|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Информатика и информационные технологииСтр 1 из 16Следующая ⇒
Введение в информатику
Информатика и информационные технологии Термин " информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает " информационная автоматика". Широко распространён также англоязычный вариант этого термина — " Сomputer science", что означает буквально " компьютерная наука". Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности. Предметом изучения информатики являются информационные технологии – процессы сбора, передачи и обработки данных с целью производства информации, пригодной для анализа человеком и принятия решений. Информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее.
Аппаратные средства информационных технологий
Аппаратные (технические) средства информационных технологий в англоязычной литературе называют hardware (дословно – жесткие изделия), в отличие от программных средств – software (дословно – мягкие изделия). К аппаратным средствам относятся компьютеры, подключаемое к ним периферийное оборудование и сетевые коммуникации. Компьютер (англ. computer — вычислитель)представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Существует два основных класса компьютеров:
Классификация компьютеров Компьютерные сети Компьютерная сеть (англ. Computer NetWork, от net — сеть и work — работа) — совокупность компьютеров, соединенных с помощью каналов связи и средств коммутации в единую систему для обмена сообщениями и доступа пользователей к программным, техническим, информационным и организационным ресурсам сети. Для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи используется модем. Модем обеспечивает преобразование цифровых сигналов компьютера в переменный ток частоты звукового диапазона — этот процесс называется модуляцией, а также обратное преобразование, которое называется демодуляцией. Отсюда название устройства: модем — мо дулятор/ дем одулятор.
Для осуществления связи один модем вызывает другой по номеру телефона, а тот отвечает на вызов. Затем модемы посылают друг другу сигналы, согласуя подходящий им обоим режим связи. После этого передающий модем начинает посылать модулированные данные с согласованной скоростью (количеством бит в секунду) и форматом. Модем на другом конце преобразует полученную информацию в цифровой вид и передает её своему компьютеру. Закончив сеанс связи, модем отключается от линии.
По степени географического распространения сети делятся на локальные, городские, корпоративные, глобальные и др. Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия (рис.2.3).
Логический и физический способы соединения компьютеров, кабелей и других компонентов, в целом составляющих сеть, называется ее топологией. Топология характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих объектов, их типы, длины каналов, хотя при проектировании эти факторы очень важны. Основные топологии ЛВС – кольцевая, шинная и звездообразная – схематически представлены на рис. 2.4. Пользователь компьютера, являющегося узлом ЛВС, при загрузке ОС вводит пароль и получает доступ к файлам, хранимым на других компьютерах, и к периферийным устройствам, подключенным к другим узлам.
       
(а) (б) (в)
Рис. 2.4. Основные топологии ЛВС: а - кольцевая, б - шинная, в - звездообразная
Взаимосвязь узлов сети определяется соглашениями – протоколами На крупных предприятиях обычно используется не одноранговая сеть, а ЛВС с выделенным файл-сервером. В отличие от сервера, компьютеры в узлах такой сети называют еще рабочими станциями. Рабочие станции одного отдела или, например, размещенные на одном этаже здания, обычно соединяются со специальным коммутирующим устройством, называемым концентратором (HUB), а концентраторы соединяются с файл-сервером. Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга (рис.2.5). Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.
Городская сеть (MAN — Metropolitan Area NetWork) — сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города. Таблица 3.1 Система счисления Система счисления — это совокупность приемов и правил, по которым числа записываются и читаются. Существуют позиционные и непозиционные системы счисления. В позиционных системах счисления значение цифры зависит от ее положения в числе, а в непозиционных — не зависит. Римская непозиционная система счисления. Самой распространенной из непозиционных систем счисления является римская. В качестве цифр в ней используются: I (1), V (5), X (10), L (50), С (100), D (500), М (1000). Значение цифры не зависит от ее положения в числе. Например, в числе XXX (30) цифра X встречается трижды и в каждом случае обозначает одну и ту же величину - число 10, три числа по 10 в сумме дают 30. Позиционные системы счисления. В позиционных системах счисления количественное значение цифры зависит от ее позиции в числе.. Например, в числе 757, 7 первая семерка означает 7 сотен, вторая — 7 единиц, а третья — 7 десятых долей единицы. Сама же запись числа 757, 7 означает сокращенную запись выражения 700 + 50 + 7 + 0, 7 = 7 . 102 + 5 . 101 + 7 . 100 + 7 . 10-1 = 757, 7. Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием.
Наиболее распространенными в настоящее время позиционными системами счисления являются десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная. Каждая позиционная система имеет определенный алфавит цифр и основание. За основание системы можно принять любое натуральное число — два, три, четыре и т.д. Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная, четверичная и т.д. Запись чисел в каждой из систем счисления с основанием q означает сокращенную запись выражения an-1 qn-1 + an-2 qn-2 +... + a1 q1 + a0 q0 + a-1 q-1 +... + a-m q-m,
С л о ж е н и е При сложении цифры суммируются по разрядам, и если при этом возникает избыток, то он переносится влево.
В ы ч и т а н и е Пример. Вычтем единицу из чисел 102, 108 и 1016 У м н о ж е н и е Выполняя умножение многозначных чисел в различных позиционных системах счисления, можно использовать обычный алгоритм перемножения чисел в столбик, но при этом результаты перемножения и сложения однозначных чисел необходимо заимствовать из соответствующих рассматриваемой системе таблиц умножения и сложения.
Ввиду чрезвычайной простоты таблицы умножения в двоичной системе, умножение сводится лишь к сдвигам множимого и сложениям.
Деление в любой позиционной системе счисления производится по тем же правилам, как и деление углом в десятичной системе. В двоичной системе деление выполняется особенно просто, ведь очередная цифра частного может быть только нулем или единицей.
Алгебра логики Алгебра логики — это раздел математики, изучающий высказывания, рассматриваемые со стороны их логических значений (истинности или ложности) и логических операций над ними. Логическое высказывание — это любoе повествовательное пpедлoжение, в oтнoшении кoтopoгo мoжно oднoзначнo сказать, истиннo oнo или лoжнo. Так, например, предложение " 6 — четное число" следует считать высказыванием, так как оно истинное. Предложение " Рим — столица Франции" тоже высказывание, так как оно ложное. Разумеется, не всякое предложение является логическим высказыванием. Высказываниями не являются, например, предложения " ученик десятого класса" и " информатика — интересный предмет". Первое предложение ничего не утверждает об ученике, а второе использует слишком неопределённое понятие " интересный предмет". Вопросительные и восклицательные предложения также не являются высказываниями, поскольку говорить об их истинности или ложности не имеет смысла. Предложения типа " в городе A более миллиона жителей", " у него голубые глаза" не являются высказываниями, так как для выяснения их истинности или ложности нужны дополнительные сведения: о каком конкретно городе или человеке идет речь. Алгебра логики рассматривает любое высказывание только с одной точки зрения — является ли оно истинным или ложным. Заметим, что зачастую трудно установить истинность высказывания. Так, например, высказывание " площадь поверхности Индийского океана равна 75 млн кв. км" в одной ситуации можно посчитать ложным, а в другой — истинным. Ложным — так как указанное значение неточное и вообще не является постоянным. Истинным — если рассматривать его как некоторое приближение, приемлемое на практике. Употребляемые в обычной речи слова и словосочетания " не", " и", " или", " если..., то", " тогда и только тогда" и другие позволяют из уже заданных высказываний строить новые высказывания. Такие слова и словосочетания называются логическими связками. Bысказывания, образованные из других высказываний с помощью логических связок, называются составными. Высказывания, не являющиеся составными, называются элементарными. Так, например, из элементарных высказываний " Петров — врач", " Петров — шахматист" при помощи связки " и" можно получить составное высказывание " Петров — врач и шахматист", понимаемое как " Петров — врач, хорошо играющий в шахматы". При помощи связки " или" из этих же высказываний можно получить составное высказывание " Петров — врач или шахматист", понимаемое в алгебре логики как " Петров или врач, или шахматист, или и врач и шахматист одновременно". Истинность или ложность получаемых таким образом составных высказываний зависит от истинности или ложности элементарных высказываний. Чтобы обращаться к логическим высказываниям, им назначают имена. Пусть через А обозначено высказывание " Тимур поедет летом на море", а через В — высказывание " Тимур летом отправится в горы". Тогда составное высказывание " Тимур летом побывает и на море, и в горах" можно кратко записать как А и В. Здесь " и" — логическая связка, А, В — логические переменные, которые мoгут принимать только два значения — " истина" или " ложь", обозначаемые, соответственно, " 1" и " 0". Каждая логическая связка рассматривается как операция над логическими высказываниями и имеет свое название и обозначение: НЕ Операция, выражаемая словом " не", называется отрицанием и обозначается чертой над высказыванием (или знаком И Операция, выражаемая связкой " и", называется конъюнкцией (лат. conjunctio — соединение) или логическим умножением и обозначается точкой " . " (может также обозначаться знаками ИЛИ Операция, выражаемая связкой " или" (в неисключающем смысле этого слова), называется дизъюнкцией (лат. disjunctio — разделение) или логическим сложением и обозначается знаком v (или плюсом). Высказывание А v В ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В ложны. Например, высказывание " 10 не делится на 2 или 5 не больше 3" ложно, а высказывания " 10 делится на 2 или 5 больше 3", " 10 делится на 2 или 5 не больше 3", " 10 не делится на 2 или 5 больше 3" — истинны. ЕСЛИ-ТО Операция, выражаемая связками " если..., то", " из... следует", "... влечет...", называется импликацией (лат. implico — тесно связаны) и обозначается знаком Каким же образом импликация связывает два элементарных высказывания? Покажем это на примере высказываний: " данный четырёхугольник — квадрат" ( А ) и " около данного четырёхугольника можно описать окружность" ( В ). Рассмотрим составное высказывание 1. А истинно и В истинно, то есть данный четырёхугольник квадрат, и около него можно описать окружность; 2. А ложно и В истинно, то есть данный четырёхугольник не является квадратом, но около него можно описать окружность (разумеется, это справедливо не для всякого четырёхугольника); 3. A ложно и B ложно, то есть данный четырёхугольник не является квадратом, и около него нельзя описать окружность. Ложен только один вариант, когда А истинно, а В ложно, то есть данный четырёхугольник является квадратом, но около него нельзя описать окружность. В обычной речи связка " если..., то" описывает причинно-следственную связь между высказываниями. Но в логических операциях смысл высказываний не учитывается. Рассматривается только их истинность или ложность. Поэтому не надо смущаться " бессмысленностью" импликаций, образованных высказываниями, совершенно не связанными по содержанию. Например, такими: " если президент США — демократ, то в Африке водятся жирафы", " если арбуз — ягода, то в бензоколонке есть бензин". РАВНОСИЛЬНО Операция, выражаемая связками " тогда и только тогда", " необходимо и достаточно", "... равносильно...", называется эквиваленцией или двойной импликацией и обозначается знаком Высказывания А и В, образующие составное высказывание Итак, нами рассмотрены пять логических операций: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция, импликация и эквиваленция. Импликацию можно выразить через дизъюнкцию и отрицание: А Эквиваленцию можно выразить через отрицание, дизъюнкцию и конъюнкцию: А Порядок выполнения логических операций задается круглыми скобками. Но для уменьшения числа скобок договорились считать, что сначала выполняется операция отрицания (" не" ), затем конъюнкция (" и" ), после конъюнкции — дизъюнкция (" или" ) и в последнюю очередь — импликация. С помощью логических переменных и символов логических операций любое высказывание можно формализовать, то есть заменить логической формулой. Определение логической формулы: 1. Всякая логическая переменная и символы " истина" (" 1" ) и " ложь" (" 0" ) — формулы. 2. Если А и В — формулы, то 3. Никаких других формул в алгебре логики нет. В п. 1 определены элементарные формулы; в п. 2 даны правила образования из любых данных формул новых формул. Если две формулы А и В одновременно, при одинаковых наборах значений входящих в них переменных, принимают одинаковые значения, то они называются равносильными. Равносильность двух формул алгебры логики обозначается символом " =" или символом "
С х е м а ИЛИ
Схема ИЛИ реализует дизъюнкцию двух или более логических значений. Когда хотя бы на одном входе схемы ИЛИ будет единица, на её выходе также будет единица. Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ с двумя входами представлено на рис. 5.2. Знак " 1" на схеме — от устаревшего обозначения дизъюнкции как " > =1" (т.е. значение дизъюнкции равно единице, если сумма значений операндов больше или равна 1). Связь между выходом z этой схемы и входами x и y описывается соотношением: z = x v y (читается как " x или y" ).
Таблица истинности схемы ИЛИ
С х е м а НЕ Схема НЕ (инвертор) реализует операцию отрицания. Связь между входом x этой схемы и выходом z можно записать соотношением z = Если на входе схемы 0, то на выходе 1. Когда на входе 1, на выходе 0. Условное обозначение на структурных схемах инвертора — на рисунке 5.3
Таблица истинности схемы НЕ
С х е м а И—НЕ Схема И—НЕ состоит из элемента И и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы И. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом:
Таблица истинности схемы И—НЕ
С х е м а ИЛИ—НЕ Схема ИЛИ—НЕ состоит из элемента ИЛИ и инвертора и осуществляет отрицание результата схемы ИЛИ. Связь между выходом z и входами x и y схемы записывают следующим образом:
Таблица истинности схемы ИЛИ—НЕ
Триггер, сумматор Триггер — это электронная схема, широко применяемая в регистрах компьютера для надёжного запоминания одного разряда двоичного кода. Триггер имеет два устойчивых состояния, одно из которых соответствует двоичной единице, а другое — двоичному нулю. Термин триггер происходит от английского слова trigger — защёлка, спусковой крючок. Самый распространённый тип триггера — так называемый RS-триггер (S и R, соответственно, от английских set — установка, и reset — сброс). Условное обозначение триггера — на рис. 4.6.
Он имеет два симметричных входа S и R и два симметричных выхода Q и На каждый из двух входов S и R могут подаваться входные сигналы в виде кратковременных импульсов ( Наличие импульса на входе будем считать единицей, а его отсутствие — нулем. На рис. 4.7 показана реализация триггера с помощью вентилей ИЛИ—НЕ и соответствующая таблица истинности.
