Н.И. ИОПа

Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов

по университетскому политехническому образованию

в качестве учебного пособия

для студентов, обучающихся по специальности 230101

«Вычислительные машины, комплексы, системы и сети»

УДК 004(075.8)

ББК 32.973я73

И75

Рецензенты:

В.Ф. Корнюшко, заведующий кафедрой информационных технологий Московской

государственной академии тонких химических технологий, засл. деят. науки РФ, д-р техн. наук, проф., А.М. Губарь, доц. кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана, ст. науч. сотр., канд. техн. наук, Г.С. Иванова, доц. кафедры «Компьютерные системы и сети» МГТУ им. Н.Э. Баумана, д-р техн. наук Иопа Н.И.

И75 Информатика (для технических специальностей) : учебное пособие / Н.И. Иопа. — М. : КНОРУС, 2011. — 472 с.

ISBN 978-5-406-00688- Излагаются основные понятия и определения, составляющие основу индустрии информатики, рассматриваются основные свойства информации, оценка ее количества и качества, задачи и методы обработки с использованием новых технологий, теоретические вопросы, связанные с передачей информации, а также технические средства передачи и их особенности.

Пособие включает 16 лабораторных работ, посвященных офисным средствам обработки информации, работе в Интернете, а также представлению и обращению различных видов численных данных на компьютере.

В основу пособия положен курс лекций по данной дисциплине, читаемый автором в течение нескольких лет в Рязанском государственном радиотехническом университете для студентов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника».

Для студентов вузов дневного и заочного отделений, бакалавров и магистров, обучающихся по направлениям 230100 «Информатика и вычислительная техника», «Информационная безопасность» и специальности 010503 «Математическое обеспечение и администрирование информационных систем». Может быть полезно студентам других специальностей и пользователям, занимающимся компьютерной обработкой информации.

УДК 004(075.8) ББК 32.973я Иопа Николай Иванович

ИНФОРМАТИКА

(Для ТехНИчеСКИх СпецИАльНОСТей) Санитарно-эпидемиологическое заключение № 77.99.60.953.Д.006828.04.10 от 28.04.2010 г.

Изд. № 2265. Подписано в печать 24.12.2010. Формат 6090/16.

Гарнитура «NewtonC». Печать офсетная.

Усл. печ. л. 29,5. Уч.изд. л. 17,7. Тираж 1000 экз. Заказ № ООО «КноРус».

129085, Москва, проспект Мира, д. 105, стр. 1.

Тел.: (495) 741-46-28.

Email: [email protected] http://www.knorus.ru Отпечатано в ОАО «Областная типография „Печатный двор“».

432049, Ульяновск, ул. Пушкарева, 27.

E-mail: [email protected].

© Иопа Н.И., ISBN 978-5-406-00688-7 © ООО «КноРус»,

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЧТО ТАКОЕ ИНФОРМАТИКА

1.1. Информатика — фундамент общественного прогресса

1.2. Определение информатики

1.3. Роль информатики в развитии общества

2. ИНФОРМАЦИЯ 2.1. Свойства информации

2.2. Виды информации и соответствующие им меры

2.3. Информация и данные

2.4. Общая характеристика процесса сбора, передачи, обработки и накопления информации

2.4.1. Операции с данными

2.4.2. Задачи и методы обработки информации

2.5. Информационные системы

2.6. Новые информационные технологии

2.7. Оценка информации

2.7.1. Общая постановка задачи

2.7.2. Количественная оценка синтаксической информации................ 2.7.3. Особенности представления различных видов информации...... 2.7.4. Вероятностная оценка количества информации

2.7.5. Связь «энтропия — информация»

2.8. Подходы к определению прагматических показателей информации.... 2.8.1. Оценка качества информации

2.8.2. Оценка важности информации

2.8.3. Оценка адекватности информации

2.8.4. Оценка полноты информации

2.8.5. Оценка релевантности информации

2.8.6. Оценка толерантности информации

3. СРЕДСТВА И СПОСОБЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

3.1. Сообщения и их представление. Источники сообщений

3.1.1. Общие сведения о сообщениях

3.1.2. Источники сообщений

3.2. Виды сигналов и их классификация

3.2.1. Основные понятия временного представления сигнала.............. 3.2.2. Основные понятия частотного представления сигнала (спектральное представление сигналов)

3.2.3. Спектральные характеристики наиболее распространенных детерминированных сигналов

ОГЛАВЛЕНИЕ

3.2.6. Спектр непериодического колебания

3.3. Системы передачи данных

3.3.1. Простейшая модель системы передачи данных.

