Дисциплина Информатика
Лектор: к.т.н., доцент кафедры ИУ6 Ничушкина Татьянв Николаевна
Содержание дисциплины:
8 лекций, 17 семинаров, 17*2 часов лабораторных работ, 17*3 часов
самостоятельной работы.
Лекции: знакомство с теоретическим материалом.
Семинары: разработка алгоритмов решения задач.
Лабораторные работы: изучение приемов программирования.
Место проведения: Учебный лабораторный комплекс
С собой иметь: тетрадь, ручку, карандаш, линейку, флешку,
материалы лекций или учебник.
Самостоятельная работа: закрепление материала.
Посещение всех занятий обязательно!
Форма отчетности по дисциплине – экзамен.
1
Цели и задачи курса
Цель курса информатика – ознакомление с методами и
средствами обработки информации и решения задач на
ЭВМ. Формирование навыков программирования
прикладных задач с использованием языков высокого
уровня.
Задачами этого курса является изучение:
- способов представления информации
- основных сведений об ЭВМ
- инструментальных средств программирования
- основ алгоритмизации
- универсального языка программирования С++
- способы тестирования и отладки программ
2
Часть 1. Основы информатики
1.1 Основные понятия
Информатика – наука, изучающая все аспекты получения, хранения,
преобразования, передачи и использования информации.
Под этим понятием объединяют ряд научных направлений,
исследующих различные аспекты одного и того же объекта –
информации.
1.
Теоретическая
информатика(теории
множеств,
алгоритмов,
автоматов, сетей, мат. логика, дискретная математика, теория игр и
т.д.)
2.
Кибернетика(общая теория управления, бионика, автоматика,
лингвистика, нейрокибернетика, распознавание образов и т.д.)
3.
Программирование(математическое,
линейное,
динамическое,
сетевое, параллельное и т.д.)
3
Основные понятия(2)
4.
5.
6.
7.
Системы искусственного интеллекта.
Информационные системы.
Вычислительная техника.
Информатика в обществе(информационное общество,
автоматизация рабочего места, автоматизированные
системы обучения).
1. Информатика в природе (информационные процессы
в биологических системах).
Базовым понятием для всех направлений является
понятие информации.
Информация в широком смысле
- это самые
разнообразные сведения, сообщения, известия,
знания и умения (любые виды отражения реально
существующего вокруг нас реального мира).
4
Основные понятия(3)
Информация в узком смысле - это любые сведения,
которые являются объектом хранения, передачи и
обработки.
Информация передается в виде информационных
сообщений.
Любое
информационное
сообщение
может
иметь
произвольную физическую природу (механическую,
тепловую, cветовую, электрическую, акустическую
(символ на листе бумаги, световой сигнал, радиоволна и
т.д.)
Человек принимает информацию с помощью органов
чувств (слух, зрение, осязание, обоняние, вкус и т.д.) и
обрабатывает ее в мозгу.
Информация может быть аналоговой и дискретной.
5
Основные понятия(4)
Аналоговая информация – это информация непрерывная в
некотором допустимом диапазоне (температура, давление
и т.д.)
Дискретная информация – это информация, которая может
принимать только определенные фиксированные
значения (датчик вкл. или выкл.).
Разновидностью дискретной информации является
цифровая информация.
Основной
характеристикой
информации
является
количество информации.
Так называют числовую характеристику информационного
сообщения, которая не зависит от его формы и
содержания и характеризует степень неопределенности,
которая исчезает после получения сообщения.
Единица количества информации носит наименование бита
и представляется одним символом двоичного алфавита.
6
1.2 Системы счисления
Система счисления – способ представления числовой
информации.
Основание системы – число символов, используемое для
записи чисел в принятой системе счисления.
Наша традиционная система счисления использует 10
символов (цифр) от 0 до 9 для записи чисел, например
5289.
Количество цифр – количество разрядов числа, которые
нумеруются справа налево. В каждом разряде цифры
меняются от 0 до 9. При увеличении цифры 9 на 1,
нумерация текущего разряда начинается с 0, однако
значение старшего разряда увеличивается на 1. Каждый
разряд имеет определенный вес 1, 10, 100 и т.д.
Например число 256 состоит из 2 сотен, 5 десятков и 6
единиц: то есть 256= 2*100+5*10+6
7
.
