авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
-- [ Страница 1 ] --

УДК 002(075.8)

ББК 32.81я73

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

У

91

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОВОЛЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА»

(ФГБОУ ВПО «ПВГУС»)

Рецензент к.т.н., доц. Жуков Г. П.

Кафедра «Информационный и электронный сервис»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС по дисциплине «Информатика»

для студентов технических специальностей Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информа среднего профессионального образования У 91 тика» / сост. Н. С. Самохина. – Тольятти : Изд-во ПВГУС, 2012. – 236 с.

Для студентов технических специальностей среднего про фессионального образования.

Одобрено Учебно-методическим Советом университета Составитель Самохина Н. С.

© Самохина Н. С., составление, © Поволжский государственный университет сервиса, Тольятти СОДЕРЖАНИЕ Введение……………………………………….…………………………………………….

1. Рабочая учебная программа дисциплины……………………………………….......

1.1. Цели и задачи дисциплины………………………………...……………………….

1.2. Структура и объем дисциплина…....……………………………………………….

1.3. Содержание дисциплины…………………………...……………………………… 1.4. Требования к уровню освоения дисциплины и формы текущего и промежу точного контроля…………………………………………………………………….

1.5. Содержание индивидуальной работы………………………..…………………….

2. Учебно-методическое пособие.………………………………………………………...

2.1. Конспект лекций…………………..……..……………………………………….. 2.2. Лабораторный практикум……………………………………….………………… Лабораторная работа № 1. …………………………………………………………. Лабораторная работа № 2…………………………………………………………... Лабораторная работа № 3…………………………………………………………... Лабораторная работа № 4…………………………………………………………... Лабораторная работа № 5…………………………………………………………... Лабораторная работа №6 ……………………………………………………….….. Лабораторная работа № 7........................................................................................... Лабораторная работа №8………………..………………………………………….. Лабораторная работа №9…...………………………………………………………. Лабораторная работа №10……..…………………………………………………… Лабораторная работа №11……..…………………………………………………… 3. Учебно-методическое обеспечение дисциплины...………………………...………..

3.1. Перечень основной и дополнительной литературы……………………..……… 3.2. Методические рекомендации преподавателю………………………………..….

3.3. Методические указания студентам по изучению дисциплины…………..…….

3.4. Методические указания для выполнения контрольной работы…………………………………………….. 3.5. Материально-техническое обеспечение дисциплины………………………… 3.6. Программное обеспечение использования современных информационно коммуникативных технологий………………………………..…………………..

3.7. Технологическая карта дисциплины……………………………………………..

Приложения……………………………...…………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика» разработан для студентов технических специальностей среднего профессионального образования и включает в себя:

рабочую учебную программу, раскрывающую содержание основных дидактических единиц дисциплины согласно ГОС для базового уровня среднего (полного) общего образования, а также содержащую требования к уровню освоения программы и формы текущего и промежуточного контроля и содержание самостоятельной работы студентов;

учебно-методическое пособие, включающее теоретические сведения для изучения дисциплины, отражающие содержание дидактических единиц ГОС, контрольные вопросы по темам, и имеющее ссылки на основную учебную литературу. В учебно методическое пособие включен лабораторный практикум из 11 лабораторных работ;

учебно-методическое обеспечение дисциплины, содержащее перечень основной и дополнительной литературы, методические рекомендации преподавателю и студентам, материально-техническое и программное обеспечение дисциплины.

На изучение дисциплины «Информатика» отводится учебным планом очной формы обучения: 124 часа, в том числе лекционные занятия - 50 часа, лабораторные работы – 42 часов, самостоятельная работа студентов – 32 часов.

1. РАБОЧАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ Цель преподавания дисциплины "Информатика" состоит в изучении основных положений и разделов информатики;

получении навыков практического использования компьютера;

получении отчетливого представления о роли информатики и информационных технологий в современном мире.

Задачами изучения дисциплины являются:

развитие логического и алгоритмического мышления;

• овладение основами функционирования персональных компьютеров, • методами и средствами хранения и передачи информации, обработкой результатов измерений на ЭВМ, компьютерной графикой;

выработка умения самостоятельного решения задач обработки текстовой и • цифровой информации, навыков практической работы на персональном компьютере.

Дисциплина "Информатика" связана со следующими дисциплинами:

Математика (разделы "Линейная алгебра";

"Численные методы") • Физика (Раздел "Электричество и магнетизм").

• Изучение дисциплины ориентировано на будущую профессиональную деятельность студента по выбранному направлению, а также тематику выпускных квалификационных работ.

1.2. СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ Распределение фонда времени по семестрам, неделям и видам занятий № Количество часов по плану Количество часов в неделю Самостоятель семе ная работа стра всего лекции практ. лабор. всего лекц практ. лабор. часов часов недель Число занят. занят. ии занят. занят. всего в неделю очное отделение 1 17 76 32 - 28 4 2 - 2 16 2 17 48 18 - 14 2 1 - 1 16 Итого: 124 50 - 42 - - - - 32 1.3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Распределение фонда времени по темам и видам занятий Аудиторные Самостоятельная работа Наименование занятия разделов по темам лабораторные Всего практика лекции 16 - 12 6 1. Информация и информационные процессы Системы, образованные взаимодействующими элементами, состояния элементов, обмен информацией между элементами, сигналы. Классификация информационных процессов. Выбор способа представления информации в соответствии с поставленной задачей. Универсальность дискретного (цифрового) представления информации. Двоичное представление информации.

Поиск и систематизация информации.

Хранение информации;

выбор способа хранения информации.

Передача информации в социальных, биологических и технических системах.

Преобразование информации на основе формальных правил. Алгоритмизация как необходимое условие его автоматизации.

Особенности запоминания, обработки и передачи информации человеком. Организация личной информационной среды. Защита информации.

Использование основных методов информатики и средств ИКТ при анализе процессов в обществе, природе и технике.

6 - 4 4 2. Информационные модели и системы Информационные (нематериальные) модели. Использование информационных моделей в учебной и познавательной деятельности.

Назначение и виды информационных моделей. Формализация задач из различных предметных областей. Структурирование данных. Построение информационной модели для решения поставленной задачи.

Оценка адекватности модели объекту и целям моделирования (на примерах задач различных предметных областей).

10 - 12 6 3. Средства и технологии создания и преобразования информационных объектов Текст как информационный объект.

Автоматизированные средства и технологии организации текста. Основные приемы преобразования текстов. Гипертекстовое представление информации.

Динамические (электронные) таблицы как информационные объекты. Средства и технологии работы с таблицами. Назначение и принципы работы электронных таблиц.

Основные способы представления математических зависимостей между данными.

Использование электронных таблиц для обработки числовых данных (на примере задач из различных предметных областей) Графические информационные объекты.

Средства и технологии работы с графикой.

Создание и редактирование графических информационных объектов средствами графических редакторов, систем презентационной и анимационной графики.

Базы данных. Системы управления базами данных. Создание, ведение и использование баз данных при решении учебных и практических задач.

4. Компьютер как средство автоматизации 10 - 10 8 информационных процессов Аппаратное и программное обеспечение компьютера. Архитектуры современных компьютеров. Многообразие операционных систем. Выбор конфигурации компьютера в зависимости от решаемой задачи.

Программные средства создания информационных объектов, организация личного информационного пространства, защиты информации.

Программные и аппаратные средства в различных видах профессиональной деятельности 6 - 4 6 5. Средства и технологии обмена информацией с помощью компьютерных сетей (сетевые технологии) Локальные и глобальные компьютерные сети. Аппаратные и программные средства организации компьютерных сетей. Поисковые информационные системы. Организация поиска информации. Описание объекта для его последующего поиска.

2 - - 2 6. Основы социальной информатики Основные этапы становления информационного общества. Этические и правовые нормы информационной деятельности человека.

