Реферат: Роль информационного ресурса в развитии современного общества 2 –

Измерению информации

Термин информация имеет множество определений.

«Информация» происходит от латинского слова«informatio», что означает разъяснение, изложение, осве­домление. Информация всегда представляется в виде со­об­щения.

Сообщение – это форма представления каких-либо сведений в виде речи, текста, изображения, цифровых дан­ных, графиков, таблиц и т.д. В широком смысле информа­ция – это сведения, совокупность каких-либо данных, зна­ний. Наряду с понятие информация в информатике часто употребляется понятие данные.

Данные – это результаты наблюдений над объек­тами и явлениями, которые по каким-то причинам не ис­пользу­ются, а только хранятся. Как только данные начи­нают ис­пользовать в каких-либо практических целях, они превра­щаются в информацию.

Виды информации:

1. По отношению к окружающей среде:

– входная информация;

– выходная информация;

– внутрисистемная информация.

2. По способам восприятия:

– визуальная – 90%;

– аудиальная – 9%;

– тактильная;

– вкусовая;

– обонятельная;

3. По форме представления для персонального компью­тера:

– текстовая информация;

– числовая информация;

– знаковая информация;

– графическая информация;

– звуковая информация;

– анимационная информация;

– комбинированная информация.

Свойства информации:

– полнота – наличие достаточных сведений;

– актуальность – степень соответствия информации те­кущему моменту времени;

– достоверность – насколько информация соответст­вует истинному положению дел;

– ценность – насколько информация важна для реше­ния задачи;

– точность – степень близости к действительному со­стоянию объекта, процесса, явления;

– понятность – выражение информации на языке, по­нят­ном тем, кому она предназначена.

Важным вопросом является измере­ние количества информации. Как понять, сколько информации мы получили в том или ином сообще­нии? Разные люди, получившие одно и то же сообщение, по-разному оценивают его информаци­онную ёмкость, то есть количество информации, содержа­щееся в нем. Это происходит оттого, что знания людей о со­бытиях, явле­ниях, о которых идет речь в сообщении, до получе­ниясообщения были различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, могут сказать, что информации не полу­чили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообще­ние для получателя.

В таком случае, количество информации в одном и том же сообщении должно определяться отдельно для ка­ждого получателя, то есть иметь субъективный характер. При этом нельзя объективно оценить количество инфор­ма­ции, содержащейся даже в простом сообщении. По­этому, когда информация рассматривается как новизна со­общения для получателя (бытовой подход), не ставится вопрос об из­мерении количества информации.

Информация – это содержание сообщения, сигнала, памяти, а также сведения, содержащиеся в сообщении, сиг­нале или памяти.

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

Информация – это понимание (смысл, представле­ние, интерпретация), возникающее в аппарате мышления чело­века после получения им данных, взаимоувязанное с пред­шествующими знаниями и понятиями.

Информация, первоначально – сведения, переда­вае­мые людьми, устным, письменным или другим спосо­бом (с помощью условных сигналов, технических средств и т.д.); с середины 20 века общенаучное понятие, вклю­чающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автома­том и автоматом; обмен сигналами в животном и раститель­ном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от орга­низма к организму.

Информация – содержание сообщения или сигнала, сведения, рассматриваемые в процессе их передачи или восприятия; одна из исходных общенаучных категорий, от­ражающая структуру материи и способы её познания, не­сводимая к другим, более простым понятиям.

Кодирование текстовой информации. Текстовая информация представляет собой набор симво­лов некоторого языка.

Язык – знаковая система представления информа­ции. Множество символов языка образуют алфавит.

Языки бывают естественными и формаль­ными. Ес­тественные языки сложились в процессе обще­ния людей, другими словами, естественные языки – это языки нацио­нальных культур. Формальные языки воз­никли из необхо­димости введения специальных символов в различных об­ластях науки. Например, язык музыки представляет собой ноты и нотный стан, язык математики – это цифры, арифме­тические действия, специальные знаки %, / и т.д., язык до­рожных правил – это знаки, раз­метка, сигналы регулиров­щика и светофора и т.п.

Алфавит компьютерного языка состоит из 256 сим­волов, причем под каждый символ отводится 8 ячеек па­мяти, другими словами, информационный вес каждого сим­вола равен 8 бит=1 байт. Эти 256 символов включают за­главные и прописные буквы двух алфавитов, математи­че­ские символы, специальные символы. Все символы упо­ря­дочены, каждому символу соответствует некоторое число от 0 до 255. Таблица ASCII содержит коды первых 128 симво­лов (0-127).

Остальные позиции заняты символами кириллицы (русскими буквами) и символами псевдографики. Сущест­вует несколько таблиц кодировки кириллицы – КОИ 8, Windows 1251-1252 и др. Их отличие в том, что буквам со­поставляются различные коды.

       Кодирование графической информации.Растро­вое представление графической информации.

       Пиксель – минимальный участок изображения, кото­рому можно независимым образом задать цвет.

Палитра – множество цветов, используемых в изо­бражении (весь набор красок).

Все множество пикселей образуют растр.

Растр – это прямоугольная сетка пикселей на эк­ране.

Стандартные размеры растра 800 600, 1024 768 и др. Это значит, что по горизонтали на экране монитора умещается 1024 (М) пикселя, а по вертикали 768 (N) пик­се­лей. Тогда общее количество пикселей может быть по­счи­тано как K=MN.

Разрешающей способностью изображения называ­ется отношение числа пикселей на единичный участок изобра­жения. Единица измерения разрешающей способно­сти – dpi (пикселей на дюйм).

Использую известную формулу 2ⁱ=N, где N – мощ­ность алфавита (число цветов в палитре), можно посчи­тать, сколько бит информации содержит каждый символ (в на­шем случае пиксель). Общий объем изображения можно вычислить по формуле V=KI, где K=mn.

Пример 1. Палитра состоит из 65536 цветов (N). Изо­бражение состоит из 64 32 пикселя. Какой объем изо­браже­ния в Кбайтах?

Решение:В палитре 65536 цветов. Значит, 2ⁱ=65536, откуда i=16 бит. Это значит, что каждый пиксель изображе­ния «весит» 16 бит.

Если известно, что изображение имеет размер 64 32 пикселя, то можно узнать размер (объем) изображения:

V=Ki=64 32 16=2⁶ 25 24=2^{6 5 4}=2¹⁵бит=2¹⁵/2¹³=2^15-13=2²=4 Кбайт

Пример 2. Известно, что объем изображения, запи­санного в 256-цветной палитре (N), равен 0,5 Кб (V). Ка­ким количеством бит кодируется каждый пиксель (i)? Из скольки пикселей состоит изображение? Какой объем бу­дет у изображения размером 128 64 пикселя (K)?

Решение: Палитра состоит из 256 цветов (N). Зна­чит, под каждый пиксель отводится 2ⁱ=256, т.е. i=8 бит.

Объем изображения равен 0,5 Кбайт = 0,5 2¹³ бит. V=KI, значит, K=V/I=0.5 2¹³/8=0.5 2¹³/2³=2^{-1 13-3}=2⁹=512 пиксе­лей. Изображение состоит из 512 пикселей.

Объем изображения размером 128 64 пикселя ра­вен V=Ki=mni=128 64 8=27 26 2³=2^{7 6 3}=2¹⁶бит=2^16-3-10=2³Кбайт = 8Кбайт.

Кодирование звуковой информации. С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возмож­ность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может за­писывать, сохранять и воспроизводить звуковую информа­цию. С помощью специальных про­граммных средств (ре­дакторов аудиофайлов) открываются широкие возможно­сти по созданию, редактированию и прослушиванию зву­ковых файлов. Создаются программы распознавания речи, и появ­ляется возможность управления компьютером при помощи голоса.

Звуковой сигнал – это непрерывная волна с изме­няющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компью­тер мог об­рабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дистретизирован, т.е. превращен в последовательность элек­трических им­пульсов (двоичных нулей и единиц).

При двоичном кодировании непрерывного звуко­вого сигнала он заменяется серией его отдельных выборок – от­счетов.

Современные звуковые карты могут обеспечить ко­дирование 65536 различных уровней сигнала или состоя­ний. Для определения количества бит, необходимых для кодиро­вания, решим показательное уравнение:

65536=21, т.к. 65536=2¹⁶, то I=16 бит.

Таким образом, современные звуковые карты обес­печивают 16-битное кодирование звука. При каждой вы­борке значению амплитуды звукового сигнала присваива­ется 16-битный код.

Количество выборок в секунду может быть в диапа­зоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналого­вого звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 Кгц. При частоте 8 Кгц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансля­ции, а при частоте 48 Кгц – качеству звучания аудио-CD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-ре­жимы.

Можно оценить информационный объем моном ау­дио файла длительно­стью звучания 1 секунду при среднем качестве звука (16 бит, 24 Кгц). Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количе­ство вы­борок в 1 секунду: ит 24000 = 384000 бит = 48000 байт или 47 Кбайт

Кодирование информации в компьютере. Вся инфор­мация, которою обработает компьютер, должна быть пред­ставлена двоичным кодом с помощью двух цифр – 0 и 1.

Эти два символа 0 и 1 принято называть битами (от англ, binarydigit- двоичный знак).

С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать лю­бое сообщение. Это явилось причиной того, что в ком­пью­тере обязательно должно быть организованно два важ­ных процесса:

Кодирование – преобразование входной информа­ции в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоич­ный код.

Декодирование – преобразование данных из двоич­ного кода в форму, понятную человеку.

С точки зрения технической реализации использо­ва­ние двоичной системы счисления для кодирования ин­фор­мации оказалось намного более простым, чем приме­нение других способов. Действительно, удобно кодировать ин­формацию в виде последовательность нулей и единиц, если представить эти значения как два возможных устойчивых состояния электронного элемента:

0 – отсутствие электрического сигнала;

1 – наличие электрического сигнала.

Эти состояния легко различать. Недостатокдвоич­ного кодирования – длинные коды. Нов технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Вам приходится постоянно сталкиваться с устрой­ст­вом, которое может находиться только в двух устойчивых состояниях: включено/выключено. Конечно же, это хо­рошо знакомый всем выключатель. А вот придумать вы­ключа­тель, который мог бы устойчиво и быстро переклю­чаться в любое из 10 состояний, оказалось невозможным. В резуль­тате после ряда неудачных попыток разработчики пришли к выводу о невозможности построения компью­тера на основе десятичной системы счисления. И в основу представления чисел в компьютере была положена именно двоичная сис­тема счисления.

Способы кодирования и декодирования информа­ции в компьютере, в первую очередь, зависит от вида ин­формации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Рассмотрим основные способы двоичного кодиро­ва­ния информации в компьютере.

Представление чисел. Системы счисления. Для за­писи информации о количестве объектов ис­пользуются числа. Числа записываются с использование особых знаковых сис­тем, которые называют системами счисления

Система счисления – совокупность приемов и пра­вил записи чисел с помощью определенного набора сим­волов.

Все системы счисления делятся на две большие группы: позиционные и непозиционные.

Позиционные СС – количественное значение каж­дой цифры числа зависит от того, в каком месте (позиции или раз­ряде) записана та или иная цифра.

Непозиционные СС – количественное значение цифры числа не зависит от того, в каком месте (позиции или разряде) записана та или иная цифра.

Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр использу­ются: 1(1), V(5), Х(10), Ц50), С(100), D(500), М(1000).

Величина числа определяется как сумма или раз­ность цифр в числе.