Сумматор — это электронная логическая схема, выполняющая суммирование двоичных чисел. Сумматор служит, прежде всего, центральным узлом арифметико-логического устройства компьютера, однако он находит применение также и в других устройствах машины.
Один и тот же объект может иметь множество моделей, а разные объекты могут описываться одной моделью. Различные типы географических карт (физические, политические и пр.) представляют информационные модели, отражающие различные особенности земной поверхности, то есть один и тот же объект отражают несколько моделей. С другой стороны, разные объекты могу описываться одной моделью. Так, в механике различные материальные тела могут рассматриваться как материальные точки. В процессе познания окружающего мира человечество постоянно использует моделирование и формализацию. При изучении нового объекта сначала обычно строится его описательная информационная модель на естественном языке, затем она формализуется, т.е. выражается с использованием формальных языков (математики, логики и др.). Модели, описывающие процессы изменения и развития систем, называются динамическими информационными моделями. В физике динамические информационные модели описывают движение тел, в биологии – развитие организмов или популяций животных, в химии – процессы прохождения химических реакций и так далее. Типы информационных моделей В табличной информационной модели перечень однотипных объектов или свойств размещен в первом столбце (или строке) таблицы, а значения их свойств размещаются в следующих столбцах (или строках) таблицы. Табличные информационные модели проще всего строить и исследовать на компьютере с помощью электронных таблиц и систем управления базами данных. В иерархической информационной модели объекты распределены по уровням. Каждый элемент более высокого уровня может состоять из элементов нижнего уровня, а элемент нижнего уровня может входить в состав только одного элемента более высокого уровня. В биологии весь животный мир рассматривается как иерархическая система (тип, класс, отряд, семейство, род, вид), в информатике используется иерархическая файловая система и так далее. Сетевые информационные модели применяются для отражения систем со сложной структурой, в которых связи между элементами имеют произвольный характер. Примером сетевой структуры является глобальная сеть Интернет. Формализованная информационная модель преобразуется в компьютерную модель, то есть выражается на понятном для компьютера языке. Существуют два принципиально различных пути построения компьютерной модели: построение алгоритма решения задачи и его кодирование на одном из языков программирования; построение компьютерной модели с использованием одного из приложений (электронных таблиц, СУБД и пр.). 4. Проводится компьютерный эксперимент. Если компьютерная модель существует в виде программы на одном из языков программирования, ее нужно запустить на выполнение и получить результаты. Если компьютерная модель исследуется в приложении, например в электронных таблицах, можно провести сортировку или поиск данных, построить диаграмму или график и так далее. Программное обеспечение ПК Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:
Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ — от игровых до научных.
Операционная система Операционная система — это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначение которого — организовать взаимодействие пользователя с компьютером и выполнение всех других программ. Операционная система выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит:
Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы. Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы — драйверы. Драйверы стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянное ЗУ компьютера. Операционные системы делятся на одно- и многозадачные, непереносимые и переносимые на другие типы компьютеров, несетевые и сетевые. |
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 349; Нарушение авторского права страницы
). Высказывание 
истинно, когда A ложно, и ложно, когда A истинно. Пример. " Луна — спутник Земли" (А); " Луна — не спутник Земли" ( 
или & ). Высказывание А . В истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В истинны. Например, высказывание " 10 делится на 2 и 5 больше 3" истинно, а высказывания " 10 делится на 2 и 5 не больше 3", " 10 не делится на 2 и 5 больше 3", " 10 не делится на 2 и 5 не больше 3" — ложны.
. Высказывание 
ложно тогда и только тогда, когда А истинно, а В ложно.
или ~. Высказывание 
истинно тогда и только тогда, когда значения А и В совпадают. Например, высказывания " 24 делится на 6 тогда и только тогда, когда 24 делится на 3", " 23 делится на 6 тогда и только тогда, когда 23 делится на 3" истинны, а высказывания " 24 делится на 6 тогда и только тогда, когда 24 делится на 5", " 21 делится на 6 тогда и только тогда, когда 21 делится на 3" ложны.
). Образованные из высказываний А и В составные высказывания A 
истинны, а высказывания A 
v В.
" Замена формулы другой, ей равносильной, называется равносильным преобразованием данной формулы.
, где 
, где 
читается как " инверсия x и y". Условное обозначение на структурных схемах схемы И—НЕ с двумя входами представлено на рисунке 5.4.
, где 
, читается как " инверсия x или y ". Условное обозначение на структурных схемах схемы ИЛИ—НЕ с двумя входами представлено на рис. 5.5.
, причем выходной сигнал Q является логическим отрицанием сигнала 
).