Итого 50 - 42 32 1.4. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И ФОРМЫ ТЕКУЩЕГО И ПРОМЕЖУТОЧНОГО КОНТРОЛЯ Текущий и промежуточный контроль знаний осуществляется путем проведения тестирований, контрольных работ, отчетов по выполненным лабораторным работам. В связи с этим, для успешного освоения дисциплины студентам необходимо:

– регулярно посещать лекционные занятия;

– осуществлять регулярное и глубокое изучение лекционного материала, учебников и учебных пособий по дисциплине;

– активно работать на лабораторных занятиях;

– выступать с сообщениями по самостоятельно изученному материалу;

– участвовать с докладами на студенческой конференции.

Текущий контроль знаний осуществляется путем выставления балльных оценок за выполнение тех или иных видов учебной работы (отчет по лабораторным работам, прохождение тестирования, контрольной работы и т.п.).

Промежуточный контроль знаний студентов осуществляется в форме межсессионной аттестации. Уровень знаний оценивается баллами, набранными студентами в контрольных точках. Балльная оценка соответствующих контрольных точек приводится в технологической карте дисциплины.

Итоговый контроль знаний по дисциплине проводится в форме письменного зачета (2 семестр). Для подготовки к зачету студенты используют приводимый ниже перечень вопросов для подготовки к экзамену, который соответствует содержанию ГОС дисциплины. Вместе с тем, конкретная формулировка вопросов, не выходя за пределы изученных на аудиторных занятиях и в ходе самостоятельной работы, может отличаться от представленного перечня.

Перечень вопросов для подготовки к зачету по дисциплине «Информатика»

1. Информатика. Предмет информатики. Основные задачи информатики.

2. Понятие информации, свойства информации.

3. Измерение информации, количество и качество информации.

4. Меры измерения количества информации.

6. Формы и способы представления информации.

7. Информация и информационные технологии.

8. Сигналы, кодирование сигналов.

9. Кодирование информации.

10. Системы счисления. Виды систем счисления.

11. Правила перевода систем счисления.

12. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера.

13. Периферийные устройства.

14. Архитектура ЭВМ.

15. Центральный процессор, системные шины, их основные характеристики.

16. Запоминающие устройства: классификация, принцип работы, основные характеристики.

17. Системная память: ОЗУ, ПЗУ, кэш.

18. Внешняя память: винчестер 19. Внешняя память: накопитель на гибких магнитных дисках;

накопители на компакт-дисках.

20. Устройства ввода/вывода данных, данных, их разновидности и основные характеристики. Клавиатура. Координатные устройства ввода.

21. Видео- и звуковые адаптеры. Назначение, разновидности и основные характеристики.

22. Сканеры. Основные виды и их характеристики.

23. Принтеры, плоттеры. Основные виды и их характеристики.

24. Мониторы. Основные виды и их характеристики.

25. Программное обеспечение. Классификация.

26. Понятие прикладного программного обеспечения. Классификация.

27. Понятие системного программного обеспечения: назначение, возможности, классификация.

28. Операционные системы, назначение, классификация. Примеры.

29. Организация и средства человеко-машинного интерфейса.

30. Файловая структура. Системы управления файлами.

31. Служебное, вспомогательное программное обеспечение.

32. Алгоритмизация. Понятие алгоритма, свойства алгоритма.

33. Проектирование алгоритмов. Блок-схема алгоритма.

34. Основные типы алгоритмов, их сложность и их использование для решения задач.

35. Понятия формализации, алгоритмизации, программирования.

36. Операторы циклов и ветвления. Примеры.

37. Моделирование как метод познания.

38. Классификация и формы представления моделей.

39. Методы и технологии моделирования.

40. Информационная модель объекта.

41. Анализ и обработка данных электронной таблицы.

42. Антивирусные средства защиты информации. Понятие, виды.

43. Базы данных. Системы управления базами данных и базами знаний.

44. Глобальные компьютерные сети. Понятие, назначение. Интернет.

45. Графические редакторы. Понятие, виды, назначение.

46. Дайте определение понятию «электронная почта»? Расскажите об адресации в системе электронной почты. Объясните последовательность настройки электронной почты в Интернет?

47. Информационная безопасность и ее составляющие.

48. Компьютерные вирусы. Понятие, классификация. Антивирусная защита.

49. Компьютерные коммуникации и коммуникационное оборудование.

50. Локальные и глобальные сети ЭВМ.

51. Методы и средства поиска информации в Интернете.

52. Методы защиты информации. Организационные меры защиты информации.

53. Объекты баз данных. Основные операции с данными.

54. Операционные системы. Понятие, функции, виды.

55. Описать интерфейс текстового процессора M. Word.

56. Основы компьютерной коммуникации. Принципы построения сетей.

57. Основы машинной графики. Системы компьютерной графики и анимации 58. Понятие системного программного обеспечения: назначение, возможности, структура;

операционные системы.

59. Программное обеспечение ЭВМ. Понятие, классификация, назначение 60. Программы для работы в сети Интернет 61. Программы-браузеры. Понятие, назначение, пример.

62. Протоколы Интернет. Характеристика, назначение..

63. Системное программное обеспечение. Понятие, классификация.

64. Системы управления файлами. Интерфейсные оболочки. Утилиты. Понятие, назначение.

65. Средства защиты информации от потерь и сбоев оборудования.

66. Текстовые редакторы. Понятие, назначение, пример.

67. Топология сетей.

68. Электронные таблицы. Понятие, назначение, пример.

По результатам проведенного зачета ( 2 семестр) выставляется оценка:

«зачтено» – (51 баллов и выше);

«не зачтено» – (менее 50 баллов).

1.5. СОДЕРЖАНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТА (под руководством преподавателя) Индивидуальная работа организуется преподавателем для студентов на добровольной основе в следующих случаях:

• индивидуального графика обучения;

• углубленного изучения курса.

При обучении по индивидуальному графику студент должен выполнить все лабораторные задания по темам курса, представленные и описанные в разделе 2. данного УМКД.

Для более углубленного изучения дисциплины необходимо ознакомиться со следующими темами:

1. Цели и задачи государственной политики в области информатизации.

2. Информатизация общества.

3. Системы программирования.

4. Языки программирования высокого уровня.

5. Ветвления и циклы в алгоритмах.

6. Объектно-ориентированное программирование.

7. Моделирование информационных процессов.

8. Базы данных.

9. Распределенные информационные системы.

10. Системное программное обеспечение.

11. Методы и средства защиты информации.

12. Искусственный интеллект.

13. Экспертные системы.

2. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ 2.1. Конспект лекций Тема 1. Информация и информационные процессы 1.1. Системы, образованные взаимодействующими элементами, состояния элементов, обмен информацией между элементами, сигналы Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

программное обеспечение средств вычислительной техники;

средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

Французский термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatigue (автоматика) и означает "информационная автоматика или автоматизированная переработка информации". В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. Причем основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной революции. С этого времени элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии. Термин "информатика" приобретает новое дыхание и используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей — технических средств (hardware), программных средств (software), алгоритмических средств (brainware). В свою очередь, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.

Современная информатика включает следующие научные направления:

• теоретическую информатику (теорию информации, теорию кодирования, математическую логику, теорию систем и др.);

• кибернетику (теорию управления в природе, технике и обществе);

• искусственный интеллект (распознавание образов, понимание речи, машинный перевод, логические выводы, алгоритмы самообучения);

• вычислительную технику (устройство компьютеров и компьютерных сетей);

• программирование (методы создания новых программ);

• прикладную информатику (персональные компьютеры, прикладные программы, информационные системы и т.д.).

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Латинское слово «informatio» переводится как «разъяснение», «сведения». В быту под информацией мы обычно понимаем любые сведения или данные об окружающем нас мире и о нас самих.

Информация содержится в человеческой речи, текстах книг, журналов и газет, сообщениях радио и телевидения, показаниях приборов и т. д. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств, хранит и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы. Передаваемая информация обычно касается каких-то предметов или нас самих и связана с событиями, происходящими в окружающем нас мире.

