Москва - Санкт-Петербург - Нижний Новгород - Воронеж
Ростов-на-Дону - Екатеринбург - Самара - Новосибирск
Киев - Харьков - Минск
ББК 32.973.233я7 УДК 004.3(075) М15
Макарова Н. В., Волков В. Б.
М15 Информатика: Учебник для вузов.— СПб.: Питер, 2011. — 576 с: ил.
ISBN 978-5-496-00001-7
В учебнике в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов в трех разделах представлен материал по основным направлениям информатики. В разделе «Информатика как область интеграции знаний» дается представление о роли информации в развитии общества, об управлении знаниями, о логических основах построения компьютера, о методах и средствах моделирования, об основах построения баз данных и информационных системах, об информационной безопасности, о менеджменте информационной сферы. В разделе «Техническая база информатики» приведена информация об аппаратной части компьютера, о компьютерных сетях, рассматривается история и тенденции развития компьютерных систем. В разделе «Алгоритмическое и программное обеспечение информатики» излагаются основы теории алгоритмов и технологии программирования, приводится классификация программного обеспечения и характеристики разных классов программных продуктов.
Рекомендован Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров «Системный анализ и управление» и «Экономика и управление».
Учебник также может быть использован для подготовки студентов следующих направлений: гуманитарные науки, социальные науки, естественные науки, культура и искусство, образование и педагогика, здравоохранение.
ББК32.973.233я7 УДК 004.3(075)
Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.
Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.
ISBN 978-5-496-00001 -7 © Макарова Н. В., 2011
© Волков В. Б., 2011 © ООО Издательство «Питер», 2011
Оглавление
Предисловие................................................................................................................................ 13
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ИНФОРМАТИКА КАК ОБЛАСТЬ ИНТЕГРАЦИИ ЗНАНИЙ.............. 15
Глава 1. Представление об информации ....................................................................... 17
1.1. Понятие информации............................................................................................................ 17
1.1.1. Определение информации................................................................................................. 17
1.1.2. Информация и данные....................................................................................................... 18
1.1.3. Адекватность информации................................................................................................. 19
1.2. Меры информации................................................................................................................. 20
1.2.1. Синтаксическая мера информации.................................................................................... 20
1.2.2. Семантическая мера информации..................................................................................... 22
1.2.3. Прагматическая мера информации.................................................................................... 23
1.3. Качество информации........................................................................................................... 25
1.4. Информационные процессы............................................................................................... 27
1.5. Кодирование при передаче и хранении информации ............................................ 29
1.6. Основы классификации и структурирования информации........................................ 31
1.6.1. Иерархическая система классификации ........................................................................... 33
1.6.2. Фасетная система классификации ..................................................................................... 35
1.6.3. Дескрипторная система классификации ............................................................... 36
1.6.4. Классификация информации по разным признакам ....................................................... 37
1.7. Кодирование при классификации информации ......................................................... 41
1.7.1. Общие понятия .................................................................................................................. 41
1.7.2. Классификационное кодирование...................................................................................... 41
1.7.3. Регистрационное кодирование ......................................................................................... 43
Вопросы для самопроверки........................................................................................................ 43
Литература ..................................................................................................................................... 44
Глава 2. Роль информации в развитии общества........................................................... 45
2.1. Информатизация общества .............................................................................................. 45
2.1.1. Представление об информационном обществе ............................................................... 45
2.1.2. Роль информатизации в развитии общества..................................................................... 50
2.1.3. Опыт информатизации и перспективные идеи ................................................................. 53
2.1.4. Роль средств массовой информации ................................................................................. 54
2.1.5. Об информационной культуре .......................................................................................... 55
2.2. Информационный потенциал общества......................................................................... 57
2.2.1. Информационные ресурсы................................................................................................ 57
2.2.2. Информационные продукты и услуги ............................................................................... 59
2.2.3. Рынок информационных продуктов и услуг........................................................................ 62
Оглавление
2.3. Информатика — предмет и задачи ............................................................................... 70
2.3.1. Появление и развитие информатики................................................................................. 70
2.3.2. Структура информатики .................................................................................................. 72
Вопросы для самопроверки........................................................................................................ 74
Литература ..................................................................................................................................... 75
Глава 3. Теоретические основы управления знаниями............................................... 76
3.1. Управление знаниями ....................................................................................................... 76
3.1.1. Общее представление об управлении знаниями ........................................................... 76
3.1.2. Модель жизненного цикла управления знаниями.............................................................. 79
3.2. Данные, информация и знания.......................................................................................... 79