MCMXCVIII=1000 (1000-100) (100-10) 5 1 1 1=1998

Первая позиционная система счисления была при­ду­мана еще в Древнем Вавилоне, причем вавилонская ну­мера­ция была шестидесятеричная, т.е. в ней использова­лось ше­стьдесят цифр!

В XIX веке довольно широкое распространение по­лучила двенадцатеричная система счисления.

В настоящее время наиболее распространены деся­тичная, двоичная, восьмеричная ишестнадцатеричная сис­темы счисления.

Таблица 1. Основание системы счисления

Таблица 2. Перевод из десятичной системы в двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричная

Количество различных символов, используемых для изображения числа в позиционных системах счисления, на­зывается основанием системы счисления (или базисом).

Двоичное кодирование текстовой информации. Начиная с 60-х годов, компьютеры все больше стали ис­пользовать для обработки текстовой информации и в на­стоящее время большая часть ПК в мире занято об­работкой именно текстовой информации.

Традиционно для кодирования одного символа ис­пользуется количество информации = 1 байту (1 байт = 8 битов).

Для кодирования одного символа требуется один байт информации. Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодиро­вать 256 различных символов. (28=256)

Кодирование заключается в том, что каждому сим­волу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

Важно, что присвоение символу конкретного кода – это вопрос соглашения, которое фиксируется кодовой таб­лицей.

Таблица, в которой всем символам компьютерного алфавита поставлены в соответствие порядковые номера (коды), называется таблицей кодировки.

Для разных типов ЭВМ используются различные ко­дировки. С распространением IBM PCмеждународным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Stan­dard Code for Information Interchange) – Американский стан­дартный код для информационного об­мена.

Стандартной в этой таблице является только первая по­ловина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вари­ан­тах. В русских кодировках размещаются символы рус­ского алфавита.

В настоящее время существует 5 разных кодовых таб­лиц для русских букв (КОИ8, СР1251, СР866, Mac, ISO).

В настоящее время получил широкое распростране­ние новый международный стандарт Unicode, который от­водит на каждый символ два байта. С его помощью можно

Цифры кодируются по стандарту ASCII в двух слу­чаях – при вводе-выводе и когда они встречаются в тексте. Если цифры участвуют в вычислениях, то осуществляется их преобразование в другой двоичных код.

Возьмем число 57.

При использовании в тексте каждая цифра будет представлена своим кодом в соответствии с таблицей AS­CII. В двоичной системе это – 00110101 00110111.

При использовании в вычислениях код этого числа будет получен по правилам перевода в двоичную систему и получим – 00111001.

Кодирование графической информации. Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображе­ний используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений. Растровое изображение представляет собой сово­купность точек (пик­селей) разных цветов на рисунке 1.

Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0).

Для четырех цветного – 2 бита.

Для 8 цветов необходимо – 3 бита.

Для 16 цветов – 4 бита.

Для 256 цветов – 8 бит (1 байт).

Цветное изображение на экране монитора формиру­ется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зе­леного, синего. Т.н. модель RGB.

Для получения богатой палитры базовым цветам мо­гут быть заданы различные интенсивности.

4 294 967 296 цветов (TrueColor) – 32 бита (4 байта).

Рисунок 1 – Кодирование растровых изображений

Кодирование векторных изображений. Векторное изображение представляет собой сово­купность графических примитивов (точка, отрезок, эл­липс…) на рисунке 2. Каждый примитив описывается математическими формулами. Кодиро­вание зависти от прикладной среды.

Рисунок 2 –Векторное изображение

Двоичное кодирование звука . Звук – волна с непре­рывно изменяющейся амплиту­дой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.

В процессе кодирования звукового сигнала произ­во­дится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки.

Качество двоичного кодирования звука определя­етсяглубиной кодирования ичастотой дискретизации.

 ЛЕКЦИЯ №3

 2 АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И

ПРОГРАМ­МИРОВАНИЕ

2.1 Компьютер как формальный исполни­тель

 ал­горитмов (программ)

Основные типы алгоритмических структур. Ос­новные типы алгоритмических структур.

Алгоритмы бывают:

1. Линейный.

2. Разветвляющийся.

3. Циклический.

В линейных алгоритмах команды выполняются в той последовательности как записаны.

Разветвленные алгоритмы содержат одно или не­сколько условий и несколько серий команд, которые вы­пол­нятся в зависимости от условия.

Циклический алгоритм содержит один или не­сколько циклов.

Цикл – часть алгоритма, которая выполняется много раз.

Способы описания алгоритма:

1. Словесный (письменно или устно).

2. Графический (стрелками, рисунками, блок-схе­мами).

3. Программный.

Изображение алгоритма в виде блок-схемы позво­ляет отдельные действия (этапы) алгоритма изображать при по­мощи различных геометрических фигур (блоков) и связей между ними, которые обозначаются стрелками, со­единяю­щими эти фигуры.

Разветвляющийся  алгоритм.

Ветвление – это такая форма организации действий, при которой в зависимости от выполнения или невыполне­ния некоторого условия совершается либо одна, либо дру­гая последовательность действий.

Ветвления в алгоритмах записывают одним из сле­дующих способов.

Полная форма ветвления:

Если (условие), то {оператор; оператор…..}

иначе {оператор; оператор…..}

Пример: “Если дорога отремонтирована, то поехать дальше, иначе – поехать в объезд”.

Неполная форма ветвления:

Если (условие), то {оператор; оператор…..}

Пример: “Если ласточки низко летают, то быть до­ждю”.

Алгоритмическая структура «выбор» (ветвление).

В алгоритмической структуре «выбор» выполняется одна из нескольких последовательностей команд при ис­тин­ности соответствующего условия.

Алгоритмическая структура «выбор» применяется для реализации ветвления со многими вариантами серий команд.

Язык программирования – формальная знаковая сис­тема, предназначенная для записи программ. Про­грамма обычно представляет собой некоторый алгоритм в форме, понятной для исполнителя (например, компью­тера). Язык программирования определяет набор лексиче­ских, синтак­сических и семантических правил, используе­мых при со­ставлении компьютерной программы. Он по­зволяет про­граммисту точно определить то, на какие собы­тия будет реагировать компьютер, как будут храниться и передаваться данные, а также какие именно действия сле­дует выполнять над этими данными при различных об­стоятельствах.

Алфавит – фиксированный для данного языка на­бор основных символов, допускаемых для составления текста программы на данном языке.

Синтаксис – система правил, определяющих до­пус­тимые конструкции языка программирования из букв алфа­вита.

Семантика – система правил однозначного толко­ва­ния отдельных языковых конструкций, позволяющих вос­произвести процесс обработки данных.

При описании языка и его применении используют понятия языка. Понятие подразумевает некоторую синтак­сическую конструкцию и определяемые ею свойства про­граммных объектов или процесса обработки данных.

Система программирования – это программное обеспечение компьютера, предназначенное для разра­ботки, отладки и исполнения программ, записанных на оп­ределен­ном языке программирования.

Система программирования предназначена для ав­то­матизации разработки программного обеспечения. В со­став системы программирования обязательно входят язык про­граммирования, редактор для создания и исправления тек­стов программ и транслятор для перевода программ на язык машинных команд.

Трансляторы – компиляторы и интерпретаторы.Центральный процессор компьютера может испол­нять только команды на машинном языке, закодированные в двоичном алфавите. Программа, состоящая из таких ко­манд, “понятна” компьютеру, но людям работать с после­дователь­ностями команд вида совершенно неудобно.

Вскоре после появления первых компьютеров были разработаны специальные формальные языки – языки про­граммирования высокого уровня, с более удобной для че­ловека формой записи команд и не зависящие от особенно­стей архитектуры конкретного семейства компьютеров. Примерами таких языков являются Паскаль и Basic.

Для того чтобы программа, написанная на языке про­граммирования высокого уровня, могла быть выпол­нена компьютером, она должна быть переведена на язык его ма­шинных команд. Это делается автоматически с по­мощью специальной программы-переводчика, называемой трансля­тором. Транслятор проверяет правильность записи команд на языке программирования высокого уровня и ге­нерирует соответствующие последовательности команд на машинном языке. Трансляторы бывают двух видов – ком­пиляторы и интерпретаторы. Интерпретатор транслирует одну за другой команды исходной программы и обеспечи­вает выполнение каждой команды на языке высокого уровня сразу же после ее трансляции. Таким образом, если интерпретатор выпол­няет какую-то программу N раз, то трансляция каждой ко­манды тоже будет выполнена N раз.

Компилятор запоминает созданную для исходной программы последовательность машинных команд в спе­ци­альном файле, но не дает команды компьютеру на их вы­полнение. Сохраненная компилятором в файле машин­ная программа может быть выполнена по команде пользо­вателя в любое время.

Для созданных компилятором файлов машинных ко­манд уже не требуется производить трансляцию, по­этому они выполняются быстрее, чем обрабатываемые ин­терпре­татором исходные программы.

Компиляторы используются, когда предполагается многократное выполнение созданного программного обес­печения. Интерпретаторы применяются, когда многократ­ное использование программы не планируется, или ско­рость ее выполнения не очень существенна.

Основы языка программирования. Первая версия языка Паскаль была разработана швейцарским ученым Ник­лаусом Виртом в 1968 году. Первоначально язык предназна­чался для целей обучения, поскольку он является доста­точно детерминированным, т.е. все подчиняется определен­ным правилам, исключений из которых не так много. Ос­новные характеристики: отно­сительно небольшое количе­ство базовых понятий, простой синтаксис, быстрый компи­лятор для перевода исходных текстов в машинный код. В 1992 г. фирма BorlandInternational выпустила два пакета, ос­нованных на языке Паскаль: BorlandPascal 7.0 и TurboPascal 7.0.

Величины: константы, переменные, типы вели­чин. Каждое понятие алгоритмического языка подразу­ме­вает некоторую синтаксическую единицу (конструкцию) и определяемые ею свойства программных объектов или про­цесса обработки данных. Понятие языка определяется во взаимодействии синтаксических и семантических пра­вил. Синтаксические правила показывают, как образуется данное понятие из других понятий и букв алфавита, а се­мантиче­ские правила определяют свойства данного поня­тия. Основ­ными понятиями в алгоритмических языках обычно явля­ются следующие. Имена (идентификаторы) – употребля­ются для обозначения объектов пpогpаммы (переменных, массивов, функций и дp.).

Операции. Типы операций: арифметические операции , -, *, / и дp.; ло­гические операции и, или, не ; операции отношения < , > , <=, >= , = , <> ; операция сцепки (иначе, “присоединения”, “конкатенации”) символьных значений друг с другом с об­разованием одной длинной строки; изо­бражается знаком ” “.

Данные – величины, обрабатываемые пpогpаммой . Имеется тpи основных вида данных: константы, переменные и массивы.

Константы – это данные, кото­рые зафиксированы в тексте программы и не изменяются в процессе ее выполне­ния. Пpимеpы констант: числовые 7.5, 12; логические да (истина), нет (ложь); символьные “А”, ” “; литеpные “abcde”, “информатика”, “” (пустая строка).

Переменные обозначаются именами и могут из­менять свои значения в ходе выполнения пpогpаммы. Переменные бывают целые, вещественные, логические, символьные и литерные.

Массивы – последовательности однотипных элемен­тов, число которых фиксировано и ко­торым присвоено одно имя. Положение элемента в массиве однозначно определя­ется его индексами (одним, в случае одномерного массива, или несколькими, если массив мно­гомерный). Иногда мас­сивы называют таблицами.

