Конспекты лекций по информатике

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Новомичуринская средняя общеобразовательная школа №3»

Утверждено на заседании кафедры

естественно-математических дисциплин

«___»_________ 2016 г.

Руководитель кафедры                          .

                                          _______________                     

Информатика

Конспекты лекций

для учащихся образовательной школы

Всего часов  - 34

Составитель: Пономарёва Олеся Ивановна

2016 год
РАЗДЕЛ 1. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ

Лекция 1. Понятие информации. Свойства информации.

Понятия: информация, сообщение, данные.

Существование области и предмета информатики немыслимо без основного ресурса – информация. Термин «информация» происходит от латинского «information», что означает разъяснение, осведомление, изложение. С позиции материальной философии информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение – это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т.д.

В широком смысле информация – это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами.

В узком смысле информация – это сведения об объекте и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Информатика рассматривает информацию как концептуально связанные между собой сведения, данные, понятия, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира.

Информация любой природы, зафиксированная каким-либо образом – это данные. Информация может быть зафиксирована: в книгах; на магнитной ленте, диске; в мозге человека (то есть информация – это как бы используемые данные). Физическая среда – это носитель информации. Любые данные на носителе можно представить в виде последовательности символов.

Информацией называют абстрактное содержание (содержательное значение) какого-либо высказывания, указания, описания, сообщения или известия (Манфред Брой).

Итак, в связи с информацией различаем:

·     представление;

·     значение;

·     отношение к реальному миру (связь абстрактного с реальным).

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения – последовательности символов. Сообщение – это символы для информации, смысл которых надо выучить.

При работе с информацией всегда есть ее источник и потребитель (получатель). Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-либо среды – канала связи (например, воздух, в котором распространяются звуковые волны). Сообщения могут иметь различную форму представления: звуковое, графическое, последовательность символов, письмо, жесты. Для ЭВМ сообщением является: звук, графика, последовательность символов.

Для передачи одной и той же информации могут существовать различные, передающие ее сообщения. Одно и то же сообщение может передавать различную информацию.

Решающим для связи между сообщением N и информацией I является правило интерпретации (например, результат договоренности).

1.      Информация – это смысл сообщения.

2.      Смысл можно понять, имея правило интерпретации.

3.      Информация представляется с помощью символов (знаков).

Данные превращаются в информацию, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо. Однако данные не тождественны информации. Наблюдая излучения звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обстоятельств. В конечном случае и нужен метод – правило интерпретации. Данные становятся информацией, если известен метод и есть передача данных.

Одной из важнейших разновидностей информации является информация экономическая. Ее отличительная черта – связь с процессами управления коллективами людей, организацией. Экономическая информация сопровождает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг.

Экономическая информация – совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.

Существенными признаками классификации экономической информации являются ее назначение и источники получения.

Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями.

Свойства информации

Возможность и эффективность использования информации обуславливается такими ее потребительскими качествами (свойствами):

• репрезентативность – связана с правильностью отбора (обоснованность отбора, существование признаков);
• содержательность – отражает семантическую емкость (меньше слов, больше информации);
• полнота (достаточность) – для принятия правильно решения и без избыточности;
• доступность – обеспечивается выполнение соответствующих процедур ее получения и преобразования;
• актуальность – определяется степенью сохранения ценности информации для управления в интервале  и момент времени;
• своевременность;
• точность – степень близости к информации к информации о состоянии реального объекта;
• достоверность – измеряется вероятность того, что значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности;
• адекватность – это степень соответствия реальному объективному состоянию дел. Неадекватная информация образуется, если данные неполные и недостоверные, но если и используются неадекватные методы (например, плохой перевод).

Следует отметить, что в реальной жизни вряд ли возможна полная адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности.

Лекция 2. Кодирование данных. Меры информации.

Кодирование

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам важно унифицировать форму их представления, то есть необходимо данные преобразовать из одного вида в другой, отобразить один алфавит на другой – для этого используется прием кодирования. Кодирование – это выражение данных одного типа через данные другого.

Алфавит – конечная последовательность символов, используемых для представления данных. В вычислительной технике используется двоичный алфавит.

Код – это алфавит + система правил, на основе которых производится запись звука, графики, числовых данных в двоичном коде. Двоичный алфавит состоит из двух знаков – 0, 1. Эти знаки называют двоичными числами (binary digit или bit). Количество значений, которое сожжет быть выражено в данной системе кодирования равно N=2ⁿ, где N – количество независимых кодируемых значений, n – разрядность двоичного кода (количество двоичных знаков в двоичном слове).

*Имеется в виду, что все слова одинаковой длины.

Кодирование чисел

Целые числа в двоичной системе счисления можно записать как:

A₁₀=a_n2ⁿ + a_n-12^n-1 + … + a₀2⁰, здесь a_i= (0 или 1).

Например, выразим десятичное число 13 в двоичной форме.