3.3. Модели представления знаний ....................................................................................... 81
3.3.1. Семантические сети............................................................................................................ 82
3.3.2. Фреймы ........................................................................................................................ 84
3.3.3. Формальные логические модели........................................................................................ 85
3.4. Системы, основанные на знаниях ................................................................................... 86
3.4.1. Экспертные системы .................................................................................................. 88
3.4.2. Нейронные сети .............................................................................................................. 91
3.4.3. Системы, основанные на прецедентах.............................................................................. 96
3.4.4. Системы, построенные на генетических алгоритмах......................................................... 98
3.4.5. Интеллектуальные агенты................................................................................................. 99
3.4.6. Системы добычи данных.................................................................................................. 100
3.5. Инженерия знаний ............................................................................................................. 101
3.5.1. Получение знаний............................................................................................................. 102
3.5.2. Жизненный цикл и методология....................................................................................... 105
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 106
Литература ................................................................................................................................... 107
Глава 4. Логические основы информатики..................................................................... 108
4.1. Представление о высказываниях и логических операциях..................................... 108
4.1.1. Понятие высказывания .................................................................................................. 108
4.1.2. Соглашения о языке алгебры высказываний................................................................... 110
4.1.3. Логические операции над высказываниями...................................................................... 110
4.2. Алгебра логики ................................................................................................................... 113
4.2.1. Понятие формулы алгебры логики................................................................................... 113
4.2.2. Равносильные формулы алгебры логики ....................................................................... 115
4.2.3. Основные равносильности .............................................................................................. 116
4.2.4. Равносильности, выражающие одни логические операции через другие ...................... 116
4.2.5. Равносильности, выражающие основные законы алгебры логики.................................. 117
4.2.6. Решение логических задач методами алгебры логики..................................................... 117
4.2.7. Булева алгебра.................................................................................................................. 119
4.3. Построение коммутационных схем на основе алгебры логики............................... 121
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 124
Литература ................................................................................................................................... 124
Глава 5. Информационные системы и технологии..................................................... 125
5.1. Основные сведения об информационных системах................................................. 126
5.1.1. Понятие информационной системы .............................................................................. 126
5.1.2. Этапы развития информационных систем...................................................................... 126
5.1.3. Процессы в информационной системе............................................................................ 127
5.1.4. Результаты внедрения информационных систем........................................................... 128
5.1.5. Роль структуры управления в информационной системе .............................................. 128
5.1.6. Персонал и прочие элементы организации..................................................................... 131
5.1.7. Примеры информационных систем................................................................................. 132
Оглавление
5.2. Структура и классификация информационных систем ........................................... 133
5.2.1. Структура информационной системы.............................................................................. 133
5.2.2. Классификация информационных систем по признаку
структурированности задач.............................................................................................. 138
5.2.3. Классификация информационных систем по функциональному признаку
и уровням управления...................................................................................................... 141
5.2.4. Прочие варианты классификации информационных систем ........................................ 147
5.3. Основные сведения об информационных технологиях............................................ 149
5.3.1. Понятие информационной технологии............................................................................ 149
5.3.2. Инструментарий информационной технологии............................................................... 150
5.3.3. Соотношение между информационными технологиями и системами .......................... 151
5.3.4. Составляющие информационной технологии................................................................. 152
5.3.5. Использование информационных технологий................................................................. 153
5.4. Виды информационных технологий .......................................................................... 155
5.4.1. Информационная технология обработки данных ........................................................... 155
5.4.2. Информационная технология управления....................................................................... 157
5.4.3. Автоматизация офиса ..................................................................................................... 159
5.4.4. Информационная технология поддержки принятия решений........................................ 161
5.4.5. Информационная технология экспертных систем ......................................................... 164
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 166
Литература ................................................................................................................................... 167
Глава 6. Теория баз данных................................................................................................. 169
6.1. Общие понятия..................................................................................................................... 169
