Астахова Е.В. Введение в информатику

Подождите немного. Документ загружается.

Алтайский

государственный технический

университет им. И. И. Ползунова

Е. В. АСТАХОВА

ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ

Учебное пособие

Барнаул

Министерство образования и науки Российской федерации

Алтайский государственный технический

университет им. И. И. Ползунова

Е. В. АСТАХОВА

ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ

Учебное пособие

Барнаул 2008

УДК 681.3

Астахова Е. В. Введение в информатику: Учебное пособие/ Алт. госуд.

технич. ун-т им. И. И. Ползунова.- Барнаул, 2008.- 200 с.

В данном учебном пособии изложен теоретический материал курса

«Информатика». Пособие имеет модульную структуру и предназначено для

дополнительного, самостоятельного изучения рассмотренных в лекциях тем. В

каждом модуле предусмотрены вопросы и тесты для самоконтроля , которые

сопровождаются таблицей ответов. Учебное пособие может быть использовано

студентами технических и профессионально-педагогических специальностей

очной и дистанционной форм обучения.

Рекомендовано заседанием

кафедры «Прикладная математика»

Протокол № 1 от 4.09.2008

Рецензенты: Н. Б. Лаврентьева — д.п.н., профессор кафедры инженерной

педагогики АлтГТУ;

Е. Н. Крючкова — к.ф.-м.н, профессор кафедры прикладной

математики АлтГТУ.

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современном мире деятельность людей зависит от уровня их

информированности и способности эффективно использовать полученные

знания. Чтобы свободно ориентироваться в потоках информации современный

специалист должен овладеть информационной культурой, фундамент которой

закладывает дисциплина «Информатика». Информационная культура означает и

умение целенаправленно работать с информацией, и профессиональное

использование информационных технологий для ее получения, обработки и

передачи. Информация расценивается как стратегический ресурс общества, во

многом определяющий уровень развития государства.

Четкие границы информатики определить трудно, если вообще возможно,

поскольку она интегрирует знания из многих областей. Владение основными

понятиями из области информатики, информационных технологий является

обязательным атрибутом профессиональной пригодности человека в обществе.

Информатика является дисциплиной не только практического плана, изучая

которую студент приобретает навыки работы на персональном компьютере, но и

дисциплиной социальной, гуманитарной направленности, способствующей

формированию определенного мировоззрения.

Учебное пособие содержит относительно стабильные базовые

теоретические знания и предназначено для формирования целостного

представления об информатике и ее роли в современной социально-

экономической жизни общества, о возможностях, способах и целях использования

информационных систем, программных средств и технологий.

Учиться сегодня надо основательно, но при этом быстро и экономно.

Чтобы стать впоследствии грамотным специалистом мало одних фактических

знаний, необходимо научиться профессионально мыслить и действовать.

Познавательный труд нелегок, но нужно постараться сделать его максимально

продуктивным.

Обучение строится по схеме модульного изложения материала с

последующим закреплением и контролем качества усвоения. Модуль

представляет собой логически завершенную часть материала, изучение которого

имеет определенную цель. Учебное пособие состоит из 8 модулей, которые

построены так, чтобы активизировать познавательную деятельность студента.

Состав модуля

¾ Титульный лист, который содержит

 тему модуля,

 формулировку цели изучения модуля,

 решаемые в ходе изучения задачи,

 перечень знаний, приобретаемых в ходе изучения материала,

 критерии трудоемкости модуля,

 лабораторное сопровождение,

¾ Собственно изучаемый материал

¾ Список ключевых понятий

¾ Вопросы для самоконтроля

¾ Тестовые задания для самоконтроля

¾ Список рекомендуемой литературы

Учебный материал модуля состоит из обязательной для всех информации

и дополнительного блока комментариев, выделенного более мелким шрифтом и

угловой рамкой так, как показано ниже.

В индустриальном обществе все направлено на производство и потребление товаров; в

информационном обществе производятся и потребляются интеллект, знания, что

приводит к увеличению доли умственного труда.

Технология работы с учебным пособием

Этап 1. Ознакомьтесь с темой, разделами, целью и задачами,

приведенными на титульном листе данного модуля. Настройтесь на

обучение в соответствии с критериями.

Этап 2. Приступайте к изучению основной теоретической части модуля.

Этап 3. Внимательно прочитайте определения и понятия, которые были

использованы в тексте модуля. Попробуйте восстановить в памяти, в

связи с чем упоминалось то или иное понятие.

Этап 4. Попытайтесь ответить на вопросы для самоконтроля

самостоятельно или найти ответ в тексте модуля. Оцените степень

усвоения материала, опираясь на тезис, что специалист должен уверенно

ориентироваться в данном материале.

