СТРУКТУРИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК ПО ИНФОРМАТИКЕ ПОД РЕДАКЦИЕЙ СЕМАКИНА
Слайды 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. Место информатики в научном мировоззрении Информация Человек и информация Восприятие информации человеком Языки и информация Технические системы передачи информации Измерение информации Содержательный подход к измерению информации Метод двоичного поиска Вычисление количества информации Таблица решений уравнения 2 i = N Вероятность и информация Алфавитный подход к измерению информации Единицы информации Числовая и логическая информация Системы счисления Развернутая форма записи числа Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую Таблица эквивалентов чисел в разных системах счисления Перевод чисел в десятичную систему счисления Перевод десятичных чисел в другие системы счисления Двоичная арифметика Введение в математическую логику Основные логические операции Архитектура и история ЭВМ
26. Основные устройства ЭВМ 27. Память ЭВМ 28. Внутренняя память ЭВМ 29. Внешняя память 30. Персональный компьютер 31. Основные характеристики ПК 32. Состав устройств компьютера 33. Поколения ЭВМ 34. Характеристики поколений ЭВМ(1) 35. Характеристики поколений ЭВМ(2) 36. Программное обеспечение 37. ЭВМ и информация 38. Виды программного обеспечения (ПО) 39. Системное ПО и системы программирования 40. Операционная система (ОС) 41. Пользовательский интерфейс 42. Работа с текстовой информацией 43. Обработка и хранение текстов 44. Гипертекст 45. Работа с фрагментами текста и и окнами 46. Компьютерная графика 47. Введение в компьютерную графику 48. Области применения компьютерной графики 49. Художественная и рекламная графика 50. Графический монитор 51. Видеоконтроллер 52. Кодирование графических изображений 53. Кодирование цветного изображения 54. Два принципа представления изображений 55. Особенности растровой и векторной графики
56. Графические редакторы 57. Хранение и поиск информации 58. Информационные системы 59. Реляционные базы данных 60. Типы полей в реляционных БД 61. Системы управления базами данных (СУБД) 62. Табличные вычисления на компьютере 63. Электронные таблицы 64. Системы и модели 65. Система 66. Классификация систем 67. Модели 68. Типы информационных моделей объектов и процессов 69. Графы
Структурное содержание Информационное моделирование Информация и информационные процессы Информация Системы и модели Числовая и логическая информация Компьютер (ЭВМ) Архитектура и история ЭВМ Информатика Работа с текстовой информацией Управление и алгоритмы Программное обеспечение Информационные технологии Хранение и поиск информации Моделирование знаний Программирование Табличные вычисления на компьютере Компьютерная графика Введение в программирование Знакомство с языком Паскаль Компьютерные коммуникации 5
Информатика______________________________________ Место информатики в научном мировоззрении Информатика Реальный мир Информация и информационные процессы Естественные науки Вещественные и энергетические объекты и процессы Представление человека о реальном мире Информатика – одна из фундаментальных областей научного знания, отражающая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации. Это стремительно развивающаяся сфера деятельности человека, связанная с использованием информационных технологий. 6
Информатика Информация и информационные процессы Информация ИН ИН. 1 ИН. 2 Человек и информация ИН. 11 Восприятие информации человеком ИН. 211 Метод двоичного поиска ИН. 12 Языки и информация Измерение информации ИН. 13 Технические системы передачи информации ИН. 212 Вычисление количества информации ИН. 21 Содержательный подход к измерению информации ИН. 213 Таблица решений уравнения 2 i = N ИН. 214 Вероятность и информация ИН. 22 Алфавитный подход к измерению информации ИН. 221 Единицы информации 7
Информация и информационные процессы Информация ИН. 1 Человек и информация Декларативные Я знаю, что… Знания Процедурные Я знаю, как… Базовые составляющие информационных процессов Хранение В памяти человека На внешних носителях Внутренняя Внешняя память «память» книги, мозг как носитель магнитные информации носители и прочее Передача Источник информации Канал связи помехи (шум) Приемник информации Хранение Оперирование информацией по определенным правилам §Логические рассуждения §Вычисления §Кодирование §Структурирование §Поиск 8
Информация Человек и информация ИН. 11 Восприятие информации человеком Окружающий мир Органы чувств Зрение Вкус Обоняние Осязание Слух Мозг человека (память) 9
Информация Человек и информация ИН. 12 Языки и информация Язык – символьная система представления и обмена информацией Естественные языки §русский, §английский, §китайский и другие Формальные языки §язык математики §язык музыки §(нотная грамота) §язык химии §и другие Языки, используемые в информатике Устная форма (речь) Письменная форма (письменность) §языки программирования §языки описания данных §языки представления знаний §командные языки операционных систем и другие 10
Информация Человек и информация ИН. 13 Технические системы передачи информации Искажения и потери (помехи, шум) Источник информации КДУ кодирующее устройство Канал связи ДКДУ декодирующее устройство Приемник информации Защита от помех Кодирование – преобразование информации в форму, пригодную для передачи ее по каналу связи Декодирование – преобразование информации в форму, пригодную для ее получения Канал связи – это технические средства, используемые человеком для передачи информации на значительные расстояния Примеры каналов связи: телефонная сеть, каналы теле- и радиосвязи, компьютерные сети и т. д. 11
