Предмет информатики. Понятие информации. Информационные технологии.

Наука ИНФОРМАТИКА– это наука о методах и способах сбора, хранения, обработки и передачи информации с помощью средств вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и управление ими.

Термин «ИНФОРМАТИКА» - это гибрид слов «информация» и «автоматизация».

Структуру информатики составляют информационные процессы, аппаратное и программное обеспечение.

Предмет информатики составляют информационные модели, описывающие с помощью параметров, представленных в знаковой форме, как предметную область, так и процессы обработки информации. Предметная область изучает объекты реального мира с целью их автоматизации.

В настоящее время идет процесс быстрого развития и внедрения компьютерной техники во все сферы человеческой деятельности., т.е. происходит информатизация общества

ИНФОРМАТИЗАЦИЯ -совокупность взаимосвязанных политических, социально-экономических, научных факторов, которые обеспечивают свободный доступ каждому члену общества к любым источникам информации (кроме составляющих государственную и коммерческую тайну).

Характерными чертами происходящей информатизации являются высокие темпы внутреннего развития информатики и стремительное расширение сферы ее применения. Целью информатизации является расширение возможностей коммуникации (общения и обмена информацией), обеспечение быстрого доступа к источникам информации в любой части мира, новых возможностей для получения знаний, повышение производительности труда и улучшение условий жизни людей.

ИНФОРМАЦИОННАЯ КУЛЬТУРА – это умение целенаправленно работать с информацией и использовать для её получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.

Человек должен уметь общаться с информацией, свободно ориентироваться в информационном потоке, уметь пользоваться техническими устройствами, использовать в своей деятельности компьютерные информационные технологии и применять их для автоматизации рутинных операций в различных сферах деятельности.

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ – это совокупность методов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов, а также повышения их надежности и оперативности, т.е. это целенаправленное изменение каких-либо свойств информации. Основная цель ИТ – получение необходимой пользователю информации.

В состав комплекса технических средств обеспечения информационных технологий входят средства компьютерной техники, коммуникационной техники и организационной техники. Инструментами информационных технологий являются программы для обработки информации.

Технологический процесс обработки информации зависит от характера решаемых задач, используемых технических средств, систем контроля, числа пользователей и т.д.

В связи с тем, что информационные технологии могут существенно отличаться в различных предметных областях и компьютерных средах, выделяют такие понятия как обеспечивающие и функциональные технологии.

Обеспечивающие информационные технологии - это технологии обработки информации, которые могут использоваться как инструментарий в различных предметных областях для решения различных задач.

Информационная технология, при которой реализуется какая-либо из предметных технологий представляет собой функциональную информационную технологию.

При использовании данных в процессе решения конкретных задач - появляется информация. Термин "информация" происходит от латинского слова "informatio" - разъяснение, изложение, сведения.

Любые сведения, которые хранятся, передаются и преобразовываются являются информацией

Процессом преобразования информации занимается информационная система. Она включает в себя технические и программные средства, персонал и средства для сбора, хранения, обработки и передачи информации.

Информация должна быть полной, объективной, достоверной, актуальной. Всё это свойства информации.

По способу восприятии информация м.б. визуальная, обонятельная, вкусовая, осязательная тактильная.

По сфере применения - экономическая, техническая, социальная, организационная, географическая и т.д.

Информатика основывается, прежде всего, на умении «общаться» с компьютером.

Компьютер происходит от англ. cлова computer – вычислитель – это программируемое устройство способное обрабатывать данные и производить вычисления.

Информация м.б. аналоговая(изменяется непрерывно, плавно) и цифровая (дискретная) (изменяется скачкообразно).

Компьютер (ЭВМ – электронно-вычислительная машина) работает с цифровой информацией, т.к. её удобно кодировать, хранить и обрабатывать.

Кодирование – это процесс прямого преобразования информации из одной формы в другую. Для кодирования любой информации (текст, графика, звук, видео и т.д.) используется двоичная система счисления, состоящая из символов 0 и 1.

Любая физическая информация в ЭВМ представляется в форме электрических сигналов

Причём 1 означает наличие сигнала, 0 – отсутствие сигнала.

Один двоичный символ получил название бит от англ. binary digit (bit), т.е. двоичный знак.

Когда информация представлена в цифровом виде (каждая буква, цифра, символ, оттенок цвета, длина волны звука и т.д. – имеет свою числовую кодировку), компьютер легко превращает эти числа в последовательность нулей и единиц, а дальше уже работает с ними.

Один из первых персональных компьютеров, мог одновременно обрабатывать 8 бит, т.о. появилась новая единица информации байт – это группа из 8 бит. Учитывая нули и единицы и позиции, в которых они стоят, с помощью 1байта можно закодировать 2⁸ = 256 различных символов. Например в базовой кодировке заглавная англ. буква «А» имеет порядковый номер 65, а компьютер её воспринимает как 01000001; строчная буква «s» имеет порядковый номер 115, а компьютер её воспринимает как 01110011; символзнака «=» имеет порядковый номер 61, а компьютер его воспринимает как 00111101 и т.д.