Выражения – предназначаются для выполнения не­обхо­димых вычислений, состоят из констант, переменных, указателей функций (напpимеp, exp(x)), объединенных зна­ками операций. Выражения записываются в виде ли­нейных последовательностей символов (без подстрочных и над­строчных символов, “многоэтажных” дробей и т.д.), что по­зволяет вводить их в компьютер, последовательно на­жимая на соответствующие клавиши клавиатуры. Разли­чают вы­ражения арифметические, логические и строковые.

Массивы бывают одномерные и двумерные.

Одномерный массив – это линейная таблица, т.е. таб­лица, элементы которой располагаются в одну строку или столбец.

Двумерный массив – это прямоугольная таблица, т.е. таблица, которая состоит из нескольких строк и столбцов. (Продемонстрировать плакаты таблиц линейной и прямо­угольной.

В данной линейной таблице семь элементов. Каждый элемент данной таблицы представляет собой букву.

Элементами массива могут быть числовые и тексто­вые величины. В разделе переменных Var массив записы­вается следующим образом:

x: array [1..7] of string;

эта запись указывает, что дан одномерный массив (линей­ная таблица), содержащий 7 элементов, значениями кото­рых являются строковые величины.

Двумерный массив обозначается следующим образом:

y: array [1..4, 1..5] of integer;

элементами данного массива являются целые числа, кото­рые записаны в 4 строки и 5 столбцов.

Элемент одномерного массива записывается так: x[5] – пятый элемент одномерного массива x(его зна­чением явля­ется буква «О»), y[2, 3] – элемент, располо­женный во второй строке и третьем столбце двумерного массива y(его значе­ние – 15).

ЛЕКЦИЯ 4

КОМПЬЮТЕР И

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Магистрально-модульный принцип построения компь­ютера . В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Модульный принцип позволяет потребителю самому ком­плектовать нужную ему конфигурацию компьютера и про­изводить при необходимости её модернизацию.

Модульная организация компьютера опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информацией между устройствами.

Магистраль (системная шина) включает в себя три многоразрядные шины: шину данных, шинуад­ресаи шину управления, которые представляют собой многопроводные линии.

К магистрали подключа­ются процессори оператив­ная память, а также периферийные устройстваввода, вы­вода и хране­ния информации, которые обмениваются ин­формацией на машинном языке (последовательностями ну­лей и единиц в форме электрических импульсов).

Шина данных. По этой шине данные передаются ме­жду различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процес­сору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хра­нения. Таким образом, данные по шине данных могут пе­редаваться от устройства к устройству через области опе­ративной па­мяти.

Разрядность шины данных определяется разрядно­стью процессора, то есть количеством двоичных разрядов, которые могут обрабатываться или передаваться процес­со­ром одновременно. Разрядность процессоров постоянно увеличивается по мере развития компьютерной техники.

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки па­мяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устрой­ство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес пе­редаётся по адресной шине, причем сигналы по ней переда­ются в одном направлении – от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адре­суе­мой памяти (адресное пространство), то есть количе­ство однобайтовых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса.

Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчи­тать по формуле: N=2I, где I – разрядность шины адреса.

Пример: Разрядность шины адреса постоянно увели­чива­ется и в процессорах Pentium Extreme Edition состав­ляет 64 бита. Таким образом, количество адресуемых ячеек па­мяти в таких процессорах равно: N=264 ячеек.

Шина управления. По шине управления переда­ются сигналы, определяющие характер обмена информа­цией по магистрали. Сигналы управления показывают, ка­кую опера­цию – считывание или запись информации из памяти –нужно производить, синхронизируют обмен ин­формацией между устройствами и так далее.

Важнейшим аппаратным компонентом компьютера является системная плата. На системной плате реализо­вана магистраль обмена информацией, имеются разъёмы для ус­тановки процессора, слоты для установки оператив­ной па­мяти, а также контроллеров внешних устройств. Кроме тер­мина «системная плата», используется назва­ние «материнская плата» (Motherboard).

Рисунок 4 – Материнская плата

Еще 10-15 лет назад системные платы персональных компьютеров строились на основе цифровых микросхем ма­лой и средней степени интеграции (вентилей, триггеров, ре­гистров и т.п.). И если бы тебе пришлось иметь дело с ком­пьютерами ХТ/АТ, тогда ты бы увидел системную плату с полутора-двумя сотнями корпу­сов интегральных схем.

Пропускная способность. Быстродействие устрой­ства зависит от тактовой частоты тактового генератора (обычно меряется в мегагерцах – МГц) и разрядность, т.е количество битов данных, которые устройство может об­ра­батывать или передавать одновременно (измеряется в би­тах). Дополнительно в устройствах используется внут­реннее умножение частоты с разными коэффициентами.

Соответственно, скорость передачи данных (пропу­скная способность шины данных измеряется в бит/с) равна произведению разрядности шины (измеряется в битах) и частоты шины (измеряется в Гц = 1/с): Пропускная способ­ность шины = Разрядность шины ⋅Частота шины.

Северный и южный мосты . Для согласования так­то­вой частоты и разрядности устройств на системной плате устанавливают специальные микросхемы, вклю­чающие в себя контроллер оперативной памяти и видеопа­мяти (так называемый северный мост) и контроллер пери­ферийных устройств (южный мост).

Северный мост – это системный контроллер, являю­щийся одним из элементов чипсета материнской платы, от­вечающий за работу с оперативной памятью (RAM), видео­адаптером и процессором (CPU).

Одной из основных функций северного моста явля­ется обеспечение взаимодействия системной платы и про­цессора, а также определение скорости работы. Частью се­верного моста во многих современных материнских платах является встроенный видеоадаптер. Таким образом, функ­циональная особенность северного моста являет собой ещё и управление шиной видеоадаптера и её быстродействием. Также северный мост обеспечивает связь всех вышепере­численных устройств с южным мостом.

Северный мост получил свое название благодаря «географическому» расположению на материнской плате. Внешне это квадратной формы микрочип, расположенный под процессором, но в верхней части системной платы.

Южный мост – это функциональный контрол­лёр, из­вестен как контроллер ввода-вывода.

Как правило, выход из строя южного моста ставит точку в жизни системной платы.

Частота процессора. Северный мост обеспечивает обмен данными с процессором, оперативной памятью и ви­деопамятью. Частота процессора в несколько раз больше, чем базовая частота магистрали.

Частота процессора – это количество синхро­низи­рующих импульсов в секунду.

Основные устройства компьютера. Компьютер яв­ляется модульным прибором. Он со­стоит из различных уст­ройств (модулей), каждое из кото­рых выполняет свои за­дачи.

Поскольку компьютер предназначен для получения, обработки, хранения, передачи и использования информа­ции, то у него должны быть блоки, предназначенные для каждой из этих задач.

Устройства компьютера бывают основные и допол­нительные. Основными являются:

1. Системный блок (это, собственно, и есть компью­тер или его «мозг»).

2. Монитор (осуществляет вывод информации на эк­ран).

3. Клавиатура (служит для ввода символов и ко­манд).

4. Манипулятор типа «мышь» (предназначен для ввода команд).

Ноутбук отличается от стационарного компьютера тем, что:

– системный блок и клавиатура совмещены (на­хо­дятся «в одном флаконе»). Монитор, клавиатура и вся «на­чинка» собраны в общем корпусе.

– у ноутбука есть собственный аккумулятор («бата­рейка»), поэтому некоторое время он может работать авто­номно, без подключения к электрической сети. Ноут­бук работает и от электросети через внешний блок пита­ния, который является одновременно «зарядкой» для бата­реи.

Рассмотрим основные устройства компьютера, о сис­темном блоке поговорим в следующей статье.

Монитор внешне напоминает телевизор. ЭЛТ-теле­ви­зоры выглядят так же, как и ЭЛТ-мониторы (с элек­тронно-лучевой трубкой).

ЖК-телевизоры как близнецы-братья похожи на ЖК-мониторы (жидкокристаллические мониторы).

Размеры мониторов, так же как и размеры экрана у телевизоров, определяются длиной диагонали экрана в дюймах – 14, 15, 17, 19, 21, 23, 27 дюйм. Один дюйм равен 2,54 сантиметра. Соответственно, монитор с диагональю 15 дюймов – это ничто иное, как монитор с диагональю 38 сан­тиметров (если 15 дюймов умножить на 2,54 санти­метра, получится 38 сантиметров).

Монитор подключается к компьютеру через видео­карту. В настоящее время наиболее распространены 17-дюймовые мониторы. Для постоянной работы с графикой, чертежами, большими таблицами (в общем, везде, где много мелких деталей) лучше приобретать мониторы больших размеров.

Монитор (как с ЭЛТ, так и ЖК) может использо­ваться не только в составе компьютера, но и как телевизор при подключении к нему дополнительного устройства (ТВ-тюнера). Поэтому старый монитор можно использо­вать в качестве телевизора, например, на даче.

Современная клавиатураявляется воплощением мечты любой машинистки. Мышка появилась значительно позднее клавиатуры.

Можно обойтись и без мышки, используя сочетания (комбинации) клавиш. Однако есть множество вещей, ко­торые мышкой делать удобнее и быстрее.

Клавиатура и мышь. Сейчас очень много разных мышей: от простой двухкнопочной до пятикнопочной с ко­лесом про­крутки.

Мышки могут быть с проводкой или без нее. Ино­гда нужен специальный коврик для мышки, иногда нет. На спинке у мышки может быть колесо прокрутки (может его и не быть), а также есть две или больше кнопок.

Скоро появятся манипуляторы типа мышь, которые надеваются на руку как перчатки. С такой мышкой можно без лишних движений переключаться между использова­нием манипулятора и печатью на клавиатуре.

Кроме мышки к средствам манипулирования можно отнести различные джойстики, рули с педалями, штур­валы, но они предназначены в основном для управления игровым процессом.

Если основных устройств недостаточно, то для вы­полнения специальных задач к компьютеру подключают дополнительное оборудование.

Наrdwаrе – аппаратные средства т.е. механические, электрические и электронные узлы и компоненты компью­тера.

Основные устройства компьютера :

1. Микропроцессор.

2. Память компьютера (внутренняя и внешняя).

3. Устройства ввода информации.

4. Устройства вывода информации.

5. Устройства передачи и приема информации.

Системный блок содержит такие основный уст­рой­ства ПК как системная плата с процессором и ОП, на­копи­тели на магнитных дисках, CD-ROM, блок питания.

Материнская (системная) плата – основной ап­па­ратный компонент где находятся разъемы для установки микропроцессора, оперативной памяти, кварцевый резона­тор, базовая система ввода-вывода BIOS, вспомогательные микросхемы, интерфейс ввода-вывода (последовательный порт, параллельный порт, интерфейс клавиатуры, диско­вый интерфейс и тд.) и шина.

Часть технического обеспечения, конструктивно от­деленных от основного блока компьютера назы­вают пери­ферийными (устройства ввода-вывода)

Для подключения устройств ввода-вывода на сис­темном блоке имеются разъемы различных портов:

СОМ – Последовательные порты. Передают после­до­вательно электрические импульсы, несущие информа­ции. К ним обычно подключают мышь и модем.

LPT– Параллельный порт. Передает одновременно 8 электрических импульсов. Реализует более высокую ско­рость информации, используют для подключения прин­тера.

USB – Последовательная универсальная шина (Universal Serial Bus) – обеспечивает высокоскоростное подключение не­скольких периферийных устройств (ска­нер, цифровая камера и т.д.).

Периферийные устройства персонального ком­пь­ютера. Современные персональные компьютеры обычно имеют в своем распоряжении множество периферийных устройств.

Периферийные устройства– это любые дополни­тельные и вспомогательные устройства, которые подклю­чаются к ПК для расширения его функциональных воз­мож­ностей.

