«как новым учебным программам, так и государственным образовательным стандартам по каждой дисциплине. 1 Конкурсная комиссия выражает надежду, что данный учебник внесет свой полезный вклад в дело дальнейшего совершенствова ...»

В.А. Каймин

Информатика

Учебник

Рекомендовано Министерством образования

Российской Федерации в качестве учебника

для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по естественно-научным

направлениям и специальностям УДК 681.3.06(075.3) ББК22.18я73 К 15 Рецензенты: д-р физ.-мат. наук, профессор, академик Ю.А. Дубинский, д-р физ.-мат. наук, доцент В. Г. Сушко Автор: Каймин. Виталий Адольфович, доктор вычислительных наук, профессор, действительный член Международной Академии Информатизации, вице-президент Всемирного Распределенного Университета Каймин В.А. Информатика: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 232 с. - (Серия «Высшее образование»).

ISBN 5-16-000170- Учебнику присуждено первое место по разделу «Информатика» на конкурсе вузовских учебников Министерства образования Российской Федерации в 1999 году.

В пособии излагаются теоретические основы информатики, а также техника работы на персональных компьютерах и передачи информации в сети Интернет. Рассмотрены принципы работы систем искусственного интелекта и методы обработки данных на ЭВМ. Приведено большое число задач с примерами решения.

Может использоваться для подготовки к экзаменам по информатике в вузах и школах, а также в системах и учереждениях дистанционного и дополнительного образования.

Уважаемый читатель!

Перед Вами один из учебников нового поколения по дисциплине «Информатика» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по естественнонаучным направлениям и специальностям профессионального образования, написанный известными специалистами в области вычислительной техники и прошедший сложный и длительный путь конкурсного отбора.

Данный учебник является одним из двух победителей по дисциплине «Информатика» Всероссийского конкурса учебников нового поколения по общим фундаментальным естественнонаучным дисциплинам. Этот конкурс впервые в истории высшей школы в России в связи с реформированием структуры и содержания программ высшего образования был инициирован Госкомвузом России (в дальнейшем - Минобразованием России) и проведен в течение 1995-1998 годов на базе Российского университета дружбы народов.

В конкурсе приняли участие свыше 350 авторских коллективов практически из всех регионов России, заявки представлялись по 11 номинациям, а в их оценке участвовало более ста высококвалифицированных экспертов.

В результате двух туров конкурса было отобрано 30 авторских коллективов, чьи заявки, а затем и рукописи более всего соответствовали как новым учебным программам, так и государственным образовательным стандартам по каждой дисциплине.

Конкурсная комиссия выражает надежду, что данный учебник внесет свой полезный вклад в дело дальнейшего совершенствования российского высшего профессионального образования, и желает всем читателям-студентам и преподавателям - больших творческих успехов.

Заместитель министра образования России, академик Российской академии образования, председатель конкурсной комиссии профессор В.Д. Шадриков

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий учебник посвящен изучению информатики - новой научной дисциплины и новой информационной индустрии, связанных с использованием персональных компьютеров и сети Интернет. Развитие бизнеса, образования, промышленности и общества в целом учеными, политиками, бизнесменами во многом связывается с широким использованием информационных ресурсов Интернет и нарастающими интеллектуальными возможностями вычислительных машин.

Учебник предназначается студентам вузов и представляет определенное отражение современного состояния информатики как науки и информационной индустрии, в том числе отражение современного состояния персональных компьютеров и возможностей сети Интернет как базы для развития современной информационной индустрии.

Наиболее распространенным видом современной вычислительной техники стали персональные компьютеры IBM PC. По этим причинам в учебнике изучаются основные возможности наиболее современных программных средств персональных компьютеров IBM PC - операционной системы Windows, редактора текстов Word, электронных таблиц Excel, базы данных Access, а также телекоммуникационной системы Internet Explourer.

Представление информатики как научной дисциплины связано с рассмотрением проблем организации вычислений и обработки информации с помощью ЭВМ и внутри ЭВМ, а также принципов организации и работы машинных интеллектуальных систем (систем искусственного интеллекта) на ЭВМ. Для изучения принципов работы систем искусственного интеллекта в учебнике используется язык Пролог - язык моделирования интеллектуальных процессов на ЭВМ.

Изучение принципов обработки информации и организации вычислений проводится на примерах решения экономических задач, при этом решение задач доводится до получения результатов на ЭВМ путем составления калькуляций, баз данных и программ с параллельным анализом и доказательством правильности получаемых результатов. С этой целью в учебнике излагаются систематические методы безошибочного (доказательного) программирования - нового научного подхода к составлению программ, гарантирующих получение правильных результатов с помощью ЭВМ.

Особенностью информатики как учебной дисциплины является практикум на ЭВМ, который может проводится в вузе, в школе или дома. Для прохождения такого практикума необходимо иметь персональный компьютер или доступ к нему, а также необходимые пакеты программ - редакторы текстов, базы данных, электронные таблицы и новейшие средства компьютерного обучения - электронные учебники.

Настоящий учебник построен так, что по нему можно изучать информатику даже дома с использованием персональной ЭВМ, и последующей сдачей зачетов и экзаменов с помощью Интернет. Такая возможность требует наличия на домашних ЭВМ перечисленных пакетов программ с операционными системами, редакторами текстов, системами программирования и электронными учебниками.

Особенностью электронных учебников по информатике, описанных в настоящем пособии, является то, что с их помощью можно успешно подготовиться к сдаче всех зачетов и экзаменов и сдать их на оценки «отлично» или «хорошо». Основная особенность курса информатики состоит в том, что все экзамены и зачеты по этому курсу, а также контроль знаний должен проводиться на персональных ЭВМ и может производиться дистанционно с помощью сети ЭВМ.

Электронные учебники по информатике были созданы специально для дистанционного обучения на ЭВМ с использованием сети Интернет и апробировались в вузах и школах России и Казахстана в течении ряда лет. Сегодня эти электронные учебники можно увидеть на ряде серверов сети Итернет, указанных в настоящем пособии, с помощью любого персонального компьютера, имеющего доступ к Интернет.

Использование этих электронных учебников в ходе апробации систематически приводило к одному и тому же результату - практически все студенты и школьники после работы с электронными учебниками успешно сдали все зачеты и экзамены на «хорошо» и «отлично» и создавали при этом стихи, рисунки, базы данных, электронные калькуляции и программы решения на ЭВМ различных задач с доказательствами правильности получаемых результатов.

Особое место в информатике как новой информационной индустрии играет Интернет, электронная почта и средства телекоммуникаций, изучение которых вошло в настоящий учебник по информатике. При этом освоение средств Интернет в настоящем учебнике проводится сразу после освоения техники работы и редактирования текстов на персональных ЭВМ.

Опережающее освоение техники работы в Интернет позволит студентам и старшеклассникам без задержки войти в сеть Интернет и обратиться в один из центров дистанционного обучения для получения консультаций и помощи в решении текущих и экзаменационных задач у лучших преподавателей.

Благодаря сети Интернат сотни тысяч молодых людей и девушек смогут учиться в лучших отечественных и зарубежных вузах, используя персональные компьютеры. Такого рода дистанционное обучение может проводиться без выезда из своего города, поселка или даже не выходя из своего дома.

Первые эксперименты дистанционного и очного обучения с использованием описанных здесь технологий показали, что качество обучения с применением электронных учебников не хуже, чем очные занятия в лучших зарубежных вузах, и на порядок лучше, чем при обычной модели обучения без использования каких бы то ни было учебников.

Однако использование Интернет, открывая новые возможности в предоставлении информации и информационных услуг, создает и новые проблемы. Основные из них - проблемы защиты информации в ЭВМ от искажения, уничтожения и неправомерного доступа.

Ярким примером служит проблема компьютерных вирусов, которые могут уничтожить всю информацию, хранящуюся в ЭВМ. Неправильные действия в сети Интернет, а также копирование программ и данных в сети Интернет может привести к самым неприятным последствиям. Здесь необходимо твердо усвоить и придерживаться ряда правил гигиены от компьютерных вирусов.

Согласно принятому законодательству информация признана объектом гражданских прав с определением норм и правил отнесения ее к массовой, персональной или конфиденциальной. А базы данных и программы для ЭВМ отнесены к объектам авторского права и на их распространение и использование распространяются соответствующие нормы правовой защиты.

Автор выражает свою признательность своим студентам, аспирантам и сотрудникам, принимавшим участие в разработках электронных учебников и учебных программ для персональных ЭВМ, а также принимавшим участие в оформлении, редактировании и макетировании учебников по информатике в течении 1985-1999 гг.

Информатика - это новая научная дисциплина и новая информационная индустрия, связанные с использованием персональных компьютеров и сетей ЭВМ. В новом тысячелетии предполагается, что основная информация, связанная с деятельностью людей будет храниться в памяти электронных вычислительных машин.

Информатика как научная дисциплина изучает законы, принципы и методы накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ. В этом смысле информатика как наука является фундаментом для развития новой информационной индустрии, основанной на использовании сетей ЭВМ.

Фундамент информатики образуют вычислительные науки - науки об вычислительных процессах и организации вычислительных машин, вычислительных систем и сетей. Основным объектом вычислительных наук являются вычислительные машины - устройства для организации вычислений и обработки символьной информации.

Обработка, накопление и передача информации происходит не только внутри ЭВМ. Передачу и накопление информации мы видим при общении людей, в технических устройствах, в живых организмах и в жизни общества, что тоже входит в предмет изучения информатики как научной дисциплины.

Передача информации в общении людей - это передача сведений и суждений, данных и сообщений. Даже улыбка является передачей информации при общении людей друг с другом.

Любая совместная деятельность людей - работа, учеба и даже игра - построены на обмене и передаче информации.

Для живых существ восприятие и передача информации в форме сигналов - основное отличие от неодушевленных предметов окружающего мира. Языковая форма передачи знаковой информации - основное отличие людей от других живых существ.

Слово информация происходит от латинского informatio, означающего сведения, разъяснения, пояснения. С содержательной точки зрения информация - это сведения о ком-то или о чемто, а с формальной точки зрения - набор знаков и сигналов.

С юридической точки зрения информация - это сведения о людях, предметах, фактах, событиях и процессах, независимо от формы их представления. Данное определение зафиксировано в Законе «Об информации, информатизации и защите информации», утвержденном в 1995 году.