Более узкое определение дается в технике, где:

ИНФОРМАЦИЯ – это все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

Человек получает информацию через свои органы чувств: глаза, уши, рот, нос и кожу. Поэтому всю получаемую нами информацию можно разделить на следующие виды:

• зрительная информация (визуальная, от англ. visual), которая поступает через глаза (по разным оценкам, 8090% всей получаемой нами информации);

• звуковая информация (аудиальная, от англ. audio);

• вкусовая информация (вкус);

• запахи (обонятельная информация);

• тактильная информация, которую мы получаем с помощью осязания, «на ощупь»

Зафиксированная (закодированная) каким-то способом информация может быть представлена в различных формах:

• символ (буква, цифра, знак) – самый простой вид информации;

• текст, который строится из символов;

в отличие от набора символов, в тексте ва жен порядок их расположения, например, КОТ и ТОК два разных текста, хотя они состоят из одинаковых символов;

• числовая информация (иногда ее не считают отдельным видом информации, полагая, что число -это текст специального вида, состоящий из цифр);

• графическая информация (рисунки, картины, чертежи, карты, схемы, фотографии);

• звуковая информация (звучание голоса, мелодии, шум, стук, шорох и т.п.);

• комбинированная информация, которая объединяет несколько видов информации (например, видеоинформация).

С понятием информации связаны такие понятия, как сигнал, сообщение и данные.

Сигнал (от латинского signum — знак) представляет собой любой процесс, несущий информацию.

Данные — это информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например, ЭВМ.

Сообщение — это информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.

Различают две формы представления информации — непрерывную и дискретную. Поскольку носителями информации являются сигналы, то в качестве последних могут использоваться физические процессы различной природы. Например, процесс протекания электрического тока в цепи, процесс механического перемещения тела, процесс распространения света и т. д. Информация представляется (отражается) значением одного или нескольких параметров физического процесса (сигнала), либо комбинацией нескольких параметров.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.

Следует также различать непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.

Можно выделить три основных информационных процесса:

• хранение информации, • обработка информации, • передача информации.

Для хранения информации человек, прежде всего, использует свою память.

Можно считать, что мозг – это одно из самых совершенных хранилищ информации, во многом превосходящее компьютерные средства. Для запоминания и поиска информации используются нервные клетки мозга – нейроны, их более ста миллиардов.

К сожалению, человек многое забывает. Поэтому в древности он записывал информацию на камне, папирусе, бересте, пергаменте, а сейчас – на бумаге, магнитной ленте, электронных носителях. Это нужно еще и для того, чтобы передать знания другим людям, в том числе и следующим поколениям.

В XX веке появились новые средства хранения информации: перфокарты и перфоленты, магнитные ленты и магнитные диски, лазерные диски, флэш-память.

Обработка – это любое изменение информации, причем изменяться может как содержание информации, так и ее форма.

Можно выделить четыре важнейших вида обработки:

• создание новой информации, например, решение задачи с помощью вычислений или логических рассуждений;

• кодирование, когда меняется форма (внешний вид), но не содержание информации;

например, перевод текста на другой язык;

один из видов кодирования – шифрование, цель которого – скрыть смысл (содержание) информации от посторонних;

• поиск информации, например, в книге, в библиотечном каталоге, на схеме или в Интернете;

• сортировка – расстановка элементов списка в заданном порядке, например, расстановка чисел по возрастанию или убыванию, расстановка слов или фамилий по алфавиту;

одна из задач сортировки – облегчить поиск информации.

Компьютер позволяет «усилить» возможности человека в тех задачах обработки информации, решение которых требует длительных расчетов по известным алгоритмам. Однако, в отличие от человека, компьютер не может «мыслить»

образами, поэтому для него недоступно фантазии, размышления, творчество.

При передаче информации всегда есть два объекта – источник и приемник информации.

Эти роли могут меняться, например, во время диалога каждый из участников выступает то в роли источника, то в роли приемника информации.

Информация проходит от источника к приемнику через канал связи. При разговоре людей – это воздух, в котором распространяются звуковые волны. В компьютерах информация передается с помощью электрических сигналов или радиоволн (в беспроводных устройствах). Информация может передаваться с помощью света, лазерного луча, системы телефонной или почтовой связи, компьютерной сети и др.

Рис.1.1. Передача информации Информация поступает по каналу связи в виде сигналов, которые приемник может обнаружить с помощью своих органов чувств (или датчиков) и «понять»

(раскодировать). Сигнал – это любое изменение в окружающей среде, которое можно как-то зафиксировать, например, звуковые колебания, радиоволны, вспышки света, изменение напряжения на контактах.

К сожалению, в реальном канале связи всегда действуют помехи:

посторонние звуки при разговоре, шумы радиоэфира, электрические и магнитные поля. Помехи могут полностью или частично искажать информацию, вплоть до полной потери (вспомните телефонные разговоры при перегрузке сети).

Чтобы содержание сообщения, искаженного помехами, можно было восстановить, оно должно быть избыточным, то есть, в нем должны быть «лишние»

элементы, без которых смысл все равно восстанавливается. Например, в сообщении «Влг впдт в Кспск мр» многие угадают фразу «Волга впадает в Каспийское море», из которой убрали все гласные. Этот пример говорит о том, что естественные языки содержат много «лишнего», их избыточность оценивается в 60-80%.

1.2 Меры и единицы представления, измерения и хранения информации Информацией называют сведения о тех или иных объектах, явлениях или процессах в окружающей среде. Любая форма человеческой деятельности связана с передачей и обработкой информации. Она необходима для правильного управления окружающей действительностью, достижения поставленных целей и в конечном счете для существования человека. Любая система: социально-экономическая, техническая, или система в живой природе действует в постоянной взаимосвязи с внешней средой – другими системами более высокого и более низкого уровней. Взаимосвязь осуществляется посредством информации, которая передает как команды управления, так и сведения, необходимые для принятия правильных решений. Понятие информации как важнейшего элемента системы, охватывающего все стороны ее жизнедеятельности можно считать универсальным, применимым к любым системам.

Единого научного мнения о количественном смысле понятия "информация" не существует. Разные научные направления дают различные определения исходя из тех объектов и явлений, которые они изучают. Некоторые из них считают, что информация может быть выражена количественно, давая определения количества и объема информации (меры информации), другие ограничиваются качественными толкованиями.

Мера информации Синтаксическая Прагматическая Семантическая мера мера мера Объем данных Vд Количество информации I c = C Vд где С- коэффициент содержательности Количество информации I ( ) = H ( ) H ( ), где H ( ) энтропия Рис. 1.2. Классификация меры информации Синтаксическая мера информации Синтаксическая мера информации используется для количественного выражения обезличенной информации, не выражающей смыслового отношения к объектам.

Объем данных Vд в сообщении измеряется количеством символов в нем.

Обычно для указания объема данных считают количество двоичных символов.

Двоичный символ может принимать только два различных значения: 1 и (эквивалентно значениям "да" и "нет"). Двоичный символ носит название бит (от слов binary digit - двоичная цифра). Распространенность двоичной единицы измерения объема объясняется двоичной системой записи чисел, на которой основаны современные компьютеры. Традиционно применяется также байт (byte), равный битам.

Предположим, получатель информации (наблюдатель) дважды принял одно и то же сообщение. Он получил двойной объем данных, но получил ли он двойное количество информации? Интуиция подсказывает, что нет - вторая копия не содержала новых сведений. Информацию, содержащуюся в сообщении, можно трактовать в аспекте того, насколько она была ранее неизвестна и, следовательно, является новой или неожиданной.

Количество информации I определяется через понятие неопределенности состояния (энтропию). Приобретение информации сопровождается уменьшением неопределенности, поэтому количество информации можно измерять количеством исчезнувшей неопределенности.

Пусть в сообщении наблюдателем получены сведения о некоторой части реальности (системе). До принятия сообщения получатель имел некоторые предварительные (априорные) сведения о системе. Мерой его неосведомленности о системе является функция H(), которая в то же время служит и мерой неопределенности состояния системы.

После получения сообщения получатель приобрел в нем информацию I(), уменьшившую его неосведомленность (неопределенность состояния системы) так, что она стала равна H(). Тогда количество информации I() о системе, полученной в сообщении, определится как I() = H() - H().