Рассмотрим некоторые из периферийных устройств.

Принтер (print – печатать) – устройство для вывода на печать текстовой и графической информации. Прин­теры, как правило, работают с бумагой формата А4 или А3. Наи­более распространены на сегодняшний день лазер­ные и струйные принтеры, матричные принтеры уже вы­шли из обихода.

В матричных принтерах печатающая головка со­стояла из ряда тонких металлических иголок, которые при движении вдоль строки в нужный момент ударяли через красящую ленту, и тем самым обеспечивали формирование символов и изображения. Матричные принтеры обладали низкой скоростью и качеством печати.

В струйных принтерах краска под давлением вы­бра­сывается из отверстий (сопел) в печатающей головке и за­тем прилипает к бумаге. При этом формирование изо­браже­ния происходит как бы из отдельных точек – “клякс”. Для струйных принтеров характерна высокая стоимость расход­ных материалов.

В лазерных принтерах луч лазера, пробегая по ба­ра­бану, электризует его, а наэлектризованный барабан притя­гивает частицы сухой краски, после чего изображе­ние пере­носится с барабана на бумагу. Далее лист бумаги проходит через тепловой барабан и под действием тепла краска фик­сируется на бумаге. Лазерные принтеры обла­дают высокой скоростью и качеством печати.

Плоттер (графопостроитель) – устройство для вы­вода на бумагу больших рисунков, чертежей и другой гра­фической информации. Плоттер может выводить графиче­скую информацию на бумагу формата А2 и больше. Кон­ст­руктивно в нем может использоваться или барабан ру­лон­ной бумаги, или горизонтальный планшет.

Сканер (scanner) – устройство, позволяющее вво­дить в компьютер графическую информацию. Сканер при движе­нии по картинке (лист текста, фотография, рисунок) преоб­разует изображение в числовой формат и отображает его на экране. Затем эту информацию можно обработать с помо­щью компьютера.

Манипулятор мышь (mouse) – устройство, облег­чающее ввод информации в компьютер.

Дисковод CD-ROM – устройство для чтения ин­фор­мации, записанной на лазерных компакт-дисках (CD ROM – Compact Disk Read Only Memory, что в переводе оз­начает компакт-диск с памятью только для чтения). На компакт-дисках можно хранить большое количество ин­формации (до 650 Мбайт). Такие диски используются для хранения спра­вочной информации, больших энциклопе­дий, баз данных, музыки, видеоинформации и т.д.

Основной показатель для дисковода CD-ROM – это скорость считывания информации с компакт-диска.

Дисковод DVD является дальнейшим развитием ла­зерных технологий. В нем применяется усовершенство­ван­ная технология использования лазерного луча для за­писи и чтения информации с компакт-дисков. Аббревиа­тура DVD означает Digital Video Disk (цифровой видеодиск) или в дру­гой трактовке – Digital Versatile Disk (цифровой многоцеле­вой диск).

В отличие от дисков CD-ROM диски DVD могут ис­пользовать для работы обе поверхности. Причем техно­логия позволяет записывать на каждой из сторон два слоя данных.

 ЛЕКЦИЯ 5

Алгебра логики – это раздел математики, изучаю­щий высказывания, рассматриваемые со стороны их логи­ческих значений (истинности или ложности) и логических опера­ций над ними.

Алгебра логики возникла в середине ХIХ века в тру­дах английского математика Джорджа Буля. Ее созда­ние представляло собой попытку решать традиционные логиче­ские задачи алгебраическими методами.

Логическое высказывание –это любое повество­ва­тельное пpедлoжение, в oтнoшении кoтopoгo можно oднoзначнo сказать, истинно оно или лoжнo.

Так, например, предложение “6 – четное число” сле­дует считать высказыванием, так как оно истинное. Пред­ложение “Рим – столица Франции” тоже высказыва­ние, так как оно ложное.

Разумеется, не всякое предложение является ло­гиче­ским высказыванием. Высказываниями не являются, напри­мер, предложения “ученик десятого класса” и “ин­форма­тика – интересный предмет“. Первое предложе­ние ничего не утверждает об ученике, а второе использует слишком не­определённое понятие “интересный предмет“. Вопроси­тельные и восклицательные предложения также не являются высказываниями, поскольку говорить об их ис­тинности или ложности не имеет смысла.

Предложения типа “в городе A более миллиона жи­телей“, “у него голубые глаза” не являются высказыва­ниями, так как для выяснения их истинности или ложности нужны дополнительные сведения: о каком конкретно го­роде или человеке идет речь. Такие предложения называ­ются выска­зывательными формами.

Высказывательная форма – это повествователь­ное предложение, которое прямо или косвенно содержит хотя бы одну переменную и становится высказыванием, когда все переменные замещаются своими значениями.

Алгебра логики рассматривает любое высказывание только с одной точки зрения – является ли оно истинным или ложным. Заметим, что зачастую трудно установить ис­тинность высказывания. Так, например, высказывание “площадь поверхности Индийского океана равна 75 млн кв. км” в одной ситуации можно посчитать ложным, а в дру­гой – истинным.

Ложным – так как указанное значение неточное и во­обще не является постоянным.

Истинным – если рассматривать его как некоторое приближение, при­емлемое на практике.

Употребляемые в обычной речи слова и словосоче­та­ния “не”, “и”, “или”, “если… , то”, “тогда и только то­гда” и другие позволяют из уже заданных высказываний строить новые высказывания. Такие слова и словосочета­ния назы­ваются логическими связками.

Bысказывания, образованные из других высказыва­ний с помощью логических связок, называются состав­ными. Высказывания, не являющиеся составными, назы­ваются элементарными.

Так, например, из элементарных высказываний “Петров – врач“, “Петров – шахматист” при помощи связки “и” можно получить составное высказывание “Пет­ров – врач и шахматист“, понимаемое как “Петров – врач, хорошо играющий в шахматы“.

При помощи связки “или” из этих же высказываний можно получить составное высказывание “Петров – врач или шахматист“, понимаемое в алгебре логики как “Пет­ров или врач, или шахматист, или и врач и шахматист од­новременно“.

Истинность или ложность получаемых таким обра­зом составных высказываний зависит от истинности или ложности элементарных высказываний.

Чтобы обращаться к логическим высказываниям, им назначают имена. Пусть через А обозначено высказыва­ние “Тимур поедет летом на море”, а через В – высказы­вание “Тимур летом отправится в горы”. Тогда составное выска­зывание “Тимур летом побывает и на море, и в го­рах” можно кратко записать как А и В. Здесь “и” – логическая связка, А, В – логические переменные, ко­торые могут при­нимать только два значения – “истина” или “ложь”, обозна­чаемые, соответственно, “1” и “0”.

Каждая логическая связка рассматривается как опе­рация над логическими высказываниями и имеет свое на­звание и обозначение:

НЕ Операция, выражаемая сло­вом “не”, называется отрицанием и обозначается чертой над высказыванием (или знаком Ø). Высказывание  ис­тинно, когда A ложно, и ложно, когда A истинно. При­мер. “Луна – спутник Земли” (А); “Луна – не спутник Земли” ( ).

И Операция, выражаемая связ­кой “и” называется конъюнкцией (лат. conjunctio – со­единение) или логическим умножением и обозначается точкой” ” (может также обозна­чаться знаками Ù или &).

Высказывание АÙВ истинно тогда и только тогда, ко­гда оба высказывания А и В истинны. Например, высказыва­ние “10 делится на 2 и 5 больше 3” истинно, а высказы­вания “10 делится на 2 и 5 не больше 3”, “10 не де­лится на 2 и 5 больше 3”, “10 не делится на 2 и 5 не больше 3” – ложны.

ИЛИ Операция, выражаемая связкой “или” (в не­ис­ключающем смысле этого слова), называ­ется дизъюнкцией (лат. disjunctio – разделение) или логи­ческим сложением и обозначается знаком Ú (или плюсом).

Высказывание А Ú В ложно тогда и только тогда, ко­гда оба высказывания А и В ложны. Например, высказыва­ние “10 не делится на 2 или 5 не больше 3” ложно, а вы­ска­зывания “10 делится на 2 или 5 больше 3”, “10 делится на 2 или 5 не больше 3”, “10 не делится на 2 или 5 больше 3” – истинны.

ЕСЛИ-ТО Операция, выражаемая связками “если …, то”, “из … следует”, “… влечет …”, называ­ется импликацией (лат. implico – тесно связаны) и обозна­чается знаком ®.

Высказывание A®B ложно тогда и только тогда, ко­гда А истинно, а В ложно.

Каким же образом импликация связывает два эле­ментарных высказывания? Покажем это на примере выска­зываний: “данный четырёхугольник — квадрат” (А) и “около данного четырёхугольника можно описать ок­руж­ность” (В). Рассмотрим составное высказыва­ние A®B, понимаемое как “если данный четырёхуголь­ник квадрат, то около него можно описать окруж­ность”.

Есть три варианта, когда высказывание A®B ис­тинно:

1. А истинно и В истинно, то есть данный четы­рёх­угольник квадрат, и около него можно описать окруж­ность;

2. А ложно и В истинно, то есть данный четырёх­уголь­ник не является квадратом, но около него можно опи­сать окружность (разумеется, это справедливо не для вся­кого четырёхугольника);

3. A ложно и B ложно, то есть данный четырёх­уголь­ник не является квадратом, и около него нельзя опи­сать окружность.

Ложен только один вариант, когда А истинно, а В ложно, то есть данный четырёхугольник является квадра­том, но около него нельзя описать окружность.

В обычной речи связка “если …, то”описывает при­чинно-следственную связь между высказываниями. Но в ло­гических операциях смысл высказываний не учитыва­ется. Рассматривается только их истинность или ложность. По­этому не надо смущаться “бессмысленностью” импли­каций, образованных высказываниями, совершенно не свя­занными по содержанию. Например, такими:“если прези­дент США – демократ, то в Африке водятся жирафы”, “если арбуз – ягода, то в бензоколонке есть бензин”.

РАВНОСИЛЬНО. Операция, выражаемая связками “тогда и только тогда“, “необходимо и достаточно“, “…равносильно…”, называется эквиваленцией или двой­ной импликацией и обозначается знаком  или  Вы­сказывание истинно тогда и только тогда, когда значения А и В совпадают. Например, высказывания “24 делится на 6 то­гда и только тогда, когда 24 делится на 3”, “23 делится на 6 тогда и только тогда, когда 23 делится на 3”истинны, а высказывания “24 делится на 6 тогда и только тогда, ко­гда 24 делится на 5”, “21 де­лится на 6 тогда и только то­гда, когда 21 делится на 3” ложны.

Высказывания А и В, образующие составное выска­зывание , могут быть совершенно не связаны по содер­жанию, например: “три больше двух” (А), “пин­гвины живут в Антарктиде” (В). Отрицаниями этих вы­сказыва­ний являются высказывания “три не больше двух” ( ), “пин­гвины не живут в Антарктиде” ( ). Образованные из выска­зываний А и В составные высказы­вания  и  истинны, а высказывания  и  – ложны.

Итак, нами рассмотрены пять логических операций: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация и экви­валенция.

Импликацию можно выразить через  дизъюнкцию и отрицание: .

Эквиваленцию можно выразить че­рез отрицание, дизъюнкцию и конъюнкцию: .

Таким образом, операций отрицания, дизъюнкции и конъюнкции достаточно, чтобы описывать и обрабатывать логические высказывания.

Порядок выполнения логических операций задается круглыми скобками. Но для уменьшения числа скобок до­говорились считать, что сначала выполняется операция от­рицания (“не”), затем конъюнкция (“и”), после конъюнк­ции – дизъюнкция (“или”) и в последнюю очередь – им­пликация.

