Тема: Основы информационной культуры.
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
УНИВЕРСИТЕТ «ТУРАН»
Абуов Е.Э.
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»
Раздел:
«Основы информационной культуры»
Краткий конспект лекций
Методические материалы для лабораторных занятий
Методические рекомендации по СРСП и СРС
Для студентов специальности 050703 – «Информационные системы»
АЛМАТЫ, 2005
Учебно-методический комплекс составлен старшим преподавателем Абуовым Е.Э. на основании государственного стандарта образования по направлению подготовки специальности 050703-«Информационные системы» в соответствии с рабочим учебным планом специальности, утвержденным
«___» ______________ 2005 г.
Рассмотрено на заседании кафедры информационные технологий.
«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.
Зав. кафедрой информационных технологий _______________ Тусупова С.А.
Одобрено на заседании Учебно-методического совета университета.
«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.
Председатель _______________ Тазабеков К.А.
Содержание
Краткий конспект лекции №1............................................................................................................... 4
Методические материалы для лабораторного занятия №1.............................................................. 15
Методические рекомендации по СРСП №1...................................................................................... 17
Методические рекомендации по СРС №1......................................................................................... 18
Краткий конспект лекции №1
Тема: Основы информационной культуры.
Количество часов: 1.
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО
ИНФОРМАТИКА — ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ
Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. 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).
Информатика – в настоящее время одна из фундаментальных областей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации.
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.
Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.
ИНФОРМАЦИЯ И ДАННЫЕ
Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиции материалистической философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.п. В широком смысле информация — это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.
Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Покажем, в чем их отличие.
Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.
Пример. Напишите на листе десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажите их вашему другу Он воспримет эти цифры как данные, так как они не предоставляют ему никаких сведений. Затем против каждого номера укажите название фирмы и род деятельности. Для вашего друга непонятные цифры обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую он в дальнейшем мог бы использовать.
Одной из важнейших разновидностей информации является информация экономическая. Ее отличительная черта — связь с процессами управления коллективами людей, организацией. Экономическая информация сопровождает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг. Значительная часть ее связана с общественным производством и может быть названа производственной информацией.
Экономическая информация – совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.
Классификация информации
Классификация –система распределения объектов (предметов, явлений, процессов, понятий) по классам в соответствии с определенным признаком.
Под объектом понимается любой предмет, процесс, явление материального или нематериального свойства. Система классификации позволяет сгруппировать объекты и выделить определенные классы, которые будут характеризоваться рядом общих свойств.
Классификация объектов – это процедура группировки на качественном уровне, направленная на выделение однородных свойств. Применительно к информации как к объекту классификации выделенные классы называют информационными объектами.
Свойства информационного объекта определяются информационными параметрами, называемыми реквизитами. Реквизиты представляются либо числовыми данными, например вес, стоимость, год, либо признаками, например цвет, марка машины, фамилия.
Реквизит – логически неделимый информационный элемент, описывающий определенное свойство объекта, процесса, явления и т.п.
Классификатор — систематизированный свод наименований и кодов классификационных группировок.
При классификации широко используются понятия классификационный признак и значение классификационного признака, которые позволяют установить сходство или различие объектов. Возможен подход к классификации с объединением этих двух понятий в одно, названное как признак классификации. Признак классификации имеет также синоним основание деления.
Пример. В качестве признака классификации выбирается возраст, который состоит из трех значений: до 20 лет, от 20 до 30 лет, свыше 30 лет. Можно в качестве признаков классификации использовать: возраст до 20 лет, возраст от 20 до 30 лет, возраст свыше 30 лет.
Разработаны три метода классификации объектов: иерархический, фасетный, дескрипторный. Эти методы различаются разной стратегией применения классификационных признаков.
Измерение информации
Рассмотрим два способа измерения информации.
Первый способ отражает вероятностный подход к измерению информации.
Рассмотрим некоторый алфавит из N символов, где pi (i = 1, 2, ..., N) - вероятность выбора из этого алфавита i-ой буквы для описания (кодирования) некоторого состояния объекта. Каждый такой выбор уменьшит степень неопределенности в сведениях об объекте и, следовательно, увеличит количество информации о нем. Для определения среднего значения количества информации, приходящейся в данном случае на один символ алфавита, применяется формула
.