Особую роль для общества играет документированная информация. Документы - это информация, зафиксированная на материальном носителе - бумаге или машинном носителе, имеющем реквизиты, позволяющие его идентифицировать.

Возможность записи информации в письменном виде - в форме последовательности знаков - привела к образованию государств, возникновению бюрократии и появлению почтовых служб. Параллельно это привело - к появлению грамотных людей - людей, умеющих читать, писать и искать информацию для решения различных проблем.

Возникновение письменности позволило людям не только передавать информацию, но и накапливать ее в форме записок, писем и рукописей в архивах, а также в личных и публичных библиотеках. Квалифицированная переработка информации потребовала людей, имеющих надлежащее образование.

Для обучения грамотности были открыты гимназии, лицеи и школы, а для подготовки образованных людей - университеты и колледжи, где накоплением и передачей знаний стали заниматься ученые, учителя и профессора.

Для хранения знаний стали использоваться рукописные книги, а для хранения книг - библиотеки и книгохранилища. В них стал накапливаться интеллектуальный потенциал общества и государств. Неслучайно одной из основных задач варвары считали уничтожение книг и книгохранилищ.

Изобретение печатных станков в XV в. создало технологическую основу для массового издания и распространения печатных книг. Это послужило основой для всеобщего распространения грамотности и открытия массовых начальных школ, в которых все дети обучались грамотности - умениям читать, писать и считать.

Развитие промышленного производства в XVIII-XIX веках потребовало большого числа специалистов, для подготовки которых было открыто большое число университетов. Это дало мощный толчок для развития естественных наук - химии, физики, механики, математики и подготовки инженерных кадров.

Развитие печатных станков привело к появлению и распространению газет как средств массовой информации и информатизации общества, а также появлению и распространению журналов для распространения литературных произведений. В это же время появились первые законы, регулирующие авторские права.

Изобретение в XIX - начале XX века телеграфа, радио и телефона открыло новые возможности в передаче информации и информатизации общества. Эти технические средства дали возможность практически мгновенно передавать информацию на любые расстояния.

Следующим шагом технического прогресса стало появление и развитие электроники, телевидения и радиовещания к середине XX века. Изобретение телевидения позволило людям видеть на экранах телевизоров события, происходящие в самых различных точках планеты, а изобретение магнитофона - накапливать звуковую и видеоинформацию на магнитных носителях.

Точкой отсчета становления информатики как индустрии стало изобретение в середине XX века электронных вычислительных машин. Основной особенностью компьютеров стала возможность автоматической обработки информации. Переработка информации перестала быть исключительной способностью людей и живых существ.

Параллельно в середине XX века были заложены теоретические основы информатики как научной дисциплины. В этот период получили развитие математическая логика - фундамент теоретической информатики и теория алгоритмов - фундамент вычислительных наук.

Компьютеры первого поколения создавались именно как электронные вычислительные машины для автоматизации сложнейших вычислений оборонного и научного характера. Объем и сложность вычислений, выполнявшихся первыми компьютерами, были недоступны даже самым сильным математикам и вычислителям, но посильными для современных домашних компьютеров.

В этот период появились первые профессиональные программисты и первые теоретические работы по математической лингвистике, теории искусственного интеллекта и теоретическому программированию. Бурное развитие получили вычислительная и дискретная математика, образующие математическую базу информатики и вычислительных наук.

Компьютеры второго поколения создавались в качестве универсальных вычислительных машин, предназначенных для решения задач обработки и накопления информации с использованием устройств ввода и вывода. Компьютеры этого поколения стали использоваться для решения различных научных, экономических, оборонных и инженерных задач.

Для этих машин были созданы первые операционные системы, системы программирования и первые диалоговые системы. В этот период программирование зародилось как профессия и появились первые языки программирования и первые инструментальные программы - компиляторы и интерпретаторы для ЭВМ.

Третье поколение компьютеров - это первые серийные вычислительные машины для автоматизации обработки и накопления информации. Для этих ЭВМ был создан целый спектр устройств ввода, вывода и накопления информации. С помощью этих ЭВМ создавались первые экспериментальные вычислительные системы и сети.

Компьютеры третьего поколения стали широко использоваться в качестве технической базы для самых различных автоматизированных систем - бухгалтерских и банковских систем, банков данных, систем автоматизации проектирования и производства и т. п. В это время появились первые администраторы баз данных и информационные службы по эксплуатации автоматизированных систем.

Четвертое поколение - это компьютеры, создаваемые на базе серийных микропроцессоров. С этого поколения ЭВМ началось массовое производство и распространение персональных компьютеров, которые могут устанавливаться на любом рабочем столе - дома, на работе или в офисе.

Персональные ЭВМ широко используются для учебы, игры, написания писем, книг и отчетов, ведения бухгалтерской документации и экономических расчетов, проведения научных и маркетинговых исследований, сочинения стихов и музыки, ведения переписки с коллегами и друзьями.

Применение компьютеров в жизни общества затрагивает условия деятельности и жизни миллионов людей. Современные персональные компьютеры прежде всего открывают возможность выхода в сеть Интернет и оперативного поиска и получения различной информации в форме электронной почты, электронных журналов, газет и библиотек из самых различных стран и регионов, электронной коммерции - покупок и продаж по всему миру.

В серии ЭВМ четвертого поколения используются и более мощные компьютеры, получившие название серверов - вычислительных машин с большим объемом памяти, используемых для постоянного хранения больших объемов информации. Именно такие серверы и используются в качестве узлов связи в вычислительных системах и сети Интернет.

Академик В.М. Глушков еще в начале 80-х годов писал, что «к началу следующего столетия в развитых странах основная масса информации будет храниться в памяти ЭВМ, а человек XXI века, который не будет уметь пользоваться ЭВМ, будет подобен человеку XX века, не умевшему ни читать, ни писать».

Обучение компьютерной грамотности - умениям работать с персональными ЭВМ - является основной целью курса информатики в массовой школе. Современное понимание компьютерной грамотности предполагает не только умения читать, писать и считать с помощью персональных ЭВМ, но и умения искать и передавать информацию с помощью Интернет.

Целью вузовского курса информатики считается освоение профессионального использования персональных компьютеров и решения на ЭВМ профессиональных задач. Для развития этих умений необходима определенная культура и развитие логического мышления.

Эффективное использование ЭВМ предполагает наличие информационной культуры умений искать, передавать и подготавливать информацию в форме текстов и рисунков с помощью персональных компьютеров и сети Интернет. Развитие этой культуры ведет к более глубокому развитию логического мышления.

Логическое мышление проявляется в умении решать различные интеллектуальные задачи и в том числе в решении сложных задач с помощью ЭВМ. Эти интеллектуальные способности выражаются в умениях рассуждать, доказывать, ставить задачи, а также подбирать и обосновывать способы их решения.

Сложность изучения информатики как индустрии связана с ее беспрецендентной динамичностью - технические средства информатики - компьютеры, программы и средства телекоммуникаций полностью модернизируются каждые пять-шесть лет, а соответствующие технические знания обновляются каждые два-три года. Одновременно модернизируются компьютерные сети, архивы, библиотеки и информационные системы.

Подготовка и издание новой учебной литературы требует, как правило, от трех до пяти лет.

Поэтому учебная литература не поспевает за темпами обновления вычислительной техники.

Угнаться за такими темпами обновления техники могут только электронные средства - электронная пресса, электронные справочники, электронные учебники и технологии, связанные с использованием персональных ЭВМ и сети Интернет.

В то же время информатика как научная дисциплина сохраняет свое ядро - общие принципы, законы и методы, организации вычислений и обработки информации с помощью ЭВМ.

Эти принципы сохранят свою роль и значение для всех моделей и типов ЭВМ независимо от их элементной базы, быстродействия и объемов памяти.

Более того общие законы информатики как общие законы интеллектуальной деятельности сохраняют свою силу при изучении принципов обработки, накопления и передачи информации не только в ЭВМ, но и в живых организмах и человеческом обществе.

1. Что такое информация?

2. Что такое информатика?

3. Где будет храниться информация в XXI веке?

4. Что такое компьютерная грамотность?

5. Что такое информационная культура?

6. Что такое логическое мышление?

7. В чем сложность изучения информатики?

Компьютеры - это универсальные электронные вычислительные машины (ЭВМ), используемые для накопления, обработки и передачи информации. Самое широкое распространение получили персональные компьютеры, предназначенные для индивидуальной работы.

Персональные компьютеры - это малогабаритные вычислительные машины, которые могут быть установлены на любом рабочем месте. Наиболее известны и распространены персональные компьютеры IBM PC и Macintosh.

Минимальный состав персональных компьютеров:

1) системный блок;

3) клавиатура.

Дисплей - это устройство отображения информации на электронном экране. Дисплеи в персональных компьютерах могут быть цветными и черно-белыми. Информация на дисплеях обычно отображается как в телевизоре - на экране электронно-лучевой трубки.

Клавиатура содержит клавиши, как правило, латинского и русского алфавитов. Кроме того, на клавиатуре имеются цифры и другие специальные знаки. Нажимая на эти клавиши, можно вводить в компьютер самую разную информацию - числа, слова, фразы, а также команды управления компьютером.

Мышка - устройство, которое подсоединяется к персональному компьютеру электрическим шнуром и которое можно перемещать по столу.

Системный блок содержит процессор и оперативную память. Возможности компьютеров зависят от типа и быстродействия процессора, а также от объемов оперативной и долговременной памяти. Во всех современных персональных компьютерах в системный блок входят также накопители на магнитных дисках.

Процессор - это устройство управления компьютером. Быстродействие компьютеров определяется числом операций, выполняемых процессором за одну секунду. Основной функцией процессоров является автоматическое управление работой ЭВМ с помощью программ, размещаемых в оперативной памяти.

В компьютерах первого поколения быстродействие процессоров составляло несколько тысяч операций в секунду; второго поколения - несколько десятков тысяч, а в машинах третьего поколения - несколько сотен тысяч операций в секунду.

Быстродействие персональных компьютеров четвертого поколения - несколько миллионов операций в секунду. В компьютерах следующих поколений быстродействие будет составлять десятки и даже сотни миллионов операций в секунду.

