет неактуальна для многих телезрителей на следующей неделе.