Информация и информационные процессы Информация ИН. 2 Измерение информации Информация Человек Знания Техническое устройство Последовательность символов, сигналов Подходы к измерению информации Содержательный (вероятностный) Через неопределенность знаний с учетом вероятности событий Алфавитный Через количество символов с учетом информационного веса символов 12
Информация Измерение информации ИН. 21 Содержательный подход к измерению информации Информативность сообщений Новизна Понятность Сообщение информативно для конкретного человека, если оно пополняет его знания Информация превращается в знания, если есть логическая связь новых сведений с имеющимися знаниями Сообщение несет информацию для человека, если заключенные в нем сведения являются для него новыми и понятными Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 2 раза, несет 1 бит информации 13
Информация Содержательный подход к измерению информации ИН. 211 Метод двоичного поиска Игра, использующая метод двоичного поиска Игра: Требуется угадать задуманное число из данного диапазона целых чисел. Игрок, отгадывающий число, задает вопросы, на которые можно ответить только «да» или «нет» . Если каждый ответ отсекает половину вариантов (уменьшает выбор в 2 раза), то он несет 1 бит информации. Тогда общее количество информации (в битах), полученной при угадывании числа, равно количеству заданных вопросов. Пример: требуется угадать задуманное число из диапазона от 1 до 8 1. Число меньше 5? нет 1 бит 1 2 4 5 6 7 8 1 2 33 4 5 6 7 8 2. Число меньше 7? да 1 бит 5 6 7 8 5 6 нет 1 бит 3. Это число -5? 8 возможных вариантов – 3 вопроса – 3 бита информации 14
Измерение информации Содержательный подход к измерению информации ИН. 212 Вычисление количества информации 2 i = N где N – количество равновероятностных событий i – количество информации в сообщении о том, что произошло одно из N равновероятностных событий Задача 1. При угадывании целого числа в диапазоне от 1 до N было получено 6 бит информации. Чему равно N? Решение: значение N определяется из формулы N = 2 i. После подстановки i = 6, получаем N =26 = 64 Задача 2. В корзине лежат 16 шаров разного цвета. Сколько информации несет сообщение о том, что из корзины достали красный шар? Решение: вытаскивание любого из 16 шаров – события равновероятные. Поэтому для решения задачи применима формула 2 i = N. Здесь N = 16 – число шаров. Решая уравнение 2 i = 16, получаем ответ: i = 4 бита. 15
Измерение информации Содержательный подход к измерению информации ИН. 213 Таблица решений уравнения 2 i = N N i N i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 0. 00000 1. 58496 2. 00000 2. 32193 2. 58496 2. 80735 3. 00000 3. 16993 3. 32193 3. 45943 3. 58496 3. 70044 3. 80735 3. 90689 4. 00000 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 4. 08746 4. 16993 4. 24793 4. 32193 4. 39232 4. 45943 4. 52356 4. 58496 4. 64386 4. 70044 4. 75489 4. 80735 4. 85798 4. 90689 4. 95420 5. 00000 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 5. 04439 5. 08746 5. 12928 5. 16993 5. 20945 5. 24793 5. 28540 5. 32193 5. 35755 5. 39232 5. 42626 5. 45943 5. 49185 5. 52356 5. 55459 5. 58496 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 5. 61471 5. 64386 5. 67243 5. 70044 5. 72792 5. 75489 5. 78136 5. 80735 5. 83289 5. 85798 5. 88264 5. 90689 5. 93074 5. 95420 5. 97728 6. 00000 16
Измерение информации Содержательный подход к измерению информации ИН. 214 Вероятность и информация Подсчет информации в сообщениях о неравновероятных событиях Условие задачи: За прошедший год ученик получил 100 оценок: • 60 пятерок • 25 четверок • 10 троек • 5 двоек Определить количество информации в сообщениях о получении каждой из оценок Количество информации в сообщении о некотором событии зависит от вероятности этого события: если вероятность уменьшается, количество информации увеличивается Расчет вероятности оценок Р 5 = 60/100 = 0. 6 = 60 % Р 4 = 25/100 = 0. 25 = 25 % Р 3 = 10/100=0. 1 = 10 % Р 2 = 5/100 = 0. 05 = 5 % 2 i = 1/Р i = log 2 (1/P) i 5 = log 2 (1/0. 6) = 0. 737 бит i 4 = log 2 (1/0. 25) = 2 бита i 3 = log 2 (1/0. 1) = 3. 3129 бита i 2 = log 2 (1/0. 05) = 4. 3219 бита 17
Информация Измерение информации ИН. 22 Алфавитный подход к измерению информации Количество символов в алфавите (его размер) называется мощностью алфавита (N) 2 i = N Если считать, что все символы в тексте появляются с одинаковой частотой i I=Kx. I Количество информации в одном символе Количество информации в символьном сообщении (К – число символов) Если N = 256 = 28, то “информационный вес” одного символа i = 8 бит = 1 байт 18
Измерение информации Алфавитный подход к измерению информации ИН. 221 Единицы информации Один символ компьютерного алфавита – 8 бит = 1 байт 1 килобайт = 1 Кб = 210 байт = 1024 байта 1 мегабайт = 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб (1048576 байт) 1 гигабайт = 1 Гб = 210 Мб = 1024 Мб (1048576 Кб) Скорость передачи информации (информационного потока) – это количество информации, передаваемое за единицу времени (бит/с, байт/с, …) 19
Информатика Информация и информационные процессы СС МЛ Числовая и логическая информация СС. 1 МЛ. 1 Введение в математическую логику Системы счисления СС. 11 Развернутая форма записи числа СС. 12 Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую СС. 13 Двоичная арифметика МЛ. 11 Основные логические операции МЛ. 12 Логические схемы СС. 121 Таблица эквивалентов чисел в разных системах счисления СС. 122 Перевод чисел в десятичную систему счисления СС. 123 Перевод десятичных чисел в другие системы счисления МЛ. 121 Примеры вычисления логических выражений МЛ. 13 Логические элементы 20