Таким образом, количество информации в сообщении измеряется изменением (уменьшением) неопределенности состояния системы после получения сообщения.

Если конечная неопределенность H()обратится в нуль, то первоначальное неполное знание заменится полным знанием и количество информации I() = H().

Иными словами, энтропия системы H() может рассматриваться как мера информации.

Энтропия системы H(), имеющей N возможных состояний, согласно формуле Шеннона равна N H ( ) = Pi log Pi, i = где Pi - вероятность того, что система находится в i-м состоянии.

Для случая, когда все состояния системы равновероятны, т.е. их вероятности Pi = равны, N энтропия определяется соотношением N 1 H ) = = log N.

( log N N i= Часто информация кодируется числовыми кодами в той или иной системе счисления. Одно и то же количество цифр (символов) в разных системах счисления может передать разное число состояний отображаемого объекта, что можно представить в виде соотношения N = mn, где N - число всевозможных отображаемых состояний;

m - основание системы счисления (разнообразие символов, применяемых в алфавите);

n - число символов в сообщении.

Приведем пример. По каналу связи передается n - символьное сообщение, использующее m различных символов. Так как количество всевозможных кодовых комбинаций будет N = mn, то при равной вероятности появления любой из них количество информации, приобретенной абонентом в результате получения сообщения, будет равно I = log N = n log m.

Эта формула известна как формула Хартли. Если в качестве основания логарифма принять m, то I = n. В данном случае количество информации (при условии полного априорного незнания абонентом содержания сообщения) будет равно объему данных I = Vд, полученных по каналу связи. Для неравновероятных состояний системы всегда I Vд = n.

Наиболее часто логарифм берут по основанию 2. В этом случае количество информации измеряют в битах.

Коэффициент информативности сообщения определяется отношением количества информации к объему данных, т.е.

I Y=, причем 0 Y 1.

Vд C увеличением Y уменьшаются затраты на обработку информации. Поэтому обычно стремятся к повышению информативности.

Семантическая мера информации Порция информации может быть описана путем соотнесения ее с другой информацией, указания ее смысла и структуры. Например, каждому китайскому иероглифу можно соотнести какое-либо слово или понятие на другом языке.

Семантика (от греческого semantikos - обозначающий) - значения, смысл единиц языка, например, слов и словосочетаний. Тезаурус - это совокупность таких значений, которыми располагает наблюдатель.

Семантическое (смысловое) количество информации измеряется тезаурусной мерой. Она выражает способность наблюдателя (пользователя) принимать поступившее сообщение.

В зависимости от соотношений между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя Sp изменяется количество семантической информации Ic, воспринимаемой пользователем и включаемой им в дальнейшем в свой тезаурус.

Характер такой зависимости показан на рис. 1.3. Рассмотрим два предельных случая, когда количество семантической информации Ic равно 0:

- при Sp = 0 пользователь не воспринимает поступающую информацию, так как не понимает ее;

- при Sp пользователь все знает и поступающая информация ему не нужна.

Максимальное количество семантической информации Ic потребитель приобретает при согласовании ее смыслового содержания S со своим тезаурусом Sp (Sp = Sp opt), когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее не известные (отсутствующие в его тезаурусе) сведения.

Следовательно, количество семантической информации в сообщении, количество новых знаний, получаемых пользователем, является величиной относительной. Одно и то же сообщение может иметь смысловое содержание для компетентного пользователя и быть бессмысленным (семантический шум) для пользователя некомпетентного.

Ic Sp Sp opt Рис.1.3. Зависимость количества семантической информации Ic, воспринимаемой потребителем, от его тезауруса Sp При оценке семантического (содержательного) аспекта информации необходимо стремиться к согласованию величин S и Sp.

Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности C, который определяется как отношение количества семантической информации к ее объему:

Ic C=.

Vд Прагматическая мера информации Создание порции информации происходит по некоторой причине, а получение информации может привести к некоторому результату. Количественной мерой информации в этом случае может быть степень реакции системы на данную информацию.

Эта мера определяет полезность информации (ценность) для достижения пользователем поставленной цели. Она также относительна, обусловлена особенностями использования информации в той или иной системе. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах (или близких к ним), в которых измеряется поставленная цель.

Например, в экономической системе прагматические свойства (ценность) информации можно определить приростом экономического эффекта функционирования, достигнутым благодаря использованию этой информации для управления системой: Iп() = П(/) - П(), где Iп() - ценность информационного сообщения для системы управления ;

П() - априорный ожидаемый экономический эффект функционирования системы управления без получения сообщения;

П(/) - ожидаемый эффект функционирования системы при условии, что для управления будет использована информация, содержащаяся в сообщении.

Единицы измерения информации.

Существует много различных систем и единиц измерения данных. Каждая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.

В компьютерной технике бит соответствует физическому состоянию носителя информации: намагничено - не намагничено, есть отверстие - нет отверстия. При этом одно состояние принято обозначать цифрой 0, а другое - цифрой 1. Выбор одного из двух возможных вариантов позволяет также различать логические истину и ложь.

Последовательностью битов можно закодировать текст, изображение, звук или какую либо другую информацию. Такой метод представления информации называется двоичным кодированием (binary encoding).

В информатике часто используется величина, называемая байтом (byte) и равная 8 битам. И если бит позволяет выбрать один вариант из двух возможных, то байт, соответственно, 1 из 256 (28). В большинстве современных ЭВМ при кодировании каждому символу соответствует своя последовательность из восьми нулей и единиц, т.

е. байт. Соответствие байтов и символов задается с помощью таблицы, в которой для каждого кода указывается свой символ. Так, например, в широко распространенной кодировке Koi8-R буква "М" имеет код 11101101, буква "И" - код 11101001, а пробел код 00100000.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов кило-, мега-, гига- тера-,пета-;

в более крупных единицах пока нет практической надобности.

1 Кбайт = 1024 байт = 210 байт 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт 1 Пбайт = 1024 Тбайт = 250 байт 1.3 Системы счисления Система счисления (далее СС) - совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. В зависимости от способов изображения чисел цифрами, системы счисления делятся на: непозиционные и позиционные.

Непозиционной системой называется такая, в которой количественное значение каждой цифры не зависит от занимаемой ей позиции в изображении числа (римская система счисления).

Позиционной системой счисления называется такая, в которой количественное значение каждой цифры зависит от её позиции в числе (арабская система счисления).

Количество знаков или символов, используемых для изображения числа, называется основанием системы счисления.

Существует множество позиционных систем счисления. Наиболее распространенные приведены в таблице:

Основание Система счисления Знаки 2 Двоичная 0, 3 Троичная 0,1, 4 Четвертичная 0,1,2, 5 Пятиричная 0,1,2,3, 8 Восьмиричная 0,1,2,3,4,5,6, 10 Десятичная 0– 12 Двенадцатиричная 0 – 9,А,В 16 Шестнадцатиричная 0 – 9, A,B,C,D,E,F В информатике нашли применение двоичная, восьмеричная, десятичная и шестнадцатеричная.

Соответствие чисел в основных системах счисления. Таблица 1. десятичная Шестнадцатеричная Восьмеричная двоичная 0 0 0 1 1 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 10 9 9 11 10 A 12 11 B 13 12 C 14 13 D 15 14 E 16 15 F 17 Формы представления чисел В информатике применяется две формы представления чисел:

- естественная форма с фиксированной точкой (запятой), - нормальная (экспоненциальная) форма или с плавающей точкой (запятой).

В общем случае, запись любого числа в позиционной системе счисления с основанием «Р» представляет собой ряд вида:

a m-1*P m-1 + a m-2*P m-2 + ….. a 1*P 1 + a 0*P 0 + a -1*P –1 + ….. a -s*P –s (1) где: m – определяет положение цифры в числе, т.е. разряд, начиная с целой части влево;

s – разряд, начиная с дробной части вправо.

Максимальное целое число, которое может быть представлено в “m” разрядах:

N max = P m- Минимальное число, которое можно записать в “S “ разрядах дробной части:

N min = P –s Общее количество чисел может быть:

M = P m+s Двоичная система счисления Получила наибольшее распространение в информатике, т.к. внутреннее представление информации в ЭВМ также является двоичным.