В случае равновероятных выборов pi = 1/N. Подставляя это значение в исходное равенство, мы получим
.
Пример. Пусть из набора 32 возможных чисел необходимо выбрать одно определенное число, получая на каждую попытку ответ «да» или «нет». Воспользуемся приведенной выше формулой, чтобы узнать то количество попыток, которое гарантирует нам отгадку нужного числа, т.е. количество информации, необходимое нам для выбора задуманного числа: Н = log2N = log232 = 5.
Рассмотрим еще одну задачу, решение которой связано с вероятностным подходом к измерению количества информации: кодовый замок сейфа должен включать не менее 1000 уникальных комбинаций. Сколько двухпозиционных переключателей необходимо включить в его конструкцию? Решение: Н = log21000. Н не является целым числом. Для гарантированного получения 1000 уникальных комбинаций заменим 1000 на 1024 - ближайшую к нему степень числа 2. log21024 = 10. Ответ: в конструкцию необходимо включить 10 двухпозиционных переключателей.
Второй способ, так называемый объемный. При алфавитно-цифровом представлении информации любое слово, являющееся последовательностью символов, становится информацией. Число символов в слове называется его длиной. Каждый новый символ увеличивает количество информации, представленной последовательности символов выбранного алфавита. Для измерения количества информации надо выбрать соответствующий эталон. Эталоном для подсчета количества информации, представленной последовательностью символов, логично считать слово минимальной длины, то есть состоящее из одного символа. Количество информации, содержащееся в слове из одного символа, принимают за единицу. Если мы конструируем сообщения, используя двузначный алфавит из двух цифр 0 и 1, то величина способная принимать два различных значения (0 и 1), становится эталонной единицей количества информации, называемой бит (binary digit- двоичный разряд).
В общей теории информации в качестве эталона меры для нее выбирается некоторый абстрактный объект, который может находиться в одном из двух состояний (например, включен / выключен, да / нет, 0 / 1 и т. п.), или, как еще говорят, бинарный объект. Говорят, что такой объект содержит информацию в 1 бит. Данный метод измерения информации во многом был предопределен возможностями ее хранения в различных технических устройствах, где на элементарном уровне информация запоминается с помощью магнитно-электрических устройств, которые могут находиться в одном из двух возможных состояний. Данное решение позволяет гармонично связать методы измерения информации с бинарной (двоичной) организацией системы ее хранения.
Сравнивая с эталоном, можно установить объем информации, содержащейся в слове, записанном в том же двузначном алфавите. Но при представлении информации в виде последовательности слов, составленных из символов двоичного алфавита, становится невозможным раскодирование, то есть понимание полученной информации. Понять ее можно только при условии наличия соглашения о фиксированной длине последовательностей из 0 и 1, составляющих слово в представленной информации. Такой длиной стали считать восемь символов (нулей и единиц) — 8 бит. Величина количества информации в 8 бит называется байтом. При работе с большими объемами информации для подсчета ее количества удобнее пользоваться более крупными единицами. Например, обозначают:
1 килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
В десятичной системе счисления единица измерения - дит (десятичный разряд).
Пример. Сообщение в двоичной системе в виде двоичного кода 10111011 имеет объем данных VД= 8 бит = 1 байт. Сообщение в десятичной системе 275903 имеет объем данных VД=6 дит.
КОДИРОВАНИЕ информации
Код — это правило отображения одного набора объектов или знаков в другой набор знаков без потери информации. При этом можно всегда однозначно возвратиться к прежнему набору объектов или знаков.
Кодирование — это представление, моделирование одного набора знаков другим с помощью кода.
Кодовая таблица — это соответствие между набором знаков и их кодами, обычно разными числами.