С помощью логических переменных и символов ло­гических операций любое высказывание можно формали­зовать, то есть заменить логической формулой.

Определение логической формулы:

1. Всякая логическая переменная и символы “ис­тина” (“1”) и “ложь” (“0”) – формулы.

2. Если А и В – формулы, то , А В, А В, А B , А В – формулы.

Никаких других формул в алгебре логики нет.

В качестве примера рассмотрим высказывание “если я куплю яблоки или абрикосы, то приготовлю фруктовый пирог”. Это высказывание формализуется в виде . Такая же формула соответствует высказыванию “если Игорь знает английский или японский язык, то он получит место переводчика”.

Как показывает анализ формулы , при оп­ределённых сочетаниях значений переменных A, B и C она принимает значение “истина”, а при некоторых других соче­таниях – значение “ложь” (разберите само­стоятельно эти случаи). Такие формулы называ­ются выполнимыми.

Некоторые формулы принимают значение “истина” при любых значениях истинности входящих в них пере­мен­ных. Таковой будет, например, формула , соответ­ствую­щая высказыванию “Этот треугольник пря­моуголь­ный или косоугольный”. Эта формула истинна и то­гда, когда треугольник прямоугольный, и тогда, когда тре­угольник не прямоугольный. Такие формулы называ­ются тождественно истинными форму­лами или тавтологиями. Высказывания, которые форма­лизуются тавтологиями, называются логиче­ски истин­ными высказываниями.

В качестве другого примера рассмотрим фор­му­лу , которой соответствует, например, высказыва­ние “Катя самая высокая девочка в классе, и в классе есть де­вочки выше Кати”. Очевидно, что эта формула ложна, так как либо А, либо  обязательно ложно. Такие фор­мулы назы­ваются тождественно ложными форму­лами или проти­воречиями. Высказывания, которые фор­мализуются проти­воречиями, называются логически ложными высказыва­ниями.

Если две формулы А и В одновременно, то есть при одинаковых наборах значений входящих в них перемен­ных, принимают одинаковые значения, то они называ­ются равно­сильными.

Равносильность двух формул алгебры логики обо­значается символом “=” или символом ” ” Замена фор­мулы другой, ей равносильной, называется равносильным преоб­разованием данной формулы.

Математический аппарат алгебры логики очень удо­бен для описания того, как функционируют аппаратные средства компьютера, поскольку основной системой счис­ления в компьютере является двоичная, в которой исполь­зуются цифры 1 и 0, а значений логических переменных тоже два: “1” и “0”.

Из этого следует два вывода:

1. Одни и те же устройства компьютера могут приме­няться для обработки и хранения как числовой ин­формации, представленной в двоичной системе счисления, так и логи­ческих переменных.

2. На этапе конструирования аппаратных средств ал­гебра логики позволяет значительно упростить логические функции, описывающие функционирование схем компью­тера, и, следовательно, уменьшить число эле­ментарных логических элементов, из десятков тысяч кото­рых состоят основные узлы компьютера.

Данные и команды представляются в виде двоич­ных последовательностей различной структуры и длины. Суще­ствуют различные физические способы кодирования двоич­ной информации. В электронных устройствах компьютера двоичные единицы чаще всего кодируются более высоким уров­нем напряжения, чем двоичные нули (или наоборот), например:

Рисунок 5 – Кодирование информации

Логический элемент компьютера –это часть элек­тронной логической схемы, которая реализует элемен­тар­ную логическую функцию.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ и дру­гие (называемые также вентилями), а также триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую ло­гическую функцию, описывающую работу устройств ком­пьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми вхо­дов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния – “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выход­ные сигналы имеют один из двух установленных уровней на­пряжения. Например, 5 вольт и 0 вольт.

Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий – значению “ложь” (“0”).

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание слож­ных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помо­щью таблиц истинности.

Таблица истинности это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сиг­на­лов (операндов) вместе со значением истинности выход­ного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочета­ний.

Схема И. Схема И реализует конъюнкцию двух или более ло­гических значений. Условное обозначение на структурных схемах схемы И с двумя входами представлено (рисунок 6).

Рисунок 6 – Логический элемент И

Таблица 3. Таблица истинности схемы И

Единица на выходе схемы И будет тогда и только то­гда, когда на всех входах будут единицы. Когда хотя бы на одном входе будет ноль, на выходе также будет ноль.

Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x y (читается как”x и y”). Операция конъюнкции на структурных схемах обозна­чается знаком “&” (читается как “амперсэнд”), являю­щимся сокра­щенной записью английского слова and.

Схема ИЛИ. Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица.

Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами. Знак”1″на схеме – от устаревшего обозначения дизъ­юнкции как “>=1″ (т.е. значение дизъюнк­ции равно еди­нице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x v y (читается как”x или y”) на рисунке 7.

Рисунок 7 – Логический элемент ИЛИ

Таблица 4. Таблица истинности схемы ИЛИ

Схема НЕ. Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрица­ния. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z= , x где  читается как “не x” или “инверсия х”.

Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение на струк­турных схемах инвертора – на рисунке 8.

Рисунок 8 – Логический элемент НЕ

Таблица 5. Таблица истинности схемы НЕ

Схема И-НЕ. Схема И-НЕсостоит из элемента Ии инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где  читается как “инвер­сия x и y”. Условное обозначение на структурных схемах схемы И-НЕ с двумя входами представлено на рисунке 9.

Рисунок 9 – Логический элемент И-НЕ

Таблица 6. Таблица истинности схемы И- НЕ

Схема ИЛИ-НЕ. Схема ИЛИ-НЕсостоит из элемента ИЛИ и ин­вертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом: , где , чита­ется как “инверсия x или y”. Условное обо­значение на структурных схемах схемы ИЛИ-НЕ с двумя входами пред­ставлено на рисунке 10.

Рисунок 10 – Логический элемент ИЛИ-НЕ

Таблица 7. Таблица истинности схемы ИЛИ-НЕ

Триггер – это электронная схема, широко приме­няе­мая в регистрах компьютера для надёжного запомина­ния одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два ус­тойчи­вых состояния, одно из которых соответствует дво­ичной единице, а другое – двоичному нулю.

Термин триггерпроисходит от английского слова trigger – защёлка, спусковой крючок. Для обозна­чения этой схемы в английском языке чаще употребляется термин flip-flop, что в переводе означает “хлопанье”. Это звукоподра­жательное название электронной схемы указы­вает на её способность почти мгновенно переходить (“пе­ребрасы­ваться”) из одного электрического состояния в другое и на­оборот.

Самый распространённый тип триггера – так назы­ваемый RS-триггер (S и R, соответственно, от англий­ских set – установка, и reset – сброс). Условное обозна­чение триг­гера – на рисунок 11.

Рисунок 11 – Логический элемент RS-триггер

Он имеет два симметричных входа S и R и два сим­метричных выхода Q и , причем выходной сигнал Q явля­ется логическим отрицанием сигнала .

На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ( ).

Наличие импульса на входе будем считать едини­цей, а его отсутствие – нулем.

На рисунке 12 показана реализация триггера с помо­щью вентилей ИЛИ-НЕ и соответствующая таблица ис­тин­ности.

Рисунок 12 – Логический элемент RS-триггер

на элементах ИЛИ-НЕ

Таблица 8. Таблица истинности RS-триггер

Проанализируем возможные комбинации значений входов R и S триггера, используя его схему и таблицу ис­тинности схемы ИЛИ-НЕ (таблица 8).

1. Если на входы триггера подать S=“1”, R=“0”, то (не­зависимо от состояния) на выходе Q верхнего вен­тиля появится “0”. После этого на входах нижнего вентиля ока­жется R=“0”, Q=“0” и выход станет равным “1”.

2. Точно так же при подаче “0” на вход S и “1” на вход R на выходе появится “0”, а на Q – “1”.

3. Если на входы R и S подана логическая “1”, то со­стояние Q и не меняется.

4. Подача на оба входа R и S логического “0” может привести к неоднозначному результату, поэтому эта комби­нация входных сигналов запрещена.

Поскольку один триггер может запомнить только один разряд двоичного кода, то для запоминания байта нужно 8 триггеров, для запоминания килобайта, соответст­венно, 8 2¹⁰ = 8192 триггеров. Современные микросхемы па­мяти содержат миллионы триггеров.

Сумматор –это электронная логическая схема, вы­полняющая суммирование двоичных чисел.

Сумматор служит, прежде всего, центральным уз­лом арифметико-логического устройства компьютера, од­нако он находит применение также и в других устройствах машины.

Многоразрядный двоичный сумматор, предназна­чен­ный для сложения многоразрядных двоичных чи­сел, представляет собой комбинацию одноразрядных сум­маторов, с рассмотрения которых мы и начнём. Условное обозначение одноразрядного сумматора на рисунке 13.

Рисунок 13 – одноразрядного сумматора

При сложении чисел A и B в одном i-ом разряде при­ходится иметь дело с тремя цифрами:

– цифра a_i первого слагаемого;

– цифра b_i второго слагаемого;

– перенос p_i–1 из младшего разряда.

В результате сложения получаются две цифры:

– цифра c_i для суммы;

– перенос p_i из данного разряда в старший.

Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами, ра­бота которого может быть описана следующей таблицей истин­ности (таблица 9).

Если требуется складывать двоичные слова длиной два и более бит, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого.

В алгебре логики выполняются следующие основ­ные законы, позволяющие производить тождественные преоб­разования логических выражений:

Согласно определению, таблица истинности логи­че­ской формулы выражает соответствие между всевоз­мож­ными наборами значений переменных и значениями фор­мулы.

Таблица 9. Таблица истинности одноразрядного дво­ичного сумматора

Для формулы, которая содержит две переменные, та­ких наборов значений переменных всего четыре:

(0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1).

Если формула содержит три переменные, то воз­мож­ных наборов значений переменных восемь:

(0, 0, 0), (0, 0, 1), (0, 1, 0), (0, 1, 1), (1, 0, 0), (1, 0, 1), (1, 1, 0), (1, 1, 1).

Количество наборов для формулы с четырьмя пере­менными равно шестнадцати и т.д.

Удобной формой записи при нахождении значений формулы является таблица, содержащая кроме значений пе­ременных и значений формулы также и значения про­межу­точных формул.

Таблица 10. Основные законы алгебры логики

ЛЕКЦИЯ 6

 3.3 Программное обеспечение компьютера

Возможности современного ПК столь велики, что все большее число людей находят ему применение в своей ра­боте, учебе, быту. Важнейшим качеством современного компьютера является его “дружественность” по отноше­нию к пользователю. Общение человека с компьютером стало простым, наглядным, понятным. Компьютер сам подсказы­вает пользователю, что нужно делать в той или иной ситуа­ции, помогает выходить из затруднительных положений. Это возможно благодаря программному обес­печению ком­пьютера.

Снова воспользуемся аналогией между компьюте­ром и человеком. Новорожденный человек ничего не знает и не умеет. Знания и умения он приобретает в процессе развития, обучения, накапливая информацию в своей па­мяти. Компь­ютер, который собрали на заводе из микро­схем, проводов, плат и прочего, подобен новорожденному человеку. Можно сказать, что загрузка в память компью­тера программного обеспечения аналогична процессу обу­чения ребенка. Созда­ется программное обеспечение про­граммистами.

Вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера, со­став­ляет его программное обеспечение(ПО).

Программное обеспечение компьютера постоянно пополняется, развивается, совершенствуется. Стоимость ус­тановленных программ на современном ПК зачастую пре­вышает стоимость его технических устройств. Разра­ботка современного ПО требует очень высокой квалифи­кации от программистов.

Типы программного обеспечения. В программном обеспечении компьютера есть не­обходимая часть, без кото­рой на нем просто ничего не сде­лать. Она называется сис­темным ПО. Покупатель приоб­ретает компьютер, оснащен­ный системным программным обеспечением, которое не менее важно для работы компь­ютера, чем память или про­цессор. Кроме системного ПО в состав программного обес­печения компьютера входят еще прикладные программы и системы программиро­вания.

Программное обеспечение компьютера делится на:

– системное ПО;

– прикладное ПО;

– системы программирования.

О системном ПО и системах программирования речь пойдет позже. А сейчас познакомимся с прикладным про­граммным обеспечением.

Состав прикладного программного обеспечения. Программы, с помощью которых пользователь мо­жет ре­шать свои информационные задачи, не прибегая к програм­мированию, называются прикладными програм­мами.

Как правило, все пользователи предпочитают иметь набор прикладных программ, который нужен практически каждому. Их называют программами общего назначе­ния. К их числу относятся:

– текстовые и графические редакторы, с помощью ко­торых можно готовить различные тексты, создавать ри­сунки, строить чертежи; проще говоря, писать, чертить, ри­совать;

– системы управления базами данных (СУБД), по­зво­ляющие превратить компьютер в справочник по любой теме;

– табличные процессоры, позволяющие организовы­вать очень распространенные на практике табличные рас­четы;

– коммуникационные (сетевые) программы, предна­значенные для обмена информацией с другими компьюте­рами, объединенными с данным в компьютерную сеть.

Очень популярным видом прикладного программ­ного обеспечения являются компьютерные игры. Боль­шин­ство пользователей именно с них начинает свое обще­ние с ЭВМ.

Кроме того, имеется большое количе­ство приклад­ных программ специального назначе­ниядля профессио­нальной деятельности. Их часто назы­вают пакетами при­кладных программ. Это, например, бух­галтерские про­граммы, производящие начисления зара­ботной платы и дру­гие расчеты, которые делаются в бух­галтериях; системы автоматизированного проектирования, которые помогают конструкторам разрабатывать проекты различных техниче­ских устройств; пакеты, позволяющие решать сложные ма­тематические задачи без составления программ; обучающие программы по разным школьным предметам и многое дру­гое.

Главной частью системного программного обеспе­че­ния является операционная система(ОС).

Операционная система – это набор программ, управ­ляющих оперативной памятью, процессором, внеш­ними устройствами и файлами, ведущих диалог с пользо­вателем.

У операционной системы очень много работы, и она практически все время находится в рабочем состоянии. На­пример, для того чтобы выполнить прикладную про­грамму, ее нужно разыскать во внешней памяти (на диске), помес­тить в оперативную память, найдя там свободное ме­сто, “запустить” процессор на выполнение программы, контро­лировать работу всех устройств машины во время выполне­ния и в случае сбоев выводить диагностические сообщения. Все эти заботы берет на себя операционная система.

Все программы и данные хранятся в долговремен­ной (внешней) памяти компьютера в виде файлов.

Файл – это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в дол­говременной (внешней) памяти.

Имя файла состоит из двух частей, разделенных точ­кой: собственно имя файла и расширение, определяю­щее его тип (программа, данные и т. д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании.

Таблица 11. Соответствие типа файла и расширения

В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать не бо­лее восьми букв латинского алфавита и цифр, а расшире­ние состоит из трех латинских букв, например: proba.txt

В операционной системе Windows имя файла может иметь до 255 символов, причем допускается использование русского алфавита, например:

Единицы измерения информации.doc

До появления операционной системы Windows 95 на большинстве компьютеров IBM PC работала операци­онная система MS-DOS, в которой действовали весьма строгие правила присвоения имен файлам. Эти правила называют соглашением 8.3

По соглашению 8.3 имя файла может состоять из двух частей, разделенных точкой. Первая часть может иметь длину до 8 символов, а вторая часть (после точки) – до 3 символов. Вторая часть, стоящая после точки, называ­ется расширением имени.

При записи имени файла разрешается использовать только буквы английского алфавита и цифры. Начинаться имя должно с буквы. Пробелы и знаки препинания не до­пускаются, за исключением восклицательного знака (!), тильды (~) и символа подчеркивания (_).

После введения в действие операционной системы Windows 95 требования к именам файлов стали сущест­венно мягче. Они действуют и во всех последующих вер­сия операционных систем Windows.

1. Разрешается использовать до 255 символов.

2. Разрешается использовать символы националь­ных алфавитов, в частности русского.

3. Разрешается использовать пробелы и другие, ра­нее запрещенные символы, за исключением следующих девяти: /:*?”<>|.

4. В имени файла можно использовать несколько то­чек. Расширением имени считаются все символы, стоя­щие за последней точкой.

Роль расширения имени файла чисто информацион­ная, а не командная. Если файлу с рисунком присвоить рас­ширение имени ТХТ, то содержимое файла от этого не пре­вратится в текст. Его можно просмотреть в программе, предназначенной для работы с текстами, но ничего вразу­мительного такой просмотр не даст.

Файловая система . На каждом носителе информа­ции (гибком, жестком или лазерном диске) может хра­ниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой.

Файловая система – это система хранения файлов и организации каталогов.

Для дисков с небольшим количеством файлов (до не­сколь­ких десятков) удобно применять одноуровневую фай­ловую систему, когда каталог (оглавление диска) представ­ляет собой линейную последовательность имен файлов (ри­сунок 14). Для отыскания файла на диске достаточно ука­зать лишь имя файла.

Рисунок 14 – Корневой каталог с файлами

В базах данных

Понятие информационной системы. Под системой понимают любой объект, который одновременно рассмат­ривается и как единое целое, и как объединенная в интере­сах достижения поставленных це­лей совокупность разно­родных элементов. Системы значи­тельно отличаются между собой как по составу, так и по главным целям.

В информатике понятие “система” широко распро­странено и имеет множество смысловых значений. Чаще всего оно используется применительно к набору техниче­ских средств и программ. Системой может называться ап­паратная часть компьютера. Системой может также счи­таться множество программ для решения прикладных за­дач, дополненных процедурами ведения документации и управ­ления расчетами.

Добавление к понятию “система” слова “информа­ци­онная” отражает цель ее создания и функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в про­цессе принятия решений задач из любой области. Они помо­гают анализировать проблемы и создавать новые про­дукты.

Информационная система (ИС) – это система, реа­ли­зующая информационную модель предметной области, чаще всего – какой-либо области человеческой деятель­но­сти. ИС должна обеспечивать: получение (ввод или сбор), хранение, поиск, передачу и обработку (преобразо­вание) информации.

Информационной системой (или информационно-вычислительной системой) называют совокупность взаи­мо­связанных аппаратно-программных средств для автома­тиза­ции накопления и обработки информации. В информа­цион­ную систему данные поступают от источника инфор­мации. Эти данные отправляются на хранение либо пре­терпевают в системе некоторую обработку и затем пере­даются потреби­телю.

Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного техни­че­ского средства переработки информации персонального компьютера. В крупных организациях наряду с персональ­ным компьютером в состав технической базы информаци­онной системы может входить мэйнфрейм или суперЭВМ. Кроме того, техническое воплощение информационной сис­темы само по себе ничего не будет значить, если не уч­тена роль человека, для которого предназначена произво­димая информация и без которого невозможно ее получе­ние и представление.

Необходимо понимать разницу между компьюте­рами и информационными системами. Компьютеры, осна­щенные специализированными программными средст­вами, являются технической базой и инструментом для информационных систем. Информационная система не­мыслима без персо­нала, взаимодействующего с компьюте­рами и телекоммуни­кациями.

Информационная система состоит из баз данных, в которых накапливается информация, источника информа­ции, аппаратной части информационных систем, про­грамм­ной части информационных систем, потребителя информа­ции.

По мнению одних авторов, информационная сис­тема включает в себя персонал, её эксплуатирующий, по мнению других – нет.

Классификация ИС

1) по охвату задач (масштабности);

2) по масштабу информационные системы подразде­ляются на следующие группы:

– одиночные;

– групповые;

– корпоративные.

Одиночные информационные системы реализуются, как правило, на автономном персональном компьютере (сеть не используется). Такая система может содержать не­сколько простых приложений, связанных общим информа­ционным фондом, и рассчитана на работу одного пользо­вателя или группы пользователей, разделяющих по вре­мени одно рабочее место. Подобные приложения созда­ются с помощью локаль­ных систем управления базами данных (СУБД). Среди ло­кальных СУБД наиболее извест­ными являются Clarion, Clipper, MicrosoftAccess и dBase.

Групповые информационные системы ориентиро­ваны на коллективное использование информации членами рабо­чей группы или чаще всего строятся на базе локальной вы­числительной сети. При разработке таких приложений ис­пользуются серверы баз данных (SQL-серверы) для ра­бочих групп. Существует большое количество SQL-серве­ров. Среди них наиболее известны Oracle, Microsoft SQL Server, InterBase, Sybase.

Корпоративные информационные системы явля­ются развитием систем для рабочих групп, они ориентиро­ваны на крупные компании и могут поддерживать терри­ториально разнесенные узлы или сети. Для таких систем характера ар­хитектура клиент-сервер со специализацией серверов или же многоуровневая архитектура. При разра­ботке таких сис­тем могут использоваться те же серверы баз данных, что и при разработке групповых информаци­онных систем. Однако в крупных информационных систе­мах наибольшее распро­странение получили серверы Oracle, Microsoft SQL Server и DB2.

База данных – организационная совокупность дан­ных некоторой предметной области, хранящуюся в ком­пью­тере и постоянно используемую). Приведите примеры. (За­писная книжка, библиотечный фонд, касса автовокзала).

Иерархические базы данных. Иерархические базы данных графически могут быть представлены как перевер­нутое дерево, состоящее из объектов различных уровней. Верхний уровень (корень дерева) занимает один объект, второй – объекты второго уровня и так далее.

Между объектами существуют связи, каждый объ­ект может включать в себя несколько объектов более низ­кого уровня. Такие объекты находятся в отношении предка (объ­ект, более близкий к корню) к потомку (объект более низ­кого уровня), при этом объект-предок может не иметь по­томков или иметь их несколько, тогда как объект-потомок обязательно имеет только од­ного предка. Объекты, имею­щие общего предка, называ­ются близнецами.

Иерархической базой данных является Каталог па­пок Windows, с которым можно работать, запустив Про­водник. Верхний уровень занимает папка Рабочий стол. На втором уровне находятся папки Мой компьютер, Мои до­кументы, Сетевое окружение и Корзина, которые являются потом­ками папки Рабочий стол, а между собой является близне­цами. В свою очередь, папка Мой компью­тер является пред­ком по отношению к папкам третьего уровня – папкам дис­ков (Диск 3,5(А:), (С:), (D:), (Е:), (F:)) и системным папкам (Принтеры, Панель управления и др.)

Далее перейдем к рассмотрению сетевой модели дан­ных. Она похожа на иерархическую модель. Она имеет те же основные составляющие (предок, потомок, связь), од­нако характер их отношений принципиально иной. В се­те­вой модели принята свободная связь между элементами разных уровней.

В качестве примера можно рассмотреть базу дан­ных, в которой хранятся сведения об увлечениях подрост­ков. В модели представлены 2 уровня: увлечение и подро­стки. Связи показывают увлечения конкретных подрост­ков. С одной стороны, каждый подросток иметь несколько увлече­ний. С другой стороны, одно увлечение может быть у мно­гих подростков.