Для перевода чисел в десятичную систему используется формула (1):

Пример:

1101 (2) =1*23 + 1*22+ 0*21 + 1* 341,5 (8) = 3*82 + 4*81 + 1*80 5*8- A1F,4 (16) = 10*162 + 1*161 +15*160 + 4*16- Правила перевода чисел из десятичной системы в двоичную:

- целая и дробная часть переводятся порознь, - для перевода целой части числа ее необходимо разделить на основание системы, т.е. на 2 и продолжить делить частные от деления до тех пор, пока частное не станет равным 0, - значения получившихся остатков, взятые в обратной последовательности образуют искомое двоичное число.

Пример: 19(10) = 10011(2) Для перевода дробной части надо умножить ее на 2. Целая часть произведения будет первой цифрой числа в двоичной системе. Затем дробную часть у полученного результата вновь умножают на 2 и т.д.

Пример: 0,73 (10) = 0,1011(2) 0,73 * 2 = 1,46 целая часть (1) 0,46 * 2 = 0,92 (0) 0,92 * 2 = 1,84 (1) 0,84 * 2 = 1,68 (1) Правила выполнения простейших арифметических действий.

Сложение в двоичной системе счисления осуществляется по правилам 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 0 = 1, 1 + 1 = 210 = 102 (единица идет в старший разряд).

Таблица вычитания в двоичной системе счисления имеет вид 0 – 0 = 0, 1 – 0 = 1, 1 – 1 = 0, 0 – 1 = 10 – 1 = 1 (единицу забираем у старшего разряда).

Таблица умножения в двоичной системе счисления имеет вид 0 x 0 = 0, 0 x 1 = 0, 1 x 0 = 0, 1 x 1 = 1.

Таблица деления в двоичной системе счисления имеет вид 0 : 0 = не определено, 1 : 0 = не определено, 0 : 1 = 0, 1 : 1 = 1.

Пример. Сложить двоичные числа 11012 и 110112.

Запишем слагаемые в столбик и пронумеруем разряды, присвоив младшему разряду номер 1:

+ Процесс образования результата по разрядам:

a. разряд 1 формируется следующим образом: 1 + 1 = 10;

0 остается в разряде 1, переносится во второй разряд;

b. разряд 2 формируется следующим образом: 0 + 1 + 1 = 10, где вторая 1 - единица переноса;

0 остается в разряде 2, 1 переносится в третий разряд;

c. третий разряд формируется следующим образом: 1 + 0 + 1 = 10, где вторая 1 единица переноса;

0 остается в разряде 3, 1 переносится в разряд 4;

d. четвертый разряд формируется следующим образом: 1 + 1 + 1 = 11, где третья - единица переноса;

1 остается в разряде 4, 1 переносится в пятый разряд;

e. пятый разряд формируется следующим образом: 1 + 1 = 10;

где вторая 1 единица переноса;

0 остается в разряде 5, 1 переносится в шестой разряд.

Проверим результат. Для этого определим полные значения слагаемых и результата:

11012 = 1*23 +1*22 + 0*21 + 1*20 = 8 + 4 + 1 = 13;

110112 = 1*24 + 1*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 16 + 8 + 2 + 1 = 27;

1010002 = 1*25 + 0*24 + 1*23 + 0*22 + 0*21 + 0*21 = 32 + 8 = 40.

Поскольку 13 + 27 = 40, двоичное сложение выполнено верно.

1.4. Основные понятия алгебры логики. Логические основы ЭВМ.

При записи тех или иных логических выражений используется специальный язык, который принят в математической логике. Основоположником математической логики является великий немецкий математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646 1716 гг.). Он сделал попытку построить универсальный язык, с помощью которого споры между людьми можно было бы разрешать посредством вычислений. На заложенном Лейбницем фундаменте ирландский математик Джордж Буль построил здание новой науки - математической логики, - которая в отличие от обычной алгебры оперирует не числами, а высказываниями. В честь Д.Буля логические переменные в языке программирования Паскаль впоследствии назвали булевскими.

Высказывание - это любое утверждение, относительно которого можно сказать истинно оно или ложно, т.е. соответствует оно действительности или нет. Таким образом по своей сути высказывания фактически являются двоичными объектами и поэтому часто истинному значению высказывания ставят в соответствие 1, а ложному 0. Например, запись А = 1 означает, что высказывание А истинно.

Высказывания могут быть простыми и сложными. Простые соответствуют алгебраическим переменным, а сложные являются аналогом алгебраических функций.

Функции могут получаться путем объединения переменных с помощью логических действий.

Самой простой логической операцией является операция НЕ (по-другому ее часто называют отрицанием, дополнением или инверсией и обозначают NOT X или X. Результат отрицания всегда противоположен значению аргумента.

Логическая операция НЕ является унарной, т.е. имеет всего один операнд. В отличие от нее, операции И (AND) и ИЛИ (OR) являются бинарными, так как представляют собой результаты действий над двумя логическими величинами.

Операцию НЕ можно задать в виде таблицы X X 0 1 Логическое И еще часто называют конъюнкцией, или логическим умножением.

Операция И имеет результат «истина» только в том случае, если оба ее операнда истинны. Принято обозначать значком «&»либо «^»

Например, рассмотрим высказывание «Для остановки ОС «Windows'95»

требуется процессор не ниже 80386 и не менее 4 Мбайт оперативной памяти». Из него следует, что установка будет успешной только при одновременном выполнении обоих условий: даже если у вас в машине Pentium, но мало ОЗУ (равно как и при 8 Мбайт ОЗУ процессор 80286), «Windows'95» работать откажется.

X Y X&Y 0 0 0 1 1 0 1 1 Операция ИЛИ -дизъюнкцией, или логическим сложением. Она дает «истину», если значение «истина» имеет хотя бы один из операндов. Принято обозначать значком « »либо «+». Разумеется, в случае, когда справедливы оба аргумента одновременно, результат по-прежнему истинный. Действительно, когда студентка просит друга подарить ей на день рождения букет цветов или пригласить в кафе, можно без опасении сделать и то, и другое одновременно (впрочем, на практике в таком случае можно ограничиться чем-то одним).

XY X Y 0 0 0 1 1 0 1 1 Приведенные выше таблицы значений переменных для логических операций называются таблицами истинности. В них указываются все возможные комбинации логических переменных Х и Y, а также соответствующие им результаты операций.

Таблица истинности может рассматриваться в качестве одного из способов задания логической функции.

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно построить сколь угодно сложное логическое выражение.

В вычислительной технике также часто используется операция исключающее ИЛИ (XOR), которая отличается от обыкновенного ИЛИ только при Х=1 и Y=l.

Как видно из табл. 1.2, операция XOR фактически сравнивает на совпадение два двоичных разряда. Хотя теоретически основными базовыми логическими операциями всегда называют именно И, ИЛИ, НЕ, на практике по технологическим причинам в качестве основного логического элемента используется элемент И-НЕ (последняя колонка в табл. 1.2).

Таблица 1.2. Дополнительные логические операции Y X XOR Y NOT(X AND Y) Х 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Можно проверить, что на базе элементов И-НЕ могут быть скомпонованы все базовые логические элементы (И, ИЛИ, НЕ), а значит и любые другие, более сложные.

Для упрощения логических выражений используют законы алгебры логики.

Таблица 1.3. Законы алгебры логики В компьютерах все вычисления выполняются с помощью логических элементов –электронных схем, выполняющих логические операции. Обозначения простейших элементов приводиться в таблице (ГОСТ 2.743-91). Обратите внимания, что небольшой кружок на выходе обозначает операцию НЕ (инверсию).

Если нужно составить схему по известному логическому выражению, ее начинают строить с конца. Находят операцию, которая будет выполняться последней, и ставят на выходе соответствующий логический элемент. Затем повторяют то же самое для сигналов, поступающих на вход этого элемента. В конце концов, должны остаться только исходные сигналы –переменные в логическом выражении.