=2+4+0+1

Для записи числа в двоичном коде достаточно записать последовательность коэффициентов, то есть 13₁₀=1101₂

Целые числа представляются в двоичном коде точно. Для кодирования чисел от 0 до 255 достаточно кодового слова (комбинации 0 и 1) длиной 8 двоичных разрядов. Если числа от 0 до 65535, то нужно уже 16 двоичных разрядов (2 кодовых слова) и т.д.

Вещественные числа имеют дробную часть. Перевод в двоичный код производится отдельно для целой и дробной части.

Кодирование символов

Если каждому символу алфавита поставить в соответствие целое число (порядковый номер), то можно с помощью двоичного кода кодировать любую текстовую информацию. Мы знаем уже, что 8 разрядов достаточно для кодирования 255 символов. Но пронумеровать символы можно по-разному, значит, для разных кодов необходимо применять различные стандарты.

На сегодняшний день наиболее часто используется система кодирования, разработанная институтом стандартизации США (ANSI – American National Standard Institute), которая называется ASCII (American Standard Code for Information Interchange). В этом стандарте две таблицы с номерами от 0 до 127 (базовая) и от 128 до 255 символов (расширенная). В базовой таблице – первые 32 кода – управляющие (не соответствующие никаким символам), затем с 32 по127 – символы английскому алфавита, знаков препинания и т.д.

По существу ASCII – международный стандарт, хотя в СССР действовала система кодирования КОИ – 7 (Код Обмена Информацией, семизначный). Во второй, расширенной части системы кодирования, находятся коды национальных систем кодирования. Отсутствие единого стандарта здесь привело к множественности одновременно действующих кодировок. Так, известна кодировка русского алфавита:

1) Windows-1251 (форма Microsoft), которая используется для большинства локальных компьютеров;

2) КОИ-8 – используется в компьютерных сетях в российском секторе Интернета;

3) международный стандарт ISO – используется редко.

В перспективе, мы перейдем на систему 16-разрядного кодирования, которая получила название UNICODE и которая позволяет обеспечить универсальные коды для 65536 различных символов. В этом случае потребуется только одна таблица для кодирования большинства языков планеты.

Кодирование графических изображений

Изображение состоит из мельчайших точек. Линейные координаты и такие свойства точки, как яркость, цвет можно выразить с помощью целых чисел, а следовательно использовать двоичный код.

Кодирование звуковой информации

Это наиболее поздние методы и поэтому наиболее далеки от стандартизации.

Метод FM (более ранний) – основан на том, что звук раскладывается на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот – синусоиды. Синусоида имеет параметры A, f, φ, которые можно описать числами (кодом).

Метод таблично-волнового синтеза. Сущность этого метода состоит в том, что используются для представления звука реальные образцы, которые составляют заранее разработанные таблицы. Эти образы называются сэмплами. Для звука можно устанавливать такие характеристики, как тип инструмента, высоту, продолжительность и интенсивность

Меры информации

Мера информации может быть: синтаксическая, семантическая, прагматическая.

Синтаксическая мера оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту.

Количество информации на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия неопределенного состояния системы (энтропии).

Семантическая мера определяет смысловое содержание информации. Семантическая мера связывает семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившие сообщения. Для этого используется понятие тезауруса пользователя.

В зависимости от соотношения между смысловым содержанием информации S и тезаурусом пользователя S_p, изменяется и количество семантической информации I_c, воспринимаемой и включаемой в свой тезаурус. Максимально это количество, если информация понятна и несет ранее неизвестные пользователю (отсутствующие в его тезаурусе) сведения. Величина эта относительна.

Прагматическая мера определяет полезность информации и также является относительной.

ЭВМ оперирует с абстрактной информацией, поэтому в этом случае представляет интерес в основном синтаксическая мера.

Объем данных

Объем данных V_g – измеряется количеством символов, разрядов в сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и, соответственно, меняется единица измерения данных:

·         в десятичной системе счисления – дит;

·         в двоичной системе счисления – бит (bit – binary digit).

В качестве единицы информации Клод Шеннон предложил принять  один  бит    (англ. bit — binary digit — двоичная цифра). Бит — наименьшая единица измерения информации. На практике чаще применяется более крупная единица —  байт,  равная  восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=2⁸).

Широко используются также более крупные производные единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2¹⁰ байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰ байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт,

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт.

Количество информации

Количество информации на синтаксическом уровне – мера снятой неопределенности.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 г. процесс получения информации рассматривал как выбор одного сообщения из конечного наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял как двоичный логарифм N. Формула Хартли:   I = log₂N

Американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г. другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе.

    Формула Шеннона: I = — ( p₁log₂ p₁ + p₂ log₂ p₂ + . . . + p_N log₂ p_N),
где p_i — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.

Легко заметить, что если вероятности p₁, ..., p_N равны, то каждая из них равна 1 / N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.

Помимо двух рассмотренных подходов к определению количества информации, существуют и другие. Важно помнить, что любые теоретические результаты применимы лишь к определённому кругу случаев, очерченному первоначальными допущениями.

Практически, количество информации всегда меньше или равно объему данных.

Вопросы для самоподготовки

1.      Что означает термин "информатика" и каково его происхождение?

2.      Какие сферы человеческой деятельности и в какой степени затрагивает информатика?