В персональных компьютерах IBM PC используются процессоры фирмы Intel. В компьютерах младших моделей процессоры Intel - 86, 286, 386 и 486, а в старших моделях процессоры серии Pentium - Pentium, Pentium II, Pentium III и т. д. В персональных компьютерах Macintosh применяются процессоры фирмы Motorola.

Программа - это последовательность команд и данных, которые могут интерпретироваться ЭВМ. Программы определяют конкретные функции и роли ЭВМ от игрового автомата и редактора текстов до рабочего места президента крупной фирмы или страны.

Минимальной единицей информации считается бит. Бит - это величина, принимающая значение 0 или 1. Любая другая информация может быть закодирована последовательностью из нулей и единиц. Именно в таком виде вся информация представляется в памяти ЭВМ.

Единицей памяти в современных ЭВМ считается байт. Байты - это 8-разрядные двоичные числа вида - 00000000, 00000001,..., 11111111. Один байт записывается в виде 8 двоичных знаков информации - нулей и единиц:

Для измерения памяти большого объема используются следующие единицы:

1 Кбайт = 1024 байт (1 килобайт);

1 Мбайт = 1024 Кбайт (1 мегабайт);

1 Гбайт = 1024 Мбайт (1 гигабайт).

Машины первого поколения имели оперативную память порядка нескольких килобайт, компьютеры второго поколения - десятки килобайт, а машины третьего поколения - сотни килобайт.

Оперативная память в персональных компьютерах типа IBM PC и Macintosh составляет несколько мегабайт. В больших современных ЭВМ объем оперативной памяти достигает порядка десятков мегабайт, а в компьютерах новых поколений - сотни и тысячи мегабайт.

Для долговременного хранения информации и программ в персональных компьютерах используются магнитные диски - гибкие и жесткие. Информация в оперативной памяти удаляется после выключения компьютера. Информация на магнитных дисках может храниться после выключения ЭВМ до следующих сеансов работы.

Жесткие диски - это устройства хранения информации, программ и данных в ЭВМ. В персональных компьютерах жесткие диски находятся внутри системного блока и служат для постоянного хранения программ, данных, архивов и т.п.

Объем памяти на жестких дисках в современных компьютерах имеет диапазон от нескольких мегабайт до нескольких гигабайт. В компьютерах новых поколений объем памяти на жестких магнитных дисках будет составлять десятки и сотни гигабайт.

Гибкие диски - это сменные носители информации, на которых программы и данные можно хранить отдельно от ЭВМ. Гибкие диски используются для личного хранения и переноса программ и данных от одного компьютера к другому. Объем памяти на наиболее широко распространенных гибких магнитных дисках составляет от 360 Кбайт до 1,4 Мбайт.

К современным персональным компьютерам может быть подсоединен целый ряд дополнительных устройств. Наиболее часто к ним подключаются принтеры, модемы и компактдисководы. Компакт-дисковод - это устройство для считывания компакт-дисков.

Компакт-диск - это оптические диски с голографической записью информации. Особенность компакт-дисков - большой объем записанной на них информации, равной объему порядка 500 гибких дисков.

Компакт-диски - это средство для постоянного хранения информации, которая записывается один раз и может многократно считываться на ЭВМ. Компакт-диски - наиболее удобное средство для переноса больших объемов информации. Объем памяти на компакт-дисках составляет до 780 Мбайт.

Принтер - это печатающее устройство, подсоединяемое к компьютерам. Наибольшее распространение получили три типа принтеров, различающихся скоростью и качеством печати: матричные, струйные и лазерные. Самые простые и дешевые среди них - матричные, самые быстрые и качественные - лазерные, а струйные - самые качественные среди дешевых принтеров.

Модем - это устройство передачи информации по линиям телефонной связи. С помощью модемов персональные компьютеры могут подключаться через телефонную сеть к другим компьютерам, а также входить в различные телекоммуникационные компьютерные сети.

Скорость передачи информации по линиям связи оценивается в бодах и килободах. Скорость в один бод - это передача одного бита в секунду:

1. Какие устройства входят в состав персональных компьютеров?

2. Что такое процессор?

3. Каково быстродействие современных процессоров?

4. В каких единицах измеряется объем памяти компьютеров?

5. Каков объем оперативной памяти современных компьютеров?

6. Каковы объемы памяти на гибких дисках?

7. Каковы объемы памяти на жестких дисках?

8. Каковы объемы памяти на компакт-дисках?

Работа на ЭВМ обычно проходит в форме диалога человека с компьютером. Человек просматривает информацию на экране компьютера, указывает на нее мышкой, нажимает клавиши, набирает команды, вводит слова, числа, фразы и т. п. В ответ компьютер выводит свою информацию: сообщения, меню, заставки, диаграммы, рисунки, результаты вычислений и обработки данных.

Работа ЭВМ основана на использовании программ. Программы для ЭВМ - это форма представления данных и команд, предназначенных для получения определенных результатов или способа функционирования ЭВМ.

Совокупность программ для данного типа ЭВМ определяет все многообразие их применений. На персональных компьютерах наиболее часто применяются игры, редакторы текстов, базы данных, информационные системы, электронные таблицы, системы программирования и т. п.

Главной среди программ на ЭВМ является операционная система, которая постоянно хранится в долговременной памяти компьютера. Работа ЭВМ начинается с загрузки операционной системы, а все остальные программы запускаются с помощью операционной системы.

Операционная система - это главная программа, управляющая работой компьютера в целом. На персональных компьютерах типа IBM PC используются в основном операционные системы MS DOS и Windows. В персональных компьютерах Macintosh применяется операционная система OS/7.

Операционная система MS DOS - это самая простая операционная система для компьютеров IBM PC. Она используется на всех младших моделях IBM PC и может применяться на всех старших моделях компьютеров этого же типа.

Операционная система Windows - наиболее современная и удобная операционная система для старших моделей персональных компьютеров IBM PC. Эта система может использоваться только на компьютерах старших моделей с оперативной памятью более 2 Мбайт и памятью на жестких дисках не менее 80 Мбайт.

На персональных компьютерах IBM PC используются несколько версий операционной системы Windows; созданных всемирно известной фирмой Microsoft: Windows 3.1, Windows-95, Windows-98, Windows-2000, отличающихся своими функциями и возможностями.

Основными объектами во всех операционных системах на ЭВМ являются файлы, программы и каталоги. Все программы в ЭВМ представляются отдельными файлами или наборами файлов, хранящихся в определенном каталоге.

Файлы - это последовательность записей на машинных носителях - магнитных или оптических дисках, магнитных или перфолентах и т.п. Все данные и программы на ЭВМ записываются в виде файлов или наборов файлов. Все файлы в памяти ЭВМ имеют уникальные имена.

Совокупности файлов в памяти ЭВМ объединяются в форме каталогов и подкаталогов.

Каждый каталог имеет свое уникальное имя. Имя подкаталога образуется из его собственного имени и имени каталога, в котором он находится. Имена каталогов (оглавлений) записываются большими (прописными) буквами, а имена файлов - малыми (строчными) буквами.

В операционных системах MS DOS и Windows имена файлов образуются из латинских букв и цифр с добавлением трехбуквенных окончаний после точки. Для записи окончаний в этих операционных системах приняты правила:

.ехе - программа, готовая к выполнению;

.com - программа, готовая к выполнению;

.bat - командный файл операционной системы;

.txt - текстовый файл;

.doc - текстовый файл.

Работа с любыми операционными системами - это в основном работа над каталогами файлов и программ, размещенных на магнитных и оптических дисках. Эта работа состоит в просмотре каталогов и подкаталогов, копировании файлов и запуске тех или иных программ.

В любой современной операционной системе работа с ЭВМ происходит в основном с помощью менеджеров программ и файлов. Эта программа позволяет человеку в диалоге с компьютером просматривать каталоги программ и файлов во внешней памяти:

В приведенном примере указаны два каталога: каталог на жестком диске С, на котором размещена операционная система DOS, и каталог на гибком диске А с пакетом программ, включающим электронный учебник TEACHER, клавиатурный тренажер TUTOR и другие учебные программы из пакета программ для лабораторных работ по информатике.

Запуск программ на персональных ЭВМ обычно проводится перемещением курсора на экране с помощью клавиш-стрелок или мышки на имя программы в каталоге, подлежащей выполнению, а затем - нажатием клавиши ввода Enter на клавиатуре либо нажатием клавиши на мышке.

Для установки новых программ на ЭВМ они должны быть предварительно записаны на оптическом или гибких дисках, либо получены по электронной почте через Интернет. Для этого диск с новыми программами должен быть установлен в соответствующий дисковод.

Для перезаписи программ и файлов необходимо выявить каталог, где они записаны; далее указать или создать каталог, куда они должны быть переписаны и только после этого указать команду «запись» и нажать клавишу Enter либо клавишу на мышке.

В любом случае до записи новых программ на жесткие диски вашей ЭВМ необходимо проверить отсутствие вирусов на этих дисках или в файлах, полученных по Интернет. При обнаружении вирусов немедленно пролечите эти файлы и диски с помощью антивирусных программ.

Компьютерные вирусы - это специальные саморазмножающиеся программы. Эти программы могут испортить или уничтожить программы и файлы, хранящиеся в памяти компьютера.

Заражение компьютерными вирусами происходит исключительно при копировании файлов с помощью дискет или при их передаче по сети Интернет.

Наиболее опасные вирусы могут испортить или уничтожить всю информацию в ЭВМ и сделать неработоспособным компьютер и даже сеть ЭВМ. Для предотвращения от таких последствий используются специальные меры и программы.

Для защиты от вирусов используются специальные антивирусные программы, которые необходимо устанавливать и периодически обновлять на ЭВМ. Работа антивирусных программ заключается в диагностике и удалении компьютерных вирусов в файлах и программах на ЭВМ.

Для надежной работы Ваших компьютеров и предотвращения потерь информации на дисках придерживайтесь следующих правил «компьютерной гигиены»:

1) при вводе чужих дисков в свою машину первым делом проверьте их на вирусы;

2) после работы на чужой машине сразу же проверьте свои диски на вирусы.

Для защиты от компьютерных вирусов при работе в сети Интернет придерживайтесь следующих правил:

3) не открывайте файлы, полученные по почте, без проверки их на вирусы;

4) не запускайте программы, полученные по Интернет, без их проверки на вирусы.

