Информатика и компьютерная техника

Тема 1. Основные понятия информатики.

Информация и сообщения.

Информатика  - наука, которая изучает структуру и общие свойства информации, а также вопросы, связанные со сбором, обработкой, хранением, поиском, передачей и использованием информации. В частности, к предмету информатики относят вопросы, связанные с проектированием, созданием и функционированием компьютерных систем и их применением. В англоязычных странах вместо термина "Информатика" (Informatique) используют термин "Computer Science".

Понятие  информации  является первичным понятием, то есть таким, который нельзя дать строгого определения, а можно лишь растолковать, поскольку оно не выражается через более простые понятия в силу того, что же является простым. Слово "информация" означает сведения, объяснения, изложение и тому подобное.

Еще одним первичным понятием информатики является понятие  сообщения . Связь между понятиями сообщения и информации является следующим: всякая информация передается через конкретное сообщение. В сообщении можно рассматривать книгу, лекцию, песню, картину, фильм, музыкальное произведение и так далее. Те же сведения, которые мы получаем из сообщения, - и является информацией.

Информацию по сообщениям мы получаем с помощью определенного правила (совокупности правил), которое называется  правилом интерпретации . Таким образом, связь между информацией и сообщением можно изобразить в виде следующей формулы:

,

где - сообщения - информация, полученная из сообщения, - правило интерпретации. Связь между информацией и сообщением не является взаимно однозначным. По-разному интерпретируя одно и то же сообщение мы получим разную информацию. Правила интерпретации сообщений навязывают определенные правила формирования сообщений, а именно, - сообщения, передает некоторую информацию, должно быть сформировано так, чтобы получатель, применяя правило интерпретации мог получить (восстановить) передаваемую информацию.

Совокупность правил интерпретации вместе с правилами формирования сообщений составляют язык. Сообщение можно разделить на два класса - дискретные и недискретные. Дискретные сообщения - это сообщения, которые сформированы с помощью конечного набора некоторых знаков. Примерами таких сообщений является письмо с текстом, речь, музыкальное произведение. В первом случае конечным набором знаков есть буквы, цифры и знаки препинания. В случае речи, как конечный набор знаков выступает набор звуков - фонем. Музыкальное произведение является конечным набором нот. Упорядоченный набор знаков, используемых для формирования сообщений, называется алфавитом.

В  недискретные сообщений  относятся такие сообщения, которые нельзя представить в виде конечного набора знаков. Это, в частности, рисунки, карты, графики. Тем не менее, недискретные сообщения можно подать приближенно в виде дискретных ( см. Кодирование графической информации ).

Дискретное сообщение, записанное с помощью некоторого набора знаков, можно записать, используя некоторый другой набор знаков. Правило, описывающее отображение одного набора знаков в другой, называется  кодом , а сам процесс превращения сообщения записанного с помощью одного набора знаков в сообщении, записанное с помощью другого набора знаков, называется кодированием . В более широком смысле под кодировкой понимают процесс сопоставления информационным объектам (т.е. информации) набора знаков. Так, для общения между собой мы используем украинский язык. При разговоре, информацию мы кодируем с помощью звуков (фонем), а на письме - с помощью букв и знаков препинания. Таким образом, речь в данном случае выступает в роли кода.

В информатике большую роль играет  двоичный набор знаков . Как правило, его рассматривают как упорядоченный - {0, 1}, то есть, как  двоичный алфавит . Это обусловлено относительной технической простотой реализации двух состояний в технических устройствах: напряжение есть - напряжений нет, ток есть - тока нет, вектор намагниченности направлен в некотором выделенном направлении - вектор намагниченности направлен в противоположном направлении.

В качестве одного из основных положений информатики можно рассматривать то, что всякое сообщение можно с произвольным степенью точности представить с помощью 0 и 1 (двоичного алфавита) в виде конечной последовательности. Например, 1101011101110111. Подать сообщение в виде двоичной последовательности можно во много способов (даже в бесконечно много). Часто о различных способах кодирования сообщений с помощью двоичного алфавита говорят как о разных форматах сообщений.

Сообщение в двоичной форме можно характеризовать  длиной  - количеством двоичных цифр, составляющих его. Единицей длины двоичного сообщения является  бит , что соответствует сообщению, которое состоит из одной двоичной цифры. Например, длина сообщения 10011 составляет 5 бит. Слово bit (бит) является сокращением английского binary digital, что переводится, как "двоичная цифра". Для характеристики длины сообщения используют и крупные единицы:

1 байт = 8 бит,

1 Килобайт (1 Кбт) = 1024 байта,

1 Мб (1 Мбт) = 1024 Килобайт,

1 Гигабайт (1 Гбт) = 1024 Мегабайт,

1 Терабайт (1 ТБТ) = 1024 гигабайт.