3.      Назовите основные составные части информатики и основные направления её применения.

4.      От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает информацию?

5.      Где и как человек хранит информацию?

6.      Что необходимо добавить в систему "источник информации — приёмник информации", чтобы осуществлять передачу сообщений?

7.      Какие типы действий выполняет человек с информацией?

8.      Приведите примеры ситуаций, в которых информация

а) создаётся;	д) копируется;	и) передаётся;
б) обрабатывается;	е) воспринимается;	к) разрушается;
в) запоминается;	ж) измеряется;	л) ищется;
г) делится на части;	з) принимается;	м) упрощается.

9.      Приведите примеры обработки информации человеком. Что является результатами этой обработки?

10.  Приведите примеры информации:

а) достоверной и недостоверной;

б) полной и неполной;

в) ценной и малоценной;

г) своевременной и несвоевременной;

д) понятной и непонятной;

е) доступной и недоступной для усвоения;

ж) краткой и пространной.

11.  От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком?

12.  Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости наших знаний о нём?

13.  Как определяется единица измерения количества информации?

14.  В каких случаях и по какой формуле можно вычислить количество информации, содержащейся в сообщении?

15.  Почему в формуле Хартли за основание логарифма взято число 2?

16.  При каком условии формула Шеннона переходит в формулу Хартли?

17.  Что определяет термин "бит" в теории информации и в вычислительной технике?

18.  Приведите примеры сообщений, содержащих один (два, три) бит информации.

РАЗДЕЛ 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ СБОРА, НАКОПЛЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Лекция 3. Сбор, передача, обработка и накопление информации

Хранение информации

Хранение информации – это одна из составляющих информационного процесса, в ходе которого информация распространяется во времени и в пространстве.

Носители информации – физическая среда, непосредственно хранящая информацию: материальный предмет (бумага), магнитный диск, магнитная лента, устройства компьютера.

Хранилище информации – это определенным образом организованная информация на внешних носителях, предназначенная для длительного хранения и постоянного использования.

Способы организации и хранения информации в хранилищах: по алфавиту, тематике, индексу, дате поступления и т.п.

Структура хранения информации на внешних носителях реализуется файловой системой.

Обработка информации

Общая схема обработки

Процесс перехода от исходных данных к результату и есть процесс обработки, который осуществляется по алгоритму. Обработка может двух видов:

1.      Обработка, приводящая  к получению новой информации, нового содержания знаний. Например, математические и логические задачи.

2.      Обработка,  связанная с изменением формы без изменения содержания. Это, например, перевод текста с одного языка на другой. Важным видом обработки является кодирование – преобразование в символьную форму, удобную для хранения, обработки и передачи информации. К этому же виду обработки относится структурирование данных – внесение определенного порядка, поиск, фильтрация данных т.п.

Передача информации

Это одна их составляющих информационного процесса, в ходе которого информация переносится с одного информационного носителя на другой.

По каналу связи информация передается с помощью сигналов. Сигнал – это физический процесс, при котором изменяется какой-либо параметр материальной среды во времени. Сигнал может быть: аналоговым, дискретным и цифровым.

В настоящее время широко используются цифровая связь.

Вопросы для самоподготовки

1.      От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает информацию?

2.      Где и как хранится информация?

3.      Назовите носители информации.

4.      Что необходимо добавить в систему "источник информации — приёмник информации", чтобы осуществлять передачу сообщений?

5.      Какие операции могут быть выполнены с информацией?

6.      Приведите примеры обработки информации человеком. Что является результатами этой обработки?

7.      Назовите системы сбора, методы обработки информации.

8.      Приведите примеры технических устройств и систем, предназначенных для сбора и обработки информации.

9.      Какие виды обработки информации вы знаете?

10.  Охарактеризуйте процесс передачи информации.

РАЗДЕЛ 3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Лекция 4. Вычислительные системы, состав и конфигурация. Этапы развития вычислительной техники. Классификация ЭВМ.

Понятие вычислительной системы

Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называется вычислительной системой.

Совокупность устройств, предназначенных для автоматической или автоматизированной обработки данных, называется вычислительной техникой или аппаратными средствами. Состав вычислительной системы называется конфигурацией. Аппаратные и программные средства вычислительной системы принято рассматривать раздельно.

Критериями выбора аппаратного и программного решения является производительность и эффективность.

Центральное устройство вычислительной системы – компьютер. Компьютер – это электронный прибор, предназначенный для автоматизации создания, хранения, обработки и транспортирования данных. Хотя аппаратные и программные средства рассматриваются раздельно, следует отметить, что эти средства вычислительной системы работают в неразрывной связи и в непрерывном взаимодействии.

История развития вычислительной техники. Поколения ЭВМ.

(Предлагается студентам для самостоятельного изучения).

Классификация ЭВМ

Массовость использования ПК не должно заслонить тот факт, что кроме ПК есть и другие многократно более мощные вычислительные системы:

·         суперкомпьютеры;

·         большие ЭВМ (мэйнфреймы);

·         миникомпьютеры;

·         микрокомпьютеры (к ним относят персональные ПК).