Информация и информационные процессы Числовая и логическая информация СС. 1 Системы счисления Непозиционные Позиционные От положения знака в изображении числа не зависит величина, которую он обозначает Величина, обозначаемая цифрой в записи числа, зависит от ее позиции Например: 138, 333 и т. д. Например: VIII, XXI и т. д. Алфавит римской системы записи чисел Символ (знак) I V X L Его значение 1 5 10 50 в д. с. с. C D M Алфавит десятичной системы счисления 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 100 500 1000 Система счисления – это способ представления чисел и соответствующие ему правила действий над числами 21
Числовая и логическая информация Системы счисления СС. 11 Развернутая форма записи числа Аq an-1 * qn-1 +…+ a 1 * q 1 + a 0 * q 0+ a-1 * q-1 +…+ a-m * q-m где q – основание системы счисления (количество используемых цифр) Аq – число в системе счисления с основанием q а – цифры многоразрядного числа Аq n (m) – количество целых (дробных) разрядов числа Аq 200 + 30 + 9 + 0, 4 + 0, 05 Пример: 239, 4510 2 * 100 + 3 * 10 + 9 * 1 + 4 * 0, 1 + 5 * 0, 01 2 * 102 + 3 * 101 + 9 * 100 + 4 * 10 -1 + 5 * 10 -2 а 1 а 0, а-1 а-2 а 2 * 102 + а 1 * 101 + а 0 * 100 + а-1 * 10 -1 + а-2 * 10 -2 22
Числовая и логическая информация Системы счисления СС. 12 Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую q=8 q=2 374 q = 16 q = 8 (23) 3 7 4 011 100 11111100 q=2 1111 1100 F C FC q = 16 (24) q ≠ 10 q = 10 Запись числа в развернутой форме и вычисление полученного выражения в десятичной системе 1101102 → 5410 2378 → 15910 3 FA 16 → 101810 q = 10 q ≠ 10 1. Последовательное целочисленное деление десятичного числа на основание системы q 2. Выделение остатков от деления 3. Запись числа в системе счисления с основанием q 3710 → 1001012 24510 → 3658 23
Системы счисления Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую СС. 121 Таблица эквивалентов чисел в разных системах счисления А 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 А 2 А 8 000 001 010 011 100 101 110 111 А 2 А 16 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 0 0 A 2 → A 8 1 1 2 2 3 3 4 4 11111100 5 6 11111100 10 11 12 13 14 15 16 17 7 8 9 А 011 100 3 A 2 → A 16 7 7 4 1111 C С D E F 011 100 374 1100 F В 3 7 4 1111 FC 1100 F C 24
Системы счисления Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую СС. 122 Перевод чисел в десятичную систему счисления Aq Метод: использование развернутой формы записи числа A 10 an-1 * q(n-1) +. . . + a 1 * q 1 + a 0 * q 0 A 2 = 110110 q = 2 (двоичное число) n = 6 1 * 25 + 1 * 24 + 0 * 23 + 1 * 22 + 1 * 21 + 0 * 20 = 54 A 8 = 237 q = 8 (восьмеричное число) n = 3 2 * 82 + 3 * 81 + 7 * 80 = 2 * 64 + 3 * 8 + 7 = 128 + 24 + 7 = 159 A 16 = 3 FA q = 16 (шестнадцатеричное число) n = 3 3 * 162 + 15 * 161 + 10 * 160 = 3 * 256 + 15 *16 +10 = 1018 25
Системы счисления Перевод целых чисел из одной системы счисления в другую СС. 123 Перевод десятичных чисел в другие системы счисления А 10 37 37 18 18 9 4 2 2 1 1 Делитель (основание) 2 2 2 2 Остаток 1 1 0 0 0 1 1 А 10 = 3710 = А 2 = 1001012 Читать снизу вверх Число Aq Число 245 30 3 Делитель (основание) Остаток 8 8 5 6 3 А 10 = 24510 = А 8 = 3658 Деление происходит до тех пор, пока частное не станет меньше делителя (основания системы q) 26
Числовая и логическая информация Системы счисления СС. 13 Двоичная арифметика Таблица сложения 0 + 0 = 0 1 + 0 = 1 0 + 1 = 1 1 + 1 = 10 1101101 1001000 1011011 Таблица вычитания 0 -0 = 0 1 – 0 = 1 1 – 1 = 0 10 – 1 = 1 110101001 10001 11001 10011 10001 00000 Таблица умножения 0 * 0 = 0 1 * 1 = 1 11001 10001 11001 00000 11001 110101001 27
Информация и информационные процессы Числовая и логическая информация МЛ. 1 Введение в математическую логику Логическая константа Логическая величина (фиксированное значение) (Понятие, выражаемое словами) ИСТИНА (TRUE), ЛОЖЬ (FALSE) ИСТИНА или ЛОЖЬ Логическая переменная (символически обозначенная логическая величина, которая может принимать значение) ИСТИНА или ЛОЖЬ Высказывание – это повествовательное предложение, в котором что-либо утверждается или отрицается. По поводу любого высказывания можно сказать, истинно оно или ложно. Логическое выражение – это простое или сложное высказывание, представленное в символической форме. Сложное высказывание строится из простых с помощью логических операций (связок) 28
Числовая и логическая информация Введение в математическую логику МЛ. 11 Основные логические операции «И» (AND) «ИЛИ» (OR) «НЕ» (NOT) Конъюнкция логическое умножение Дизъюнкция логическое сложение Инверсия логическое отрицание F=a / b aиb→F F=a / b a или b → F F=a не a → F a 0 0 1 1 b 0 1 F 0 0 0 1 a 0 0 1 1 b 0 1 F 0 1 1 1 a 0 1 F 1 0 29
Информатика Компьютер Архитектура и история ЭВМ ПК Основные устройства ЭВМ Память ЭВМ Внутренняя память ЭВМ Числа в памяти ЭВМ Персональный компьютер (ПК) Характеристика поколений ЭВМ Внешняя память Представление целых чисел Поколения ЭВМ Основные характеристики ПК Состав устройств ПК 30
Информатика Компьютер Основные устройства ЭВМ (компьютер) Человек Органы чувств Мозг человека Речь, жесты… Средство связи компьютера с внешним миром Прием (ввод) информации Устройство ввода Хранение информации Устройство памяти Мышление (обработка информации) Процессор Передача (вывод) информации Устройство вывода Устройство ввода Внутренняя память Устройство вывода Процессор Внешняя память Средства долговременного хранения информации Архитектура ЭВМ – это описание устройства и принципов работы компьютера, достаточное для пользователя и программиста 31