В компьютерной технике используется двоичное кодирование, использующее алфавит из двух символов {0,1}. Любая обработка информации компьютером оказалась возможной из-за естественного пребывания токопроводящих элементов компьютера только в одном из двух состояний, каждое из которых можно интерпретировать двоичным нулем или единицей. В восьми разрядах, например, можно закодировать 28=256 различных целых двоичных чисел - от 00000000 до 11111111, что достаточно для того, чтобы дать уникальное 8-битовое обозначение всем символам, необходимым для набора текста. Количество элементов, которые можно закодировать словами длины n, состоящими из символов из m-элементного алфавита, мощности m (мощность алфавита - это число символов в нем), равна N = mn. Если алфавит - {0,1}, то есть n = 2, то N= 2n.
Системы счисления
Системы счисления бывают позиционные и непозиционные. Пример непозиционной системы — римская. В настоящее время используются в основном позиционные системы. В позиционной системе счисления каждая цифра имеет свой «вес», то есть значение цифры зависит от ее расположения в записи числа.
Запись числа в позиционной системе представляет собой сокращенный вариант записи выражения:
,
где р - основание системы счисления, ai, – цифры (0 ≤ аi ≤ р-1).
Примеры.
1. Число 1 в обычной десятичной системе счисления означает один.
2. В числе 11 первая цифра справа означает 1, а вторая цифра справа — уже 10, поэтому число 11 означает 10+1, т. е. одиннадцать.
3. Рассуждая аналогично, получаем, что число 111 = 100 + 10 + 1, т. е. означает сто одиннадцать.
Основание системы счисления — это количество цифр позиционной системы счисления.
Позиционные системы отличаются друг от друга количеством цифр своего алфавита. Поэтому они именуется по своему основанию: десятичная, двоичная, троичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и т.д.
Привычная нам десятичная система счисления имеет алфавит, состоящий из 10 цифр:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
Пример. 512 = 5∙100+1∙10+2∙1. В числе 512 пять сотен, один десяток и две единицы.
Никаких преимуществ перед другими основаниями число 10 не имеет. Десятичная система кажется нам удобной только потому, что мы привыкли к ней с детства. В компьютерной технике более удобна двоичная система счисления.
ДВОИЧНАЯ СИСТЕМА СЧИСЛЕНИЯ
Двоичная система счисления имеет алфавит, состоящий из двух цифр:
0 и 1.
Это система счисления с минимальным основанием. Поэтому в компьютерах используется именно эта система. Простота выполнения операций в двоичной системе счисления связана с двумя обстоятельствами:
1) простотой аппаратной реализации: 1 — есть сигнал, 0 — нет сигнала;
2) самое сложное действие таблицы умножения — это 12 ´ 12 = 12, а самое сложное действие таблицы сложения — 12 + 12 = 102.
Почему в двоичной системе при сложении двух единиц счисления получается 10? Эта ситуация аналогична той, когда в десятичной системе к девяти прибавляется один: 910 + 110 = 1010. На девятке цифры десятичной системы заканчиваются, и затем следует наименьшее двузначное число десять 1010. В двоичной системе цифры заканчиваются на единице, и после нее идет наименьшее двузначное число десять 102.
Двойка внизу в виде нижнего индекса означает, что числа записаны в двоичной системе. При записи чисел в разных позиционных системах счисления основание системы записывается в виде нижнего индекса. Этот индекс всегда записывается только в виде числа в десятичной системе.
Натуральные двоичные числа
Выпишем первые натуральные двоичные числа от 0 до 16. Цифровую запись следующего числа можно получить, используя основное свойство натуральных чисел: следующее число больше предыдущего на 1.
Поэтому для получения следующего двоичного числа после 12 прибавим к 12 число 12, получим 12 + 12 = 102, т. е. «десять». Отсюда имеем: 210 = 12 + 12 = 102.
Столбиком посчитаем следующие по порядку двоичные числа, т. е. прибавим 12 к 102 , затем к 112 и т. д.
 |
Первые двоичные натуральные числа от 0 до 16
| Десятичное число | Двоичное число |
| 110 | |
| 210 | 102 |
| 310 | 112 |
| 410 | 1002 |
| 510 | 1012 |
| 610 | 1102 |
| 710 | 1112 |
| 810 | 10002 |
| 910 | 10012 |
| 1010 | 10102 |
| 1110 | 10112 |
| 1210 | 11002 |
| 1310 | 11012 |
| 1410 | 11102 |
| 1510 | 11112 |
| 1610 | 100002 |
Примеры.