Системы счисления (2)
Так как 100=102 10=101
1=100
то
256=2*102+5*101+6*100
Таким образом, традиционная система основывается на
степенях десяти, т.е. любое число записывается по
основанию 10, а система называется десятичной.
Степень 10 из записи исключается, однако при
выполнении операций вес разряда учитывается
3458
4657
+
-
4781
----------8239
1567
----------3090
8
Системы счисления (3)
Другие системы используют и другое количество символов
для изображения чисел.
16-ричная система использует для изображения чисел 16
символов. Первые 10 символов совпадают с цифрами
10-тичной системы, а для остальных шести
используются буквы латинского алфавита от A до F.
Система основывается на степенях 16, т.е. любое число
записывается по основанию 16. Например число 3AE16
это 3*162+ A*161+E*160
Или
3*256+10*16+14=94210
1AB
+
2E6
-------491
-
5A8
25B
--------34D
9
Системы счисления (4)
8-ричная система использует для изображения чисел 8
символов, которые совпадают с первыми 8 цифрами
10-тичной системы.
Система основывается на степенях 8, т.е. любое число
записывается по основанию 8. Например
число 5278 это 5*82+ 2*81+7*80
Или
5*64+2*8+7=34310
В каждом разряде цифры меняются от 0 до 7. При
увеличении цифры 7 на 1, разряд обнуляется, однако
значение старшего разряда увеличивается на 1.
Каждый разряд имеет определенный вес (1,8,64).
+
342
677
------1241
-
456
174
------262
10
Системы счисления(5)
2-ричная система использует для изображения чисел
всего 2 символа – 0 и 1. При этом любое число может
быть представлено как комбинация нулей и единиц.
Система основывается на степенях 2, т.е. любое число
записывается по основанию 2.
Например число 10102 это 1*23+0*22+1*21+0*20
в десятичной записи это число равно
1*8+0*4+1*2+0*1=1010
При записи числа степени двойки опускаются, однако
каждый разряд имеет вес (1,2,4,8…). В каждом
разряде цифры меняются от 0 до 1. При
переполнении разряда значение текущего разряда
обнуляется, а старшего – увеличивается на 1.
+
10110
11010
------------110000
-
11011
10011
-----------01000
11
Системы счисления (6)
Двоичная система позволяет работать не только с целыми,
но и дробными числами.
Обычную дробь 0.324 можно представить в виде
3/10+2/100+4/1000
или
3/101+2/102+4/103, где
знаменатели - увеличивающиеся степени 10.
В двоичной дроби в качестве знаменателя используются
степени 2.
Так, двоичную дробь 0.101 можно записать
1/21+0/22+1/23 или 1/2+0/4+1/8 ,
что в десятичной системе равно 0.5+0.0+0.125 = 0.625
Однако, не все дроби можно точно представить в двоичной
форме (1/3
или 2/5).Точно представляются только
дроби, которые являются степенями 2 (3/4 или 5/8).
При переводе вещественного числа, отдельно переводятся
целая и дробная части.
12
Системы счисления (7)
Так как и 8 и 16 являются степенями 2, то между этими
тремя
системами
существует
удобная
схема
пересчета,
которая
часто
используется
в
информатике.
00002 016
01012
516
11112
F16
0002
08
01012
58
11112
178
Например
101012 =1*24+0*23+1*22+0*21+1*20 = 16+4+1 =2110
1516
= 1*161+5*160
= 16+5 =21 10
258
= 2*81+ 5*80
= 16 +5 =21 10
10011100 =1*128+0*64+0*32 +1*16+1*8+1*4+0*2+0*1=15610
10011100 2
9
C
16
9*16+12 = 15610
010011100 2
2 3 4 8
2*64+3*8+4 =15610
13
1.3 Алгебра логики
Логика – это наука о формах и способах мышления.
Законы логики отражают в сознании человека свойства,
связи и отношения объектов реального мира.
Мышление всегда осуществляется в каких-то формах.
Основными формами мышления являются понятия,
высказывания и умозаключения.
Понятие – это форма мышления, фиксирующая основные,
существенные признаки объекта.
Понятие имеет две стороны: содержание и объем.
Содержание
понятия
составляет
совокупность
существенных признаков объекта
Объем определяется совокупностью предметов, на
которую распространяется это понятие
14
Алгебра логики (2)
Высказывание – Это форма мышления, в которой что-либо
утверждается или отрицается о свойствах реальных
предметов и отношениях между ними.