Кодировка ASCII использует равномерные коды.

При кодировании цветовой информации 1 байтом можно закодировать 256 различных цветов (для чёрно-белого изображения)

2-мя байтами можно закодировать 256*256=65536 цветов,

3-мя байтами можно закодировать 256*256*256=16,5 млн цветов.

Любо цвет можно представить в виде комбинации 3х основных цветов (красного, зелёного и синего).

Белый цвет имеет все цветовые составляющие и они имеют полную яркость. Он кодируется тремя полными байтами: 255, 255, 255.

Чёрный – отсутствие всех прочих цветов, все цветовые составляющие = 0:

0, 0, 0.

Серый – составляющие одинаковы и нейтрализуют друг друга:

150, 150, 150 (ярче), 100, 100, 100 (бледнее).

Красный

тёмно красный: 128, 0, 0;

ярко-красный: 255, 0, 0.

Задавая любые значения (от 0 до 255)для каждого из 3х байтов, с помощью которых можно закодировать любой из 16,5 млн цветов.

В программах, предназначенных для работы с цветной графикой, есть возможность определять цветовые составляющие для каждой точки рисунка.

Графическая информация при кодировании разбивается на точки (пиксели), чем больше точек, тем точнее передаётся рисунок. Затем представляется последовательностью байтов.

Для определения количества информации введены и более крупные единицы измерения:

1 кбайт = 1024 байт ( 2¹⁰ )

1 Мбайт = 1024 кбайт ( 2²⁰ )

1 Гбайт = 1024 Мбайт ( 2³⁰ )

Компьютер должен определять, что выражает каждая группа байтов и различать где байтами закодирован текст, где музыка, а где графика. Для этого перед каждой группой байтов должен стоять специальный заголовок и иметь строго определённый формат. Для разных видов информации используются разные форматы.

Каждая последовательность байтов, содержащая информацию определённого типа, д.б. зарегистрирована. После регистрации эта последовательность получает уникальное имя и называется файлом. Файл – это наименьшая единица хранения информации, содержащая последовательность байтов и имеющая уникальное имя. Полное имя файла включает:

- путь к файлу (на каком диске, в какой папке);

- собственное имя – которое задаёт пользователь;

- расширение (формат) – которое присваивается системой.

По имени файла компьютер определяет, где хранится файл, какая информация в нём содержится, в каком формате она записана и какими программами её можно обработать.

Состав компьютера

Компьютер – это универсальное, электронное программно-управляемое устройство для хранения, обработки и передачи информации. Первоначальный смысл слова компьютер – человек, производящий расчёты.

Впервые вычислительную машину, работающую по программе, разработал в 1834г. англ. учёный Чарльз Беббидж. Она содержала ЗУ, вычислительное устройство, устройство ввода с перфокарт и печатающее устройство. Первым программистом была Ада Ловлейс.

Основные принципы цифровых вычислительных машин с автоматическим выполнением команд и современная организация ЭВМ были разработаны американским учёным Джоном фон Нейманом. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина, это:

--устройство ввода (для ввода входных данных)

--устройство вывода (для выдачи результатов решения задачи и операций над данными)

--запоминающее устройство (для хранения информации)

--устройство управления (для организации управления и взаимодействия узлов ЭВМ)

--арифметическое устройство (для выполнения осн. действий арифметики и логических операций)

Основоположником отечественной вычислительной техники является Сергей Алексеевич Лебедев. В 1945 г. им была создана электронная аналоговая машина для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений.

Первая ЭВМ появилась в 1946 году. Это были ЭВМ I-го поколения, а в основе их базовой системы лежали электронные лампы. (1945 – 1955)

II-е поколение ЭВМ (1955 – 1965) базировалось на транзисторах

В основе III-го поколения ЭВМ лежали полупроводниковые элементы и интегральные микросхемы (1965 – 1980).

Массовый выпуск персональных компьютеров начался в середине 70-х годов.

IV-е поколение ЭВМ базируется на больших интегральных микросхемах (кристалл кремния, на котором размешаются сотни логических элементов) (1980 – начало 90-х)

V-е поколение продолжается до настоящего времени, в основе – сверхбольшие интегральные микросхемы (десятки тысяч логических элементов). ЭВМ используют ОС, удобный для пользователя интерфейс, огромное программное обеспечение.

Совр. ЭВМ делятся на ПК, корпоративные ЭВМ, мэйнфреймы (для обработки больших массивов данных), СуперЭВМ (для моделирования физических процессов, в гидрометеорологии, в космических исследованиях и т.д.).

Компьютер прибор модульный, т.е. состоит из блоков и узлов, каждый из которых выполняет свои задачи.

Минимальная конфигурация компьютера:

– системный блок

– клавиатура

– дисплей.