Для борьбы с компьютерной заразой постоянно обновляйте свои антивирусные программы.

Учтите, что «супер-программисты», создающие компьютерные вирусы, постоянно ищут средства и способы для преодоления защиты от вирусов и проникновения в чужие компьютеры.

Кроме защиты от вирусов на любых ЭВМ может быть предусмотрена также защита от несанкционированного доступа к ЭВМ и хранящимся в них данным. Простейшим средством для этого является введение паролей для доступа к ЭВМ или определенным сегментам ее памяти.

1. Что такое - программы для ЭВМ?

2. Каковы основные типы программ?

3. Что такое операционная система?

4. Какие операционные системы используются на IBM PC?

5. Что такое файл на ЭВМ?

5. Как записываются имена файлов и каталогов на ЭВМ?

6. Как проводится перезапись программ на компьютере?

7. Что такое компьютерные вирусы?

8. Как предохраняться от компьютерных вирусов?

9. Для чего используются пароли на ЭВМ?

1. Проработайте на компьютере с клавиатурным тренажером следующие наборы слов:

2. Узнайте, как на Вашем компьютере запускаются антивирусные программы.

3. Проверьте память своего компьютера на наличие вирусов.

4. Проверьте свои диски на наличие компьютерных вирусов.

5. Узнайте - сколько свободной памяти на Ваших дисках.

Подготовка и редактирование текстов - это одно из наиболее частых применений персональных компьютеров. Простота и удобство редактирования текстов на ЭВМ привели к тому, что для подобных работ практически перестали использоваться пишущие машинки.

Редакторы текстов на ЭВМ - это специальные программы, позволяющие вводить, искать, редактировать и сохранять различные тексты на ЭВМ вплоть до научных отчетов и литературных произведений, а также личных и служебных архивов.

Редакторы текстов на ЭВМ - это наиболее удобное средство для подготовки различного рода документов и создания архивов документов на ЭВМ. Ведение такого рода архивов составляет основу работы большого числа людей - бизнесменов, юристов, писателей, ученых, журналистов, инженеров, секретарей, референтов и многих других специалистов.

Документом считается информация, зафиксированная на материальном носителе, имеющем реквизиты, позволяющие его идентифицировать. К числу реквизитов документа относится фамилия автора (исполнителя) и дата его создания (подписания), а также входящая или исходящая регистрация при размещении его в архивах.

На персональных компьютерах IBM PC наибольшее распространение получили редакторы текстов Word и Лексикон. Word - это лучший редактор текстов для операционной системы Windows. Лексикон - это один из лучших отечественных редакторов текстов для компьютеров с операционной системой MS DOS.

В ЭВМ с накопителями на жестких магнитных дисках могут храниться и редактироваться целые книги. Одна страница текста, имеющая 30 строк по 60 знаков в строке, требует для хранения 1800 байт 1,76 Кбайт памяти.

Книга из 100 страниц указанного размера занимает около 176 Кбайт на магнитных дисках.

Соответственно, на дисках объемом 200 Мбайт может храниться более 100 таких книг.

Набор текстов на клавиатуре компьютера проводится так же, как и на пишущих машинках.

Но при этом тексты выводятся не на бумагу, а на экран дисплея, на котором и производятся все исправления. Если текст большой, то на экране будет видна только его часть, а весь текст будет храниться в памяти ЭВМ.

Значок для указания на экране места исправления символа или слова называется курсором. Перемещение курсора по экрану проводится с помощью мышки или клавиш стрелок. Для исправления букв, слов или фраз курсор подводят к их началу.

Исправления в тексте на персональных компьютерах можно вносить неоднократно.

Вставка или замена символов и слов проводится набором их на клавиатуре. Удаление символов и слов выполняется нажатием клавиши Del или Bs. Для переключения режима вставка/замена нажимается клавиша Ins. Удаление строк и вставка новых строк проводятся выделением их на экране с последующим нажатием клавиши Del.

Используя выделение фрагментов текстов на экране компьютера, их можно переносить из одного места текста в другое. Можно выделять их курсивом, подчеркиванием, изменением толщины или вида шрифта.

В многооконных редакторах фрагменты можно переносить из одного текста в другой.

Для этого на экране одновременно открывается два или более текстов сразу в нескольких окнах.

Поиск текстов на магнитных дисках также проводится через основное меню указанием на слово «файл» (file), а затем на режим «открытие» (open). Результатом будет появление оглавления с именами файлов и других каталогов, на которые можно указывать с помощью мышки или клавиш-стрелок. Нажатие клавиши Enter приведет к появлению текста на экране ЭВМ.

Запись текстов на диски в редакторах проводят обращением к основному меню, указав на слово «файл» (file). Далее в появившемся на экране подменю нужно указать вид операции - «запись»(write), а затем имя файла, под которым текст записывается на магнитные диски, после чего нажимается клавиша ввода Enter.

Во многих редакторах можно создавать сложные тексты, вставляя различные таблицы, диаграммы, рисунки и даже фотографии. С помощью этих средств можно создавать письма, документы и отчеты, сохраняя их на магнитных дисках и печатая в необходимом количестве экземпляров.

Возможности современных текстовых редакторов на персональных ЭВМ таковы, что с их помощью можно выполнять не только редакционную подготовку документов, писем и отчетов, но и издательскую подготовку газет, журналов и книг практически в домашних условиях.

Создание книг на ЭВМ приводит к появлению электронных книг и журналов как новых видов литературных произведений. Копирование и распространение электронных книг, газет и журналов должно подчиняться законам авторского права, так же как и создание и распространение бумажных книг, журналов и газет.

Авторские права на произведения состоят в следующем:

1) право на имя - в произведении должно присутствовать имя автора;

2) право на изменения - только автор может вносить изменения в произведение;

3) имущественные права - автор является собствеником созданного произведения.

Автором считается лицо, творческим трудом которого создано произведение. Автор имеет права требовать указания своей фамилии на всех экземплярах (копиях) своего произведения. В соответствии с законом об авторских правах только автор может вносить изменения при модификации произведения.

Защита прав собственности на произведение фиксируется знаком © (copyright - права на копирование) с указанием фамилии или псевдонима автора. Включение в произведение копирайта (знака ©) означает, что никто не имеет права копировать произведения без заключения письменного договора с его автором (авторами).

Согласно международному праву на электронные книги, учебники, базы данных и программы для ЭВМ распространяются те же авторские права, как и на обычные литературные произведения.

Использование программ, баз данных, электронных книг и учебников в коммерческих целях возможно только при заключении договоров с владельцами авторских прав. Нарушители авторских прав обязаны возмещать ущерб издателям и авторам произведений.

1. Что такое редактор текстов?

2. Что такое - документ?

3. Каковы основные операции редактирования текстов?

4. Сколько страниц текста может быть записано:

а) на кассете магнитной ленты с объемом памяти 100 Кбайт;

б) на гибком диске с объемом памяти 1 Мбайт?

5. Как тексты записываются на магнитные диски?

6. Как узнать, какие тексты хранятся в памяти компьютера?

7. Что такое авторские права на произведение?

8. В чем состоят имущественные права авторов?

9. Как называются нарушители авторских прав?

1. Введите с помощью редактора текстов любимое четверостишие, выведите его на бумагу и запишите на магнитные диски.

2. Подготовьте текст поздравления с Новым годом для родителей, близких и друзей. Выведите на печать дватри поздравления для разных адресатов.

3. Перепишите четверостишие и поздравления на ваши диск и попробуйте прочитать их с помощью диспетчера файлов или программы Norton Commander.

4. Подготовьте на ЭВМ договор на издание сборника ваших рассказов с указанием Ваших авторских прав.

Контроль и проверка знаний при дистанционном, заочном и очном обучении может производиться с помощью персональных ЭВМ. В этих целях создаются и используются специальные компьютерные программы, получившие название электронных учебников.

Электронные учебники - это компьютерные программы, содержащие учебные тексты и тесты. Тесты - это контрольные вопросы. Тесты в электронных учебниках отличаются тем, что ответы на них проверяются ЭВМ непосредственно в диалоге с учащимися.

Основные возможности электронных учебников состоят в следующем. Электронные учебники могут использоваться:

1) для проверки знаний на занятиях с использованием ЭВМ;

2) в качестве экзаменатора на зачетах и экзаменах;

3) в качестве тренажеров на самостоятельных занятиях с ЭВМ.

Примером может служить электронный учебник по информатике, являющийся приложением к настоящему бумажному учебнику. Этот электронный учебник используется для контроля знаний студентов и школьников по информатике на зачетах и текущих занятиях, а также при подготовке и сдаче экзаменов.

Особенностью данного электронного учебника является его связь с бумажным учебником. Все тексты электронного учебника взяты из настоящего учебника и все ответы на тесты электронного учебника можно найти в данном учебном пособии.

Электронным учебником по информатике можно пользоваться на компьютерах IBM PC с операционными системами MS DOS и Windows. В среде MS DOS запуск электронного учебника осуществляется из каталога TEACHER, в котором находится программа, с помощью команды Если запуск прошел успешно, то на экране появится заставка с названием программы, а затем - окно регистрации, в котором необходимо указать свою фамилию, имя и группу:

После регистрации на экране появляется основное меню электронного учебника. Работа с электронным учебником проходит в режиме диалога с ЭВМ в трех основных режимах:

1) чтение разделов учебника;

2) обучение с использованием тестов;

3) контроль знаний учащихся.

В режиме «чтение» на экране можно читать разделы электронного учебника, организованные в главы и разделы точно так же, как и в бумажном учебнике. Пример оглавления:

Глава 3. Элементы «искусственного интеллекта»

Пример текста из первого раздела учебника:

Глава 1.1. Информация и персональные ЭВМ Информатика - это научная дисциплина, изучающая законы и методы накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ. Накопление, передача и обработка информации происходит не только внутри ЭВМ, но и при общении людей, в технических устройствах, в живых организмах и в В режиме чтения тексты можно перелистывать с помощью клавиш стрелок и клавиш пролистывания страниц вверх-вниз. Смена темы проводится через основное меню, расположенное на верхней строке экрана.

Контрольные вопросы можно получить в режимах контроля и обучения. Разница между ними заключается в том, что в режиме контроля на экране появляется только сам контрольный вопрос, а в режиме обучения на экране можно читать и перелистывать текст соответствующего раздела.