Компьютер Архитектура и история ЭВМ Память ЭВМ Внутренняя память ОЗУ ПЗУ Внешняя память Носители Магнитные Оптические ОЗУ – оперативное запоминающее устройство (энергозависимая память для чтения и записи информации) ПЗУ – постоянное запоминающее устройство (энергозависимая память только для чтения информации) 32
Архитектура и история ЭВМ Память ЭВМ Внутренняя память ЭВМ 0 или 1 БИТ Двоичная кодировка Структура внешней памяти Байты Биты 0 1 1 0 0 1 0 1 1 2 1 1 0 0 1 0 3 0 0 1 1 1 0 1 1 Дискретность §Наименьшим элементом памяти является бит §В одном бите памяти может храниться один бит информации Адресуемость §Байт памяти – наименьшая адресуемая часть внутренней памяти (1 байт = 8 бит) §Все байты пронумерованы, начиная от 0 §Номер байта – адрес байта памяти §Процессор обращается к памяти по адресам 33
Архитектура и история ЭВМ Память ЭВМ Внешняя память Магнитные устройства НМЛ (стриммеры) кассетные накопители на магнитной ленте Оптические устройства НМД (дисководы) накопители на магнитных дисках накопители на гибких дисках CD-ROM Оптические (лазерные) диски накопители на жестком диске (винчестеры) Файл – это основная именная единица информации на внешнем носители 34
Компьютер Архитектура и история ЭВМ Персональный компьютер Структура ПК Микропроцессор Внутренняя память Информационная магистраль (шина) Контроллеры Внешние устройства Состав устройств ПК Системный блок Блок питания (БП) Системная плата: Микропроцессор (МП) Внутренняя память (ПЗУ + ОЗУ) Тактовый генератор (ТГ) Системный интерфейс – шина (СИ) Контроллеры внешних устройств (К) Внешняя память (ВЗУ) Основные характеристики ПК: объем внутренней памяти, тактовая частота, разрядность процессора Устройства ввода Устройства вывода 35
Архитектура и история ЭВМ Персональный компьютер Основные характеристики ПК Объем внутренней памяти (КБ, Мб) Во внутреннюю память помещаются используемые программы и оперативные данные. Чем больше объем внутренней памяти, тем больше возможный размер программ и данных. Тактовая частота (Мгц) Режим работы микропроцессора задается генератором тактовой частоты. На выполнение процессором каждой операции отводится определенное количество тактов. Чем больше тактовая частота, тем быстрее работает процессор. Разрядность процессора ( 8, 16, 32, 64…разрядов) Разрядность – это максимальная длина двоичного кода, который может обрабатываться или передаваться процессором целиком. Разрядность определяется размером регистров (машинное слово). 36
Архитектура и история ЭВМ Персональный компьютер Состав устройств компьютера Клавиатура Мышь К Джойстик К К К Сканер Микрофон К К Микропроцессор К Принтер К ТГ ПЗУ ОЗУ К К Внешняя ВЗУ память Устройства ВВОДА Монитор Плоттер (графопостроитель) Звуковые колонки Блок питания СИСТЕМНЫЙ БЛОК Устройства ВЫВОДА 37
Компьютер Архитектура и история ЭВМ Поколение ЭВМ – период развития вычислительной техники, отмеченный относительной стабильностью архитектуры и технических решений Смена поколений обычно связана с переходом на новую элементную базу, что приводит к скачку в росте основных характеристик ЭВМ Новая элементная база Новые технологии производства I поколение 1945… II поколение 1955… Новое поколение ЭВМ III поколение 1965… Новый состав программного обеспечения Новые области применения IV поколение 1975… V поколение ? . . . 38
Архитектура и история ЭВМ Поколение ЭВМ Характеристики поколений ЭВМ I 1945 – 60 -е II 1955 – 70 -е Элементная база Электронные лампы Транзисторы Максимальное быстродействие процессора (опер. /сек) 10 – 20 тыс. 100 тыс. – 1 млн. Максимальная емкость ОЗУ (Кбайт) 100 Периферийные устройства Магнитные барабан и лента; перфокарты и перфоленты; цифровая печать 1000 Магнитные барабаны и ленты; перфоносители; алфавитноцифровая печать III 1965 – 80 -е IV 1975 – 90 -е V ? Сверхбольшие интегральные схемы (СБИС), микропроцессоры Оптоэлектроника, криоэлектроника 10 млн. 109 + многопроцессорность 1012 + многопроцессорность 10000 107 108 Интегральные схемы (ИС) и большие интегральные схемы (БИС) Консоли; магнитные диски и ленты; дисплеи, графопостроители Цветной графи- ческий дисплей, клавиатура, манипуляторы, принтеры, модемы + устройства ввода с голоса, устройства чтения рукописного текста и пр. 39
Архитектура и история ЭВМ Поколение ЭВМ Характеристики поколений ЭВМ I 1945 – 60 -е (продолжение) II 1955 – 70 -е III 1965 – 80 -е IV 1975 – 90 -е V ? + + Операционные системы; СУБД; пакеты прикладных программ + Прикладное ПО общего назначения; экспертные системы, сетевое ПО, мультимедиа Интеллектуальные программные системы + Развитые интеллектуальные системы в области творческой деятельности Программное обеспечение Библиотеки стандартных программ, автокоды Области применения Научнотехнические расчеты Обработка текстовой и числовой информации, крупных массивов данных в области науки и производства + информационные системы; системы автоматизации; АСУ, САПР, АСНИ и др. + Все сферы научной, производственной, учебной деятельности; отдых и развлечения; Интернет Примеры моделей ЭВМ МЭСМ, БЭСМ-1, БЭСМ-2, М-20, Минск М-220, БЭСМ-3, Урал 14, Минск-32, БЭСМ-6 IBM 360/370, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ Персональные компьютеры: IBM PC, Makintosh Супер ЭВМ: , Cray, Cyber, Эльбрус Языки программирования высокого уровня и трансляторы 40