Эти ЭВМ отличаются:

·         производительностью;

·         размерами;

·         функциональным назначением.

Архитектура и структура ЭВМ

При рассмотрении компьютерных устройств принято различать их архитектуру и структуру.

Архитектурой компьютера называется его описание на некотором общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей программирования, системы команд, системы адресации, организации памяти и т.д. Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и взаимное соединение основных логических узлов компьютера: процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств. Общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость с точки зрения пользователя.

Структура компьютера — это совокупность его функциональных элементов и связей между ними. Элементами могут быть самые различные устройства — от основных логических узлов компьютера до простейших схем. Структура компьютера графически представляется в виде структурных схем, с помощью которых можно дать описание компьютера на любом уровне детализации.

Классическая архитектура (архитектура фон Неймана) — одно арифметико-логическое устройство (АЛУ), через которое проходит поток данных, и одно устройство управления (УУ), через которое проходит поток команд — программа. Это однопроцессорный компьютер.   К этому типу архитектуры относится и архитектура персонального компьютера с общей шиной. Все функциональные блоки здесь связаны между собой общей шиной, называемой также системной магистралью. Физически магистраль представляет собой многопроводную линию с гнездами для подключения электронных схем. Совокупность проводов магистрали разделяется на отдельные группы: шину адреса, шину данных и шину управления.

Периферийные устройства (принтер и др.) подключаются к аппаратуре компьютера через специальные контроллеры — устройства управления периферийными устройствами.

Лекция 5. Структура персонального компьютера. Основные устройства, назначение, функции и характеристики.

Структура ПК

Персональным компьютером (ПК) называют сравнительно недорогой универсальный микрокомпьютер, рассчитанный на одного пользователя. Персональные компьютеры обычно проектируются на основе принципа открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры заключается в следующем:

Регламентируются и стандартизируются только описание принципа действия компьютера и его конфигурация (определенная совокупность аппаратных средств и соединений между ними). Таким образом, компьютер можно собирать из отдельных узлов и деталей, разработанных и изготовленных независимыми фирмами-изготовителями.

            Компьютер легко расширяется и модернизируется за счёт наличия внутренних расширительных гнёзд, в которые пользователь может вставлять разнообразные устройства, удовлетворяющие заданному стандарту, и тем самым устанавливать конфигурацию своей машины в соответствии со своими личными предпочтениями.

Структура компьютера – это некая модель, устанавливающая состав, порядок и принципы взаимодействия, входящих в нее компонентов.

Основные устройства, входящие в состав ПК:

Центральный процессор (CPU, от англ. Central Processing Unit) — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

·   арифметико-логическое устройство;

·   шины данных и шины адресов;

·   регистры;

·   счетчики команд;

·   кэш — очень быструю память малого объема (от 8 до 512 Кбайт);

·   математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров.

Производительность (тактовая частота, разрядность и объем кэш-памяти).

Современные компьютеры имеют много разнообразных запоминающих устройств, которые сильно отличаются между собой по назначению, временным характеристикам, объёму хранимой информации и стоимости хранения одинакового объёма информации.  Различают два основных вида памяти — внутреннюю и внешнюю.

В состав внутренней памяти входят оперативная память, кэш-память и специальная память.

Оперативная память (ОЗУ, англ. RAM, Random Access Memory — память с произвольным доступом) — это быстрое запоминающее устройство не очень большого объёма, непосредственно связанное с процессором и предназначенное для записи, считывания и хранения выполняемых программ и данных, обрабатываемых этими программами.

Оперативная память используется только для временного хранения данных и программ, так как, когда машина выключается, все, что находилось в ОЗУ, пропадает.

Основные характеристики, объем и время доступа к ячейкам памяти.

Внешняя память (ВЗУ) предназначена для длительного хранения программ и данных, и целостность её содержимого не зависит от того, включен или выключен компьютер. В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором.

В состав внешней памяти компьютера входят:

·   накопители на жёстких магнитных дисках;

·   накопители на гибких магнитных дисках;

·   накопители на компакт-дисках;

·   накопители на магнито-оптических компакт-дисках;

·   накопители на магнитной ленте (стримеры) и др.

Устройства ввода-вывода

Клавиатура компьютера — устройство для ввода информации в компьютер и подачи управляющих сигналов. Содержит стандартный набор клавиш печатной машинки и некоторые дополнительные клавиши — управляющие и функциональные клавиши, клавиши управления курсором и малую цифровую клавиатуру.

Все символы, набираемые на клавиатуре, немедленно отображаются на мониторе в позиции курсора (курсор — светящийся символ на экране монитора, указывающий позицию, на которой будет отображаться следующий вводимый с клавиатуры знак).

Монитор — устройство визуального отображения информации (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей и др.). Видеоадаптер посылает в монитор сигналы управления яркостью лучей и синхросигналы строчной и кадровой развёрток. Монитор преобразует эти сигналы в зрительные образы. А программные средства обрабатывают видеоизображения — выполняют кодирование и декодирование сигналов, координатные преобразования, сжатие изображений и др.

Принтер — печатающее устройство. Осуществляет вывод из компьютера закодированной информации в виде печатных копий текста или графики.

Существуют тысячи наименований принтеров. Но основных видов принтеров три: матричные, лазерные и струйные.

Манипуляторы (мышь, джойстик и др.) — это специальные устройства, которые используются для управления курсором.

Сканер — устройство для ввода в компьютер графических изображений. Создает оцифрованное изображение документа и помещает его в память компьютера.

Модем — устройство для передачи компьютерных данных на большие расстояния по телефонным линиям связи. Модемы бывают внешние, выполненные в виде отдельного устройства, и внутренние, представляющие собой электронную плату, устанавливаемую внутри компьютера.

Плоттер (графопостроитель) — устройство, которое чертит графики, рисунки или диаграммы под управлением компьютера.

Вопросы для самоподготовки

1.      Какова роль аппаратуры (HardWare) и программного обеспечения (SoftWare) компьютера?

2.      Какие основные классы компьютеров Вам известны?

3.      В чём состоит принцип действия компьютеров?

4.      Из каких простейших элементов состоит программа?

5.      Что такое система команд компьютера?

6.      Перечислите главные устройства компьютера.

7.      Опишите функции памяти и функции процессора.

8.      Назовите две основные части процессора. Каково их назначение?

9.      Что такое регистры? Назовите некоторые важные регистры и опишите их функции.

10.  Сформулируйте общие принципы построения компьютеров.

11.  В чём заключается принцип программного управления? Как выполняются команды условных и безусловных переходов?

12.  В чём заключается принцип адресности?

13.  Какие архитектуры называются "фон-неймановскими"?

14.  Что такое команда? Что описывает команда?

15.  Каким образом процессор при выполнении программы осуществляет выбор очередной команды?

16.  Опишите основной цикл процесса обработки команд.

17.  Что понимается под архитектурой компьютера? Какие характеристики компьютера определяются этим понятием? Верно ли, что общность архитектуры разных компьютеров обеспечивает их совместимость в плане реализации функциональных элементов?

18.  Что понимается под структурой компьютера?

19.  Каковы отличительные особенности классической архитектуры?

20.  Что собой представляет шина компьютера? Каковы функции общей шины (магистрали)?

21.  Какую функцию выполняют контроллеры?

22.  Что такое центральный процессор?

23.  Какие основные компоненты содержат в себе современные микропроцессоры?

24.  Как конструктивно выполнены современные микропроцессоры?

25.  Назовите две основные разновидности памяти компьютера.

26.  Что представляет собой ОЗУ? Каково её назначение?

27.  Каково назначение кэш-памяти? Каким образом она реализуется?

28.  Что такое BIOS и какова её роль?

29.  Каково назначение внешней памяти? Перечислите разновидности устройств внешней памяти.

30.  Что собой представляет гибкий диск?

31.  В чём суть магнитного кодирования двоичной информации?

32.  Как работают накопители на гибких магнитных дисках и накопители на жёстких магнитных дисках?

33.  Каковы достоинства и недостатки накопителей на компакт-дисках?

34.  Для чего предназначен аудиоадаптер, видеоадаптер?

35.  Назовите главные компоненты и основные управляющие клавиши клавиатуры.

36.  Перечислите основные компоненты видеосистемы компьютера.

37.  Как формируется изображение на экране цветного монитора?

38.  Как устроены жидкокристаллические мониторы? Проведите сравнение таких мониторов с мониторами, построенными на основе ЭЛТ.

39.  Опишите работу матричных, лазерных и струйных принтеров.

40.  Чем работа плоттера отличается от работы принтера?

41.  Опишите способ передачи информации посредством модема.

42.  Перечислите основные виды манипуляторов и опишите принципы из работы.

43.  Что понимают под персональным компьютером?

44.  Какие характеристики компьютера стандартизируются для реализации принципа открытой архитектуры?

45.  Что такое аппаратный интерфейс?

46.  Каково назначение контроллеров и адаптеров? В чём заключается разница между контроллером и адаптером?

РАЗДЕЛ 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА  РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ

Лекция 6. Классификация программного обеспечения. Общая характеристика классов программных продуктов.

Под программным обеспечением (Software) понимается совокупность программ,
выполняемых вычислительной системой.

К программному обеспечению (ПО) относится также вся область деятельности по проектированию и разработке ПО:

·   технология проектирования программ (например, нисходящее проектирование, структурное и объектно-ориентированное проектирование и др.);

·   методы тестирования программ;

·   методы доказательства правильности программ;

·   анализ качества работы программ;

·   документирование программ;

·   разработка и использование программных средств, облегчающих процесс проектирования программного обеспечения, и многое другое.

Программное обеспечение — неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения конкретного компьютера определяется созданным для него ПО. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ — от игровых до научных.

В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

1.прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

2.системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции, например:

o    управление ресурсами компьютера;

o    создание копий используемой информации;

o    проверка работоспособности устройств компьютера;

o    выдача справочной информации о компьютере и др.;

3.инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения.

Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО — операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась.