Пример контрольного вопроса:

Глава 1.1. Информация и персональные ЭВМ Ответы на контрольные вопросы вводятся с клавиатуры в места соответствующих пропусков. Слова могут вводиться в любом порядке и при необходимости тут же исправляться. Оценка ответа будет выведена ЭВМ на экран сразу после нажатия клавиш Ctrl и Enter.

Ответ считается правильным, если получится фраза, выражающая истинное утверждение. Эталонные правильные ответы можно найти в соответствующем разделе бумажного или электронного учебника.

ЭВМ выводит на экран оценку «молодец», если ответ полностью совпадет с соответствующей фразой в учебнике. Оценка «хорошо», «нехорошо» и «плохо» будет выводиться ЭВМ в зависимости от числа совпадений и количества введенных слов.

Оценка «хорошо» ставится, если не менее 50% слов совпадают с эталоном из учебника. В случаях, когда более половины слов отличается от эталонных ответов, выводится оценка «нехорошо». Оценка «плохо» выводится, если не введено ни одного слова.

В режиме обучения правильный ответ к контрольному вопросу можно найти с помощью подсказки, нажав клавишу F6. В результате на экране появится раздел учебника с эталонным ответом, который можно найти перелистывая текст раздела. Возврат к контрольному вопросу произойдет после повторного нажатия клавиши F6.

Все контрольные вопросы составлены исключительно по материалам учебника и в нем всегда можно найти все ответы на все контрольные вопросы. Поэтому в режиме обучения, используя доступ к текстам учебника, при внимательной работе можно получать исключительно отличные и положительные оценки.

Режим обучения особенно удобен при самостоятельной подготовке к зачетам и экзаменам. Именно при работе в этом режиме могут быть проработаны все контрольные вопросы по заданному разделу учебника и по всему учебнику в целом.

Педагогический эффект от работы с рассматриваемыми тестами заключается в том, что заполнение тестов требует нахождения, запоминания, проговаривания и ввода слов-ответов с клавиатуры. При этом при анализе ответа необходимо осмысление подбираемых фраз на предмет их истинности.

Работа с электронными учебниками позволяет не только мгновенно сообщать оценки каждого теста учащемуся, но и работать в удобном темпе, используя тексты учебника и получая подсказки от ЭВМ. При этом с компьютером можно заниматься столько - сколько нужно для получения положительных или отличных оценок.

Работу по контролю знаний на традиционных занятиях в школах и вузах стараются выполнять учителя и преподаватели. Однако при групповом обучении они не могут опросить в течении занятия всех учащихся и поэтому они не могут дать гарантий в результатах обучения всем своим ученикам.

Определенным выходом для традиционных форм обучения могло бы служить использование бумажных тестов, которые позволяют проверять знания всех учащихся по любому из текущих занятий. Однако проверка этих бумажных материалов весьма трудоемка для преподавателей и они минимизируют или игнорируют эту работу.

Компьютерный контроль знаний позволяет освободить преподавателей и учителей от весьма трудоемкой и рутинной работы по проверке всех результатов тестирования. Эту работу на себя вполне могут взять персональные компьютеры, снабженные соответствующими электронными учебниками.

Однако наиболее эффективно обучение с использованием электронных учебников происходит при контроле и руководстве преподавателей, которые организуют систематический контроль знаний и решение задач по всему курсу.

Проверка знаний в представляемом электронном учебнике происходит в режиме «контроль». В этом режиме на экран выводятся только тесты по выбранной теме без каких либо подсказок. Оценка ответа выводится на экран ЭВМ сразу же после его ввода с клавиатуры.

При этом все ответы записываются в протокол на магнитных дисках, который можно увидеть на экране по завершении серии тестов по выбранной теме. По завершении серии тестов на экран выводятся итоги прохождения проработанной темы в следующей форме:

----------------------------------------------------------------------Количество тестов = >!> Совпало ответов = 87 % !> 0тсутствуют ответы = 0 % @ Глава 2. Элементы информационных технологий.

Признак - логическая [характеристика] -----------------------------------------------------------------------------------Определение понятия - совокупность [признаков], характеризующих [содержание] понятия.

-----------------------------------------------------------------------------------Содержание понятия - совокупность [признаков], выделяющих {объект}, отвечающих данному понятию, [среди] других [объектов].

-----------------------------------------------------------------------------------Количество тестов = Такого рода протоколы в виде файлов формируются и автоматически записываются на магнитные диски. Эти протоколы накапливаются и хранятся на ЭВМ. При дистанционных формах обучения эти протоколы в виде файлов могут пересылаться по электронной почте и служить подтверждением результатов проработки учебных материалов.

1. Что такое - электронные учебники?

2. Что такое - выборочные ответы?

3. Когда ответ считается правильным?

4. Когда и как получить подсказки?

5. Как добиться хорошей успеваемости?

1. Зарегистрируйтесь в электронном учебнике.

2. Сравните оглавления электронного и бумажного учебников.

3. Пролистайте первый раздел электронного учебника.

4. Проработайте тесты первого раздела учебника.

5. Ответьте на контрольные вопросы первого раздела.

Глава 2. ЭЛЕМЕНТЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Новым явлением в жизни общества в конце XX века стало создание глобальной международной компьютерной сети Интернет. Эта компьютерная сеть для многих людей стала средством оперативного получения самой различной информации - электронных копий газет, писем, журналов, книг, программ, игр и информационных новостей.

Передача и получение информации с помощью сети Интернет за рубежом стали самым массовым применением персональных компьютеров. Оперативное получение разнообразной информации дома и на работе с помощью персональных ЭВМ становится доступным после подсоединения их к телефонной или телекоммуникационной сети.

Вычислительная сеть - это объединение ЭВМ, в которой каждый компьютер может передать информацию любому другому компьютеру, подключенному к сети. Главной возможностью вычислительных сетей является доступ к информации, документам и информационным ресурсам, хранящихся на компьютерах, подключенных к сети.

Информационные ресурсы - совокупность документов в архивах, библиотеках, фондах, банках данных и других информационных системах. В вычислительных сетях информационные ресурсы, хранящиеся в ЭВМ, могут быть доступны с помощью других персональных компьютеров, подключенных к этой сети.

По количеству объединяемых компьютеров сети подразделяются на локальные, корпоративные, региональные и глобальные. Соответственно можно говорить о корпоративных, региональных и глобальных информационных ресурсах, доступных в этих сетях ЭВМ.

Локальная вычислительная сеть - это сеть, связывающая компьютеры в одном или нескольких соседних помещениях. Примерами локальных сетей являются кабинеты учебных компьютеров в школах, вузах, офисах и лабораториях.

Ведущую роль в организации вычислительных систем и сетей играют серверы. Серверы это мощные компьютеры с большой дисковой памятью, используемые для хранения файлов и программ. Серверы применяются для накопления и передачи общедоступной информации в вычислительных сетях и работают обычно 24 часа в сутки.

При этом на уровне локальных сетей возникают вопросы организации надежного хранения информации и ее защиты от несанкционированного доступа. Для ведения, надежного хранения и защиты информации в сети привлекаются специалисты, профессия которых получила название - сетевые администраторы.

Региональная вычислительная сеть объединяет компьютеры в пределах определенного региона. Примерами региональных сетей являются корпоративные сети ЭВМ в банках и корпорациях, а также в промышленных и коммерческих предприятиях.

Для подключения к региональной сети персональных компьютеров необходимы специальные средства связи - каналы связи, модемы и сетевое программное обеспечение. В качестве средств телекоммуникаций между компьютерами используются обычные телефонные каналы, а также специальные оптоволоконные линии связи либо спутниковые каналы радиосвязи.

Модемы - это устройства связи ЭВМ с другими компьютерами с использованием каналов связи. Функции модемов состоят в преобразовании данных, представляемых в ЭВМ в виде 0 и 1, в телефонные сигналы с двумя несущими частотами. Основной характеристикой модема является скорость передачи данных, измеряемой в бодах.

Скорость, наиболее распространенных современных модемов составляет 2400, 9600, 14400, 19200, 22800 и 33600 Бод. Для электронной почты можно использовать любой из этих модемов. Для работы в сети Интернет требуются модемы со скоростью передачи не ниже 19200 Бод.

На уровне регионов и крупных корпораций вопросы защиты и надежного ведения информации, образующей корпоративные информационные ресурсы, является серьезной проблемой.

Ошибки в проектировании и эксплуатации корпоративных информационно-вычислительных сетей могут привести к серьезному экономическому ущербу.

Глобальная сеть объединяет компьютеры, расположенные в различных странах на различных континентах земного шара. Пример глобальной сети ЭВМ - международная компьютерная сеть Интернет. Для подключения к сети Интернет используются специальные сетевые программы.

Сетевые программы - это программы получения доступа к информации, информационным ресурсам и информационным системам, используемым в вычислительной сети. Примерами таких программ является сетевые пакеты Internet Explourer фирмы Microsoft и Netscape Navigator фирмы Netscape, созданные для рабаты на компьютерах IBM PC с операционной системой Windows.

Применительно к сети Интернет используется понятие глобальных информационных ресурсов, доступных из любой точки нашей планеты. Развитие сети Интернет является базой для организации хранения и доступа ко всей информации, накапливаемой человеческим обществом.

Основой современной информационной компьютерной индустрии и сети Интернет является всемирная распределенная сеть электронных библиотек WWW - World Wide Web. Электронные библиотеки в этой сети размещены на специальных серверах.

Электронные библиотеки в сети Интернет организуются с помощью гипертекстов. В форме гипертекстов могут храниться самые различные документы, газеты, журналы, каталоги, прейскуранты, а также всевозможные информационные и информационно-поисковые системы и сетевые программы - сетевые компьютерные игры, сетевые электронные учебники, сетевые справочники и энциклопедии.

Гипертекст - это совокупность страниц с текстами, картинками и ссылками на другие страницы. Ссылки могут делаться как на страницы данного гипертекста, так и на страницы любого другого гипертекста, хранящегося в данном компьютере либо даже на любом другом файлсервере, зарегистрированном в сети Интернет.