Составим схему, соответствующую выражению X = A B + A B C Добавляем элемент И:

Ставим элемент НЕ:

Аналогично разбираем вторую ветку:

Схема составлена, ее входами являются сигналы А, В и С, а выходом Х.

Тема 2. Информационные модели и системы Многие открытия в различных науках были сделаны именно благодаря построению моделей различных объектов, процессов и явлений.

Например, открытие кислорода стало возможным благодаря опытам по сгоранию некоторых веществ, а сконструированные модели летательных аппаратов Циолковским привело к созданию космических кораблей и спутников, которые были выведены на орбиту Земли в середине 20 века.

Модели всегда играли важную роль в деятельности человека, некоторые явления безопаснее исследовать на модели, нежели в реальности (изучение молнии, последствия атомного взрыва, ядерную энергию и т.д.) В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные свойства объекта.

Модель — это новый объект, который отражает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса.

В разных науках одни и те же объекты исследуются под разными углами зрения и строятся различные типы моделей.

Один и тот же объект иногда имеет множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью.


Модели классифицируются по:

• области применения (научные, учебные, опытные, деловые игры и т.д.), • временному фактору (динамические, статические), • способу представления (материальные, информационные).

Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, модель кристаллической решетки, детские игрушки и др.).

Модели знаковые (информационные) представляют объекты и процессы в форме рисунков, схем, таблиц, текстов и т.д. Информационные модели в свою очередь бывают компьютерные и некомпьютерные.

Модели — представления объектов или процессов реального или вымышленного мира.

Укрупненная классификация абстрактных (идеальных) моделей такова.

1. Вербальные (текстовые) модели. Эти модели используют последовательности предложений на формализованных диалектах естественного языка для описания той или иной области действительности (примерами такого рода моделей являются милицейский протокол, правила дорожного движения).

2. Математические модели - очень широкий класс знаковых моделей (основанных на формальных языках над конечными алфавитами), широко использующих те или иные математические методы. Например, можно рассмотреть математическую модель звезды. Эта модель будет представлять собой сложную систему уравнений, описывающих физические процессы, происходящие в недрах звезды. Математической моделью другого рода являются, например, математические соотношения, позволяющие рассчитать оптимальный (наилучший с экономической точки зрения) план работы какого-либо предприятия.

3. Информационные модели - класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение, передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной природы.

Граница между вербальными, математическими и информационными моделями может быть проведена весьма условно;

вполне возможно считать информационные модели подклассом математических моделей. Однако, в рамках информатики как самостоятельной науки, отделенной от математики, физики, лингвистики и других наук, выделение информационных моделей в отдельный класс является целесообразным.

Отметим, что существуют и иные подходы к классификации абстрактных моделей;

общепринятая точка зрения здесь еще не установилась. В частности, есть тенденция резкого расширения содержания понятия «информационная модель». при котором информационное моделирование включает в себя и вербальные, и математические модели.

2.1. Информационная модель объекта Остановимся на информационных моделях, отражающих процессы возникновения, передачи, преобразования и использования информации в системах различной природы. Начнем с определения простейших понятий информационного моделирования.

Экземпляром будем называть представление предмета реального мира с помощью некоторого набора его характеристик, существенных для решения данной информационной задачи (служащей контекстом построения информационной модели).

Множество экземпляров, имеющих одни и те же характеристики и подчиняющиеся одним и тем же правилам, называется объектом.

Рис. 2.1. Пример абстрагирования при построении информационной модели Таким образом, объект есть абстракция предметов реального мира, объединяемых общими характеристиками и поведением, рис. 2.1.

Информационная модель какой-либо реальной системы состоит из объектов.

Каждый объект в модели должен быть обеспечен уникальным и значимым именем (а также идентификатором, служащим ключом для указания этого объекта, связи его с другими объектами модели). Таким образом обозначение, наименование объекта -это элементарная процедура, лежащая в основе информационного моделирования.

Объект представляет собой один типичный (но неопределенный) экземпляр чего-то в реальном мире и является простейшей информационной моделью. Объекты представляют некие «сущности» предметов реального мира, связанные с решаемой задачей.

Большинство объектов, с которыми приходится встречаться, относятся к одной из следующих категорий:

• реальные объекты;

• роли;

• события;

• взаимодействия;

• спецификации.

Реальный объект - это абстракция физически существующих предметов.

Например, на автомобильном заводе это кузов автомобиля, двигатель, коробка передач;

при перевозке грузов это контейнер, средство перевозки.

Роль - абстракция цели или назначения человека, части оборудования или учреждения (организации). Например, в университете как в учебном заведении это студент, преподаватель, декан;

в университете как в учреждении это приемная комиссия, отдел кадров, бухгалтерия, деканат.

Событие - абстракция чего-то случившегося. Например, поступление заявления от абитуриента в приемную комиссию Университета, сдача (или несдача) экзамена.

Взаимодействия - объекты, получаемые из отношений между другими объектами. Например, сделка, контракт (договор) между двумя сторонами, свидетельство об образовании, выдаваемое учебным заведением его выпускнику.

Объекты-спецификации используются для представления правил, стандартов или критериев качества. Например, перечень знаний, умений и навыков выпускника математического факультета, рецепт проявления фотопленки.

Для каждого объекта должно существовать его описание - короткое информационное утверждение, позволяющее установить, является некоторый предмет экземпляром объекта или нет. Например, описание объекта «Абитуриент университета» может быть следующим: человек в возрасте до 35 лет, имеющий среднее образование, подавший в приемную комиссию документы и заявление о приеме.

Предметы реального мира имеют характеристики (такие, например, как имя, название, регистрационный номер, дата изготовления, вес и т.д.). Каждая отдельная характеристика, общая для всех возможных экземпляров объекта, называется атрибутом. Для каждого экземпляра атрибут принимает определенное значение. Так, объект Книга имеет атрибуты Автор, Название, Год издания. Число страниц.

У каждого объекта должен быть идентификатор - множество из одного или более атрибутов, значения которых определяют каждый экземпляр объекта. Для книги атрибуты Автор и Название совместно образуют идентификатор. В тоже время Год издания и Число страниц идентификаторами быть не могут - ни врозь, ни совместно, так как не определяют объект. Объект может иметь и несколько идентификаторов, каждый из которых составлен из одного или нескольких атрибутов. Один из них может быть выбран как привилегированный для соответствующей ситуации.

Объект может быть представлен вместе со своими атрибутами несколькими различными способами. Графически объект может быть изображен в виде рамки, содержащей имя объекта и имена атрибутов. Атрибуты, которые составляют привилегированный идентификатор объекта, могут быть выделены (например, символом * слева от имени атрибута):

В эквивалентном текстовом представлении это может иметь следующий вид:

Книга (Автор. Название. Год издания. Число страниц).

Привилегированный идентификатор подчеркивается.

Еще одним способом представления объекта информационной модели является таблица. В этой интерпретации каждый экземпляр объекта является строкой в таблице, а значения атрибутов, соответствующих каждому экземпляру, - клетками строки, табл.

2.1.

Таблица 2.1 Таблица как представление информационной модели Автор Книга Название Год издания Число страниц Грин А. Бегущая по волнам 1988 Остров сокровищ 1992 Ричард Львиное Сердце 1993 Стивенсон Р. П.

Обрыв 1986 Можно классифицировать атрибуты по принадлежности к одному из трех различных типов:

• описательные;

• указывающие;

• вспомогательные.

Описательные атрибуты представляют факты, внутренне присущие каждому экземпляру объекта. Если значение описательного атрибута изменится, то это говорит о том, что некоторая характеристика экземпляра изменилась, но сам экземпляр остался прежним.

Указательные атрибуты могут использоваться как идентификаторы (или часть идентификаторов) экземпляра. Если значение указывающих атрибутов изменяется, то это говорит лишь о том, что новое имя дается тому же самому экземпляру.

Вспомогательные атрибуты используются для связи экземпляра одного объекта с экземпляром другого объекта.