Информатика Компьютер ПО Программное обеспечение Виды программного обеспечения ЭВМ и информация Системное ПО и системы программирования Операционная система Файлы и файловые структуры Многоуровневая файловая структура Пользовательский интерфейс 41
Компьютер Программное обеспечение ЭВМ и информация Информация для ЭВМ Программы Данные Память Информационные процессы Хранение Внутренняя память Программы Внешняя память Данные Файлы Передача ВВОД ВЫВОД Символы Изображение Звук Обработка Автоматическая обработка данных процессором по программе, помещенной в ОЗУ Знаковая двоичная форма представления информации 42
Компьютер Программное обеспечение Виды программного обеспечения (ПО) Системное ПО Прикладное ПО Общего назначения §Текстовые редакторы §Графические редакторы §СУБД (базы данных) §Электронные таблицы §Коммуникационные (сетевые) программы §Компьютерные игры §………… (СП) системы программирования Специального назначения §Бухгалтерские пакеты §Системы автоматизированного проектирования (САПР) §Математические пакеты §Экспертные системы §Педагогические программные средства §…………… Прикладное ПО – это программы, с помощью которых пользователь решает свои информационные задачи, не прибегая к программированию 43
Программное обеспечение Виды программного обеспечения Системное ПО и системы программирования Операционная система (ОС) Набор программ, управляющих ОЗУ, процессором, внешними устройствами и файлами, ведущих диалог с пользователем Диалоговые оболочки Настройки к ОС, обеспечивающие пользователю дружественный интерфейс Сервисное ПО • Программы обслуживания дисков (копирование, форматирование и пр. ) • Программы сжатия файлов на дисках (архиваторы) • Антивирусные программы и др. Системы программирования Средство для создания, отладки и выполнения программ на языках программирования (инструмент программиста) 44
Виды программного обеспечения Системное ПО и системы программирования Операционная система (ОС) Ядро Файлы ОЗУ ВЗУ Функции операционной системы 1. Диалог с пользователем 2. Управление ресурсами (процессорным временем, внутренней памятью, внешними устройствами) 3. Работа с файлами Примеры ОС: MS-DOS, CP/M, RT 11, UNIX, WINDOWS… Компоненты операционной системы Командный Файловая система интерпретатор §Сохранение информации в ВЗУ Программа, §Чтение информации из файлов обеспечивающая диалог §Удаление файлов ЭВМ с пользователем §Переименование файлов §Копирование файлов §Вывод на экран каталога и пр. Драйверы внешних устройств Набор программ, обеспечивающих взаимодействие процессора с внешними устройствами 45
Виды программного обеспечения Системное ПО и системы программирования Пользовательский интерфейс Посимвольный набор и ввод команд с клавиатуры в компьютер в диалоговом режиме Выбор команд из меню Текстовое меню Ввод команд путем нажатия функциональных или «горячих» клавиш (комбинаций клавиш) Пиктографическое меню Интерфейс – это способ общения программы с пользователем Дружественный пользовательский интерфейс – удобный для пользователя способ общения с компьютером Меню – это список на экране, из которого пользователь может выбрать нужные ему элементы 46
Компьютер Программное обеспечение Файлы и файловая структура Поиск файла Полное имя файла Адрес Диск: путь Имя файла имя. расширение Текстовый файл *. txt Архивный файл Исполняемые файлы (программы) Запись в ОЗУ Инициализация (запуск) Файлы данных Просмотр Редактирование *. arj Исполняемые файлы *. com *. exe *. bat Файловая структура Многоуровневая (иерархическая) Диск: (корневой каталог)каталог. . . каталогимя. расширение Одноуровневая Диск: имя. расширение Пример: A: tetris. exe Файл – поименованная область памяти на внешнем магнитном носителе информации Каталог – поименованное множество файлов и подкаталогов 47
Программное обеспечение Файлы и файловые структуры Многоуровневая файловая структура (корневой каталог) IVANOV fin. com PETROV pr 1. pas TEXTS PROGS pr 2. pas DATA EXE doc 1. txt DATA task. dat prog. exe pr 1. pas Пример: Полное имя файла C: IVANOVPROGSpr 2. pas Диск: Путь Имя файла 48
Информатика Информационные технологии Работа с текстовой информацией ТР Способы обработки и хранения текстов Обработка и хранение текстов Кодирование символов Текстовые файлы Текстовые редакторы Гипертекст Набор текста на клавиатуре Интерфейс текстового редактора Работа с фрагментами текста и окнами Режимы работы текстового редактора Дополнительные режимы работы текстового редактора Управление шрифтами 49
Работа с текстовой информацией Способы обработки и хранения текстов Обработка и хранение текстов Ручная запись текста (печать на пишущей машинке) Хранение на бумажном носителе Создание текстов на компьютере Хранение текстов на магнитном носителе в виде файлов Недостатки бумажной технологии Преимущества компьютерной технологии § Проблемы редактирования (зачеркивание, стирание, заклеивание, переписывание заново) § Книги, документы на бумажном носителе занимают много места § Одноразовое использование, перерасход бумаги § Трудности копирования текстовых документов § Трудности передачи информации на большие расстояния §Внесение любых изменений непосредственно в файле, не расходуя при этом бумагу §Компактность хранения текстовой информации §Возможность многократного использования магнитного носителя §Легкость копирования файлов с помощью компьютера §Оперативная связь (пересылка текстовых файлов по электронной почте через компьютерные сети) 50
Работа с текстовой информацией Способы обработки и хранения текстов Гипертекст – это способ организации текстовой информации, внутри которой установлены смысловые связи (гиперсвязи) между ее различными фрагментами Текст на бумажном носителе Компьютерный гипертекст Страница 1 гиперссылки Страница 2 гиперсвязи Страница… 51
Текстовые редакторы Режимы работы текстового редактора Работа с фрагментами текста и и окнами Текст …………… …………… Буфер обмена Блок (фрагмент текста) Выделение блока Переформатирование Изменение шрифта Удаление Перенос Копирование 1. Выделить блок 2. Вырезать (забрать блок в буфер обмена) 3. Установить курсор в позицию вставки 4. Вставить блок в указанное место (можно многократно) Многооконный режим работы используется при необходимости работы с несколькими документами одновременно Расположение окон Каскад Мозаика §Быстрый переход от одного окна к другому §Обмен фрагментами текста между окнами через буфер обмена 52
Информатика Информационные технологии ГР Введение в компьютерную графику Области применения компьютерной графики Художественная и рекламная графика Мультимедиа Компьютерная графика Видеосистема персонального компьютера Графический монитор Видеоконтроллер Кодирование графических изображений Кодирование цветного изображения Два принципа представления изображения Особенности растровой и векторной графики Графические редакторы Интерфейс графического редактора Режимы работы графического редактора Возможности графических редакторов 53
Информационные технологии Компьютерная графика Введение в компьютерную графику Раздел информатики, в котором разрабатываются, и используются методы получения графических изображений с помощью ЭВМ, называется «Компьютерная графика» Этапы развития компьютерной графики §Псевдографическая печать на знаковом печатном устройстве в виде мозаики из символов § вывод графических изображений (графиков, диаграмм, чертежей) на бумагу с помощью плоттера §Использование графических дисплеев, графической печати на цветных принтерах, графических пакетов общего назначения Области применения компьютерной графики §Научная графика §Деловая графика §Конструкторская графика §Иллюстративная графика §Художественная и рекламная графика -трехмерные реалистические изображения -компьютерная анимация -мультимедиа 54
Информационные технологии Введение в компьютерную графику Области применения компьютерной графики Деловая графика Научная графика §Визуализация объектов научных исследований и результатов вычислительных экспериментов §Графическая обработка результатов расчетов §Визуализация цифровых отчетных данных Конструкторская графика - элемент систем автоматизированного проектирования (САПР) Назначение: §подготовка чертежей в процессе проектирования технических конструкций (получение плоских и трехмерных изображений) §моделирование (графика + расчеты) → поиск оптимальной конструкции Иллюстративная графика Рисование с помощью компьютера на основе применения графических редакторов Художественная и рекламная графика Создание рекламных роликов, мультфильмов, компьютерных игр, сложных реалистических графических изображений на основе применения мощных графических пакетов 55
Введение в компьютерную графику Области применения компьютерной графики ГР. 111 Художественная и рекламная графика Трехмерная реалистическая графика Получение на экране трехмерных изображений объектов (повороты объектов, деформации, приближения, удаления, передача освещенности в зависимости от положения источника света, фактуры поверхности…) Компьютерная анимация Получение движущихся изображений на экране (художник создает на экране рисунки начального и конечного состояний движущегося объекта, все промежуточные состояния рассчитывает и изображает компьютер) Мультимедиа Объединение высококачественного изображения на экране компьютера (в том числе анимации и видеокадров) с реалистическим звуковым сопровождением Графические пакеты для целей художественной и рекламной графики требуют больших ресурсов компьютера по быстродействию и памяти 56
Компьютерная графика Видеосистема персонального компьютера Графический монитор Растровый монитор М пиксель Растр M*N (графическая сетка) (640*200, 640*480, 1024*768, 1280*1024) N Электронно-лучевая трубка Монохромный монитор (черно-белый) луч 100% Цветной монитор З С луч 0% К луч 50% Цветной пиксель Красный Зеленый Голубой §экран покрыт люминесцирующим веществом §электронная пушка испускает электронный луч, который вызывает свечение экрана §частота кадров при сканировании графической сетки экрана электронным лучом более 50 раз в секунду (герц) 57
Компьютерная графика Видеосистема персонального компьютера Видеоконтроллер Видеопамять (электронное, энергозависимое запоминающее устройство) Видеопамять служит для хранения видеоинформации – двоичного кода изображения, выводимого на экран дисплея (информации о состоянии каждого пикселя графической сетки экрана) Дисплейный процессор читает содержимое видеопамяти и, в соответствии с ним, управляет лучами электронной пушки видеомонитора (выводит эту информацию на экран дисплея) Сканер – это устройство для ввода в память компьютера графической и текстовой информации с листа бумаги. Сканирование изображения → преобразование в двоичный код → запись в память компьютера 58
Информационные технологии Компьютерная графика Кодирование графических изображений Монохромное изображение (черно-белый монитор) 0 1 Палитра 1 бит видеопамяти 00 01 10 Цветное изображение (RGB-монитор) 2 бита видеопамяти Код (количество цветов) (пикселя) 8 цветов 16 цветов 256 цветов более 256 16777216 цветов 3 бита 4 бита 8 бит более 8 24 бита 11 Минимальный объем видеопамяти: длина кода пикселя * размер графической сетки экрана 59
