Формирование знаний и навыков работы на компьютере, изучение современных методов, программирования и решения задач с применением ЭВМ

1.1 Цели и задачи курса
Целью являются формирование знаний и навыков работы на компьютере, изучение современных методов, программирования и решения задач с применением ЭВМ.
Знать:
основные понятия об информации
о технических и программных средствах
назначение и структуру средств вычислительной техники,
современное программное обеспечение ПЭВМ
основы алгоритмизации задач
элементы программирования на объектно-ориентированном языке.
Уметь:
использовать современные операционные системы,
работать с текстовым процессором,
табличным процессором,
разрабатывать алгоритмы и программы на алгоритмическом языке.

Информатика - это наука, сложившаяся сравнительно недавно. Ее развитие связано с появлением в середине ХХ века электронно-вычислительных машин, которые явились мощными универсальными средствами для хранения, обработки и передачи информации.
Термин "информатика" происходит от французского слова Informatique и образован из двух слов: информация и автоматика. Этот термин введен во Франции в середине 60-х лет XX ст., когда началось широкое использование вычислительной техники.
Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях.

Информатика - это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними.
Предмет информатики как науки составляют:
аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
программное обеспечение средств вычислительной техники;
средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Информатику обычно представляют состоящей из двух частей:
технические средства;
программные средства.
Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твёрдые изделия".
А для программных средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово Software (буквально — "мягкие изделия"), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчёркивает способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.

Основные направления информатики для практического применения:
архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных задач);
преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

Основные понятия и определения Информатики

Информация - это совокупность сведений (данных), которая воспринимается из окружающей среды (входная информация), выдается в окружающую среду (выходная информация) или сохраняется внутри определенной системы.
Важнейшие свойства информации:
объективность и субъективность;
полнота;
достоверность;
адекватность;
доступность;
актуальность.
Данные являются составной частью информации, представляющие собой зарегистрированные сигналы.

Информация может существовать в самых разнообразных формах:
в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
в виде световых или звуковых сигналов;
в виде радиоволн;
в виде электрических и нервных импульсов;
в виде магнитных записей;
в виде жестов и мимики;
в виде запахов и вкусовых ощущений;
в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.
Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств и методов используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.
Современное понимание информационной системы предусматривает использование компьютера как основного технического средства обработки информации.
В работе информационной системы можно выделить следующие этапы:
сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения;
формализация данных - приведение данных, которые поступают из разных источников к единой форме;
фильтрация данных - устранение лишних данных;
сортировка данных - приведение в порядок с целью удобства использования;
архивация данных – сохранение удобной и доступной форме;
защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь данных;

транспортирование данных - прием и передача данных между отдаленными пользователями информационного процесса.
преобразование данных - преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.
Обработка информации – получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов.
Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.
Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации.

Информационные ресурсы – это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.
Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте и др.
Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов — трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют.
Информационная технология — это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации.
В настоящее время термин "информационная технология" употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки информации.

Системы счисления

Совокупность приемов наименования и обозначение чисел называется системой исчисления. В качестве условных знаков для записи чисел используются цифры.
Система исчисления, в которой значение каждой цифры в произвольном месте последовательности цифр, обозначающей запись числа, не изменяется, называется непозиционной.
Система исчисления, в которой значение каждой цифры зависит от места в последовательности цифр в записи числа, называется позиционной.

Проблема выбора системы исчисления для представления чисел в памяти компьютера имеет большое практическое значение.
В случае ее выбора обычно учитываются такие требования, как надежность представления чисел при использовании физических элементов, экономичность (использование таких систем исчисления, в которых количество элементов для представления чисел из некоторого диапазона было бы минимальном).
Более распространенной для представления чисел в памяти компьютера является двоичная система исчисления. Для изображения чисел в этой системе необходимо две цифры: 0 и 1, то есть достаточно двух стойких состояний физических элементов.

Поскольку 23=8, а 24=16 , то каждых три двоичных разряда числа образовывают один восьмеричный, а каждых четыре двоичных разряда - один шестнадцатеричный. Поэтому для сокращения записи адресов и содержимого оперативной памяти компьютера используют шестнадцатеричную и восьмеричную системы исчисления.