Рассмотрим пример:

Автомобиль * гос. номер. марка. цвет. владелец Атрибут «цвет» является описательным, атрибуты «гос. номер» и «марка» указательными, атрибут «владелец» - вспомогательным, служащим для связи экземпляра объекта Автомобиль с экземпляром объекта Автолюбитель. Если значение вспомогательного атрибута изменится, это говорит о том, что теперь другие экземпляры объектов связаны между собой.

2.2. Алгоритм и его свойства. Структура алгоритма.

Алгоритм — точное и понятное предписание исполнителю совеpшить последовательность действий, направленных на решение поставленной задачи.

Алгоритм – система точно сформулированных правил, определяющая процесс преобразования допустимых исходных данных (входной информации) в желаемый результат (выходную информацию) за конечное число шагов.

Название "алгоритм" произошло от латинской формы имени среднеазиатского математика аль-Хорезми — Algorithmi. Алгоритм — одно из основных понятий информатики и математики.

Основные свойства алгоритмов следующие:

1. Понятность для исполнителя — т.е. исполнитель алгоритма должен знать, как его выполнять.

2. Дискретность (прерывность, раздельность) — т.е. алгоpитм должен пpедставлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или pанее опpеделенных) шагов (этапов).

3. Определенность — т.е. каждое пpавило алгоpитма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для пpоизвола. Благодаpя этому свойству выполнение алгоритма носит механический хаpактеp и не тpебует никаких дополнительных указаний или сведений о pешаемой задаче.

4. Результативность (или конечность). Это свойство состоит в том, что алгоpитм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.


5. Массовость. Это означает, что алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, т.е. он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся лишь исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Формы представления алгоритмов.

• словесная (записи на естественном языке);

• графическая (изображения из графических символов);

• псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);

• программная (тексты на языках программирования).

Словесный способ записи алгоритмов представляет собой описание последовательных этапов обработки данных. Алгоритм задается в произвольном изложении на естественном языке. Например. Записать алгоритм нахождения наибольшего общего делителя (НОД) двух натуральных чисел.

Алгоритм может быть следующим:

1. задать два числа;

2. если числа равны, то взять любое из них в качестве ответа и остановиться, в противном случае продолжить выполнение алгоритма;

3. определить большее из чисел;

4. заменить большее из чисел разностью большего и меньшего из чисел;

5. повторить алгоритм с шага 2.

Описанный алгоритм применим к любым натуральным числам и должен приводить к решению поставленной задачи.

Словесный способ не имеет широкого распространения по следующим причинам:

• такие описания строго не формализуемы;

• страдают многословностью записей;

• допускают неоднозначность толкования отдельных предписаний.

Графический способ представления алгоритмов является более компактным и наглядным по сравнению со словесным.

Такое графическое представление называется схемой алгоритма или блок схемой.

При графическом представлении алгоритм изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий.

Описание алгоритма с помощью блок схем осуществляется рисованием последовательности геометрических фигур, каждая из которых подразумевает выполнение определенного действия алгоритма. Порядок выполнения действий указывается стрелками. Написание алгоритмов с помощью блок-схем регламентируется ГОСТом.

В зависимости от последовательности выполнения действий в алгоритме выделяют алгоритмы линейной, разветвленной и циклической структуры.

В алгоритмах линейной структуры действия выполняются последовательно одно за другим:

В алгоритмах разветвленной структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла. Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла. Различают циклы с предусловием и послеусловием:

Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла. В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

Цикл — разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода).

Тема 3. Средства и технологии создания и преобразования информационных объектов 3.1. Текстовые процессоры Текстовый процессор — вид прикладной компьютерной программы, предназначенной для производства (включая набор, редактирование, форматирование, иногда печать) любого вида печатной информации. Иногда текстовый процессор называют текстовым редактором второго рода.

Текстовыми процессорами в 1970-е — 1980-е годы называли предназначенные для набора и печати текстов машины индивидуального и офисного использования, состоящие из клавиатуры, встроенного компьютера для простейшего редактирования текста, а также электрического печатного устройства. Позднее наименование «текстовый процессор» стало использоваться для компьютерных программ, предназначенных для аналогичного использования.

Текстовые процессоры, в отличие от текстовых редакторов, имеют больше возможностей для форматирования текста, внедрения в него графики, формул, таблиц и других объектов. Поэтому они могут быть использованы не только для набора текстов, но и для создания различного рода документов, в том числе официальных.

Классическим примером текстового процессора является Microsoft Word.

Программы для работы с текстами можно разделить на простые текстовые процессоры, мощные текстовые процессоры и издательские системы.

Известные текстовые процессоры • AbiWord • Adobe InCopy • JWPce — текстовый процессор для японского языка.

• Lotus WordPro • Microsoft Word • Microsoft Works • OpenOffice.org Writer • PolyEdit • WordPad — входит в дистрибутив MS Windows • WordPerfect 3.2. Электронные таблицы Электронные таблицы (или табличные процессоры) - это прикладные программы, предназначенные для проведения табличных расчетов.

Появление электронных таблиц исторически совпадает с началом распространения персональных компьютеров. Первая программа для работы с электронными таблицами — табличный процессор, была создана в 1979 году, предназначалась для компьютеров типа Apple II и называлась VisiCalc. В 1982 году появляется знаменитый табличный процессор Lotus 1-2-3, предназначенный для IBM PC. Lotus объединял в себе вычислительные возможности электронных таблиц, деловую графику и функции реляционной СУБД. Популярность табличных процессоров росла очень быстро. Появлялись но-вые программные продукты этого класса: Multiplan, Quattro Pro, SuperCalc и другие. Одним из самых популярных табличных процессоров сегодня является MS Excel, входящий в состав пакета Microsoft Office.

Что же такое электронная таблица? Это средство информационных технологий, позволяющее решать целый комплекс задач:

1. Прежде всего, выполнение вычислений. Издавна многие расчеты выполняются в табличной форме, особенно в области делопроизводства:

многочисленные расчетные ведомости, табуляграммы, сметы расходов и т. п. Кроме того, решение численными методами целого ряда математических задач;

удобно выполнять в табличной форме. Электронные таблицы представляют собой удобный инструмент для автоматизации таких вычислений. Решения многих вычислительных задач на ЭВМ, которые раньше можно было осуществить только путем программирования, стало возможно реализовать 2. Математическое моделирование. Использование математических формул в ЭТ позволяет представить взаимосвязь между различными параметрами некоторой реальной системы. Основное свойство ЭТ — мгновенный пересчет формул при изменении значений входящих в них операндов. Благодаря этому свойству, таблица представляет собой удобный инструмент для организации численного эксперимента:

подбор параметров, прогноз поведения моделируемой системы, анализ зависимостей, планирование.

Дополнительные удобства для моделирования дает возможность графического представления данных (диаграммы);

3. Использование электронной таблицы в качестве базы данных. Конечно, по сравнению с СУБД электронные таблицы имеют меньшие возможности в этой области. Однако некоторые операции манипулирования данными, свойственные реляционным СУБД, в них реализованы. Это поиск информации по заданным условиям и сортировка информации.

В электронных таблицах предусмотрен также графический режим работы, который дает возможность графического представления (в виде графиков, диаграмм) числовой информации, содержащейся в таблице.

Основные типы данных:

• числа, как в обычном, так и экспоненциальном формате, • текст – последовательность символов, состоящая из букв, цифр и пробелов, • формулы. Формулы должны начинаться со знака равенства, и могут включать в себя числа, имена ячеек, функции (математические, статистические, финансовые, текстовые, дата и время и т.д.) и знаки математических операций.

Электронные таблицы просты в обращении, быстро осваиваются непрофессиональными пользователями компьютера и во много раз упрощают и ускоряют работу бухгалтеров, экономистов, ученых.

3.3. Базы данных В настоящее время успешное функционирование различных фирм, организаций и предприятий просто не возможно без развитой информационной системы, которая позволяет автоматизировать сбор и обработку данных. Обычно для хранения и доступа к данным, содержащим сведения о некоторой предметной области, создается база данных.

База данных (БД) — именованная совокупность данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Под предметной областью принято понимать некоторую область человеческой деятельности или область реального мира, подлежащих изучению для организации управления и автоматизации, например, предприятие, вуз и.т.д.