Высказывание может быть истинно или ложно (ЛОЖЬ или
ИСТИНА, 0 или 1, FALSE или TRUE).
Истинным называется высказывание, в котором связь
понятий правильно отражает свойства и отношения
реальных вещей.
Ложным называется высказывание, которое не соответствует
реальной действительности.
Высказывание
может
быть
выражено
с
помощью
повествовательного предложения естественного языка, а
также на формальном математическом языке.
На основе простых высказываний могут быть построены
составные высказывания.
15
Алгебра логики (3)
Умозаключение – это форма мышления, с помощью
которой из одного или нескольких суждений (посылок)
может быть получено новое суждение (заключение)
Умозаключения позволяют на основе известных фактов,
выраженных в форме высказываний ( суждений),
получать заключения, то есть новое знание.
Посылками умозаключения по правилам формальной
логики могут быть только истинные суждения. Тогда,
если умозаключение проводится в соответствии с
правилами формальной логики, оно будет истинным.
В противном случае можно прийти к ложному
умозаключению.
Например
«Все
углы
треугольника
равны»
=>
«Треугольник равносторонний»
16
Алгебра логики (4)
Алгебра логики- Раздел математики, изучающий процессы
умозаключений и законы, которые позволяют из
истинности одних высказываний делать заключения об
истинности или ложности других высказываний,
независимо от их конкретного содержания.
Алгебра логики была создана в 1854 г. Дж. Булем и в
настоящее время находит широкое применение при
разработке
алгоритмов
и
для
структурнофункционального анализа электронных схем.
Базовым понятием алгебры логики служит высказывание.
В алгебре логики или алгебре высказываний высказывания
обозначаются именами
логических переменных,
которые могут принимать значение «истина» или
«ложь»
17
Алгебра логики (5)
Базовыми операциями алгебры логики служат операции
логического умножения – конъюнкции (обозначается
точкой или знаком ^), логического сложения –
дизъюнкции (обозначается знакам + или v ), логического
отрицания – инверсии (обозначается надчеркиванием
или знаком ¬).
При составлении формул применяются скобки, чтобы
изменять порядок выполнения операций. Наивысшим
приоритетом обладает операция инверсии, затем идет
конъюнкция и потом уже дизъюнкция.
Таблицы истинности для указанных операций:
А
В
В^A
А
В
ВvA
А
А
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
1
1
1
1
1
18
Алгебра логики (6)
Представляют интерес еще две логические операции:
эквиваленции
(обозначается
знаком ) и
импликации (обозначается знаком =>).
А
В
ВA
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
1
0
А
В
В=>A
0
1
0
1
1
1
0
0
1
1
1
0
19
Алгебра логики (7)
Законы алгебры логики отражают наиболее важные
закономерности логического мышления.
В алгебре логики законы записываются в виде формул, которые
позволяют
приводить
эквивалентные
преобразования
логических выражений.
Основные логические законы
Закон тождества: всякое высказывание тождественно самому
себе
X => X
Закон непротиворечия: высказывание не может быть
одновременно истинно и ложно
( X X )
20
X X
Алгебра логики (7)
Закон исключенного третьего : высказывание может
быть либо истинным либо ложным. Третьего не дано.
Это значит, что результат логического сложения
высказывания и его отрицания всегда принимает
значение истина.
X X
Закон двойного отрицания: Если дважды отрицать
некоторое высказывание, то в результате получим
исходное высказывание
X X
21
X X
Алгебра логики (7)
Закон коммутативности : в алгебре логики можно менять
местами логические переменные в операциях
логического умножения и сложения.
X Y Y X
Закон ассоциативности: Если в логическом
выражении
используются
только
операции
логического умножения или логического сложения, то
можно пренебрегать скобками или произвольно их
расставлять.
X (Y Z ) ( X Y ) Z
22
Алгебра логики (7)
Законы де Моргана : это законы тождественных
алгебраических
преобразований,
позволяющие
упрощать сложные алгебраические выражения.
( X Y ) X Y
и
( X Y ) X Y
Пример 1. Упростить логическую формулу
( X Y ) ( X Y ) X Y ( X Y ) X X Y Y 0 Y Y 0
23