Для доступа к электронным библиотекам используются специальные гипертекстовые имена, выполняющие роль адреса сервера в сети. Коды, указываемые в адресах, утверждены международным стандартом. Пример - гипертекстовое имя в сети Интернет сервера виртуального учебного центра, в котором установлена электронная копия настоящего учебника по информатике вместе с системой контрольных тестов:

В рассматриваемом примере имя сервера состоит из четырех частей. Первое слово www это признак подключения сервера к сети Интернет. Второе имя prometey - это имя системы дистанционного обучения Прометей. Третье имя ankey - это имя корпорации Анкей, которой принадлежит данный сервер. Последнее четвертое слово ru - это идентификатор сектора России в сети Интернет.

Примерами электронных библиотек в сети Интернет могут служить серверы различных центральных газет, журналов - сервер газеты Известия, сервер журнала Итоги, сервер радиостанции Русское Радио.

В Интернете Вы можете найти несколько игровых серверов, а также серверы Центров дистанционного обучения ведущих московских и российских вузов - МЭСИ (Московский государственный университет Экономики, Статистики и Информатики) и МИЭМ (Московский Институт Электроники и Математики).

Электронная почта - это способ передачи писем с помощью персональных компьютеров и средств телекоммуникаций. В качестве писем по электронной почте могут пересылаться самые различные текстовые файлы, изображения, программы и наборы данных.

Текст письма для отправки его по электронной почте должен быть подготовлен на компьютере в виде текстового файла и оформлен в соответствии со стандартами Интернет. Общепринятый формат послания состоит из заголовка и непосредственно сообщения, роль которого может играть любой текстовый файл, рисунок или программа.

Стандартный заголовок электронного письма выглядит следующим образом:

Пример почтового адреса в сети Интерент:

Первое имя vitkay - это идентификатор владельца электронного почтового ящика. Второе имя - адрес почтового сервера mail.ru. Здесь mail - идентификатор отечественной почтовой системы Mail-Ru, в которой любой из Вас может открыть себе бесплатный электронный почтовый ящик.

Для поиска информации в сети Интернет в нашей стране и за рубежом используется несколько информационно-поисковых систем. Среди отечественных систем наиболее известны системы Апорт, Ремблер и Яндекс, зарубежных - Altavista, Infoseek, Yahoo.

Поиск информации в сети Интернет этими системами производится по запросам. Простейшие запросы состоят из одного или нескольких слов на русском или английском языках, либо на другом языке, на котором записаны искомые документы.

Результатом поиска в сети Интернет являются перечни названий и адресов гипертекстов, отвечающих заданным запросам. Например, на запрос «Кайман информатика» поисковые системы предоставят список всех гипертекстов, доступных в Интернете и в которых указаны слова «Каймин» и «информатика». В том числе в этом списке будут указаны адреса серверов, на которых размещены сетевые электронные учебники по информатике.

Указанные поисковые системы еженедельно просматривают все серверы в сети Интернет и индексируют все найденные гипертексты, запоминая их адреса и встречающиеся в них ключевые слова и словосочетания. По этой причине любая информация, выставленная в сети Интернет, может быть найдена по интересующим нас запросам.

1. Что такое Интернет?

2. Что такое вычислительная сеть?

3. Какими бывают вычислительные сети?

4. Что такое сервер?

5. Что такое - информационные ресурсы?

7. Что такое гипертекст?

8. Что такое электронная почта?

9. Как образуются адреса в сети Интернет?

10. Как ищется информация в сети Интернет?

1. Найдите в сети Интернет сервер радиостанции «Русское радио».

2. Найдите в сети Интернет сервер газеты Известия.

3. Найдите в сети Интернет игровой сервер.

4. Найдите в сети Интернет вузы, занимающиеся дистанционным обучением.

5. Найдите в сети Интернет серверы с рефератами по истории и литературе.

6. Откройте себе почтовый ящик в Интернет.

Одним из видов информационных технологии на основе ЭВМ являются базы данных. В отличии от обычных файлов базы данных допускают определенные процедуры поиска и выборки информации, хранящейся в памяти вычислительных машин.

База данных - это совокупность данных, хранящихся в долговременной памяти ЭВМ и допускающих определенные способы поиска информации. В форме баз данных могут храниться различные сведения: расписание движения поездов, автобусов и самолетов, сведения о наличии товаров в магазине или на складе, сведения о студентах, преподавателях и сотрудниках, информация о книгах и многое, многое другое.

Информация в базах данных может быть организована несколькими способами. Табличная форма - наиболее простая и распространенная форма организации баз данных, получившая название реляционной. Пример таблицы:

Реляционные базы - это базы данных, в которых информация хранится в форме таблиц.

Каждая из таблиц в такой базе данных имеет строго определенное число столбцов, снабженных именами.

В рассматриваемом примере таблица имеет пять столбцов с именами фамилия, имя, рост, вес и глаза. В каждом из столбцов могут записываться данные определенного типа - числового или символьного. Так в столбцах вес и рост записываются числовые данные, а в столбцах фамилия, имя и глаза записывается символьная информация.

Данные об объектах, людях или вещах в этих таблицах записываются в виде строк. В приведенном примере сведения о росте, весе и цвете глаз Петровой Оли записаны во второй строке.

Порядок строк в таблицах задается при вводе данных. Однако во многих базах данных имеется возможность сортировки данных в таблицах. Наиболее распространенным видом сортировок в базах данных является упорядочение информации по одному из столбцов.

Для числовых данных упорядочение проводится по возрастанию или убыванию значений.

Например, упорядочение по росту:

Упорядочение символьных данных состоит в расположении их алфавитном порядке. Пример упорядочения по именам:

Наиболее важной возможностью баз данных является автоматический поиск информации.

Поиск данных - это отбор данных по четко определенной комбинации признаков.

Основой для поиска информации в базах данных служат запросы. Совокупность запросов, по которым можно получить информацию, считается главной характеристикой баз данных.

Запросы в базах данных подразделяются на простые и сложносоставные. В простых запросах указывается имя одного из столбцов и некоторое значение. Примеры простых запросов:

Ответами на запросы будут строки из таблицы приведенного типа. На первый запрос строки, в которых в графе фамилия стоит «Иванов», а на второй запрос - строки со значением «Оля» в графе имя.

Для числовых значений в запросах могут стоять знаки «больше» или «меньше». Примеры соответствующих запросов:

Ответами на эти запросы также будут одна или несколько строк из таблицы, в которых рост или вес будут удовлетворять указанным условиям. Но возможно, что поиск окажется безрезультативным, если ни одна строка в таблице не удовлетворяет заданным условиям.

Сложносоставные запросы образуются из простейших с использованием логических связок и и или. Примеры сложносоставных запросов:

Ответами на составные запросы со связкой и будут все строки таблицы, удовлетворяющие обоим условиям. Ответами на запросы со связкой или будут все строки таблицы, которые удовлетворяют первому или второму условию, либо и тому и другому одновременно.

Отличие баз данных от информационно-справочных и информационно-поисковых систем состоит в следующем. В информационно-справочных системах допустим только поиск информации. А в базах данных можно выполнять не только поиск информации, но и обновлять их, а также создавать новые таблицы либо реорганизовать их.

Обновление данных в таблицах баз данных проводится по элементам строк, а добавление информации - вводом новых строк. Для создания новой таблицы необходимо задать ее имя, число столбцов и указать типы значений в каждом из столбцов.

Задача 1. База данных об оценках.

Составьте базу данных об оценках своих товарищей, выделив следующие предметы: математика, физика и информатика. Укажите фамилии товарищей, их имена и оценки по этим предметам. Приведите примеры простых и сложносоставных запросов.

Р е ш е н и е. Пусть имеются три товарища: Иванов, Петрова и Сидоров со следующими оценками по физике, математике и информатике:

Примеры запросов:

1. Что такое база данных?

2. Что такое реляционные базы данных?

3. Что такое сортировка данных?

4. Как упорядочивается информация в базах данных?

5. Что такое запросы к базам данных?

6. Как строятся сложносоставные запросы?

7. Каковы основные возможности баз данных?

1. Составьте базу данных о кондитерских товарах, указав их название, вес, цену и вкус. Заполните базу данных на 5-6 наименований конфет. Приведите примеры сложно-составных и простых запросов с нетривиальными ответами.

2. Составьте базу данных о своих родных: маме, папе, сестрах, братьях, дедушках и бабушках с указанием их дней рождения и месте работы или учебы. Упорядочите базу данных по возрасту и приведите примеры запросов.

3. Составьте базу данных о своих друзьях с указанием их возраста, места учебы, профессий и любимых увлечений. Упорядочите базу данных в алфавитном порядке по именам друзей и приведите примеры запросов.

4. Составьте базу данных о своих учителях с указанием фамилий, имен, отчеств, возраста и предмета преподавания. Упорядочите базу данных в алфавитном порядке по фамилиям преподавателей и приведите примеры запросов.

5. Составьте базу данных по своей успеваемости с указанием оценок по литературе, физкультуре, математике, физике и информатике. Упорядочите базу данных в порядке убывания оценок по: а) литературе, б) физкультуре, в) математике.

6. Составьте базу данных по лучшим спортсменам года по любимому виду спорта с указанием лучших результатов или мест на ведущих соревнованиях.

7. Составьте по журналу успеваемости базу данных по следующим предметам: а) математике; б) информатике; в) физике; г) литературе.

Укажите запросы на поиск учеников, не имеющих 8. Составьте базу данных «Телефонный справочник» с телефонами своих друзей и родных с указанием фамилий и имен. Упорядочите базу данных по фамилиям.

Персональные компьютеры служат удобным средством вычислений и расчетов экономического и математического содержания. В этом смысле компьютеры намного эффективнее бухгалтерских счетов и калькуляторов, которые требуют больших затрат ручного труда.

Наиболее удобным средством проведения расчетов на персональных компьютерах являются электронные таблицы. В этих программах все исходные и расчетные данные отображаются на экране в форме таблиц.

Электронные таблицы - программы для выполнения и хранения различных расчетов и калькуляций на компьютерах. На персональных компьютерах IBM PC наибольшее распространение получили электронные таблицы Excel.

Калькуляция - это таблица с определенным набором надписей, формул и данных, используемых для расчетов. В качестве примера рассмотрим калькуляцию закупки сладостей к дню рождения.