Следует отметить, что в битах, кроме длины сообщения, также измеряется  количество информации , которую сообщение несет. Эта величина, говоря несколько упрощенно, характеризует полезность сообщения. Количество информации является предметом рассмотрения теории информации. Длина сообщения и количество информации различны величинами, но их единицы измерения называются одинаково. Поэтому нужно не путать биты (байты и т.д.), характеризующие длину сообщения, с битами (байтами и т.д.), характеризующие количество информации. Впрочем, мы не будем говорить дальше о количестве информации, поэтому все перечисленные единицы будут касаться лишь длины сообщения.

Кодирования текстовой информации.

В компьютере всякое сообщение подается в виде двоичной последовательности. Такое представление будем называть двоичным кодом сообщения. Кодирования текстовых сообщений, то есть сообщений в письменной форме на естественном языке, осуществляется следующим образом: каждому символу сообщения (включая знаки препинания и пробелы) ставится в соответствие, по определенному правилу набор из нулей и единиц - двоичный код символа. Записывая вместо символов в текстовом сообщении их двоичные коды, получим двоичный код сообщения.

Таблица, которая устанавливает соответствие между символами и их двоичными кодами называется кодовой таблицей. Код каждого символа имеет длину 8 бит (1 байт). Всего символов в кодовой таблице есть 2  = 256. Существует много разных вариантов кодовых таблиц, но их основу составляет  ASCII - Американский стандартный код обмена информацией. ASCII задает коды первых 128 символов кодовой таблицы, куда входят большие и малые буквы английского алфавита, знаки препинания, цифры, математические символы и управляющие символы.

На вторую половину кодовой таблицы общего стандарта нет. Так, компания IBM разместила во второй половине буквы ряда европейских алфавитов, буквы греческого алфавита, дополнительные математические символы, а также символы псевдографики. Эта таблица называется кодовой таблицей 437.

Для Европы больше подходит кодировка 850, которая метит буквы большинства европейских алфавитов, а также северо- и южноамериканских алфавитов. Во второй половине таблицы для этого были выброшены буквы греческого алфавита и некоторые символы псевдографики (ибо число символов кодовой таблицы фиксировано и равно 256).

Ни таблица 437, ни таблица 850 не содержат букв украинского, российского и белорусского алфавитов - кириллицы. Для этих стран разработана кодовая таблица 866. В жертву принесены некоторые символы псевдографики, а также специфические буквы европейских алфавитов.

Вторую половину кодовой таблицы называют расширением ASCII. Коды символов кодовой таблицы записываются в большинстве случаев не в двоичной форме, а с помощью шестнадцатеричного алфавита (то есть, с помощью системы счисления по основанию 16).

В этом алфавите используются цифры 0, 1, ..., 9, A, B, C, D, E, F. Это позволяет записать таблицу более компактно. Код каждого символа записывается в этом случае как две шестнадцатеричные цифры. Переход от 16-го кода ко 2-му легко осуществить, заменив каждую из шестнадцатеричных цифр четырьмя двоичными в соответствии с табл.1:

 

Здесь 2-я строка - шестнадцатеричные цифры, 1-я строка соответствующие им числа в десятичной системе счисления, 3-я строка - запись шестнадцатеричных цифр в двоичной системе счисления.

Пример. Шестнадцатеричный код А3 соответствует двоичному коду 10100011.

Ниже (табл. 2) представляет кодировка 866.

Таблица 2.

Шестнадцатеричный код символа состоит из номера столбца и номера строки, где находится символ. Так, буква  Й  имеет шестнадцатеричный код F4, двоичный - 11110100.

Кроме букв, цифр, знаков препинания ASCII еще включает в себя управляющие символы - символы с кодами от 00 до 1F (первые два столбца кодовой таблицы). Они используются при обмене информацией между компьютерами через сеть, а также при выводе информации на экран монитора или на принтер. Да, мы привыкли, что текст в книге разбит на страницы, а страницы - на строки. В памяти компьютера текст представляет собой единую последовательность. При выводе на экран или принтер, необходимо снова разбить текст на строки, страницы и т.д. Обозначение конца строки, страницы, и вообще всего текста, осуществляется с помощью этих управляющих символов.

Пробел между буквами также знаком ASCII с шестнадцатеричным кодом 20.

Десятичные цифры 0, 1, ..., 9 имеют коды от 30 до 39 соответственно. Применяя ASCII число 26 (в десятичной системе счисления) можно представить как 00110010 00110110. Первые 8 цифр - это двоичный код цифры 2, а следующие 8 - двоичный код цифры 6.