1. 11012=1∙23+1∙22+0∙21+1∙20 = 1310.
2. 1010102 =1∙25 + 1∙23 + 1∙21= 4210.
3. 10110002 = 1∙26+1∙24+1∙23 = 8810.
4. 11,01=1∙21+1∙20+0∙2-1+1∙2-2 = 3,2510.
Примеры.
1. АЕ0716=10∙163 +14∙162 +0∙161 +7∙160=4455110.
2. 10016=1∙162 +0∙161 +0∙160 =25610.
3. 5816=5∙161+8∙160=.8810.
4. 2А16=2∙161+10∙160=4210.
5. D16 = 1310.
Перевод числа из десятичной системы в шестнадцатеричную осуществляется также, как в двоичную.
Примеры.
1. 11012 = D.
2. 1010102 = 10 10102 = 2A.
3. 10110002 = 101 10002 = 5816.
Примеры.
25638 = 010 101 110 0112 =101011100112.
10011012 = 001 001 1012 = 1158.
Примеры с решениями
1. Перевод из p-ичной системы в 10-ичную. Пусть надо перевести число в некоторой системе счисления в десятичную. Для этого надо представить его в виде
.
111001102 = 1∙27 + 1∙26 + 1∙25 + 0∙24 + 0∙23 + 1∙22 + 1∙21 + 0∙20 = 128 + 64 + 32 + 4 + 2 = 23010.
24015 = 2∙53 + 4∙52 + 0∙51 + 1∙50 = 250 + 100 + 0 + 1 = 351.
2. Перевод из 10-ичной системы в p-ичную.
2.1 9810 → Х2.
Делим число на 2. Затем делим неполное частное на 2. Продолжаем до тех пор, пока неполное частное не станет меньше 2, т.е. равным 1.
1) 98 : 2 = 49. Остаток — 0.
2) 49 : 2 = 24. Остаток — 1.
3) 24 : 2 = 12. Остаток — 0.
4) 12 : 2 = 6. Остаток — 0.
5) 6 : 2 = 3. Остаток — 0.
6) 3 : 2 = 1. Остаток — 1.
Так как последнее неполное частное равно 1, процесс окончен. Записываем все остатки снизу вверх, начиная с последнего неполного частного, и получаем число 1100010. Итак 9810 = 11000102.
2.2 239110 → Х16.
Делим число на 16. Затем делим неполное частное на 16. Продолжаем до тех пор, пока неполное частное не станет меньше 16.
1) 2391 : 16 = 149. Остаток — 7.
2) 149 : 16 = 9. Остаток — 5.
Так как последнее неполное частное (9) меньше 16, процесс окончен. Записываем, начиная с последнего неполного частного, все остатки снизу вверх и получаем число 957. Итак 239110 = 95716.
2.3 1216510 → Х2.
Если переводить делением в двоичную систему, то получится довольный громоздкий процесс. Можно сначала перевести число в восьмеричную систему, а затем заменять восьмеричные цифры справа налево триадами.
1216510 = 276058 = 010 111 110 000 101 = 10111110000101.
3. Определение основания системы счисления p.
Один мальчик так написал о себе: «Пальцев у меня 24, на каждой руке по 5, а на ногах 12». Как такое может быть?
Решение. Надо определить основание системы счисления p. Так как мы знаем, что пальцев на ногах всего 1010, то 12p=1∙p+2 = 1010. Отсюда получаем уравнение p + 2 = 10 Û p = 8. Значит, мальчик имел в виду числа в восьмеричной системе. Действительно, всего пальцев 248 = 2∙8+4 = 2010, а на ногах — 128 = 1∙8+2 = 1010.
ЗАДАНИЯ
1. Переведите следующие двоичные числа в десятичную систему счисления.
| а) 1002; | б) 1111002; | в) 11012; | г) 111112; | д)10000002. |
2. Переведите следующие десятичные числа в двоичную систему счисления.
| а) 1710; | б) 2010; | В) 3610; | г) 30010; | д) 1511210. |
3. Запишите текущий год в двоичной системе счисления.