3.3.2. Данные и сигналы

3.4. Передача данных на расстояние

3.4.2. Способы передачи данных

3.4.3. О выборе способа передачи данных

3.4.5. Типы линий связи

3.4.6. Беспроводная связь

3.4.7. Проводная связь

3.5. Модуляция. Общая модель процесса

3.5.1. Амплитудная модуляция

3.5.2. Частотная модуляция

3.5.3. Фазовая модуляция

3.5.4. Цифровое кодирование (передача цифровых данных с помощью аналоговых сигналов)

3.6. Кодирование информации

3.6.1. Типы кодов

3.6.2. Кодирование как средство контроля передаваемой информации

3.6.3. Систематические коды

3.6.5. Декодирование данных

3.6.6. Методы эффективного кодирования

3.7. Сжатие данных

3.7.1. Пример сжатия текстовой информации

3.7.2. Сжатие изображений

3.8. Каналы передачи информации

3.8.1. Общая характеристика

3.8.2. Оценка основных характеристик дискретных каналов без шума

3.8.3. Примеры вычислений скорости передачи 3.9. Современные технические средства обмена данных и каналообразующей аппаратуры

3.9.1. Интерфейсные устройства

3.9.3. Использование модема в качестве устройства передачи данных в ЛС

3.10. Сетевые технологии передачи данных

3.10.1. Определение и примеры

3.10.2. Об использовании сетевых технологий

3.10.3. Глобальные сети

3.10.4. Локальные сети

3.10.5. Области применения локальных сетей

3.10.6. Многоуровневая организация сетей

4. СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

4.1. Общая характеристика вычислительных средств обработки информации

4.2. Этапы решения задачи на ЭВМ

4.3. Алгоритмы. Основные требования к алгоритмам

4.4. Компьютер как средство автоматизированной обработки информации

4.4.1. Основные понятия и определения

4.4.2. Принципы организации ЭВМ

4.4.3. Представление информации в ЭВМ

4.4.4. Команды в ЭВМ

4.5. Логические основы построения ЭВМ

4.5.1. Алгебра логики. Основные понятия

4.5.2. Представление функций алгебры логики

4.5.3. Комбинационные схемы

4.5.5. Цифровые автоматы

4.6. Структурная организация ЭВМ

4.6.1. Структурная схема фон неймановской ЭВМ

4.6.2. Функционально-регистровая организация ЭВМ

4.7. Хранение информации

4.7.2. Основные характеристики памяти

4.7.3. Классификация основной памяти

4.7.4. Логическая организация основной памяти

4.7.5. Память — основной ресурс ЭВМ

4.8. Организация ввода-вывода информации в ЭВМ

4.9. Основные характеристики ЭВМ

4.10. Структурная организация ПК (IBM PC)

4.11. Программное обеспечение

4.11.1. Системное программное обеспечение ЭВМ

4.11.2. Инструментарий технологии программирования

4.11.3. Прикладное программное обеспечение (пакеты прикладных программ)

4.12.1. Сложение целых двоичных чисел

4.12.2. Вычитание целых двоичных чисел

ОГЛАВЛЕНИЕ

4.12.3. Умножение целых двоичных чисел

4.12.4. Деление целых двоичных чисел

4.12.5. Выполнение в ЭВМ логических операций

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Основные требования к выполнению лабораторных работ

Лабораторная работа 1. Основы работы в Windows 2000/XP:

изучение интерфейсных элементов и работа с ними 1.1. Цель работы

1.2. Порядок выполнения работы

1.3. Содержание отчета

1.5. Основные сведения об операционной системе

1.6. Операционная система Windows 2000/XP

1.7. Интерфейсные элементы Windows: меню, окна, ярлыки, курсор мыши, списки, переключатели

1.8. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 2. Работа в Windows c файлами и каталогами в режиме командной строки 2.1. Цель работы

2.2. Порядок выполнения работы

2.3. Содержание отчета

2.4. Организация данных. Основные понятия

2.5. Режим командной строки ОС Windows 2000/XP

2.6. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 3. Основы работы в Windows 2000/XP:

файлы и папки 3.1. Цель работы

3.2. Порядок выполнения работы

3.3. Содержание отчета

3.4. Файлы и папки

3.5. Работа с файлами и папками

3.6. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 4. Основы работы в Windows 2000/XP:

стандартные программы Блокнот и Paint 4.1. Цель работы

4.2. Порядок выполнения работы

4.3. Содержание отчета

4.4. Стандартные программы Блокнот и Paint

4.5. Текстовый редактор Блокнот

4.6. Графический редактор Paint

4.7. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 5. Основы работы на ПК под управлением операционной оболочки Far Manager 5.1. Цель работы

5.2. Порядок выполнения работы

5.3. Содержание отчета

5.5. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 6. Защита от компьютерных вирусов 6.1. Цель работы

6.2. Порядок выполнения работы

6.3. Содержание отчета

6.4. Общие сведения о вирусах

6.5. Описание программы Kaspersky Anti-Virus Scanner

6.6. Практическая часть

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 7. Текстовый редактор Microsoft Word (основы работы) 7.1. Цель работы

7.2. Порядок выполнения работы

7.3. Содержание отчета

7.5. Запуск текстового редактора MS Word

7.6. Среда редактирования MS Word

7.7. Основные операции с документами

7.8. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 8. Сжатие информации в ПК 8.1. Цель работы

8.2. Порядок выполнения работы

8.3. Содержание отчета

8.4. Теоретическая часть

8.5. Программа-архиватор WinRAR

8.6. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 9. Табличный процессор Microsoft Excel (основы работы) 9.1. Цель работы

9.2. Порядок выполнения работы

9.3. Содержание отчета

ОГЛАВЛЕНИЕ

9.5. Работа с процессором MS Excel

9.6. Создание таблиц

9.7. Аппарат формул и функций MS Excel

9.8. Форматирование данных

9.9. Построение диаграмм

9.10. Сохранение файла

9.11. Пример выполнения задания

9.12. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 10. Работа в Интернете (Поиск информации.

Электронная почта) 10.1. Цель работы

10.2. Порядок выполнения работы

10.3. Содержание отчета

10.4. Основные сведения об Интернете

10.5. Практическая работа на ПК

10.6. Индивидуальные задания

Контрольные вопросы

Лабораторные работы 11—12. Целые числа: способы представления и хранения в ЭВМ, основные операции обращения с числами 11.1. Цель работы

11.2. Порядок выполнения работы

11.3. Содержание отчета

11.4. Методические указания

11.5. Практическая работа на ПК

Контрольные вопросы

Лабораторные работы 13—14. Вещественные числа: способы представления и хранения в ЭВМ 13.1. Цель работы

13.2. Порядок выполнения работы

13.3. Содержание отчета

13.4. Методические указания

13.5. Практическая работа на ПК

13.6. Порядок выполнения заданий

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 15. Форматы команд. Способы адресации данных 15.1. Цель работы

15.2. Порядок выполнения работы

15.3. Содержание отчета

15.4. Методические указания

15.6. Практическая работа на ПК (работа с командами)

Контрольные вопросы

Лабораторная работа 16. Структура компьютера, принцип функционирования. Выполнение арифметических операций на компьютере 16.1. Цель работы

16.2. Порядок выполнения работы

16.3. Содержание отчета

16.4. Методические указания

16.5. Программная модель МП

16.6. Логическая организация памяти

16.7. Состав системного ПО ПК

16.8. Практическая работа на ПК

16.9. Отладчик ТD

16.10. Варианты заданий

16.11. Порядок выполнения работы

Контрольные вопросы

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Вся наша жизнь так или иначе связана с накоплением и обработкой информации, которую мы получаем из окружающего мира. Благодаря научно-техническому прогрессу наши возможности познавать и изучать этот мир постоянно расширяются: появляются новые носители информации и средства ее обработки, новые технологии, растет не только количество информации, но и ее роль.

На современном этапе развития общества в системах обработки информации широко используются персональные компьютеры, микропроцессоры и принципиально новая организация обработки информации — распределенная, максимально приближающая вычислительные ресурсы к пользователю.

Будучи аккумулированной и обработанной, информация дает новые сведения, приводит к новому знанию.

Без информации не может быть жизни в любой форме и не могут функционировать созданные человеком любые информационные системы.

Сегодня для нормального функционирования организации любого масштаба уже недостаточно только традиционных для индустриального общества ресурсов, таких как:

природные — объекты, процессы, природные условия, используемые для удовлетворения материальных и духовных потребностей людей;

трудовые — люди, обладающие навыками и знаниями для работы в обществе;

финансовые — денежные средства, находящиеся в распоряжении государственных и коммерческих структур;

энергетические — носители энергии (уголь, нефть, газ, электричество и т.д.) и др.

Чтобы знать, как наиболее эффективно использовать эти ресурсы, необходимо иметь информацию о технологиях. Поэтому информация стала существенным ресурсом. Информационные ресурсы — это знания, накопленные людьми для социального использования в обществе. Эти знания зафиксированы и материализованы в виде докуменВведение тов, баз данных, баз знаний, алгоритмов, компьютерных программ, произведений литературы, науки, искусства. Информационные ресурсы в настоящее время рассматриваются как отдельная экономическая категория, важнейший стратегический ресурс общества. Их основная особенность состоит в том, что по мере развития общества и роста потребления информации в отличие от других видов ресурсов (материальных, природных и др.) их запасы не убывают, а увеличиваются.

Резкое возрастание роли информации вызвало сегодня неизбежность процесса информатизации общества — процесса, обусловливающего переход от индустриального общества к информационному.

Информатизацию можно рассматривать как процесс преобразования производственно-хозяйственных, научных и социально-бытовых структур путем производства информации, необходимой для выработки и реализации решений, направленных на достижение качественно новых результатов деятельности человека, на базе внедрения и использования средств вычислительной техники и информатики, средств связи и информационных технологий. В процессе информатизации общества происходит проникновение информационных технологий во все сферы жизнедеятельности общества, в том числе и связанные с принятием ответственных решений. Вычислительная техника все более широко внедряется в системы управления такими технологическими процессами, как системы управления вооружением, атомными реакторами и т.п. Отличительная особенность таких систем управления — необходимость выполнения сложных видов обработки больших объемов информации в крайне ограниченные сроки. В результате сложность систем неуклонно растет. Информационные технологии уже сейчас оказывают решающее воздействие на многие сферы деятельности людей, человеческих коллективов и общество в целом.

Базовой технической составляющей процесса информатизации общества является компьютеризация, под которой понимают развитие и широкое внедрение компьютеров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее накопление.

Научный фундамент процесса информатизации общества составляет информатика, призванная создавать новые информационные технологии и системы для решения задач информатизации.

Настоящая книга представляет собой учебное пособие по курсу «Информатика» — одному из важнейших компонентов государственного образовательного стандарта бакалавров, инженеров и магистров по специальности «Информатика и вычислительная техника». Курс

ВВЕДЕНИЕ

охватывает все основные разделы информатики и направлен на формирование знаний и умений, которые образуют теоретический фундамент, необходимый для корректной постановки и решения проблем в области информатики.

В книге рассмотрены теоретическая (разделы 1, 2) и компьютерная (разделы 3, 4 и лабораторный практикум) составляющие информатики. В теоретической информатике описываются основные понятия и определения, свойства и характеристики информации, количественная и качественная оценки, информационные системы и новые информационные технологии. В компьютерной информатике неразрывно связаны между собой средства передачи и преобразования информации, алгоритмические средства обработки информации и вычислительные средства.

Разделы 3, 4 посвящены средствам и способам передачи информации, задачам и методам ее обработки с помощью средств вычислительной техники. Рассматриваются подходы к решению задач на компьютере, его структурно-функциональная организация, классификация, характеристики, организация памяти, программное обеспечение, выполнение арифметических и логических операций, теоретические и практические вопросы, связанные с передачей информации.

В лабораторном практикуме приведены 16 лабораторных работ по операционным системам и оболочкам, компьютерным вирусам и средствам защиты от них, а также по текстовым, табличным и графическим редакторам, архивированию данных, по работе в Интернете, обработке и хранению различных видов данных на компьютере. Каждая из этих работ содержит теоретическую часть, описывающую основу изучаемого вопроса, конкретные практические рекомендации по выполнению, примеры выполнения практических заданий. В заключительной части работы имеется индивидуальное задание, позволяющее пользователю убедиться, насколько глубоко он освоил тот или иной раздел. В ходе выполнения лабораторной работы пользователь получает навыки практической работы на компьютере. Индивидуальные задания и практические рекомендации составлены так, чтобы пользователь смог максимально быстро освоить изучаемый раздел.

Для выполнения лабораторных работ, связанных с представлением, преобразованием различных типов числовых данных и отладкой ассемблерных программ (ЛР 11—16), необходимо воспользоваться компьютером, подключенным к сети Интернет, и посетить сайт Рязанского государственного радиотехнического университета по ссылке www.rsreu.ru/content/view/1729/1288.

Содержание пособия соответствует курсу лекций, которые автор читает для студентов дневного отделения по специальности «Информатика и вычислительная техника». Усвоение материала курса должно обеспечить основу, позволяющую читателю воспринимать и усваивать многие другие общетехнические и специальные дисциплины по информационным технологиям и вычислительным средствам, входящим в учебные планы по таким специальностям, как «Организация ЭВМ и систем», «Основы информационных технологий», «Сети ЭВМ и телекоммуникации» и др.