При вводе текста в компьютер перевод букв в двоичные коды осуществляется автоматически. Так же автоматически осуществляется преобразование двоичных кодов в изображение символов при выводе на экран или принтер в соответствии с установленной кодовой таблицы.

Каждый символ в сообщении, закодированном с помощью ASCII, занимает 1 байт. В последнее время, с ростом мощности компьютеров, используется 16-битное кодирование Unicode (Юникод). Каждый символ при кодировании с помощью Unicode изображается шестнадцатого двоичными цифрами. Общее количество символов равна 2 16  = 65536. Этого достаточно, чтобы закодировать практически все символы большинства народов мира, элементы китайских, японских и корейских иероглифов, позволяющие строить любые иероглифы, и огромное количество специальных символов.

Кодирование числовой информации.

Кодировать числа с помощью кода ASCII можно, но такой способ кодирования является неэкономным. Число, которое должно цифр, будет кодироваться последовательностью из 8 × двоичных цифр. Так число 1000000 будут представлены в памяти компьютера как последовательность из 56 двоек и единиц. Более экономным по сравнению с кодированием с помощью ASCII, есть запись числа в двоичной системе счисления. 1000000 в двоичной системе счисления изобразится как

11110100001001000000

где всего 20 двоичных цифр. О переводе десятичных чисел в двоичные (и наоборот) при помощи стандартной программы Калькулятор см.  Тему 8 .

С другой стороны, выполнение математических действий в компьютере осуществляется над числами, записанными в двоичной системе счисления, а не закодированными с помощью ASCII. Компьютер также автоматически осуществляет перевод чисел в двоичную систему счисления. Откуда компьютер знает, каким образом перевода чисел использовать? Это определяет программа, которая в данный момент управляет его работой.

Кодирование графической информации.

Рисунки и фотографии являются примерами недискретные сообщений. Их подают в виде дискретных, разбивая рисунок горизонтальными и вертикальными прямыми на маленькие прямоугольники - элементы изображения, или пикселы. Каждому элементу ставится в соответствие двоичная последовательность фиксированной длины, в зависимости от того, сколько цветов мы хотим закодировать в сообщении. (Мы не можем точно передать рисунок или фотографию в виде дискретного сообщения, поскольку теоретически для этого нужно чтобы размер элемента изображения был бесконечно мал, а количество - бесконечно велика. Но этого и не требуется в силу наших ограниченных физиологических возможностей, - достаточно передать изображение так, чтобы человек не мог отличить его от оригинала.).

Для кодирования черно-белого изображения нам достаточно ставить в соответствие каждому элементу одну двоичную цифру, например, 1 - для белого прямоугольника, 0 - для черного. Для кодирования 4-цветового изображения требуется уже последовательность из двух цифр, например, 00 - черный цвет, 01 - синий цвет, 10 - зеленый, 11 - красный.Полноценная цветовая гамма получается при кодировании каждого элемента 24 битами. Размер элемента изображения должен быть малым настолько, чтобы он имел один цвет (а не был, например, частью красный, а частью зеленый).

Выписывая коды каждого элемента изображения, слева направо, строка за строкой, мы получим двоичную последовательность, является кодом рисунка.

Пример. Используя описанный выше 2-битное кодирование, рисунок с орнаментом можно представить в виде последовательности 100101010101101011111011111001001010101010101.

Здесь 10 - код первого элемента (зеленый цвет), 01 - код второго элемента (синий цвет) и т.д.

Такой способ кодирования графики называется  растровым . Мы сохраняем информацию о количестве элементов изображения и цвет каждого элемента.

Есть еще и другой способ кодирования графической информации -  векторный . Суть его заключается в том, что мы разбиваем изображение на элементы - элементарные отрезки и дуги, и сохраняем информацию о параметрах этих элементов (толщину, цвет, положение на рисунке и т.д.). Эту информацию мы можем закодировать, используя ASCII или другие, специальные способы.

Алгоритмы.

Электронная вычислительная машина (ЭВМ), или компьютер, является устройство, назначение которого - автоматическая обработка информации. В действительности, компьютер обрабатывает не информация, а сообщения. Но поскольку сообщения являются носителями информации, то обработка сообщений приводит к обработке информации.

Перед рассмотрением принципов работы компьютера рассмотрим еще одно первичное понятие информатики - понятие алгоритма.  Алгоритмом  называется закончена последовательность инструкций (команд), выполнение которых над определенными объектами (данными) однозначно приводит к некоторым новым объектов (результатов).Объект (или субъект), который осуществляет выполнение алгоритма называется исполнителем . Взаимосвязь между алгоритмом, данными, результатами и исполнителем можно изобразить с помощью следующей схемы (рис.1):

 

Рис 1. Связь между данными, исполнителем и алгоритмом.