Компьютерная графика Кодирование графических изображений Кодирование цветного изображения Шестнадцатицветная палитра (И – бит интенсивности) Восьмицветная палитра (на основе базовых цветов) R G B Цвет 0 0 0 черный 0 0 1 синий 0 1 0 зеленый 0 1 1 голубой 1 0 0 красный 1 0 1 розовый 1 1 0 коричневый 1 1 1 белый K = 2 b где K – количество цветов b – количество бит для кодирования К цветов 256 цветов → 8 бит (1 байт) И 0 0 0 0 1 1 1 1 R 0 0 0 0 1 1 1 1 G 0 0 1 1 B 0 1 0 1 Цвет черный синий зеленый голубой красный розовый коричневый серый темно-серый ярко-синий ярко-зеленый ярко-голубой ярко-красный ярко-розовый ярко-желтый белый 60
Компьютерная графика Кодирование графических изображений Два принципа представления изображений Растровая графика Растровое представление – это совокупность кодов пикселей, составляющих изображение Х 1 2 3 4 5 6 7 8 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 3 0 0 1 0 0 4 Растровый код 0 0 0 1 5 (двухцветный) 0 0 0 1 1 0 6 0 0 1 0 0 0 7 0 0 1 0 0 8 Y 0 0 1 0 9 0 0 0 0 Растровый код буквы К – 72 бита Векторная графика Векторное представление – это совокупность описаний простых элементов (графических примитивов) Элемент Линия Окружность Данные об элементе Координаты концов линии Координаты центра и радиус Многоугольник Координаты углов Закр. область Граничная линия и цвет закраски ЛИНИЯ (X 1, Y 1, X 2, Y 2) ЛИНИЯ (3, 2, 3, 8) ЛИНИЯ (4, 5, 7, 2) ЛИНИЯ (4, 5, 7, 8) Векторный код буквы К 61
Кодирование графических изображений Два принципа представления изображения Особенности растровой и векторной графики Растровая графика работа с реалистическими (фото) изображениями §Большой объем графических файлов (требуется сжатие) Разные форматы – разные способы сжатия §Искажения при изменении размеров, вращении и других преобразованиях рисунка Векторная графика работа с рисунками §Небольшие объемы графических файлов векторного типа Занимают в памяти компьютера немного места §Векторные изображения легко масштабируются без потери качества При вводе изображений в компьютер с помощью сканера формируются графические файлы растрового формата Различие в представлении графической информации в растровом и векторном форматах существует лишь для графических файлов При выводе на экран монитора любого изображения, в видеопамяти формируется информация растрового типа 62
Информационные технологии Компьютерная графика Графические редакторы Растровые Информация о совокупности пикселей графической сетки экрана Графические файлы Векторные Описание графических примитивов, составляющих рисунок Графический редактор (ГР) – это прикладная программа, предназначенная для создания и обработки графических изображений Аппаратные средства Интерфейс графического редактора Данные Среда СКИ Режимы работы Возможности графических редакторов 63
Информатика Информационные технологии БД Хранение и поиск информации Информационные системы Ключи в реляционной базе данных Типы полей в реляционных базах данных Реляционные базы данных Режим поиска информации в базе данных Условия поиска и логические выражения Системы управления базами данных (СУБД) Сортировка, удаление и добавление записей Проектирование базы данных Проектирование, создание и заполнение базы данных Создание базы данных Заполнение базы данных Процедура создания базы данных 64
Информационные технологии Хранение и поиск информации Информационные системы Информационная система – это совокупность базы данных и всего комплекса аппаратно-программных средств для ее хранения, изменения и поиска информации, для взаимодействия с пользователем База данных (БД) – это организованная совокупность данных, предназначенная длительного хранения (в ВЗУ ЭВМ) и постоянного применения Фактографические Краткие сведения об объектах в строго определенном формате (каталоги, картотеки…) Документальные Документы в разном формате (текст, графика, звук, мультимедиа) Система управления базами данных (СУБД) §Создание БД §Манипулирование данными §Взаимодействие с пользователем Распределенные Хранение БД в сети на множестве компьютеров 65
Информационные технологии Хранение и поиск информации Реляционные базы данных Неструктурированные данные кубики 34 75 голубой 20 резина дерево зеленый красный куклы пластмасса Имя Запись Поле Табличные организации данных «ИГРУШКИ» Название Материал Цвет Кол-во Мячи резина красный 75 Кубики дерево голубой 20 куклы пластмасса зеленый 34 Объекты Игрушки (мячи, кубики, куклы) Информация об одном объекте Запись (кубики, дерево, голубой) Характеристика (атрибут) объекта (резина, дерево, Поле пластмасса) Имя Название поля, вынесенное в поля заголовок (материал) 66
Хранение и поиск информации Реляционные базы данных Типы полей в реляционных БД Тип определяет множество значений, которые может принимать данное поле в различных записях Числовой Значение поля может быть только числом Символьный Дата / время Символьные последовательности (слова, тексты, коды и т. п. ) Календарные даты ДДММГГ (ДД. ММ. ГГ. ) Время суток ЧЧ: ММ (ЧЧ: ММ: СС) База данных «Учет затрат времени» Время Дата дд. мм. гг. Начало Конец Затр. врем. № дела Логический да нет true false 1 0 База данных «Факультативы» Фамилия, имя ИЗО химия танцы Иванов Петя 1 0 1 23. 04. 00 12: 25 13: 45 80 112 23. 04. 00 13: 45 17: 20 215 45 Петров Ваня 0 1 1 23. 04. 00 9: 35 12: 15 160 321 Сидоров Витя 1 0 0 67