6.1.1. Компоненты среды функционирования СУБД................................................................. 171
6.1.2. Классификация СУБД....................................................................................................... 173
6.1.3. Функции СУБД................................................................................................................... 176
6.2. Модели данных..................................................................................................................... 178
6.2.1. Классификация моделей данных...................................................................................... 178
6.2.2. Термины и определения ................................................................................................ 180
6.2.3. Модель «сущность-связь»................................................................................................. 181
6.3. Реляционные базы данных............................................................................................... 185
6.3.1. Реляционная модель данных ......................................................................................... 185
6.3.2. Правила Кодда ................................................................................................................ 186
6.3.3. Ключи и связи .................................................................................................................. 188
6.3.4. Ссылочная целостность................................................................................................... 190
6.3.5. Нормализация данных..................................................................................................... 190
6.3.6. Язык SQL........................................................................................................................... 192
6.3.7. Преимущества и недостатки реляционной модели ...................................................... 194
6.4. Постреляционные модели и базы данных ................................................................ 196
6.4.1. Основные понятия OODM .............................................................................................. 197
6.4.2. Преимущества OODM .................................................................................................... 197
6.4.3. Недостатки OODM ......................................................................................................... 198
6.5. Проектирование баз данных.......... ,................................................................................. 198
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 200
Литература ................................................................................................................................... 201
Глава 7. Основы моделирования....................................................................................... 202
7.1. Представление о назначении и особенностях моделирования .......................... 202
7.1.1. Понятия модели и моделирования ................................................................................ 202
7.1.2. Компьютерное моделирование ....................................................................................... 204
7.1.3. Параметры модели........................................................................................................... 205
7.2. Классификация моделей.................................................................................................... 207
7.2.1. Классификация моделей по назначению......................................................................... 207
7.2.2. Классификация моделей по уровню моделирования....................................................... 208
6 Оглавление
7.2.3. 
Классификация моделей по принадлежности к иерархическому уровню........................ 209
7.2.4. Классификация моделей по характеру взаимоотношений со средой............................. 210
7.2.5. Классификация моделей по способу представления свойств объекта........................... 210
7.2.6. Классификация моделей по причинной обусловленности ............................................ 211
7.2.7. Классификация моделей по отношению ко времени....................................................... 212
7.2.8. Классификация моделей по сфере применения............................................................. 212
7.2.9. Классификация моделей по методологии применения................................................... 213
7.2.10. Классификация моделей по способу представления 214
7.3. Основные этапы компьютерного моделирования...................................................... 216
7.3.1. Постановка задачи и анализ объекта моделирования.................................................... 217
7.3.2. Разработка (формализация и синтез) модели................................................................. 218
7.3.3. Проведение компьютерного эксперимента.......................................................... 218
7.3.4. Анализ результатов моделирования................................................................................ 219
7.4. Основы имитационного моделирования .................................................................... 219
7.4.1. Особенности имитационного моделирования................................................................. 220
7.4.2. Подходы к имитационному моделированию .................................................................. 221
7.4.3. Этапы имитационного моделирования........................................................................... 222
7.5. Программные среды моделирования............................................................................ 224
7.5.1. Характеристика систем имитационного моделирования ............................. 224
7.5.2. AnyLogic — универсальная среда имитационного моделирования................................. 227
7.5.3. Моделирование бизнес-процессов......................................................................... 228
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 232
Литература ................................................................................................................................... 234
Глава 8. Информационная безопасность........................................................................ 235
8.1. Основные положения, понятия и определения.......................................................... 236
8.2. Виды угроз в информационной сфере ......................................................................... 237
8.3. Внутренние и внешние источники угроз........................................................................ 239
8.4. Организационно-правовое обеспечение информационной безопасности........ 240
8.5. Государственная система правового обеспечения защиты информации
в Российской Федерации .................................................................................................. 241
8.6. Угрозы в информационных системах ........................................................................... 243
8.6.1. Нарушения конфиденциальности ................................................................................. 243
8.6.2. Нарушения достоверности.............................................................................................. 244
8.6.3. Нарушения целостности ................................................................................................ 244
8.6.4. Нарушения доступности ................................................................................................ 244