Этап 5. Выполните самотестирование. Оцените его результаты, сравнив

собственные ответы с эталонными ответами из таблицы Приложения 1.

Этап 6. Вернитесь к титульному листу модуля и проверьте себя на

усвоение перечисленных там знаний. Это то, что Вы должны ЗНАТЬ, а,

следовательно, тот материал учебного пособия, в котором должны

ОЧЕНЬ ХОРОШО РАЗОБРАТЬСЯ.

Этап 7. Ознакомьтесь с перечнем предполагаемых результатов, которых

вы должны достичь после изучения данного модуля.

При необходимости еще раз посмотрите материал и повторите этапы его

изучения. Тщательно прорабатывайте вопросы и тесты для самоконтроля. Это

обеспечит вам гарантированную проверку правильности понимания ключевых

моментов модуля и прочность их усвоения.

Необходимо помнить, что при начальном поверхностном ознакомлении с

любым изучаемым материалом запоминается 10-30% информации. При

вторичном — до 50%. И лишь третий осмысленный и целенаправленный проход

по тексту дает результат в 80-90%

Для выполнения лабораторного сопровождения модуля обратитесь к

практическому пособию «Введение в информатику. Лабораторный практикум».

УСПЕХА!

МОДУЛЬ

ВВЕДЕНИЕ В ИНФОРМАТИКУ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭВМ

3. АЛГОРИТМЫ, СТРУКТУРЫ ДАННЫХ И ПРОГРАММНОЕ

УПРАВЛЕНИЕ

ЭВМ

Цель: получение представления об информатике как науке и дисциплине, об

информации как основном объекте информатики, логических основах и принципах

работы ЭВМ.

Задачи:

¾ Ознакомиться с этапами развития технической и программной базы ЭВМ.

¾ Разобраться в компонентах и структуре информационного рынка.

¾ Понять в чем заключается информационная культура.

¾ Ознакомиться с методами измерения информации.

¾ Усвоить основные понятия алгебры логики.

¾ Разобраться в основных особенностях алгоритма.

¾ Понять назначение структур данных.

¾ Уяснить принципы

программного управления.

После изучения модуля вы должны

Знать:

¾ Элементную и программную базы поколений ЭВМ.

¾ Инфрастуктуру и компоненты информационного рынка.

¾ Понятие и формы адекватности.

¾ По каким критериям можно измерять информацию.

¾ Элементарные функции и аксиомы алгебры логики.

¾ Что такое алгоритм, его особенности и базовые элементы представления.

¾ Какие структуры используются для описания данных с различной

организацией.

¾ Принципы программного управления.

Результат:

¾ Систематизация знаний в сфере общих положений информатики как науки и

дисциплины.

¾ Создание общеобразовательной базы для успешного овладения такими

дисциплинами как «Структуры и алгоритмы обработки данных»,

«Программирование на языках высокого уровня», «Базы данных».

¾ Закладка фундамента информационной культуры.

¾ Пополнение профессионального словарного запаса.

Критерии:

¾ Сложность изучаемого материала (1 — простой, 2 — средний, 3 — сложный)

¾ Минимально необходимое время изучения материала (в аудиторных часах)

— 30% знаний

¾ Время, необходимое для полного усвоения материала (в аудиторных

часах) — 80-100% знаний

1 ВВЕДЕНИЕ

1.1 ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

В истории развития общества было несколько информационных революций:

Первая революция — изобретение письменности.

Вторая (середина XVI в.) — изобретение книгопечатания.

Третья (конец XIX в.) — изобретение электричества (телеграф, телефон, радио).

Четвертая (70-е гг. ХХ в.) — изобретение микропроцессорной технологии.

В соответствии с элементной базой и уровнем развития программного

обеспечения (ПО) выделяют 4 периода в развитии вычислительной техники.

Первый период (1946-1955)

1946 г. — начало эры ЭВМ — опытная эксплуатация машины ЭНИАК в Пенсильванском

университете ( вес — 30 тонн; производительность — 5000 оп/с).

В середине 40-х были созданы первые ламповые вычислительные устройства. В

то время одна и та же группа людей участвовала и в проектировании, и в эксплуатации, и

в программировании вычислительной машины. Это была скорее научно-

исследовательская работа в области вычислительной техники.

Программирование осуществлялось на машинном языке. Все задачи организации

вычислительного процесса решались программистами вручную с пульта управления.

Системное программное обеспечение (ПО) составляли библиотеки математических и

служебных подпрограмм.

Второй период (1955-1965)

Лучшая из отечественных машин второго поколения — БЭСМ-6 с производительностью

до 1 млн. оп/с.