Табличная база данных содержит перечень объектов одного типа, то есть объектов, имеющих одинаковый на­бор свойств. Такую базу данных удобно представлять в виде двумерной таблицы: в каждой ее строке последова­тельно размещаются значения свойств одного из объектов; каждое значение свойства – в своем столбце, озаглавлен­ном именем свойства.

Столбцы такой таблицы называют полями; каждое поле характеризуется своим именем (именем соответст­вующего свойства) и типом данных, представляющих зна­чения данного свойства.

Поле базы данных – это столбец таблицы, содер­жа­щий значения определенного свойства.

Строки таблицы являются записями об объекте; эти записи разбиты на поля столбцами таблицы, поэтому каж­дая запись представляет собой набор значений, содержа­щихся в полях.

Запись базы данных – это строка таблицы, со­держа­щая набор значений свойств, размещенный в полях базы данных.

Каждая таблица должна содержать, по крайней мере, одно ключевое поле, содержимое которого уникально для каждой записи в этой таблице. Ключевое поле позво­ляет однозначно идентифицировать каждую запись в таб­лице.

Ключевое поле – это поле, значение которого одно­значно определяет запись в таблице.

В качестве ключевого поля чаще всего используют поле, содержащее тип данных счетчик. Однако иногда удобнее в качестве ключевого поля таблицы использовать другие поля: код товара, инвентарный номер и т. п.

Тип поля определяется типом данных, которые оно содержит. Поля могут содержать данные следующих ос­нов­ных типов:

– счетчик – целые числа, которые задаются ав­томати­чески при вводе записей. Эти числа не могут быть изменены пользователем;

– текстовый – тексты, содержащие до 255 сим­волов;

– числовой – числа;

– дата/время – дата или время;

– денежный – числа в денежном формате;

– логический – значения Истина (Да) или Ложь (Нет);

– гиперссылка – ссылки на информационный ре­сурс в Интернете (например, Web-сайт).

Поле каждого типа имеет свой набор свойств. Наи­бо­лее важными свойствами полей являются:

– размер поля – определяет максимальную длину тек­стового или числового поля;

– формат поля – устанавливает формат дан­ных;

– обязательное поле – указывает на то, что дан­ное поле обязательно надо заполнить.

Рассмотрим, например, базу данных “Компьютер”, ко­торая содержит перечень объектов (компьютеров), каждый из которых имеет имя (название). В качестве характе­ристик (свойств) можно рассмотреть тип установленного процессора и объем оперативной памяти. Поля Название и Тип процес­сора являются тексто­выми, Оперативная память – числовым, а поле № п/п – счетчиком (таблица 13).

При этом каждое поле обладает определенным на­бо­ром свойств. Например, для поля Оперативная па­мять задан формат данных целое число.

Таблица 13. Табличная база данных

Система управления базами данных(СУБД).СУБД – про­граммное обеспечение для создания баз данных, хра­нения и поиска в них необходимой информации.

Рисунок 21 – Возможности СУБД

СУБД превращает огромный объём хранимых в ком­пьютерной памяти сведений в мощную справочную сис­тему.

Рисунок 22 – Объекты СУБД

Рисунок 23 – Создание базы данных

Таблица «Список» БД «Наш класс»

Таблицу можно дополнять, редактировать. Данные можно сортировать по нужному признаку.

Рисунок 24 – Окно БД «Список» таблица «Наша класс»

Запросы на выборку данных. Запрос или справка – таблица, содержащая интересующие пользователя сведения, извлечённые из базы данных.

Условия выбора записываются в форме логических выра­жений, в которых имена полей и их значения связаны опе­рациями отношений.

Система управления базами данных  – программное обеспечение для создания баз данных, хранения и поиска в них необходимой информации называется

Таблицы, формы, запросы, отчёты – основные объекты СУБД.

С помощью запросов на выборку данных, удовлетво­ряю­щих заданным условиям (условиям выбора), пользова­тель получает из базы данных только те записи и их поля, кото­рые ему нужны. В командах СУБД условия выбора запи­сываются в форме логических выражений.

 ЛЕКЦИЯ 8

ИНФОРМАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ

Компьютерное моделирование

Для описания окружающего мира используют мо­дели, позволяющие создать образы нужного нам объекта в тои виде, в котором будет проще выделить стороны изу­чае­мого объекта, необходимые для решения заданной за­дачи.

Модель – это объект – заменитель, знак, символ, слово, реальный предмет, теоретическое (абстракт­ное) по­строение, состояние объекта, процесса, явления, и т.д., представляющая собой какую-либо характери­стику, свой­ство, признак или совокупность характери­стик, признаков или свойств.

Модель – это всегда упрощенное отражение объ­екта – оригинал.Для одного и того же объекта – ориги­нала можно построить множество моделей в зависимости от цели моде­лирования. Моделью могут быть физический материальный объект, система математических зависимо­стей, программ, имитирующая структуру или функциони­рование имитируе­мого объекта. Основные требования к модели – её адекват­ность объекту – оригиналу относи­тельно моделируемых характеристик.

Процесс создания модели объекта называют моде­ли­рованием. Или моделирование – это процесс представ­ления различных характеристик поведения физического или абст­рактного объекта (системы, реального физиче­ского про­цесса, явления, состояния и пр.) с помощью фи­зического или абстрактного объекта или системы. В про­цессе модели­рования должны присутствовать как мини­мум три участ­ника: моделирующий субъект (человек), мо­дулируемый объект (объект-оригинал) и объект-замени­тель – собственно модель. Создание модели с целью по­знания – это итераци­онный процесс, при котором модель сравнивается с ориги­налом и уточняется, что происходит в условиях постоянного изменения объекта-оригинала.

Использование метода моделирования позволяет преодолеть трудность исследования элементов, входящих в несколько целостно и качественно различных систем. Мо­делирование как метод научного познания в логиче­ском плане является дальнейшим примером упрощения и схема­тизации, облегчающем понимание закономерностей посто­янно движущейся природы. Более точное определе­ние по­нятия «моделирование» будет звучать таким обра­зом: моде­лирование есть метод опосредованного познания различных объектов путем построения их моделей (сохра­няющих неко­торые основные особенности этих объектов) с последую­щим изучением функционирования получен­ных моделей и переносом добытых знаний на предмет ис­следования.

Применительно к естественным и техническим нау­кам принято различать следующие виды моделирования:

1. Концептуальное моделирование, при кото­ром сово­купность уже известных факторов или представ­лений относительно исследуемого объекта или системы истолко­вывается с помощью некоторых специальных зна­ков, сим­волов. Операций над ними или с помощью естест­венного или искусственного языков.

2. Физическое моделирование, при котором мо­дель и моделируемый объект представляют собой ре­альные объ­екты или процесс единой или различной физи­ческой при­роды, причем между процессами в объекте-ори­гинале и в модели выполняются некоторые соотношения подобия, вы­текающие из схожести физических явлений.

3. Структурно-функциональное моделирова­ние,при котором моделями являются схемы (блок-схемы), графики, чертежи, диаграммы, таблицы, рисунки, допол­ненные спе­циальными правилами их объединения и пре­образования.

4. Математическое (логико-математиче­ское) модели­рование, при котором моделирование, вклю­чая построение модели, осуществляется средствами мате­матики и логики;

5. Имитационное (программное) моделирова­ние, при котором логико-математическая модель иссле­дуемого объ­екта представляет собой алгоритм функциони­рования объ­екта, реализованный в виде программного комплекса для компьютера.

Примеры по области использования моделей:

1) учебные – работа дисковода;

2) имитационные – имитация исполнения песни;

3) опытные – модель корабля, аэродинамическая труба;

4) научно-технические – стенд для проверки телеви­зора;

5) игровые – экономические, деловые, стратегии.

Примеры моделирования:

1. Объект (модель атома, модель вращения луны).

2. Процесса (модель процесс роста пшеницы).

3. Явления (модель грозы).

ЛЕКЦИЯ 9

КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Коммуникационные технологии

Передача информации. Мы постоянно участвуем в действиях, связанных с передачей информации. Люди пере­дают друг другу просьбы, приказы, отчеты о проделанной работе, публи­куем книги, научные статьи, рекламные объ­явления. Пере­дача информации происходит при чтении книг, при про­смотре телепередач.

В процессе передачи информации обязательно участ­вуют источник и приёмник информации: источник пе­редает информацию, а приемник её принимает.

Между ними действует канал передачи информации – информационный канал (канал связи).

Рисунок 25 – Схема передачи информации

Органы чувств человека являются биологическими информационными каналами.

Техническими информационными кана­ламиявля­ются телефон, радио, телевидение, компьютер­ные сети.

По характеру передачи информационный канал мо­жет быть одностороннимили двусторонним.

Односторонний канал передает информацию только от источника к приемнику.

Двусторонний каналпередает информацию как от источника к приемнику, так и в обратном направлении.

При переходе дороги на регулируемом перекрёстке вы (приёмник информации) воспринимаете зелёный сигнал светофора (источника информации) как разрешение пе­рейти дорогу. В этом случае информация передаётся в одну сто­рону, но бывают такие ситуации, когда происхо­дит взаим­ный обмен информацией.

Играя в компьютерную игру, вы постоянно обмени­ваетесь информацией с компьютером: воспринимаете сю­жет, правила и текущую ситуацию, анализируете получен­ную информацию и передаёте компьютеру с помощью кла­виатуры или мыши некоторые управляющие команды.

В свою очередь, компьютер принимает и обрабаты­вает ваши команды, отображая результат обработки на эк­ране дисплея. Этот взаимный обмен информацией проис­ходит на протяжении всей игры. В случае просмотра теле­передачи всей семьёй источник информа­ции один(телепе­редача), а приёмников не­сколько(члены семьи).

Для того, чтобы передавать информацию на боль­шие расстояния человек использует различные средства связи.

Средства связи – способы передачи информации на расстояние. К традиционным средствам связи относятся сигнализация, почта, телеграф, телефон, радио, телевиде­ние, Интернет.

Для правильной доставки данных с одного компью­тера на другой необходимо знать отправителя и получа­теля. Так, каждый компьютер, подключенный к сети Ин­тернет, имеет свой собственный уникальный адрес. Т.к. в компью­терах вся информация представляется в цифровом виде, то и адрес, который используют компьютеры, явля­ется цифро­вым.

IP-адрес – это уникальный числовой адрес компью­тера в сети, который имеет длину 32 бита и записывается в виде четырех частей по 8 бит каждая.

По формуле определения количества информации легко подсчитать, что общее количество различных IP-ад­ресов составляет более 4 миллиардов: N=2³²=4294967296.

Поскольку двоичное представление IP-адреса для че­ловека неудобно, то на практике используется десятич­ная форма записи IP-адреса. В данном представлении IP-адрес записывается в виде четырех десятичных чисел, на­зываемых октетами, разделенными точками: W.X.Y.Z. Следовательно, каждая часть может быть числом от 0 до 255, а весь IP-адрес имеет вид 192.22.35.44 или 255.1.0.14.

IP-адрес содержит адрес сети и адрес компьютера в данной сети. Адрес читается справа налево.

Например:

IP-адрес 128.250.33.199.

128.250.33 – это адреса сетей и подсетей,

199 – это адрес компьютера пользователя.

В зависимости от количества компьютеров в сети, существует 5 классов IP-адресов: A, B, C, D, E (таблица 14). Принад­лежность IP-адреса к тому или иному классу, опре­деляется значением первого октета, а остальные разделя­ются на ад­рес сети и адрес компьютера.