Развитие ПО пошло как вглубь (появились новые подходы к построению операционных систем, языков программирования и т.д.), так и вширь (прикладные программы перестали быть прикладными и приобрели самостоятельную ценность).

Соотношение между требующимися программными продуктами и имеющимися на рынке меняется очень быстро. Даже классические программные продукты, такие, как операционные системы, непрерывно развиваются и наделяются интеллектуальными функциями, многие из которых ранее относились только к интеллектуальным возможностям человека.

На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:

·   операционные системы и оболочки;

·   системы программирования (трансляторы, библиотеки подпрограмм, отладчики и т.д.);

·   инструментальные системы;

·   интегрированные пакеты программ;

·   динамические электронные таблицы;

·   системы машинной графики;

·   системы управления базами данных (СУБД);

·   прикладное программное обеспечение.

Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая решению
какой-либо задачи в пределах данной проблемной области.

Например, там, где на компьютер возложена задача контроля за финансовой деятельностью какой-либо фирмы, прикладной будет программа подготовки платежных ведомостей.  Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п.

В противоположность этому, операционная система или инструментальное ПО не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.

Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов.

Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом.

Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

 Структура программного обеспечения компьютера

Лекция 7. Системное программное обеспечение. Операционные системы.

Классификация системного программного обеспечения

Системное программное обеспечение делится:

·     Базовое системное программное обеспечение - это набор программных средств, обеспечивающих работу компьютера, как правило поставляемый вместе с компьютером и включающий: операционные системы, операционные оболочки, сетевые средства.

·     Сервисное программное обеспечение, которое может быть приобретено дополнительно и включает: программы диагностики работы компьютера, программы обслуживания дисков, программы обслуживания сети, антивирусные программы, программы архивирования. Сервисное программное обеспечение расширяет возможности базового и организует более удобную среду работы пользователя.

Операционные системы

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.

Функции операционной системы:

·   осуществление диалога с пользователем;

·   ввод-вывод и управление данными;

·   планирование и организация процесса обработки программ;

·   распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);

·   запуск программ на выполнение;

·   всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

·   передача информации между различными внутренними устройствами;

·   программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).

Классификация операционных систем

В зависимости от количества одновременно обрабатываемых задач и числа пользователей, которых могут обслуживать ОС, различают четыре основных класса операционных систем:

1.  однопользовательские однозадачные, которые поддерживают одну клавиатуру и могут работать только с одной (в данный момент) задачей;

2.  однопользовательские однозадачные с фоновой печатью, которые позволяют помимо основной задачи запускать одну дополнительную задачу, ориентированную, как правило, на вывод информации на печать. Это ускоряет работу при выдаче больших объёмов информации на печать;

3.  однопользовательские многозадачные, которые обеспечивают одному пользователю параллельную обработку нескольких задач. Например, к одному компьютеру можно подключить несколько принтеров, каждый из которых будет работать на "свою" задачу;

4.  многопользовательские многозадачные, позволяющие на одном компьютере запускать несколько задач нескольким пользователям. Эти ОС очень сложны и требуют значительных машинных ресурсов.

Основные компоненты операционной системы:

·   программы управления вводом/выводом;

·   программы, управляющие файловой системой и планирующие задания для компьютера;

·   процессор командного языка, который принимает, анализирует и выполняет команды, адресованные операционной системе.

Файловая система — это средство для организации хранения файлов на каком-либо носителе.

Файл (англ. file —папка) — это именованная совокупность любых данных, размещенная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

 Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних носителях — магнитных дисках или CD-ROM. Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой памяти. Обычная длина блока — 512 байт.

Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, зарегистрированное в каталоге — оглавлении файлов.

Обзор операционных систем

Операционная система MS DOS (Microsoft Disk Operating System) — самая распространенная ОС на 16-разрядных персональных компьютерах. Она состоит из следующих основных модулей (см. рис.):

·   базовая система ввода/вывода (BIOS);

·   блок начальной загрузки (Boot Record);

·   модуль расширения базовой системы ввода/вывода (IO.SYS);

·   модуль обработки прерываний (MSDOS.SYS);

·   командный процессор (COMMAND.COM);

·   утилиты MS DOS.

Каждый из указанных модулей выполняет определенную часть функций, возложенных на ОС. Места постоянного размещения этих модулей различны. Так, базовая система ввода/вывода находится в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ), а не на дисках, как все остальные модули.

Базовая система ввода/вывода (BIOS) выполняет наиболее простые и универсальные услуги операционной системы, связанные с осуществлением ввода-вывода. В функции BIOS входит также автоматическое тестирование основных аппаратных компонентов (оперативной памяти и др.) при включении машины и вызов блока начальной загрузки DOS.

Блок начальной загрузки (или просто загрузчик) — это очень короткая программа, единственная функция которой заключается в считывании с диска в оперативную память двух других частей DOS — модуля расширения базовой системы ввода/вывода и модуля обработки прерываний.

Модуль расширения базовой системы ввода/вывода дает возможность использования дополнительных драйверов, обслуживающих новые внешние устройства, а также драйверов для нестандартного обслуживания внешних устройств.

Модуль обработки прерываний реализует основные высокоуровневые услуги DOS, поэтому его и называют основным.