Компьютеры второго поколения на базе полупроводниковых элементов стали

более надежными и могли непрерывно работать настолько долго, чтобы на них можно

было решать практически важные задачи. В этот период произошло разделение персонала

на программистов и операторов, эксплуатационщиков и разработчиков вычислительных

машин. Появились первые алгоритмические языки и первые системные программы —

компиляторы. Системы пакетной обработки (прообраз современных операционных

систем) автоматизировали запуск одной программы за другой и тем самым увеличивали

коэффициент загрузки процессора. С помощью формализованного языка управления

заданиями программист сообщал системе и оператору, какую работу он хочет выполнить

на вычислительной машине. Совокупность нескольких заданий в виде колоды перфокарт,

получила название пакета заданий.

Третий период (1965-1980)

Первым семейством программно-совместимых машин, построенных на интегральных

микросхемах (ИС), стала серия машин IBM/360.

Расширение функциональных возможностей ЭВМ вызвало рост объема

обрабатываемой информации, что способствовало появлению первых систем управления

базами данных.

Появился новый способ организации вычислительного процесса —

мультипрограммирование, — при котором на одном процессоре попеременно

выполняются несколько программ. Пока одна программа выполняет операцию

ввода/вывода, процессор не простаивает, а выполняет другую программу. Новый тип ОС

— системы разделения времени — создавал для каждого пользователя иллюзию

единоличного использования вычислительной машины.

Четвертый период (С 1980 г. по настоящее время)

Внедрение больших интегральных схем (БИС) увеличило надежность ЭВМ в 10 раз

В эти годы произошло резкое возрастание степени интеграции и удешевление

микросхем. Наступила эра персональных компьютеров (ПК). Использование ПК

неспециалистами потребовало разработки "дружественного" программного обеспечения.

На рынке операционных систем доминировали две системы: MS DOS и UNIX.

Однопрограммная однопользовательская ОС MS DOS широко использовалась для

компьютеров, построенных на базе микропроцессоров Intel 8088, а затем 80286, 80386 и

80486. Мультипрограммная многопользовательская ОС UNIX использовалась в среде

"неинтеловских" компьютеров, особенно построенных на базе высокопроизводительных

RISC-процессоров.

В середине 80-х стали развиваться сети персональных компьютеров.

Таблица 1. Технические характеристики поколений ЭВМ

Технические

характеристики

1-е поколение 2-е поколение 3-е поколение 4-е поколение

1946-1955 1955-1965 1965-

1970

1970-

1980

С 1980…

Элементная

база

Реле,

электронные

лампы

Полупроводни-

ковые

элементы

ИС БИС Сверхбольшие БИС

Быстродействие 1 мс 1 мкс 10 нс 1 нс < 1нс

Плотность

упаковки

(элемент/см

)

0,1 2-3 10-20 1000 >10 000

Режим работы Однопрограм-

мный

Пакетный Разделения

времени

Персональная/сетевая

работа

В начале 80-х годов XX века в Японии был опубликован проект ЭВМ пятого

поколения, который предусматривал вывод общения пользователя с компьютером на

бытовой уровень. Предлагалось разработать простой интерфейс на основе естественно-

языкового диалога и привлечь конечного пользователя к проектированию программного

продукта. Последнее означает, что программист создает пустую программную оболочку, а

пользователь наполняет ее знаниями.

1.2 ИНФОРМАЦИОННЫЙ РЫНОК

Как и при использовании традиционных видов ресурсов и продуктов, люди

должны знать: где находятся информационные ресурсы, сколько они стоят, кто ими

владеет, кто в них нуждается, насколько они доступны.

Предмет продажи или обмена: информационные системы, информационные

технологии, лицензии, патенты, товарные знаки, ноу-хау, инженерно-технические услуги,

информация.

Основной источник информации для информационного обслуживания — базы

данных. Они интегрируют в себе поставщиков и потребителей информационных услуг,

связи и отношения между ними, порядок и условия продажи и покупки информационных

услуг.

Середина 50-х гг. Формирование устойчивого рынка информационных услуг.

Основные поставщики информационных услуг: информационные службы

государственных учреждений, учебных заведений. Основные потребители: ученые и

специалисты в области науки и техники.

Начало 60-х гг. Формирование рынка услуг электронной обработки и передачи

информации.

Середина 60-х — середина 70-х гг. Важнейшим видом информационных услуг

стали базы данных, содержащие информацию по всевозможным отраслям знаний.

Середина 70-х гг. С созданием национальных и глобальных сетей передачи

данных развивается диалоговый поиск информации в удаленных от пользователя базах

данных.

