Пособие для поступающих в вуз

Санкт-Петербург/Псков

Издательство СПбГПУ

УДК 681.3 (075)

Рекомендовано к изданию

Научно-методическим советом

Псковского государственного политехнического института

Рецензенты:

- Ильин С.Н., заместитель генерального директора ОАО «СКБ ВТ»,

- Юдов А.И., к.т.н., начальник отдела информатизации и телекоммуникаций Псковского государственного политехнического института.

Белов В.С., Бруттан Ю.В., Мотайленко Л.В., Мотина Н.В., Николаев В.В., Полетаева О.А., Хагги П.А. “Основы информатики и информационных технологий. Часть 1. Основы информатики.” Пособие для поступающих в вуз.Под общ. ред. к.т.н., доцента В.С. Белова,— СПб/Псков, Изд-во СПбГПУ, 2004 — 160 с.

Издание«Основы информатики» является первой частью пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий». В этой части изложены основные понятия об информатике, об информации и информационных технологиях, о формах представления информации и системах счисления, о двоичной арифметике и логике, об устройстве компьютера, о моделировании и формализации задач, их алгоритмизации и программировании. Пособие содержит также рабочую программу учебного курса «Информатика», соответствующего по содержанию требованиям обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования одноименной школьной дисциплины.

При изучении учебного материала пособия не предусматривается освоение конкретных языков программирования и конкретных информационных технологий с использованием средств вычислительной техники.

Рекомендуется для абитуриентов, желающих поступить в Псковский государственный политехнический институт.

политехнический институт, 2004

Мотина Н.В., Николаев В.В., Полетаева О.А.,

Хагги П.А., 2004

содержание

Стр.

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

Введение.................................................................................................... 6

Рабочая программа по дисциплине «информатика»............................... 9

Часть. 1. Основы информатики............................................................... 16

1. Информация и информационные процессы.................................... 16

1.1.Понятие информации.Информация и информационные процессы. 16

1.2.Свойства информации................................................................. 18

1.3.Методы обработки данных.......................................................... 19

1.4.Структуры данных...................................................................... 19

1.5.Информационные процессы........................................................ 20

1.6.Информационные основы процессов управления.......................... 21

1.7.Информационная деятельность человека. Основные характерные черты информационного общества............................................. 22

1.8.Тренировочные тестовые задания по разделу 1........................... 23

2. Представление информации............................................................ 25

2.1.Язык как способ представления информации. Количество информации. 25

2.2.Вероятностный подход к определению количества информации. Понятие энтропии. 28

2.3.Формы представления информации............................................. 30

2.4.Кодирование информации. Двоичное кодирование. Единицы измерения количества информации............................................................. 34

2.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 2........................... 36

3. Системы счисления и основы логики............................................. 38

3.1.Системы счисления..................................................................... 38

3.2.Системы счисления, используемые в компьютере......................... 39

3.3.Перевод чисел из одной системы счисления в другую.................. 40

3.4.Двоичная арифметика. Арифметические операции в позиционных системах счисления................................................ 42

3.5.Основные понятия логики........................................................... 51

3.6.Логические операции.................................................................. 52

3.7.Логические выражения............................................................... 54

3.8.Базовые логические элементы..................................................... 56

3.9.Построение сумматоров на логических элементах........................ 58

3.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 3......................... 59

4. Компьютер....................................................................................... 65

4.1.Архитектура компьютера............................................................ 65

4.2.Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера (ПК). 68

4.3.Системный блок......................................................................... 71

4.4.Микропроцессоры ПК.................................................................. 72

4.5.Классификация памяти ПК.......................................................... 73

4.5.1.Внутренняя память................................................................... 73

4.5.2.Внешняя память....................................................................... 75

4.6.Периферийные (внешние) устройства ПК..................................... 81

4.7.Классификация программного обеспечения ПК............................ 89

4.7.1.Системное ПО.......................................................................... 90

4.7.2.Прикладное ПО...................................................................... 102

4.8.Файловая система и файловая структура.................................... 105

4.9.Правовая охрана программ и данных......................................... 108

4.10.Тренировочные тестовые задания по разделу 4........................ 111

5. Моделирование и формализация................................................... 119

5.1.Моделирование как метод познания.......................................... 119

5.2.Виды моделей. Классификация моделей..................................... 121

5.3.Понятие о технологии информационного моделирования........... 123

5.4.Исследование информационных моделей конкретных предметных областей. 125

5.5.Тренировочные тестовые задания по разделу 5......................... 129

6. Алгоритмизация и программирование.......................................... 132

6.1.Алгоритм. Формальное исполнение алгоритмов......................... 132

6.2.Свойства алгоритмов................................................................ 133

6.3.Способы записи алгоритма........................................................ 134

6.4.Основные алгоритмические конструкции. Детализация алгоритмов................................................................................................. 138

6.5.Методы разработки алгоритмов................................................ 139

6.6.Понятие о языках программирования. Классификация языков программирования. 139

6.7.Средства создания программ..................................................... 141

6.8.Базовые элементы алгоритмических языков программирования.. 142

6.9.Основные типы данных............................................................. 143

6.10.Операторы языка программирования....................................... 145

6.11.Подпрограммы........................................................................ 147

6.12.Технологии программирования................................................ 148

6.13.Тренировочные тестовые задания по разделу 6........................ 150

Ответы на примерные тестовые задания............................................... 155

Приложение. Содержание части 2 «Основы информационных технологий»... 157

Литература для самостоятельной подготовки...................................... 158

Предисловие

Издание «Основы информатики», являющееся частью 1 пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий», состоит из введения, рабочей программы учебного курса «Информатика» иразделов 1…6, в каждом из которых содержится краткая теоретическая справка и примеры тестовых заданий, подобных тем, которые будут выноситься на вступительные испытания по дисциплине «Информатика» в Псковский государственный политехнический институт.