Командный процессор DOS обрабатывает команды, вводимые пользователем.

Утилиты DOS — это программы, поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Они выполняют действия обслуживающего характера, например, разметку дискет, проверку дисков и т.д.

Оболочки — это программы, созданные для упрощения работы со сложными программными системами, такими, например, как DOS. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Оболочки предоставляют пользователю удобный доступ к файлам и обширные сервисные услуги.

·   Самая популярная у пользователей IBM-совместимого ПК оболочка — пакет программ Norton Commander.

В начале 90-х годов во всем мире огромную популярность приобрела графическая оболочка MS-Windows 3.х, преимущество которой состоит в том, что она облегчает использование компьютера, и её графический интерфейс вместо набора сложных команд с клавиатуры позволяет выбирать их мышью из меню практически мгновенно. Операционная среда Windows, работающая совместно с операционной системой DOS, реализует все свойства, необходимые для производительной работы пользователя, в том числе — многозадачный режим.

Операционные системы Windows

В настоящее время большинство компьютеров в мире работают под управлением той или иной версии операционной среды Windows фирмы Microsoft. Охарактеризуем наиболее распространенные версии.

Windows NT (NT — англ. New Technology) — это операционная система, а не просто графическая оболочка. Она использует все возможности новейших моделей персональных компьютеров и работает без DOS. Windows NT — 32-разрядная ОС со встроенной сетевой поддержкой и развитыми многопользовательскими средствами. Она предоставляет пользователям истинную многозадачность, многопроцессорную поддержку, секретность, защиту данных и многое другое. Эта операционная система очень удобна для пользователей, работающих в рамках локальной сети, для коллективных пользователей, особенно для групп, работающих над большими проектами и обменивающихся данными.

Windows 95 представляет собой универсальную высокопроизводительную многозадачную и многопотоковую 32-разрядную ОС нового поколения с графическим интерфейсом и расширенными сетевыми возможностями. Windows 95 — интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической. звуковой и видеоинформации. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами.

Windows 98 отличается от Windows 95 тем, что в ней операционная система объединена с браузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в виде Web-браузера и оснащенного кнопками "Назад" и "Вперед" для перехода на предыдущую и последующую Web-страницы. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратными средствами компьютера, она одинаково удобна как для использования на настольных, так и на портативных компьютерах.

Windows 2000 Professional — операционная система нового поколения для делового использования на самых разнообразных компьютерах — от портативных до серверов. Эта ОС является наилучшей для ведения коммерческой деятельности в Интернете. Она объединяет присущую Windows 98 простоту использования в Интернете, на работе, в пути с присущими Windows NT надежностью, экономичностью и безопасностью.

Windows CE 3.0 — операционная система для мобильных вычислительных устройств, таких, как карманные компьютеры, цифровые информационные пейджеры, сотовые телефоны, мультимедийные и развлекательные приставки, включая DVD проигрыватели и устройства целевого доступа в Интернет.

Windows XP – имеет улучшенный графический интерфейс, высокую надежность и производительность. Эта ОС:

1.      Позволяет упростить выполнения простых задач и действий пользователя.

2.      Имеет функциональный дизайн и динамические меню, ориентированные на выполняемую задачу.

3.      Имеет модернизированное, настраиваемое меню Пуск.

4.      Для удобства пользователя создает новые папки – Моя музыка, Мои рисунки и т.д.

5.      Имеет мастер работы со сканером.

Операционная система Unix

Операционная система Unix была создана в Bell Telephone Laboratories. Unix — многозадачная операционная система, способная обеспечить одновременную работу очень большого количество пользователей. Ядро ОС Unix написано на языке высокого уровня C и имеет только около 10 процентов кода на ассемблере. Это позволяет за считанные месяцы переносить ОС Unix на другие аппаратные платформы и достаточно легко вносить в нее серьезные изменения и дополнения. UNIX является первой действительно переносимой операционной системой. В многочисленные существующие версии UNIX постоянно вносятся изменения. С одной стороны, это расширяет возможности системы, делает ее мощнее и надежнее, с другой — ведет к появлению различий между существующими версиями. В связи с этим возникает необходимость стандартизации различных свойств системы. Наличие стандартов облегчает переносимость приложений между различными версиями UNIX и защищает как пользователей, так и производителей программного обеспечения. Поэтому в 80-х годах разработан ряд стандартов, оказывающих влияние на развитие UNIX. Сейчас существуют десятки операционных систем, которые можно объединить под общим названием UNIX. В основном, это коммерческие версии, выпущенные производителями аппаратных платформ для компьютеров своего производства. Причины популярности UNIX:

  Код системы написан на языке высокого уровня C, что сделало ее простой для понимания, изменения и переноса на другие платформы. Можно смело сказать, что UNIX является одной из наиболее открытых систем.

  UNIX — многозадачная многопользовательская система. Один мощный сервер может обслуживать запросы большого количества пользователей. При этом необходимо администрирование только одно системы. Кроме того, система способна выполнять большое количество различных функций, в частности, работать, как вычислительный сервер, как сервер базы данных, как сетевой сервер, поддерживающий важнейшие сервисы сети и т.д.