Начиная с 80-х гг. информационная индустрия приобретает все больший

удельный вес и влияние на экономическую и социальную жизнь общества.

Составляющие информационного рынка в России

1. Техническая и технологическая. Это современное информационное

оборудование, мощные компьютеры, развитая компьютерная сеть и соответствующие им

технологии переработки информации.

2. Нормативно-правовая. Это юридические документы: законы, указы,

постановления, которые обеспечивают цивилизованные отношения на информационном

рынке.

3. Информационная. Это справочно-навигационные средства и структуры,

помогающие находить нужную информацию.

4. Организационная. Это элементы государственного регулирования

взаимодействия производителей и распространителей информационных продуктов и

услуг.

Инфраструктура информационного рынка

1. Деловая информация

• биржевая и финансовая информация — котировки ценных бумаг, валютные

курсы, рынок товаров, инвестиции, цены;

• коммерческая информация по компаниям, фирмам (направления работы и,

цены; финансовое состояние, сделки, руководители).

2. Информация для специалистов

• профессиональная информация — специальные данные и информация для

юристов, врачей, преподавателей, инженеров и т.д.;

• научно-техническая информация — документальная, библиографическая,

справочная информация в области естественных, технических, общественных наук, по

отраслям производства и сферам человеческой деятельности;

• доступ к первоисточникам — организация доступа к источникам

информации через библиотеки и специальные службы; возможность приобретения и

получения первоисточников по межбиблиотечному абонементу в различных формах.

3. Потребительская информация

• новости и литература — информация служб новостей, электронные

журналы, справочники, энциклопедии;

• потребительская информация — расписания транспорта, резервирование

билетов и мест в гостиницах, заказ товаров и услуг;

• развлекательная информация — игры, телетекст, видеотекст;

4. Услуги образования; включает дошкольное, школьное, специальное, среднее

профессиональное, высшее образование, повышение квалификации и переподготовку.

Информационная продукция: учебники, методические разработки, развивающие

компьютерные игры, компьютерные обучающие и контролирующие системы.

5. Обеспечивающие информационные системы и средства

• программные продукты: системное программное обеспечение, прикладное

программное обеспечение и др.;

• технические средства: компьютеры, телекоммуникационное оборудование,

оргтехника, сопутствующие материалы и комплектующие;

• разработка и сопровождение информационных систем и технологий —

обследование организации для выявления информационных потоков, разработка

информационных моделей, разработка структуры программного комплекса, создание и

сопровождение баз данных;

• консультирование по различным аспектам информационной индустрии —

какую приобретать информационную технику, какое программное обеспечение.

1.3 ИНФОРМАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА

В индустриальном обществе все направлено на производство и потребление товаров; в

информационном обществе производятся и потребляются интеллект, знания, что

приводит к увеличению доли умственного труда.

Практически все сферы деятельности человека нуждаются в информационном

обслуживании. Компьютер является универсальным техническим средством обработки

информации, усиливающим интеллектуальные возможности человека и общества в целом.

Следует различать процессы информатизации и компьютеризации.

Компьютеризация означает развитие и внедрение технической базы компьютеров,

обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее

накопление.

Информатизация предполагает применение комплекса мер, направленных на

более полное использование достаточного, достоверного и актуального знания во всех

видах человеческой деятельности.

Таким образом, в понятии «информатизация общества» акцент делается на

сущности и целях социально-технического прогресса.

Возросшие требования к скорости восприятия и обработки больших объемов

информации, к овладению современными средствами, методами и технологией работы в

изменившихся социально-экономических условиях породили необходимость выхода

человека на иной уровень культуры. Информационная культура является частью общей

культуры и предполагает умение целенаправленно работать с информацией, используя

для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию и

современные технические средства и методы.

Являясь продуктом творческих способностей человека, информационная культура

проявляется

• в

конкретных навыках использования различных технических устройств от

телефона до персонального компьютера;

• в умении извлекать информацию из различных источников от

периодической печати до Internet и эффективно ее использовать;

• в умении работать с различной информацией, грамотно используя

компьютерную информационную технологию и методы аналитической обработки.

Таким образом, информационная культура невозможна без знаний

в области

кибернетики, информатики, математики, теории проектирования баз данных и других

дисциплин. Вот почему так много внимания уделяется наработке устойчивых навыков

работы в среде базовых информационных технологий.

1.4 ИНФОРМАТИКА: ПРЕДМЕТ, СТРУКТУРА, ЗАДАЧИ

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области,

занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ.

Informatique (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и

automatique (автоматика) — "информационная автоматика или автоматизированная

переработка информации". В англоязычных странах этому термину соответствует