Системный блок – компьютерная платформа, содержит в своей структуре все основные технические компоненты ПК (персональный компьютер)

1. Микропроцессор (МП) – это микросхема, которая управляет работой машины, управляет процессом решения задачи, выполняет арифметические и логические операции, обрабатывает данные (данные – это информация, которая сохранена). Обрабатывает данные с помощью упорядоченного набора команд – программ. Программы, также как и данные хранятся в файлах (программных файлах). МП – это главный компонент компьютера, не случайно тип ПЭВМ определяется типом его процессора. От частоты процессора зависит производительность работы компьютера (быстрота выполнения операций)

МП включает в себя:

--Устройство управления – для формирования и подачи в блоки ЭВМ в нужные моменты времени определённые сигналы управления

--АЛУ – для выполнения всех арифметических и логических операций над числовой и символьной информацией

--Микропроцессорную память (КЭШ-память) – для кратковременного хранения и мгновенной выдачи информации, которая участвует в операциях

-- Интерфейсную систему – для сопряжения и связи со всеми устройствами ЭВМ

-- Сопроцессор – для ускорения математических операций при работе с вещественными числами

2. Оперативная память (ОЗУ) – для хранения информации, непосредственно участвующей в работе программы. Именно в ОЗУ хранится выполняемая в текущий момент программа и необходимые для неё данные. Оперативная память имеет высокую скорость записи и считывания, но ограниченный объём. Оперативная память обеспечивает хранение информации лишь в течение сеанса работы ЭВМ. После выключения ПК из сети, данные, хранимые в ОЗУ безвозвратно теряются, т.е. ОЗУ энергозависима.

3. Постоянная память (ПЗУ) – хранит программы, необходимые для запуска компьютера.

4. Адаптеры и контроллеры – для управления и контроля периферийных (внешних) устройств.

5. Коммуникационные порты и слоты – для подключения различных устройств к ПК.

6. Накопитель на жёстком диске (винчестер).

7. Накопитель на гибких дисках (дисковод).

8. Накопитель на компакт-дисках (CD-ROM).

9. Блок питания.

Внешне системный блок представляет собой металлический корпус с рабочей лицевой панелью и задней панелью, на которой размещены разъёмы коммуникационных портов для подключения периферийного оборудования.

Лицевая панель выполнена в виде кнопок управления, карманов и площадок для ввода внешних устройств.

Внутренняя структура представлена в виде системной (материнской) платы (пластина, выполненная из диэлектрического материала) на которой находятся микропроцессор; модуль BIOS (ПЗУ); модули оперативной памяти; системная шина; адаптеры и контроллеры (платы расширения), управляющие работой различных устройств (дисководами, монитором, клавиатурой, мышью и т.д.); вспомогательные микросхемы.; отсеков для внешней памяти и блока питания.

Монитор – это устройство для визуального представления информации (устройство вывода информации). Поверхность экрана монитора разбита на отдельные малые элементы (пиксели), каждый из которых может «включаться» независимо от других, при этом на экране видна светящаяся точка.

Монитор подключается к источнику питания и системному блоку с помощью специальных кабелей.

Характеристики монитора.

- разрешающая способность – определяется максимальным количеством пикселей, размещающихся по горизонтали и по вертикали на экране (800х600; 1024х768; 1280х1024; 1600х1200);

- величина зерна – определяет размер пикселя на экране;

- частота обновления кадров монитора (количество кадров в секунду), норм. считается 70 – 80 Гц (у телевизора 25).

Виды мониторов.

1. стандартные – на основе ЭЛТ.

Принцип действия как у телевизора: пучок лучей, выбрасываемый электронной пушкой, попадает на поверхность кинескопа, покрытую особым веществом – люминофором. Под действием этих лучей каждая точка экрана светится одним из 3х цветов – красным, зелёным и синим.

Достоинства: отличная ясность и контрастность, низкая цена.

Недостатки: большой вес и габариты, большое потребление эл. энергии.

2. жидкокристаллические.

Здесь светится не люминофор, а жидкий пиксель, меняющий свои цветовые характеристики под действием подаваемого на него тока. Слой этих кристаллов, обладающих свойствами твёрдых тел и жидкости одновременно, м. б. совсем тонким, поэтому толщина монитора всего около 2 см.

Достоинства: компактны, лёгки, потребляют меньше эл. энергии, имеют плоский экран.

Недостатки: Контрастность и зернистость изображения ниже, чем у монитора с ЭЛТ, цена выше.

3. плазменная технология.

Изображение формирует плазма, меняющая свой цвет под воздействием эл. тока.

Достоинства: яркость красок, чёткость, высокая контрастность, компактны, лёгки, потребляют мало эл. энергии, имеют плоский экран.

Недостатки: В основном применяются для изготовления экранов большого размера, очень дорогие.

Клавиатура– служит для ввода информации в ЭВМ и управления её работой