Запись числа в различных системах счисления

Алгоритмы перевода чисел из одной позиционной системы исчисление в другую
Перевод произвольной позиционной системы счисления в десятичную.
Если число в b-ричной системе счисления равно
то для перевода в десятичную систему вычисляем такую сумму:
Например:
1011002 = 1 · 25 + 0 · 24 + 1 · 23 + 1 · 22 + 0 · 21 + 0 · 1=
= 1 · 32 + 0 · 16 + 1 · 8 + 1 · 4 + 0 · 2 + 0 · 1 =
= 32 + 8 + 4 + 0 = 4410

Перевод из десятичной в произвольную позиционную систему счисления
Для перевода необходимо делить число с остатком на основание счисления до тех пор, пока частное больше основания счисления.
Например:
4410 переведём в двоичную систему
44 делим на 2. частное 22, остаток 0
22 делим на 2. частное 11, остаток 0
11 делим на 2. частное 5, остаток 1
5 делим на 2. частное 2, остаток 1
2 делим на 2. частное 1, остаток 0
1 делим на 2. частное 0, остаток 1
Частное равно нулю, деление закончено. Теперь записав все остатки слева направо получим число 1011002

Методы получения информации

Классификация методов получения информации

Ежедневное безошибочное выполнение одних и тех же действий происходит потому, что эти действия выполнялись очень много раз. Иными словами, он накопил некоторый опыт.
В отличие от этого существовал и до сих пор существует так называемый метод проб и ошибок. В настоящее время он называется эвристическим.
При эвристическом подходе проводятся многократные эксперименты, после которых отбирают наиболее удачные варианты. Эксперименты могут носить длительный характер.
Научный подход характеризуется тем, что производится не беспорядочный перебор всех возможных вариантов, а целенаправленный поиск. При проведении исследования на научной платформе изучают, анализируют все известные достижения в конкретной области. Затем проводят опыты. Причем не беспорядочно, а с учетом всех известных фактов и с учетом того влияния, которое могут оказать эти опыты на окончательные результаты.

Представление и обработка данных

Для того, чтобы использовать ЭВМ для обработки данных, необходимо располагать некоторым способом представления данных. Способ представления данных будет зависеть от того, для кого эти данные предназначены: для человека (внешнее представление) или для ЭВМ (внутреннее представление).
Во внутреннем представлении данные могут быть описаны в аналоговой (непрерывной) или цифровой (дискретной) формах. В соответствии с этим различают аналоговые и цифровые ЭВМ. Практически все используемые ЭВМ в настоящее время являются цифровыми. Таким образом, любые данные в современных ЭВМ представляются в виде целых чисел.
.

Любые аналоговые (непрерывные) информационные сигналы должны быть последовательно подвергнуты трем действиям
1 Дискретизация – это процесс разбиения сигнала на отдельные составляющие, взятые в определенные тактовые моменты времени t0, t1, t2 … и через четко определенные тактовые интервалы времени Т.
2 Квантование – замена отдельных составляющих исходного дискретного значения сигнала ближайшим уровнем квантования, сдвинутых друг относительно друга на промежуток, называемый шагом квантования:
3 Кодирование – перевод значения уровня квантования в конкретный двоичный код

Во внешнем представлении все данные хранятся в виде файлов. Во многих случаях требуется ещё более высокий уровень организации данных на внешнем уровне, тогда данные группируются в базы данных.
Уровни представления данных

Процедуры обработки данных также представляются на внешнем и внутреннем уровне. На внутреннем уровне каждая такая процедура представляет собой последовательность логических операций с целыми числами, и называется программой.
Уровни обработки данных

Измерение, количество и качество информации.

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:
1 байт = 8 бит.
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).

Качество информации
Возможность и эффективность использования информации обусловливается такими основными ее потребительскими показателями качества, как
Репрезентативность информации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта.
Содержательность информации отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. C=Ic/Vд.
Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения состав (набор показателей).

Актуальность информации определяется степенью сохранения ценности информации в момент ее использования.
Своевременность информации означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи.
Точность информации определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.
Достоверность информации определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью.
Устойчивость информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности.

В настоящее время получили распространение подходы к определению понятия "количество информации", основанные на том, что информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.
Так, американский инженер Р. Хартли (1928 г.) процесс получения информации рассматривает как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определяет как двоичный логарифм N.
Формула Хартли:
I = log2N.