Пусть к дню рождения принято решение купить шоколад и конфеты «Аленка», «Мишки», «Марс». Соответствующая калькуляция закупок конфет с учетом их цен, веса и количества имеет вид:

A B C D E F

С помощью приведенной калькуляции, меняя на экране количество конфет, можно оценить различные варианты закупок. В частности, можно решить следующие проблемы:

купить на заданную сумму наибольшее число сладостей;

купить на заданную сумму наибольшую массу конфет;

купить все виды конфет для пяти гостей в рамках заданной суммы.

Р е ш е н и е. Для выполнения расчетов в электронной таблице должна храниться следующая система формул:

Здесь B2, D3, E6, F7 - имена ячеек электронной таблицы; Sum (F2 : F4) - функция суммирования ячеек из столбца F от ячейки F2 до ячейки F4.

Основные возможности электронных таблиц на компьютерах:

1) автоматический перерасчет калькуляций;

2) хранение и поиск калькуляций в памяти ЭВМ;

3) вывод калькуляций на печать;

4) обновление и ввод новых калькуляций.

Перерасчет калькуляций в электронных таблицах производится автоматически сразу же после обновления на экране любых исходных данных. В этом заключается основное свойство и удобство электронных таблиц: один раз составленная калькуляция может использоваться многократно для выполнения расчетов при различных исходных данных.

Хранение калькуляций в электронных таблицах обычно проводится на магнитных дисках.

Это позволяет повторно использовать их для новых расчетов и перерасчетов. Бумажная копия любой из электронных таблиц со всеми ее исходными и расчетными данными может быть выведена на печать.

Ввод калькуляций, состоящих из надписей, числовых данных и формул, проводится по ячейкам. Для этого к необходимой ячейке подводится курсор с помощью мышки или клавиш стрелок, а затем нажимается клавиша Enter на клавиатуре либо клавиша на мышке.

Копирование и перенос надписей, данных, формул и целых блоков таблиц позволяет достаточно быстро создавать новые калькуляции из уже имеющихся в памяти компьютера. Многие электронные таблицы допускают изменение размеров строк или столбцов таблиц для их более наглядного и красивого расположения.

Числовые данные могут быть целыми и вещественный числами. Примеры записи чисел в электронных таблицах:

Обратите внимание: для записи дробной части обычно применяется точка, а не запятая.

Для записи десятичного порядка используется символ Е:

Расчетные формулы в электронных таблицах образуются из числовых значений, обозначений элементарных и специальных функций и имен ячеек электронной таблицы: А1, А2, A3, В1, В2, С1 и т. д.

Запись арифметических операций в формулах и числовых выражениях в электронных таблицах выполняется с помощью следующих знаков:

Математические функции в электронных таблицах имеют следующие обозначения:

sqr(x) - квадратный корень 1. Что такое калькуляция?

2. Каковы основные возможности электронных таблиц?

3. Какие электронные таблицы используются на IBM PC?

4. Как записываются формулы в электронных таблицах?

5. Какие математические функции есть в электронных таблицах?

1. Составьте систему формул для расчета заработной платы по следующей таблице:

2. Составьте калькуляцию для закупок письменных принадлежностей:

A B C D E F

3.Составьте калькуляцию закупок продуктов для похода на N дней и М человек.

Решение задач состоит в получении определенных результатов. Это относится к в работе, жизни или учебе: сдача экзаменов, написание сочинений, выполнение чертежей, изготовление приборов, инструментов и машин, сбор урожая, накопление капитала и т. п. - все это получение или достижение результатов.

Ключом к любой задаче является способ решения, дающий необходимые результаты. Знание способов решения и умение их применять для решения практических задач - важнейшая характеристика профессиональной квалификации.

Результаты правильные, если они отвечают требованиям решаемых задач. Однако, если требования сформулированы недостаточно четко, то нельзя однозначно судить о правильности полученных результатов.

Результаты неправильные, если они противоречат заданным требованиям. Как однозначно определить правильность результатов? Ответ: для этого необходима точная постановка задач с четким выделением требований.

Для решения задач необходимо определение:

Ответ на первый вопрос - что требуется? - точное определение требуемых результатов.

При отсутствии требований к конечным целям оценка полученных результатов может быть неоднозначной.

Ответ на второй вопрос - что дано? - определение исходных условий, при которых требуется получить результаты. Неоднозначность в определении исходных условий может привести к получению неправильных результатов.

Рассмотрим задачу: «Добраться домой». Исходным будет место, где мы находимся, а требуемым - свой дом. Способов решения этой задачи может быть много, но правильные среди них только те, которые обеспечат достижение своего дома.

Рассмотрим вторую задачу. «Решение уравнения 2х+1 = 0». Здесь требуемым является корень уравнения. В качестве решения уравнения можно рассмотреть два числа х1 = 1 и х2 = -1/2.

Правильным из них является то решение, при подстановке которого уравнение превратится в тождество.

Подстановка первого числа х1 = 1 в уравнение дает противоречие Следовательно, значение х1 = 1 - это неправильное решение, так как оно противоречит требованиям и не может быть корнем уравнения.

Подстановка второго решения х2 = -1/2 в уравнение дает тождество Таким образом значение х2 = -1/2 удовлетворяет исходному уравнению и является правильным решением.

Способ решения правильный, если он дает правильные результаты. Для определения правильности способов решения задач необходима четкая постановка решаемых задач, в которых должны быть строго определены требуемые результаты.

Способ - неправильный, если его применение приводит к получению неправильных результатов либо вовсе не дает никаких результатов. Использование неправильных способов решения может вообще не давать результатов.

Способы могут быть частными и общими. Частные способы дают конкретные решения частных задач. Частный способ может оказаться неприменимым для решения сходных задач, отличающихся деталями.

Общий способ может давать решения для целого класса задач, отвечающих определенным исходным условиям и отличающихся друг от друга конкретными исходными данными.

Так, для рассмотренной задачи решения уравнения 2-х + 1 = 0 можно использовать общий способ решения линейных уравнений вида ах + b = 0:

Применение этой формулы при а = 2, b = 1 дает решение х0 = - b/а = -1/2, которое нам уже известно как правильное.

В правильности общего способа решения уравнений вида ах + b = 0 можно убедиться подстановкой формулы х0 = - b/а в само уравнение:

При постановке обобщенных задач кроме выделения требуемого необходимо определить исходные условия, при которых должно быть получено требуемое. В такой постановке задач должно быть определено, какие исходные условия будут считаться допустимыми, а какие нет.

Приведем полное описание постановки рассмотренной выше задачи:

Уравнения данного типа можно решать в общем виде с помощью электронных таблиц, применяя описанный общий метод решения и следующую калькуляцию:

с расчетной формулой С3 = -С2/ А2.

Особую ценность для решения задач представляют обобщенные методы решения. Метод единый способ решения некоторого класса задач. Знание методов позволяет находить решения для любой конкретной задачи данного класса.

Метод решения правильный, если он дает правильные результаты для любой задачи данного класса. Применение таких методов гарантирует правильность результатов для любой из задач данного класса.

Метод решения неправильный, если можно указать конкретную задачу данного класса, для которой применение метода даст неправильные результаты либо не даст результатов вовсе.

Например, для уравнения ах + b = 0 формула х = - b/а не дает результата при а = 0. Но при значении а = 0 уравнение превращается в соотношение b = 0, что говорит о недопустимости этого значения. Следовательно, условием допустимости данных в рассматриваемой задаче будут значения а 0.

Правильность методов решения можно проверять на конкретных примерах. Достаточно привести хотя бы один контрпример, на котором способ или метод дает неправильный результат, чтобы утверждать о неправильности метода решения в целом.

Однако демонстрация правильности результатов на двух-трех примерах не может служить достаточным основанием для утверждений о правильности метода или способа решения в целом.

Полное обоснование правильности методов решения дает только исчерпывающий анализ результатов, получаемых с их помощью для любых задач данного класса. Пример - приведенное выше обоснование общего метода решения линейных уравнений.

В общем случае обоснование правильности обобщенных методов решения требует математического исследования получаемых результатов и математического доказательства их правильности для всех конкретных случаев.

1. Когда результаты правильные?

2. Когда результаты неправильные?

3. Когда способ решения правильный?

4. Что такое постановка задачи?

4. Что такое метод решения?

5. Когда метод решения правильный?

6. Когда метод решения неправильный?

1. Приведите постановку задачи и общий метод решения квадратного уравнения.

2. Приведите калькуляцию для решения квадратных уравнений на компьютере.

3. Докажите правильность общего метода решения квадратного уравнения.

4. Приведите калькуляцию для решения системы уравнений с двумя неизвестными:

с помощью следующего общего метода:

Глава 3. ОСНОВЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА Понятие «искусственный интеллект» возникло с появлением самых первых компьютерных программ, имитирующих интеллектуальную деятельность людей - игру в шахматы, шашки, доказательство теорем и решение задач на ЭВМ.

Все компьютерные программы, демонстрирующие интеллектуальное поведение, основаны на использовании определенного математического аппарата, опирающегося на законы математической логики. Без понимания этих законов невозможно понимание принципов работы вычислительных машин вообще и систем искусственного интеллекта в частности.

Логика - это наука, изучающая правильность суждений, рассуждений и доказательств.

Примеры суждений: «снег белый», «22 = 5», «Земля круглая», «информатика - наука», «генетика - лженаука».

Суждения могут быть истинными или ложными. Истинность или ложность суждений проверяется их соответствием действительности. Пример истинного суждения - «снег белый». Пример ложного суждения - «генетика - лженаука».

Суждение истинно, если оно отражает действительное положение вещей. Примеры истинных суждений: «снег белый», «22 = 4», «театр - это искусство».

Суждение ложно, если оно противоречит истинному положению вещей. Примеры ложных утверждений - «22 = 5», «снег - черный», «Земля плоская».

Однако существуют суждения, об истинности или ложности которых нельзя судить однозначно. Пример таких суждений: «есть жизнь на Марсе», «машина может думать», «астрология - наука».

Математическая логика - это дисциплина, изучающая технику математических доказательств. Отличие математических суждений от обычных разговорных высказываний состоит в том, что математические суждения всегда предполагают однозначную интерпретацию, в то время как наши обычные высказывания зачастую допускают многозначную трактовку.

Математика - наука, признающая исключительно только однозначные суждения, утверждения и допускающая только строгие доказательства. В то время как люди в своих рассуждениях и высказываниях допускают различного рода неточности и двусмысленности.