4. Запишите в троичной системе счисления год своего рождения.
5. Составьте таблицу, в которой перечислены все десятичные, двоичные и шестнадцатеричные числа от 010 до 3210.
6. Составьте таблицу сложения размером 16 ´ 16 для восьмеричной системы счисления (строки и столбцы соответствуют восьмеричным цифрам от 0 до 7).
7. Решите следующие задачи:
1) Один иностранец из государства, где окончательно победила компьютерная революция, хвастал в письме одной девушке, что зарабатывает 110 000 долларов в месяц, что апартаменты у него общей площадью 10 100 кв. м, и счет в банке — 100 000 000 долларов. Девушка была с умом и поняла, что все это в двоичной системе. Сколько же это на самом деле?
2) Представьте себе, что вы договорились продать фирме из государства Хексландия партию модемов — 1000 штук по 50 долларов. А в этой стране тоже победила компьютерная революция, правда с человеческим лицом — там принята шестнадцатеричная система счисления. У них ходит своя валюта — хексы. Курс хекса к доллару 1:1. Человек из этой фирмы, недавно иммигрировавший в Хексландию, расплатился с вами купюрами, изображенными на Рис. 3, которые вы затем спокойно меняете на доллары. Какова ваша неожиданная дополнительная прибыль?
Рис. 3. Купюра в Хексландии
3) Как-то раз попали наши путешественники в одну далекую страну и разговорились с одним почтенным отцом семейства. Много детей, рассказал он, у него — 20 сыновей и 12 дочерей. Всего детей — 102, а лет ему — 1200. Сколько у него детей и каков его возраст? Указание. См. пример 3.
8. Чему равно наибольшее неотрицательное целое число, кодируемое 8 битами?
9. Пересчитайте в мегабайты: 10240 Кб, 1024000 Кб, 10 Гб, 1000 Гб.
Методические рекомендации по СРСП №1
ЛИТЕРАТУРА
1. Информатика: Учебник. – 3-е перераб. изд. / Под ред. Н.В. Макаровой. – М.: Финансы и статистика, 2004.
2. Экономическая информатика и вычислительная техника: Учебник / Под ред. В.П. Косарева, А.Ю. Королева. – М.: Финансы и статистика, 1996.
3. Информатика: данные, технология, маркетинг / В.П. Божко, В.В. Брага и др. - М.: Финансы и статистика, 1992.
4. Информационные системы в экономике / Под ред. В.В. Дика. - М.: Финансы и статистика, 1996.
5. Пономарева К.В., Кузьмин Л.Г. Информационное обеспечение АСУ. - М.: Высш. шк., 1991.
РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
УНИВЕРСИТЕТ «ТУРАН»
Абуов Е.Э.
Учебно-методический комплекс по дисциплине «Информатика»
Раздел:
«Основы информационной культуры»
Краткий конспект лекций
Методические материалы для лабораторных занятий
Методические рекомендации по СРСП и СРС
Для студентов специальности 050703 – «Информационные системы»
АЛМАТЫ, 2005
Учебно-методический комплекс составлен старшим преподавателем Абуовым Е.Э. на основании государственного стандарта образования по направлению подготовки специальности 050703-«Информационные системы» в соответствии с рабочим учебным планом специальности, утвержденным
«___» ______________ 2005 г.
Рассмотрено на заседании кафедры информационные технологий.
«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.
Зав. кафедрой информационных технологий _______________ Тусупова С.А.
Одобрено на заседании Учебно-методического совета университета.
«___» _________________ 2005 г. Протокол №___.
Председатель _______________ Тазабеков К.А.
Содержание
Краткий конспект лекции №1............................................................................................................... 4
Методические материалы для лабораторного занятия №1.............................................................. 15
Методические рекомендации по СРСП №1...................................................................................... 17
Методические рекомендации по СРС №1......................................................................................... 18
Краткий конспект лекции №1
Тема: Основы информационной культуры.
Количество часов: 1.
ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЩЕСТВО