Конспект лекций Губарь (Конспект лекций "Начальный курс информатики" А.М.Губарь)

Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаА.М. ГубарьНачальный курс информатикиКонспект лекцийЧасть 1Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Бауманав качестве учебного пособияМоскваИздательство МГТУ им. Н.Э. Баумана2009ПредисловиеПредлагаемое вниманию читателя учебное пособие написано всоответствииспрограммойдисциплины«Информатика»,котораяпреподается студентам первого курса на кафедре «Компьютерные системы исети» МГТУ имени Н.Э. Баумана. Информатика как предмет входит вестественнонаучный цикл дисциплин российской высшей школы и являетсябазовым компонентом федерального государственного образовательногостандарта учебных планов подготовки дипломированных специалистов понаправлению «Информатика и вычислительная техника».В настоящее время преподавание информатики в средней школепроводится с разной степенью детализации изучения отдельных разделов.Наряду с различной квалификацией учителей и разнородным оснащениемкабинетов информатики это приводит к тому, что первокурсники техническихвузов по-разному подготовлены к обучению в таком вузе, хотя практическивсе они имеют дома персональные компьютеры.

Разумеется, при написанииучебного пособия было учтено данное обстоятельство, поэтому каждая новаятема излагается по принципу «от простого к сложному», с подробнымобъяснением основных понятий и многочисленными примерами. Вместе стем автор надеется, что эта работа не покажется искушенному читателюслишком простой, и он найдет в ней довольно много интересной для себяинформации.Во введении анализируется предмет информатики и определяется ееместо в ряду других научных дисциплин.Первая глава посвящена рассмотрению основного понятия информатики,а именно информации.

В ней конкретизируются ее свойства, изучаютсяразличные подходы к измерению количества информации. Здесь же вводитсяпонятие энтропии и исследуется ее связь с информацией. Наконец,устанавливается различие между терминами «информация» и «данные»,которые в обиходе мы привыкли считать синонимами, и рассматриваютсяразличные типы данных.Во второй главе изучаются системы счисления, их взаимосвязь испособыпереводачиселизоднойсистемысчислениявдругую.Рассматриваются машинные коды чисел, применяемые для представленияпоследнихиреализацииарифметическихдействийвкомпьютере.Приводятся способы размещения чисел в разрядной сетке компьютера, атакже основные методы выполнения арифметических операций.В третьей главе изучены основные понятия алгебры логики.

В качествепримеров использования этого математического аппарата рассмотренылогические элементы, реализующие булевы функции, а также приведеныфункциональные схемы некоторых блоков компьютера.В конце каждой главы предлагаются контрольные вопросы, правильныеи уверенные ответы на которые позволят читателю убедиться в том, что онтвердо усвоил основное содержание соответствующего раздела.

Автор такженадеется, что этому будет способствовать и словарь основных терминов,приведенный в конце учебника.Содержание остальных глав будет отражено в следующих частяхучебного пособия. В них читатель познакомится с основами алгебры логикии теории автоматов – математического аппарата, с помощью которого вформализованном виде описывается функционирование основных блоков икомпьютера в целом.

Будут рассмотрены вопросы представления и обработкиинформации с целью формирования у читателя общего понятия офункционировании компьютера, способы и устройства машинного храненияинформации, а также системы, функционирование которых основано наиспользовании больших информационных хранилищ. Особое внимание будетуделено проблемам передачи информации, а также информационным сетям,их типам и функционированию вычислительных сетей.ВведениеТермин «информатика» (informatique) возник во Франции в конце60-х годов ХХ века путем слияния двух слов: информация (information) иавтоматика (automatique) и подразумевает компьютерную обработкуинформации.

В США и в англоязычных странах для обозначения областиинформационной деятельности с помощью человеко-машинных системпереработкиинформациинесколькоранеебылприняттермин«вычислительная наука» (computer science). В нашей стране подинформатикой первоначально понималась лишь «научная дисциплина,изучающая структуру и общие свойства научной информации, а такжезакономерностинеформальныхвсехпроцессовпроцессовнепосредственномустномнаучнойобменаинаучнойписьменномкоммуникации–информациейобщенииученыхотприиспециалистов до формальных процессов обмена посредством научнойлитературы». (Словарь по кибернетике, 1979 год).В некотором смысле предшественницей информатики можносчитать кибернетику – науку об управлении, получении, преобразованиии передаче информации в кибернетических системах, под которымипонимаютсясистемылюбойприроды:административные,биологические, социальные, технические и др.

Можно точно указатьвремяпоявленияновогонаучногонаправлениявсовременномпонимании – в 1948 году вышла сразу же ставшая научным бестселлеромкнига американского математика Норберта Винера «Кибернетика, илиУправление и связь в животном и машине». В ней речь идет овозможностисозданияобщейтеорииуправления,апроблемыуправления и связи для различных систем рассматриваются с единыхпозиций.Кибернетика – слово греческого происхождения и может бытьпереведено как «искусство управления». Однако этот термин в научномсмысле впервые использовал еще в первой половине XIX векафранцузскийфизикклассификациисуществовавшуювсехАмпер,наук.Онгипотетическуюразрабатываяобозначилнаукуединуютактогдауправлениясистемуещелюдьминеиобществом, которая, по его мнению, обязательно должна была появиться.Необходимо отметить, что развитие кибернетики в нашей странеискусственно тормозилось почти все 50-е годы ХХ века.

Например,первое издание упомянутой книги Винера на русском языке появилосьтолько в 1958 году, а в философском словаре 1959 года изданиякибернетика все еще определялась как «буржуазная лженаука». Этозамедлило развитие вычислительной техники в СССР, хотя именно в теже годы у нас были реализованы передовые по тем временам проектысоздания вычислительных машин под руководством С.А. Лебедева.Возникновение кибернетики совпало по времени с построениемэлектронных цифровых вычислительных машин первого поколения,благодарякоторымсталовозможнымрешениеоченьсложныхвычислительных задач. Универсальность компьютерных вычисленийпозволяла надеяться на открытие универсальных схем управления, ноэтого в полной мере не произошло. Тем не менее, полученные прикибернетическом подходе знания о разнообразных системах управления,общие принципы их функционирования, которые частично удалось приэтом выявить, оказались весьма продуктивными.

Идеи кибернетикиоказались плодотворными для биологии, химии и многих других наук.Во многом благодаря кибернетике возникла структурная лингвистика сразделением последней на математическую и прикладную лингвистику.Следует выделить такое направление как техническая кибернетика,в состав которой входит теория автоматического управления –теоретическийфундаментавтоматики.Исследовательскаяипрактическая работа в этом направлении позволила получить важнейшиерезультаты, без которых в современном обществе был бы невозможентехнический прогресс.

Сегодня кибернетику можно рассматривать какприкладную информатику при создании различных автоматических иавтоматизированных систем управления, от управления автономнымобъектом до мощных систем управления отраслями промышленности,коллективами людей и т.д. Таким образом, источниками современнойинформатики, прежде всего, являются документалистика, изучающая иоптимизирующая документы и документальные системы, и кибернетика.Становление информатики совпало по времени с бурным развитиемвычислительнойсовершенныхтехники,электронныхспоявлениемвсевычислительныхболеемашин,мощныхиаизатемперсональных компьютеров.

Современный компьютер – мощныйинструмент обработки разнородной информации, а информация, в своюочередь, – главный объект изучения информатики. Отсюда понятноположительное влияние постоянного быстрого совершенствованиявычислительных средств на темпы развития современной информатикии на ее содержание. С другой стороны, достижения информатикиблаготворно воздействуют на прогресс в области вычислительнойтехники.Информатику в самом общем виде можно определить как науку оспособахобработкииспользованияинформациипоследнейвспомощьюразличныхкомпьютеровсферахдлячеловеческойдеятельности. Под обработкой информации понимается ее сбор,хранение, поиск, преобразование, передача и выдача.

К настоящемувремени в информатике выделились следующие составные части.Теоретическая информатика с использованием математическихметодов изучает структуру и общие свойства информации и протеканияинформационных процессов. Она включает в себя такие дисциплины какматематическая логика, вычислительные методы, моделирование, теорияавтоматов, теория алгоритмов, теория информации и ее кодирования ипередачи, теория формальных грамматик и языков, исследованиеопераций, искусственный интеллект.