8.6.5. Классификация угроз информации.................................................................................. 244
8.7. Защита информации в информационных системах.................................................. 246
8.7.1. Требования к защите информации ................................................................................ 246
8.7.2. Способы и средства защиты информации...................................................................... 249
8.7.3. Системы защиты информации........................................................................................ 251
8.8. Государственные стандарты по информационной безопасности .................... 253
8.8.1. Стандарты общего назначения........................................................................................ 253
8.8.2. Стандарты по криптографической защите...................................................................... 256
8.8.3. Стандарты информационной безопасности в кредитно-финансовой сфере................ 256
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 257
Литература ................................................................................................................................... 257
Глава 9. Менеджмент информационной сферы........................................................... 259
9.1. Становление информационного менеджмента.......................................................... 260
9.2. Основные понятия информационного менеджмента................................................ 261
9.3. Международные и российские стандарты в сфере информационного
менеджмента ......................................................................................................................... 265
9.3.1. Стандарт ITIL..................................................................................................................... 265
9.3.2. Стандарт CobiT................................................................................................................. 268
Оглавление
9.3.3. 
Стандарт MOF................................................................................................................... 269
9.3.4. Стандарт ISO 20000:2005 и его отечественная адаптация —
ГОСТ Р ИСО/МЭК 20000.................................................................................................. 270
9.3.5. Стандарт ISO/IEC 38500:2008........................................................................................... 272
9.4. Информационный менеджмент как управление
информационно-технологическими услугами.............................................................. 273
9.5. Информационный менеджмент как товар (аутсорсинг)............................................ 275
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 277
Литература ................................................................................................................................... 278
ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИНФОРМАТИКИ............................................. 279
Глава 10. Аппаратная часть компьютера .................................................................. 281
10.1. Обобщенная структура компьютера............................................................................. 281
10.2. Устройства ввода................................................................................................................ 284
10.3. Устройства вывода............................................................................................................. 288
10.3.1. Мониторы........................................................................................................................ 288
10.3.2. Принтеры........................................................................................................................ 291
10.3.3. Устройства вывода звука................................................................................................. 294
10.3.4. Другие устройства вывода .............................................................................................. 295
10.4. Материнская плата............................................................................................................ 296
10.5. Память компьютера........................................................................................................... 296
10.5.1. Внутрипроцессорная память ........................................................................................ 297
10.5.2. Оперативная память....................................................................................................... 299
10.5.3. Постоянная память......................................................................................................... 300
10.5.4. Дисковая память и флэш-память.................................................................................... 300
10.6. Центральный процессор.................................................................................................. 301
10.6.1. Классификация процессоров.......................................................................................... 301
10.6.2. Работа центрального процессора.................................................................................. 302
10.6.3. Структура центрального процессора ............................................................................. 303
10.6.4. Пути повышения производительности центрального процессора................................ 305
10.7. Системный блок.................................................................................................................. 306
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 308
Литература ................................................................................................................................... 309
Глава 11. Представление данных в компьютере........................................................ 310
11.1. Форма представления данных в компьютере .......................................................... 310
11.1.1. Общее представление.................................................................................................... 310
11.1.2. Числовые данные............................................................................................................ 312
11.1.3. Символьные данные....................................................................................................... 314
11.1.4. Мультимедийные данные ............................................................................................. 317
11.1.5. Служебные данные........................................................................................................ 320
11.2. Системы счисления ......................................................................................................... 320
11.2.1. Определение и классификация ..................................................................................... 320
11.2.2. Перевод из одной Р-ичной системы счисления в другую .............................................. 323
11.2.3. Выполнение арифметических операций....................................................................... 326
Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 328
Литература ................................................................................................................................... 329