Теоретическая часть. Допущено региональным отделением

ИНФОРМАТИКА

Учебное пособие

Допущено региональным отделением

учебно-методического объединения

Дальневосточного регионального

учебно-методического центра (ДВРУМЦ) в качестве

учебного пособия для студентов,

получающих образование в области физической культуры

Хабаровск 2012

УДК 004

ББК 32.97

П-147

Рецензенты: И.А. Кривошеев, доктор технических наук, профессор

Л.Н. Корчевой, кандидат педагогических наук,

профессор

П-147 Пальчикова Н.Ю. Информатика: учебное пособие. - Хабаровск: Издательство ФГБОУ ВПО ДВГАФК. – 2012. – 110 с.

ISBN 978-5-8028-01152-9

В учебном пособии изложены основные вопросы теории информации, технические и программные средства реализации информационных процессов, компьютерные сети, основы алгоритмизации и программирования. Содержание работы разделено на пять главных тем курса. Каждая тема содержит теоретическую часть, практические работы, контрольные вопросы. Все практические задания составлены по единому плану, определен порядок выполнения. В пособии имеются примерные теоретические вопросы к зачету по информатике, список тем для самостоятельного изучения, список рекомендуемой литературы и информационных сайтов, а также примерные зачетные тесты.

Пособие предназначено для студентов, получающих образование в области физической культуры.

ISBN 978-5-8028-01152-9 УДК 004

ББК 32.97

© Пальчикова Н.Ю., 2012

© ФГБОУ ВПО «Дальневосточная государственная академия

физической культуры»

Введение. Подготовка высококвалифицированных специалистов в области физической культуры и спорта, владеющих автоматизированными методами обработки и анализа информации является одной из приоритетных задач современной системы образования.

Специфика курса "Информатика" состоит в том, что процесс обучения должен сочетать использование двух взаимосвязанных и взаимодополняю­щих функций ЭВМ, как инструмента формализации знаний о предметном мире и как активного элемента предметного мира, инструмента измерения, отображения и воздействия на предметный мир, т.е. с одной стороны ЭВМ является предметом изучения, а с другой стороны выступает как средство обучения, расширяющее познавательные и интеллектуальные возможности человека.

Использование персонального компьютера (ПК) в профессиональной деятельности является необходимым условием становления и карьеры специалиста.

В курсе "Информатики" предусмотрено изучение разделов, связанных с базовыми понятиями информатики, основами алгоритмизации, моделирования и программирования. Кроме того, информатика сегодня, в большей степени, является прикладной наукой, которая сегодня основывается на знании ПК и его архитектуры, локальных и глобальных компьютерных сетей.

Студенты должны изучить теоретические вопросы настоящих методических указаний и выполнить комплекс практических заданий, закрепляющих полученные теоретические знания.

Практические занятия. Практические занятия предназначены для углубленного изучения дисциплины. На этих занятиях идет осмысление теоретического материала, формируется умение убедительно формулировать собственную точку зрения, приобретаются навыки профессиональной деятельности. При изучении необходимо выполнять и вовремя сдавать преподавателю индивидуальные практические работы.

Зачет - форма проверки усвоения студентом учебного материала лекционных курсов, практических и семинарских занятий, выполнения студентом практических работ, курсовых работ, а также форма проверки прохождения учебной, учебно-исследовательской, педагогической и стажерской практик и выполнения в процессе этих практик всех заданий в соответствии с утвержденными программами. Зачеты могут устанавливаться как по предметам в целом, так и по отдельным их частям.

Тема 1. Основные понятия и методы теории информатики и информации. Технические средства реализации информационных процессов Структура, принципы, основные возможности ЭВМ.

Теоретическая часть.

Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.

Возможность и эффективность использования информации обуславливаются основными ее потребительскими показателями качества.

Информация является динамическим объектом, образующимся в момент взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Как и всякий объект, она обладает свойствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.

Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.

Объективность и субъективность информации. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических дисциплинах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному. У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сопоставления, фильтрации и селекции исходных данных. Обратим внимание на то, что здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).

Полнота информации. Полнота информации во многом характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.

Достоверность информации. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются опреде­ленным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.

Адекватность информации — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.

Доступность информации — мера возможности получить ту или иную информа­цию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.

Актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, осно­ваны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении и объекте окружающего мира. Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Рассмотрим, 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.

Технические средства реализации информационных процессов:

Принцип адресности – это общий принцип работы вычислительных систем. Он заключается в том, что структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек. Процессору в произвольный момент времени доступна любая ячейка.

Принцип программного управления – это общий принцип работы всех вычислительных систем. Он заключается в том, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности.