Таблица 14. Классы IP-адресов

IP-адреса первых трех классов предназначены для адре­сации отдельных узлов и отдельных сетей. Адреса D использу­ются для адресации групп компьютеров, а диапа­зон адресов Е зарегистрирован и в настоящее время не ис­пользуется.

Например, IP-адрес 128.250.33.199 компьютера от­но­сится к сети класса В, адрес компьютера в сети 250.33.199, а 199 – это адрес компьютера пользователя.

IP-адреса могут быть статическими и динамиче­скими. Для сервера, на ко­тором хранится информация, не­обходим постоянный IP-адрес, иначе данные не будут най­дены. Для пользователя, входящего в Интернет на не­сколько часов, IP-адрес может быть выделен динамически из некоторого количества имеющихся у провайдера свобод­ных номеров. По жела­нию пользователь может иметь и по­стоянный IP-адрес.

Числовые адреса – единственно возможный метод идентификации для компьютеров, но для пользователей Ин­тернет они неудобны, поскольку не несут смысловой на­грузки, а значит, практически не запоминаются. Поэтому в Интернете предусмотрена возможность использования их аналогов в текстовом представлении. Это так называе­мые доменные адреса DNS (Domain Name System).

Доменная система имен ставит в соответствие чи­сло­вому IP-адресу каждого компьютера уникальное до­менное имя.

Доменная система имен имеет иерархическую струк­туру.

Рисунок 26 – Доменная система имен

В отличие от IP-адресов, мало говорящих пользова­телю, кому принадлежит и где находится ресурс Интернет, доменные имена несут много полезной информации.

Расшифровку доменного имени легко провести, чи­тая его составляющие справа налево.

В любом имени справа записывается домен первого уровня, состоящий из двух, трех или четырех букв. Он оз­начает страну или принадлежность к определенной дея­тель­ности. Количество имен первого уровня ограничено.

Сначала InterNIC – организация, ответственная за систему имен – ввела в обращение семь доменных имен первого уровня. Т.к. система доменных имен впервые поя­вилась в США, то эти семь доменов по умолчанию озна­чают, что хост расположен на территории США.

Слева от имени домена первого уровня записыва­ется одно или несколько имен доменов второго, иногда третьего и более низких уровней.

Имя домена второго уровня выбирается компанией и несет информацию о ее названии или услугах, имя до­мена третьего уровня может означать подразделение этой компа­нии.

Таблица 15. Имена доменов верхнего уровня

И, наконец, слева в доменном имени стоит имя ком­пьютера, на котором хранится информация.

Например, www.microsoft.com означает, что компь­ю­тер (сервер) с именем www находится в домене Microsoft, который входит в домен первого уровня .com.

Домены верхнего уровня бывают двух типов:

1. Географические (двухбуквенные) – каждой стране соответ­ствует двухбуквенный код.

2. Административные (трехбуквенные) – позво­ляет опреде­лить профиль организации, владельца домена.

В имени компьютера может быть любое число до­ме­нов, но, как правило, 2–4.

Компьютеры используют IP-адреса, для людей удобней и понятней доменные имена. Следовательно, дол­жен сущест­вовать механизм преобразования вводимых пользователем доменных имен в IP-адреса. Этим занима­ется служба домен­ных имен Интернет – DNS (Domain Name Service).

Работа службы имен состоит в том чтобы, получив от пользователя доменное имя, отыскать соответствую­щую ему запись в таблице DNS – распределенной базе данных, храня­щейся на тысячах компьютерах в сети. Най­денный IP-адрес возвращается на компьютер пользователя, пославший запрос. И только после этого по IP-адресу за­прашивается информация из Интернета. Система серверов DNS представляет собой ты­сячи компьютеров с опреде­ленной иерархией.

Сеть Интернет, являющаяся сетью сетей и объеди­няю­щая громадное количество различных локальных, ре­гиональ­ных и корпоративных сетей, функционирует и раз­вивается благодаря использованию единого протокола пе­редачи дан­ных TCP/IP. Термин TCP/IP включает название двух протоко­лов:

1. Transmission Control Protocol (TCP) – транс­портныйп­ротокол;

2. InternetProtocol (IP) – протокол маршрутиза­ции.

Протокол маршрутизации . Протокол IP обеспечи­вает передачу информации между компьютерами сети. Рассмотрим работу данного протокола по аналогии с пере­дачей информа­ции с помощью обычной почты. Для того чтобы письмо дошло по назначению, на конверте указыва­ется адрес получа­теля (кому письмо) и адрес отправителя (от кого письмо).

Аналогично передаваемая по сети информация “упако­вывается в конверт”, на котором “пишутся” IP-ад­реса компью­теров получателя и отправителя, например “Кому: 198.78.213.185”, “От кого: 193.124.5.33”. Содержи­мое конверта на компьютерном языке называется IP-паке­том и представ­ляет собой набор байтов.

В процессе пересылки обыкновенных писем они сна­чала доставляются на ближайшее к отправителю почто­вое отделение, а затем передаются по цепочке почтовых отделе­ний на ближайшее к получателю почтовое отделе­ние. На про­межуточных почтовых отделениях письма сор­тируются, то есть определяется, на какое следующее поч­товое отделение необходимо отправить то или иное письмо.

IP-пакеты на пути к компьютеру-получателю также проходят через многочисленные промежуточные серверы Ин­тернета, на которых производится операция маршрути­зации. В результате маршрутизации IP-пакеты направля­ются от одного сервера Интернета к другому, постепенно приближаясь к ком­пьютеру-получателю.

Internet Protocol (IP) обеспечивает маршрутизацию IP-пакетов, то есть доставку информации от компью­тера-отпра­вителя к компьютеру-получателю.

Определение маршрута прохождения информа­ции. “География” Интернета существенно отличается от привычной нам географии. Скорость получения информа­ции зависит не от удаленности Web-сервера, а от количе­ства промежуточных серверов и качества линий связи (их пропускной способности), по которым передается инфор­мация от узла к узлу.

С маршрутом прохождения информации в Интер­нете можно познакомиться достаточно просто. Специаль­ная про­грамма tracert.exe, которая входит в состав Windows, позволяет проследить, через какие серверы и с какой задержкой переда­ется информация с выбранного сервера Интернет на ваш ком­пьютер.

Проследим, как реализуется доступ к информации в “московской” части Интернета к одному из наиболее попу­ляр­ных поисковых серверов российского Интернета www.rambler.ru.

Транспортный протокол . Теперь представим себе, что нам необходимо переслать по почте многостраничную ру­копись, а почта бандероли и посылки не принимает. Идея про­ста: если рукопись не помещается в обычный почтовый кон­верт, ее надо разобрать на листы и переслать их в нескольких конвертах. При этом листы рукописи не­обходимо обязательно пронумеровать, чтобы получатель знал, в какой последова­тельности потом эти листы соеди­нить.

В Интернете часто случается аналогичная ситуация, ко­гда компьютеры обмениваются большими по объему файлами. Если послать такой файл целиком, то он может надолго “заку­порить” канал связи, сделать его недоступ­ным для пересылки других сообщений.

Для того чтобы этого не происходило, на компью­тере-отправителе необходимо разбить большой файл на мелкие части, пронумеровать их и транспортировать в от­дельных IP-пакетах до компьютера-получателя. На компь­ютере-получа­теле необходимо собрать исходный файл из отдельных частей в правильной последовательности.

Transmission Control Protocol (TCP), то есть транс­порт­ный протокол, обеспечивает разбиение файлов на IP-пакеты в процессе передачи и сборку файлов в процессе получения.

Интересно, что для IP-протокола, ответственного за маршрутизацию, эти пакеты совершенно никак не связаны между собой. Поэтому последний IP-пакет вполне может по пути обогнать первый IP-пакет. Может сложиться так, что даже маршруты доставки этих пакетов окажутся со­вершенно разными. Однако протокол TCP дождется пер­вого IP-пакета и соберет исходный файл в правильной по­следовательности.

Определение времени обмена IP-пакетами . Время обмена IP-пакетами между локальным компьютером и сер­ве­ром Интернета можно определить с помощью утилиты ping, которая входит в состав операционной системы Windows. Утилита посылает четыре IP-пакета по указан­ному адресу и показывает суммарное время передачи и приема для каждого пакета.

Web – это средство представления информации в Ин­тернете. Информация может быть представлена в виде тек­стов, рисунков, аудио и видеоклипов. В то же время, Web – это технология доступа к информационным ресур­сам Интернета, размещенным на множестве Web-серверов. В целом, Web – это гипертекстовая информационная среда, использующая принятый язык разметки гипертекста и поддерживающая раз­личные протоколы Интернета для доступа к его информаци­онным ресурсам. Любой прото­кол – это набор правил, которые используются компьюте­рами для обмена информацией. Среди протоколов Интер­нета самый распространенный – HTTP (Hyper Text Transfer Protoсol). Используются FTP (для присое­динения и загрузки файлов), FILE (для доступа к файлам на локальных дисках), протокол для электронной почты и неко­торые другие.

Язык HTML (Hyper Text Markup Language, язык раз­метки гипертекста) – это язык, на котором создаются Web-страницы. HTML-документы могут просматриваться различ­ными типами Web-браузеров. Когда документ соз­дан с ис­пользованием HTML, Web-браузер может интер­претировать HTML для выделения различных элементов документа и пер­вичной их обработки. Использование HTML позволяет форма­тировать документы для их пред­ставления с использованием шрифтов, линий и других графических элементов на любой системе, их просматри­вающей.

Web-страницы могут быть созданы с помощью:

– обычного текстового редактора;

– редактора, способного сохранять в формате HTML;

– специализированного редактора;

– специализированной системы.

HTML-документы сохраняются на диске как обыч­ные текстовые документы в формате ASCII. Для распозна­вания Web-страниц по их именам общепринято обозначать такие файлы использованием расширений .HTM (для Windows 3.1) или .HTML (для Windows 95/98/NT/XP, Macintosh и Unix).

Кроме полезного текста в HTML-документах ис­поль­зуются специальные управляющие последовательно­сти сим­волов – тэги.

Чаще всего тэги используются попарно, окружая раз­меченные фрагменты текста. Такие тэги называются контей­нерами. Закрывающийся тэг отличается от началь­ного только присутствием символа “/” , добавляемого пе­ред именем тэга. При интерпретации тэгов браузер не де­лает различия между строчными и прописными буквами. Поэтому сами тэги можно набирать на любом регистре. Зачастую параметр (атрибут) яв­ляется необязательной ве­личиной и его можно пропускать.

ЛИТЕРАТУРА

1. Симонович, С. В. Информатика. Базовый курс. 2-е издание: учебное пособие для вузов. – Спб.: Питер, 2007.

2. Макарова, Н. В. Информатика: учебник для вузов. – М.: Финансы и статистика, 2006.

3. Акулов, О. А. Информатика: базовый курс. Учебник для вузов. – М.: Омега-Л, 2005..

4. Острейковский, В. А. Информатика: учебник для технических специальностей вуза. – М.: Высшая школа, 2005.

5. Олифер В. Г. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для студентов / В. Г. Олифер, Н. А. Олифер. СПб.: Питер, 2001.

6. Левин А. Ш. Самоучитель работы на компью­тере/А. Ш. Левин. 8-е изд. СПб.: Питер, 2004.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Учебное издание

Информатика и

информационно-коммуникационные технологии

 Конспект лекций

Составители:

Ольга Исаковна Вакарь

Елена Владимировна Терещенко

Елена Валентиновна Кучеревская

Издается в авторской редакции

Уч-изд. 3,5 л. Тираж 10 экз.