По структуре содержание издания «Основы информатики» соответствует структуре части 1 рабочей программы учебного курса «Информатика», составленной на основе требований обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования к дисциплине «Информатика», утвержденного приказом Министерства образования РФ «Об утверждении обязательного минимума содержания среднего (полного) общего образования» от 30.06.1999 № 56.

Неотъемлемой часть пособия для поступающих в вуз «Основы информатики и информационных технологий» является часть2 «Основы информационных технологий». Во второй части (разделы 7…12) рассматриваются вопросы построения и применения прикладных информационных технологий.

Особенностью данного издания является то, что при изучении учебного материала не предусматривается освоение конкретных информационных технологий, конкретных операционных систем и программных средств.

Введение

Еще не очень давно под информатикой понимали научную дисциплину, изучающей структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации — от неформальных процессов обмена научной информацией (при непосредственном устном и письменном общении ученых и специалистов) до формальных процессов обмена путем научной литературы. Это понимание было близко к таким, как “библиотековедение”, “книговедение”. Синонимом понятия “информатика” иногда служил термин “документация”.

Стремительное развитие вычислительной техники изменило содержание понятия “информатика”, придав ему значительно более направленный на вычислительную технику смысл. По этим причинам имеются до сих пор различные толкования этого термина. Так, в Америке применяется термин “Computer Science” — наука о компьютерах. Этот же термин зачастую переводится как “системотехника”. Однако, наиболее правильным будет следующее толкование термина “информатика”.

Определение. Информатика — наука, изучающая свойства информации, а также способы представления, получения, накопления, преобразования, обработки, передачи и использования информации с помощью средств вычислительной техники и других технических устройств.

Предметом изучения информатики являются:

§ теоретические вопросы информатики, связанные с теорией информации, теорией алгоритмов, математической логикой и комбинаторным анализом;

§ практические вопросы информатики, связанные с программированием и использованием прикладных программ;

§ вопросы проектирования, разработки и использования технических средств обработки информации.

Теоретическая информатика является фундаментом для построения общей информатики. Она занимается построением моделей, построением дискретных множеств, которые описывают эти модели. Неотъемлемой частью теоретической информатики является логика.

Определение. Логика — совокупность правил, которым подчиняется процесс мышления. Математическая логика изучает логические связи и отношения, лежащие в основе дедуктивного (логического) вывода.

Важной частью теоретической информатики является Симеотика.

Симеотика исследует знаковые системы, составляющие которых - знаки - могут иметь самую разнообразную природу, лишь бы в них можно было выделить три составляющие, связанные между собой договорными отношениями: синтаксис (или план выражения), семантику (или план значения) и прагматику (или план использования). Симеотика позволяет установить аналогии в функционировании различных систем как естественного, так и искусственного происхождения. Ее результаты используются в компьютерной лингвистике, искусственном интеллекте, психологии и других науках.

Другой важно частью теоретической информатики является Кибернетика.

Кибернетика возникла в конце 40-х годов, когда Н.Винер выдвинул идею, что правила управления живыми, неживыми и искусственными системами имеют много общих черт. Именно эта идея привела к появлению первых компьютеров. Сегодня кибернетика может рассматриваться как направление информатики, рассматривающее создание и использование автоматизированных систем управления разного назначения и степени сложности.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за "информатикой" следующие понятие:

Определение. Информатика — это научные и производственно-экономические области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Таким образом, информатика — это комплексная научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения и она базируется на компьютерной технике и немыслима без нее. Вот ее приоритетные направления:

§ разработка вычислительных системипрограммного обеспечения;

§ Теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;

§ Математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;

§ Методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

§ Системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;

§ Биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;

§ Социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;

§ Методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

§ Телекоммуникационные системыисети, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;

§ Разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Российский академик А.А. Дородницын (1910 — 1994) выделял в информатикетри неразрывно и существенно связанные части — технические средства, программныеиалгоритмические.

§ Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия".

§ Программные средства, под которыми понимается совокупность всех информационных и компьютерных технологий, программных систем, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, называемые английским словом Software (в буквальном переводе — "мягкие изделия"). Это слово (Software) подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

§ Алгоритмические компоненты, под которыми понимается разработка способа решения научной и прикладной задачи программными средствами в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату. Иными словами это построение алгоритма решения задачи с использованием разнообразных методов и приемом теории алгоритмов, системного анализа, математического моделирования, принципов искусственного интеллекта, для описания которого используют термин Brainware (от англ. brain — интеллект).

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачииобработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни как человека-индивидуума, так и общества в целом.

Рабочая программа по дисциплине «информатика»

Утверждена

Приемной комиссией Псковского

государственного политехнического института

1 марта 2004 г., протокол № 2.