Информационные технологии Хранение и поиск информации Системы управления базами данных (СУБД) Режимы работы Среда Система команд Пользовательский интерфейс Условная (гипотетическая) реляционная СУБД (модель реальной СУБД, «понимающая» команды на русском языке) Открытие файла Команда: . открыть <имя файла> Получение справки Команда: . справка <список полей> для <условие поиска> Функции §Добавление новых записей §Удаление старых записей §Изменение значений полей §Изменение структуры таблицы §Сортировка строк Справка – это таблица, которая содержит интересующие пользователя сведения, извлеченные из базы данных 68
Информатика Информационные технологии ЭТ Табличные вычисления на компьютере Работа с фрагментами электронной таблицы Электронные таблицы Структура электронной таблицы Статистические функции Операции манипулирования с фрагментами Данные в электронной таблице Режимы отображения электронной таблицы Подготовка электронной таблицы к расчетам Графическая обработка данных Абсолютная и относительная адресация в электронных таблицах (примеры) 69
Информационные технологии Табличные вычисления на компьютере Электронные таблицы Электронная таблица – это структура данных в виде прямоугольной матрицы, в которой числовые значения одних клеток (ячеек) таблицы могут автоматически вычисляться через значения других ячеек Изменение исходных данных Пересчет значений по формулам Продукт цена принято продано остаток выручка Молоко 3 100 0 300 Сметана 4. 2 85 70 15 294 Творог 2. 5 125 110 15 275 Йогурт 2. 4 250 225 25 540 Сливки 3. 2 50 45 5 Новое состояние таблицы 144 Независимые поля Ячейки таблицы, которые содержат исходные данные для расчетов, называются независимыми полями Ячейки таблицы, которые содержат формулы для расчетов, называются вычисляемыми (зависимыми) полями Зависимые поля Табличный процессор – это прикладная программа, предназначенная для работы с электронными таблицами 70
Информатика Информационное моделирование Системы и модели СМ Системы Классификация систем Иерархические системы Модели Типы информационных моделей объектов и процессов Графы Сети Табличные модели 71
Информационное моделирование Системы и модели Система (греч. Systema – соединение из частей) совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой и образующих определенную целостность и единство Взаимозависимость Целостность Структурность системы и среды Систему Поведение системы Система формирует можно обусловлено и проявляет рассматривать не столько свои свойства как объект, если особенностями в процессе под объектом ее отдельных взаимодействия понимать некоторую элементов, со средой часть окружающего сколько свойствами мира, которая ее структуры, может быть если под структурой рассмотрена понимать как единое целое. определенный Свойство целого способ не являются объединения суммой свойств составляющих систему элементов его элементов Иерархичность Каждый компонент системы может быть рассмотрен в свою очередь, как система, а исследуемая система сама элемент более широкой системы (надсистемы) Множественность описаний Адекватное познание системы требует построения множества различных моделей, каждая из которых описывает лишь определенный аспект системы 72
Системы и модели Системы Классификация систем Естественные Созданы природой Неживая природа (космические системы, материальные природные объекты…) Живая природа (животные, растения, микроорганизмы…) Искусственные Созданы человеком с определенной целью Материальные системы (искусственные материалы, строительные сооружения, технические системы и пр. …) Общественные системы (производственные коллективы, политические партии и пр. …) В естественных системах неживой природы связи носят только материальный характер. В системах живой природы и искусственных системах существуют связи материальные и информационные. Для общественных систем очень большое значение имеют информационные связи. 73
Информационное моделирование Системы и модели Модель – упрощенное подобие реального объекта (процесса), созданное человеком для определенного применения (цели) Материальные (натурные) модели Информационные модели (описание объекта моделирования в определенной форме) Модели объектов и процессов (систем) Модели знаний 74
Системы и модели Модели Типы информационных моделей объектов и процессов Вербальные Словесное описание на естественном языке Графические §Схемы §Карты §Чертежи §Графики §Графы Табличные §Объект – свойство §Объект – объект §Двоичные матрицы §Прочие… Математические Описание соотношений между количественными характеристиками объекта моделирования на языке математики Методика информационного моделирования Определение цели моделирования Определение типа информационной модели Системный анализ объекта моделирования Построение информационной модели
Модели Типы информационных моделей Графы Ненаправленный граф Дачи Граф – это информация о составе и структуре системы, представленная в графической форму д. Елово ст. Озерная д. Подгорная Отношения: «соединение дорогой» (симметричные связи) Элементы системы (изображены овалами) называются вершинами графа. Связи между элементами называются отношениями д. Бобры ребро (симметричная связь) дуга (несимметричная связь) Неоднородный граф Ориентированый граф Лев Нилыч Алеша Начальная вершина Отношение: «быть дедушкой» Конечная вершина Управление работой Процессор Устр-во ввода Устр-во вывода Память Передача информации (разные типы отношений) 76
Скачать презентацию СТРУКТУРИРОВАННЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК ПО ИНФОРМАТИКЕ ПОД РЕДАКЦИЕЙ СЕМАКИНА
7c8270e4f35dc37f29b12af8be2fa519.ppt