Система управления базами данных (СУБД) — совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, наполнения, обновления и удаления баз данных.

Система специальным образом организованных данных – баз данных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предназначенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования называется банком данных Программы, с помощью которых пользователи работают с базой данных, назы ваются приложениями.

В общем случае с одной базой данных могут работать множество различных приложений. Например, если база данных моделирует некоторое предприятие, то для работы с ней может быть создано приложение, которое обслуживает подсистему учета кадров, другое приложение может быть посвящено работе подсистемы расчета заработной платы сотрудников, третье приложение работает как подсистемы складского учета, четвертое приложение посвящено планированию производственного процесса. При рассмотрении приложений, работающих с одной базой данных, предполагается, что они могут работать параллельно и независимо друг от друга, и именно СУБД призвана обеспечить работу множества приложений с единой базой данных таким образом, чтобы каждое из них выполнялось корректно, то учитывало все изменения в базе данных, вносимые другими приложениями.

Для поиска информации в базах данных используется информационно поисковая система. Информационно-поисковая система опирается на базу данных, в которой осуществляется поиск нужных документов по заявкам пользователей.

Виды моделей данных Основополагающими понятиями в концепции баз данных являются обобщенные категории «данные» и «модель данных».

Понятие «данные» в концепции баз данных — это набор конкретных значений, параметров, характеризующих объект, условие, ситуацию или любые другие факторы, Примеры данных: Петров Николай Степанович, $30 и т. д. Данные не обладают определенной структурой, данные становятся информацией тогда, когда пользователь задает им определенную структуру, то есть осознает их смысловое содержание. Поэтому центральным понятием в области баз данных является понятие модели. Не существует однозначного определения этого термина, у разных авторов эта абстракция определяется с некоторыми различиями но, тем не менее, можно выделить нечто общее в этих определениях.

Модель данных — это некоторая абстракция, которая, будучи применима к конкретным данным, позволяет пользователям и разработчикам трактовать их уже как информацию, то есть сведения, содержащие не только данные, но и взаимосвязь между ними.

С помощью модели данных могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними. В зависимости от вида организации данных различают следующие важнейшие модели БД:

иерархическую • сетевую • реляционную • объектно-ориентированную • В иерархической БД данные представляются в виде древовидной структуры.

Подобная структура БД удобна для работы с данными, упорядоченными иерархически. При оперировании данными со сложными логическими связями иерархическая модель оказывается слишком громоздкой.

В сетевой БД данные организуются в виде графа. Недостатком сетевой структуры является жесткость структуры и сложность ее организации.

Реляционная БД получила свое название от английского термина relation (отношение). Была предложена в 70-м году сотрудником фирмы IBM Эдгаром Коддом. Реляционная БД представляет собой совокупность таблиц, связанных отношениями. Достоинствами реляционной модели данных являются простота, гибкость структуры. Кроме того ее удобно реализовывать на компьютере.

Большинство современных БД для персональных компьютеров являются реляционными.

Объектно-ориентированные БД объединяют сетевую и реляционную модели и используются для создания крупных БД с данными сложной структуры.

Базы данных можно разделить на базы данных первого поколения:

иерархические, сетевые;

второго поколения: реляционные;

третьего поколения:

объектно-ориентированные, объектно-реляционные.

Классификация баз данных По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные. Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе данных – доступ к ней пользователей различных ЭВМ данной сети. Такой способ использования баз данных часто применяют в локальных сетях персональных ЭВМ.

Появление сетей ЭВМ позволило наряду с централизованными создавать и распределенные базы данных. Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно, пересекающихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычислительной сети. Однако пользователь распределенной базы данных не обязан знать, каким образом ее компоненты размещены в узлах сети, и представляет себе эту базу данных как единое целое. Работа с такой базой данных осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД). Данные, содержащиеся в распределенной базе данных, их представление на всех уровнях архитектуры СУРБД и размещение в сети описываются в системном справочнике, который сам может быть декомпозирован и размещен в различных узлах сети.

Части распределенной базы данных, размещенные на отдельных ЭВМ сети, управляются собственными (локальными) СУБД и могут использоваться одновременно как самостоятельные локальные базы данных. Локальные СУБД не обязательно должны быть одинаковыми в разных узлах сети. Объединение неоднородных локальных баз данных в единую распределенную базу данных является сложной научно-технической проблемой. Ее решение потребовало проведения большого комплекса научных исследований и экспериментальных разработок.

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

• файл-сервер;

• клиент-сервер.

Файл-сервер. Данная архитектура систем БД предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Каждый пользователь может запускать приложение, расположенное на сервере, при этом на компьютере пользователя запускается копия приложения. Файлы базы данных в соответствии с пользовательскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном производится обработка. Когда пользователь сети работает с БД, на его компьютере появляется локальная копия общей БД. Эта копия периодически обновляется данными, содержащимися в БД, расположенной на сервере. Архитектура файл-сервер обычно используется в таких сетях, где имеется немного компьютеров. Для ее реализации предназначены персональные СУБД, например Paradox и DBase. При большой интенсивности доступа к одним и тем же данным производительность информационной системы падает.

Клиент-сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения нтрализованной БД сервер базы данных дожжен обеспечивать выполнение основного объема обработки данных. Технология клиент-сервер разделяет приложение на две части: клиентскую и серверную. Клиентская обеспечивает интерактивный интерфейс, сервер обеспечивает управление данными, разделение информации, администрирование и безопасность. Для получения данных приложение-клиент формирует и отсылает запрос удаленному серверу, на котором размещена БД. Запрос формируется на языке SQL, который является стандартом доступа к серверу при использовании реляционных баз данных. После получения запроса удаленный сервер направляет его SQL-серверу (серверу баз данных). SQL-сервер – это программа, которая управляет удаленной БД и обеспечивает выполнение запроса и выдачу клиенту его результатов – требуемых данных. Вся обработка запроса выполняется на удаленном сервере. Для реализации архитектуры клиент-сервер обычно применяются многопользовательские СУБД, например Qracle, MS SQL Server, InterBase и др.

Подобные СУБД называют промышленными, так как они позволяют организовать информационную систему, состоящую из большого числа пользователей.

Реляционные базы данных Э.Ф.Коддом (E.F.Codd) в 1970 впервые сформулировал основные понятия и ограничения реляционной модели. Цели создания реляционной модели формулировались следующим образом:

• обеспечение более высокой степени независимости от данных. Прикладные программы не должны зависеть от изменений внутреннего представления данных, в частности от изменений организации файлов, переупорядочивания записей и путей доступа;

• создание прочного фундамента для решения семантических вопросов, а также проблем непротиворечивости и избыточности данных. В частности, в статье Кодда вводится понятие нормализованных отношений, т.е. отношений без повторяющихся групп;

• расширение языков управления данными за счет включения операций над множествами.

Коммерческие системы на основе реляционной модели данных начали появляться в конце 70-х – начале 80-х годов. В настоящее время существует несколько сотен типов различных РСУБД как для мейнфреймов, так и для микрокомпьютеров, хотя многие из них не полностью удовлетворяют точному определению реляционной модели данных. Примерами РСУБД для персональных компьютеров являются СУБД Access и FoxPro фирмы Microsoft, Paradox и Visual dBase фирмы Borland, а также R:Base фирмы Microrim.

Благодаря популярности реляционной модели многие нереляционные системы теперь обеспечиваются реляционным пользовательским интерфейсом, независимо от используемой базовой модели.

Кроме того, позже были предложены некоторые расширения реляционной модели данных, предназначенные для наиболее полного и точного выражения смысла данных, для поддержки объектно-ориентированных, а также для поддержки дедуктивных возможностей.

Основы реляционной алгебры Реляционная модель основана на математическом понятии отношения, физическим представлением которого является таблица. Дело в том, что Кодд, будучи опытным математиком, широко использовал математическую терминологию, особенно из теории множеств и логики предикатов.

Отношение – это плоская таблица, состоящая из столбцов и строк.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.