Работа ЭВМ как автоматических устройств основана исключительно на математически строгих правилах выполнения команд, программ и интерпретации данных. Тем самым работа компьютеров допускает строгую однозначную проверку правильности своей работы в плане заложенных в них процедур и алгоритмов обработки информации.

Фундаментом науки о вычислительных машинах является конструктивная математика, в основе которой лежит математическая логика и теория алгоритмов с их однозначностью в оценке суждений и процедур вывода. Математическая логика с самого начала использовалась для описания элементов и узлов ЭВМ, а теория алгоритмов - для описания компьютерных программ.

Основными объектами в математической логике являются - высказывания и предикаты.

Первые изучаются в исчислении высказываний, а вторые - в исчислении предикатов.

Высказывания - это суждения, о которых может быть известно - что они истины или ложны. В исчислении высказываний не исследуется - о чем утверждается в этих суждениях.

Высказывания обычно обозначаются отдельными буквами или буквами с возможными индексами. Примеры простых высказываний и их обозначений:

С математической точки зрения высказывания - это переменные, принимающие значения «истина» или «ложь». Эти два истинностных значения иногда заменяются словами «да», «нет», либо цифрами 1 и 0.

В отличии от высказываний предикаты - это суждения о некоторых переменных объектах или их свойствах. Примеры предикатов:

где х, у - это некоторые переменные (объекты).

Значениями переменных в предикатах могут быть числа, слова, вектора, списки, функции, процедуры, алгоритмы или даже программы. Для математической логики существенно, чтобы эти переменные объекты имели конструктивную форму и были бы строго определены.

С математической точки зрения предикаты - это функции, имеющие одну или несколько переменных и принимающие логические значения «истина» или «ложь». Обозначения предикатов в математической логике схожи с обозначениями обычных математических функций: Р(х), Q(x,y) и т. д.

В информатике для обозначения переменных, функций и предикатов, а также их аргументов обычно используются осмысленные слова и словосочетания в целях простоты их ввода в ЭВМ. Например, предикаты, используемые для описания фактов в языке Пролог, обычно имеют обозначения, выражаемые в лексике родного языка:

В форме предикатов с конкретными аргументами-значениями могут быть описаны факты любой базы данных. Примеры описания фактов из базы данных в записи на языке Пролог:

В этой же форме предикатов с переменными могут описываться и простейшие запросы к базам данных на языке Пролог. Примеры запросов к указанной базе данных на языке Пролог и соответствующие ответы ЭВМ:

1. Что изучает математическая логика?

2. Что изучает логика?

3. Что такое высказывание?

4. Что такое предикат?

5. Когда суждения истинны?

6. Когда суждения ложны?

1. Приведите примеры истинных и ложных утверждений 2. Выразите отрицания для высказываний:

Суждения в математической логике могут быть простыми и сложносоставными. Примеры простых суждений:

Сложносоставные суждения в математической логике образуются из простых с помощью логических связок и, или и не, выражающих три основных логических операции:

Примеры сложносоставных суждений:

(глаза = синие) или (глаза = голубые) Логическая связка не используется для выражения отрицаний. Примеры:

не (любит (Саша, конфеты)) - неверно, что Саша любит конфеты Наглядной иллюстрацией этих логических связок с предикатами служат следующие диаграммы:

Отрицание не А истинно или ложно в зависимости от истинности исходного суждения А.

Свойства отрицания не как логической связки можно описать таблицей истинности:

Таблица истинности:

Свойства отрицаний:

Для понимания отрицаний важно уметь выражать их в позитивной форме. Приведем примеры отрицания математических неравенств и их позитивные переформулировки:

Свойства отрицаний, записанные в таблицу истинностности, могут быть описаны как факты на языке Пролог:

После ввода этих фактов в ЭВМ с помощью запросов можно перепроверить свойства отрицаний:

Логическая связка и в математической логике называется конъюнкцией. Таблица истинности конъюнкции:

Свойства конъюнкции:

И1: Конъюнкция А и В истинна, когда истинны оба суждения.

И 2: Конъюнкция А и В ложна, когда ложно хотя бы одно из суждений А или В.

Логическая связка или в математической логике называется дизъюнкцией. Таблица истинности дизъюнкции:

Свойства дизъюнкции:

ИЛИ1: Дизъюнкция А или В истинна, когда истинно любое из суждений А или В.

ИЛИ2: Дизъюнкция А или В ложна, когда ложны оба суждения А и В.

Свойства конъюнкции и дизъюнкции также можно описать в виде фактов на языке Пролог:

Опираясь на эти факты можно получить ответы на вопросы о свойствах дизъюнкции и конъюнкции с помощью ЭВМ:

Одной из важнейших логических связок математической логики является импликация А В. Эта связка в математической логике используется для определения правил логического вывода.

Импликация А В - это логическое следование. Импликация А В читается: «если А, то В». Первое суждение в импликации называется посылкой, а второе суждение - следствием.

Приведем примеры правил логического вывода:

а) с использованием высказываний:

б) с использованием предикатов:

Таблица истинности импликации:

Свойства импликации:

П1: «Импликация А В ложна, когда посылка А истинна, а следствие В - ложно».

П2: «Импликация А В истинна, когда истинно следствие либо ложны и посылка и следствие».

В языке Пролог импликации используются для описания правил вывода и определения новых логических понятий. Например, понятие «сластена» в языке.Пролог описывается следующим образом:

Описание этого правила позволяет вводить в ЭВМ вопросы о «сластенах» и получать осмысленные ответы, исходя из сведений, хранящихся в базе данных:

С помощью таблиц истинности могут быть описаны и проверены свойства любых сложносоставных высказываний. Соответственно с помощью этих таблиц на ЭВМ средствами языка Пролог могут быть проверены любые сложносоставные высказывания и законы исчисления высказываний.

Задача 1. Проверьте закон двойного отрицания в исчислении высказываний Р е ш е н и е. Рассмотрим объединенную таблицу истинности высказываний Сравнение крайних столбцов показывает, что всюду, где высказывание А истинно, там же истинно и двойное отрицание не (не А). И наоборот, всюду, где ложно А, там ложно и двойное отрицание не (не А). Следовательно, двойное отрицание тождественно исходному высказыванию:

не (не А) А.

Задача 2. Сравните с помощью таблиц истинности отрицание дизъюнкции и отрицание конъюнкции не (А и В) и не (А или В).

1. Когда истинно отрицание?

2. Когда ложна дизъюнкция?

3. Когда истинна конъюнкция?

4. Когда ложна импликация?

1. Составьте таблицы истинности для утверждений:

2. Сравните с помощью таблиц истинности логические выражения:

3. Проверьте по таблицам истинности логические законы:

а) отрицание конъюнкции:

б) отрицание дизъюнкции:

в) отрицание импликации:

Пролог - это одна из моделей систем искусственного интеллекта, способных воспроизводить логические умозаключения. Кроме того, Пролог - это язык для описания фактов, правил и процедур логического вывода. О языке Пролог обычно говорят, что он представляет язык логического программирования.

Основной особенностью системы Пролог являются встроенные процедуры логического вывода, имитирующие способность человеческого интеллекта выполнять логические умозаключения. Какая лексика используется при этом - русского, английского или других языков - играет второстепенную роль, несущественную для ЭВМ, но важную для тех, кто будет работать и вести диалог с машиной.

Основная идея Пролога как языка записи фактов, вопросов и правил заключается в том, что они записываются в форме предикатов математической логики. Все они интерпретируются ЭВМ строго в соответствии с законами математической логики и ни чем более.

Основные конструкции языка Пролог - это факты, вопросы и правила. Все эти три конструкции записываются в форме предикатов и их комбинаций. Рассмотрим правила их записи на языке Пролог.

Факты - это конкретные сведения о ком-то либо о чем-то. Факты на языке Пролог записываются в форме предикатов с конкретными аргументами-значениями. Примеры записи фактов на Прологе:

Вопросы на Прологе - это запросы к совокупности данных или процедурам, хранящимся, в ЭВМ. Запись вопросов начинается со знака ?, за которым записывается предикат или группа предикатов, разделяемых запятыми. Примеры записи простых вопросов на языке Пролог:

Здесь буквы х, у - обозначения переменных, а числа и слова - конкретные значения аргументов в соответствующих предикатах. Знак подчеркивания «_» представляет неопределенное значение, которое несущественно для ответа на вопросы.

При записи сложносоставных вопросов в языке Пролог можно указывать несколько условий-предикатов, разделяемых запятыми. Запятая в этих сложносоставных вопросах играет роль логической связки и. Примеры сложносоставных вопросов:

? мама (х, у), мама (у, Оля) - Кто мама у мамы Оли?

? мама (х, у), папа (у, Оля) - Кто мама у папы Оли?

Правила в Прологе - это правила логического вывода. Слева в правилах записывается следствие, а справа - предусловие. Предусловие может состоять из одного или нескольких предикатов, разделяемых запятыми. Примеры записи правил вывода на Прологе:

студент (х) занятие (х, учеба); - Студент - тот, кто занят учебой;

нумизмат (х) собирает (х, монеты); - Нумизмат - тот, кто собирает монеты.

Примеры вопросов на использование этих правил:

В правилах со сложносоставными определениями запятая также играет роль логической связки и, объединяя условия, образующие определение. Такого рода правила позволяют создавать самые сложные и изощренные базы знаний по самым различным предметным областям и применениям.

Приведем пример составления базы знаний о друзьях. Будем различать друзей по их именам: Алеша, Оля и т. д. Включим в базу данных следующие сведения о друзьях:

что они коллекционируют;

чем они занимаются;

какие оценки они имеют.

При такой постановке проблемы и предметная область, и круг основных вопросов очерчены достаточно четко. Для записи фактов на Прологе примем следующие предикаты:

Вместо,,, при составлении базы знаний необходимо подставить конкретную информацию о конкретных друзьях. Записывать имена будем с большой буквы в именительном падеже. Далее, и - это существительные в именительном падеже, - целое число от 1 до 5.

Пусть об Оле и Алеше известно следующее:

1. Оле нравится музыка. Она собирает фотографии любимых певцов. Занимается домоводством. Оля имеет 4 по русскому языку и 5 по алгебре.