Информатика – область научно-технической деятельности, занимающаяся исследованием процессов получения, передачи, обработки, хранения, представления информации и решением проблем создания, внедрения и использования информационной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

В некоторых более кратких определениях информатика трактуется как особая наука о законах и методах получения и измерения, накопления и хранения, переработки и передачи информации с применением математических и технических средств (средств вычислительной техники и связи). Однако все имеющиеся определения отражают наличие двух главных составляющих информатики – информации и соответствующих средств ее обработки.

Огромную, по существу революционную роль в становлении и развитии информатики сыграло создание электронно-вычислительной машины (ЭВМ) и современной компьютерной техники, ставшее одним из ключевых направлений научно – технического прогресса.

Информатика исследует следующие группы основных вопросов:

- технические, связанные с изучением методов и средств надежного сбора, хранения. передачи, обработки выдачи информации;

- семантические, определяющие способы описания смысла информации, изучающие языки ее описания;

- прагматические, описывающие методы кодирования информации;

- синтаксические, связанные с решением задач по формализации и автоматизации некоторых видов научно – информационной деятельности, в частности индексирование, автоматическое реферирование, машинный перевод.

Главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера и в применении их при организации технологического процесса преобразования информации.

Выполняя свою функцию, информатика решает следующие задачи:

• исследует информационные процессы в социальных системах;

• разрабатывает информационную технику и создает новейшие технологии преобразования информации на основе результатов, полученных в ходе исследования информационных процессов;

• решает научные и инженерные проблемы создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.

Поколения ЭВМ

1 поколение – (начало 50-х). Элементная база – электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.

2 поколение – (с конца 50-х). Элементная база – полупроводниковые элементы. По сравнению с предыдущим этапом, улучшаются все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.

3 поколение - (начало 60-х). Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.

4 поколение – (с середины 70-х). Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой надежностью и производительностью, создание дешевых микроЭВМ.

5 поколение – (с середины 80х). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение информационных технологий.

Архитектура ЭВМ

Гарвардская – память программ и данных разделена, что позволяет распараллелить выборку данных из памяти.

Принстонская (архитектура фон Неймана) – в ней соблюдается принцип однородности памяти. Он заключается в том, что программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти: число, текст или команда.

Конвейерная – это принцип построения компьютера, состоящий в параллельном выполнении команд множеством процессоров над одним потоком данных. Т.е. каждый процессор цепочки использует в качестве входных данных выходные данные предыдущего процессора. х86-процессоры строились по более простой архитектуре.

8-ми разрядная архитектура – один из признаков, по которым классифицируют архитектуры компьютеров, – это разрядность интерфейсов и машинного слова. Разрядности компьютеров могут быть равными 8, 16, 32, 64. Некоторые ЭВМ имеют другие разрядности. Обычно процессоры более высокой разрядности при использовании соответствующей операционной системы выполняют одинаковые задачи быстрее.

Состав и назначение основных элементов

персонального компьютера

Базовая аппаратная конфигурация компьютера: системный блок, монитор, клавиатура, мышь.

Процессор выполняет все вычисления и управление другими устройствами; память служит для хранения программ, исходных данных и результатов вычислений; устройство ввода позволяет вводить команды программ и исходные данные; устройство вывода дает возможность отобразить результаты вычислений. Даже персональный компьютер способен выполнять команды без винчестера.

Самым главным блоком всех компьютеров является системный блок, в состав которого входят процессор и память. именно ему отводится главная роль в обеспечении работоспособности компьютера. Все остальные компоненты (или устройства) подключаются к системному блоку через порты ввода-вывода.

Команда с компьютера или от других источников, таких как программа, поступает в центральный процессор (ЦП). Он расшифровывает и выполняет задания, а затем или сообщает полученные результаты, или пересылает их в память машины, или делает и то и другое. Так как процессор занимается непосредственной обработкой информации - это своего рода “мозг” компьютера, он координирует действия, выполняет логические операции, и осуществляет управление. При этом арифметические операции выполняются одним элементом ЦП, а управление реализуется другим. Рассмотрим эти элементы.

Процессор объединяет в себе арифметико-логическое устройство (АЛУ) и управляющее устройство (УУ)

ввод информации вывод

информации

обработка информации

АЛУ - преобразует информацию, поступающую из памяти. Выполняет арифметические операции, редактирует информацию, сравнивает числа, выполняет логические операции.

Кроме того, процессоры могут выполнять различные преобразования символов и пересылать их с одних устройств ввода-вывода на другие. Помогает в этом устройство управления процессора.

УУ позволяет руководить порядком выполнения операций, координирует работу ЭВМ в целом и управляет взаимоотношениями между отдельными устройствами машины.