Исполнитель может выполнять только операции по некоторой конечного множества. Это множество называется  системой операций исполнителя .

Алгоритм имеет следующие свойства:

-  Детерминированность (определенность). Это значит, что описание множества операций, которой определяется алгоритм не должны допускать двояким толкований, а также строго определенным порядок выполнения операций.

-  дискретность.  Это значит, что процесс, который определяется алгоритмом, должен состоять из отдельных завершенных шагов.

-  Результативность.  Количество шагов (операций) в алгоритме является конечным, и выполнение их над входными данными приводит к вполне определенному результату.

-  Формальность.  - Любой исполнитель, способный воспринимать и выполнять указания алгоритма (даже не понимая их содержания), действуя по алгоритму может выполнить поставленную задачу.

-  Массовость.  - Алгоритм должен быть применим к широкому классу входных данных.

Алгоритм можно подавать в разных формах:

- Словесной;

- Словесно-формульной;

- Графической;

- С помощью специальной алгоритмического языка;

При составлении алгоритма развязку некоторой задачи  S , ее разбивают на меньшие подзадачи. Возможны лишь три типа связей между подзадачами:

1.  Следование. Подзадачи решаются одна за другой в порядке их следования (Рис.2).

 

Рис 2. Следование.

2.  Разветвление. Для решения задачи S небходимо сначала решить подзадачу определения подлинности утверждение U ( условия). Если утверждение U является истинным, то тогда ровьязуеться подзадача S1, если нет - то подзадача S2 (Рис.3). Иногда, в последнем случае никакую подзадачу решать нужно. Тогда такое разветвления называется неполным. (Рис.4).

 

Рис 3. Разветвление.

 

Рис 4. Неполное ветвление.

3.  Поторення (цикл). Циклы бывают двух типов: циклы ПОКА и циклы К.

Цикл ПОКА.  Для решения задачи  S  необходимо установить истинность утверждения  U  (условия). При отрицательном ответе задача  S  решена, а при положительной - нужно решить подзадачу  S1  и снова вернуться к проверке истинности утверждения  U . Итак, пока утверждение   является истинным, решается подзадача  S1  и снова проверяется условие  U.  (Рис.5)

Цикл К.  При этом способе сначала решается подзадача  S1 , а затем проверяется условие  U . Если это условие выполняется (т.е. ее значение является истиной), то задача  является решенной; если нет, то опять решается подзадача  S1 . Эти действия повторяются до наступления истинности утверждения  U . (рис.6).

Каждая из подзадач  U ,  S1 ,  S2 , в свою очередь, может быть разбита на более мелкие подзадачи с использованием рассмотренных связей между подзадачами. Такое разбиение подзадач на более мелкие подзадачи продолжается до тех пор, пока решение каждой подзадачи станет возможным реализовать с помощью одной команды из системы операций исполнителя.

Рассмотрены структуры связей между подзадачами называются  базовыми структурами алгоритмов . Важной особенностью их является то, что каждая из них имеет один вход и один выход. Таким образом, алгоритм решения задачи может представлять собой лишь линейная цепочка последовательно присоединенных друг к другу базовых структур алгоритмов или отдельную базовую алгоритмический структуру.

 

Рис. 5. Цикл ПОКА.

 

Рис. 6. Цикл К.

 

 

Змiст

Тема 1. Основные понятия информатики.

Тема 2. Устройство компьютера и принципы его работы.

Тема 3. Периферийные устройства

Тема 4. Программное обеспечение

Тема 5. Операционная система Windows 95/98:

Тема 6. Операционная система Windows 95/98:

Тема 7. Операционная система Windows 95/98: Настройка

Тема 8. Стандартные программы Windows 95/98:

Тема 9. Стандартные программы Windows 95/98:

Тема 10. Редактор MS Word: Основы работы с редактором

Тема 11. Редактор MS Word: Форматирование документов

Тема 12. Редактор MS Word: Работа с таблицами.

Тема 13. Редактор MS Word: Дополнительные возможности

Тема 14. Электронные таблицы MS Excel: Основы работы

Тема 15. Электронные таблицы MS Excel: Работа с формулами Вот формул

Тема 16. Электронные таблицы MS Excel: Построение диаграмм. Географические карты

Тема 17. Электронные таблицы MS Excel: Сводные таблицы. Таблицы данных.

Тема 18. Электронные таблицы MS Excel:

Тема 19. Электронные таблицы MS Excel Средство Поиск развязку


Нові надходження

Всього підручників:

292