  Наличие стандартов. Несмотря на разнообразие версий UNIX, основой всего семейства являются принципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов. Для администратора переход на другую версию системы не составит большого труда, а для пользователей он может и вовсе оказаться незаметным.

  Простой, но мощный модульный пользовательский интерфейс. Имея в своем распоряжении набор утилит, каждая из которых решает узкую специализированную задачу, можно конструировать из них сложные комплексы.

  Использование единой, легко обслуживаемой иерархической файловой системы. Файловая система UNIX — это не только доступ к данным, хранящимся на диске. Через унифицированный интерфейс файловой системы осуществляется доступ к терминалам, принтерам, сети и т.п.

  Очень большое количество приложений, в том числе свободно распространяемых, начиная от простейших текстовых редакторов и заканчивая мощными системами управления базами данных.
!!! Операционная система Linux

Начало созданию системы Linux положено в 1991 г. финским студентом Линусом Торвальдсом (Linus Torvalds). В сентябре 1991 года он распространил по e-mail первый прототип своей операционной системы, и призвал откликнуться на его работу всех, кому она нравится или нет. С этого момента многие программисты стали поддерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные продвинутые приложения и др. Атмосфера работы энтузиастов над полезным проектом, а также свободное распространение и использование исходных текстов стали основой феномена Linux. В настоящее время Linux — очень мощная система, но самое замечательное то, что она бесплатная (free).

Линус Торвальдс разработал не саму операционную систему, а только ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты.

Лекция 8. Сервисное программное обеспечение.

Важными классами системных программ являются также программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза). Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые разновидности утилит:

·   программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

·   программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

·   программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

·   антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;

·   программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;

·   программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;

·   коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;

·   программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;

·   программы для записи CD-ROM, CD-R и многие другие.

Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.

Вопросы для самоподготовки

1.      Что включает в себя понятие "программное обеспечение"?

2.      Назовите и характеризуйте основные категории программного обеспечения.

3.      В чем отличие прикладных программ от системных и инструментальных?

4.      Что входит в системное программное обеспечение?

5.      В чем состоит назначение операционной системы?

6.      Характеризуйте основные классы операционных систем.

7.      Опишите процесс начальной загрузки операционной системы в оперативную память компьютера.

8.      Что такое файл? Как организована файловая система?

9.      Какой модуль операционной системы осуществляет обслуживание файлов?

10.  Приведите пример иерархической файловой структуры.

11.  Что такое базовая система ввода-вывода (BIOS), и в каком разделе памяти она размещается?

12.  Из каких основных модулей состоит операционная система MS-DOS?

13.  Назовите основные разновидности программ-утилит и дайте им краткую характеристику.

14.  К каким категориям программного обеспечения относятся программные пакеты:

15.  Norton Commander;
— MS-DOS;
— Windows 3.x;
— Windows-NT, Windows 95;
— Microsoft Word;
— Adobe PageMaker;
— Turbo Bascal, Turbo Basic;
— Microsoft Excel, Lotus;
— FoxPro, Access for Windows;
— Microsoft Office, Microsoft Works?

16.  Для чего предназначен пакет программ Norton Commander?

17.  Какой вид интерфейса удобнее для пользователя — командный или графический?

18.  Чем объясняется широкая популярность пакета Norton Commander?

19.  Что такое компьютерные вирусы, в чем состоят их вредные действия?

20.  Какие существуют средства борьбы с компьютерными вирусами?

21.  В чем суть процесса сжатия информации?

22.  Характеризуйте основные особенности операционных систем Windows-NT и Windows 95, 98, 2000, XP.

РАЗДЕЛ 5. ИНСТРУМЕНТАРИЙ РЕШЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЗАДАЧ

Лекция 9. Классификация и типовые представители программных продуктов для решения функциональных задач.

Наиболее представительный класс программных продуктов - пакеты прикладных программ. Эти пакеты можно классифицировать так:

• проблемно – ориентированные;
• методо – ориентированные;
• общего назначения;
• офисные;
• автоматизированного проектирования;
• программные средства мультимедиа;
• настольные издательские системы;
• системы искусственного интеллекта.

Проблемно – ориентированные пакеты прикладных программ предназначены для решения некой проблемы: автоматизации бухгалтерского учета, финансовой деятельности ; управления персоналом, материальными ресурсами, производством; банковские информационные системы.

Методо – ориентированные пакеты обеспечивают математические, статистические и другие методы решения задач в различных предметных областях.

Пакеты прикладных программ общего назначения поддерживают преимущественно информационные технологии конечных пользователей. Представители данного класса программ:

• настольные СУБД, обеспечивающие организацию и хранение локальных баз данных на файл – сервере и сетевой доступ к ним, либо на автономно работающих компьютерах;
• серверы баз данных предназначены  для создания и использования при работе в сети интегрированных баз данных в архитектуре клиент – сервер;
• генераторы отчетов обеспечивают реализацию запросов и формирование отчетов в печатном или экранном виде в условиях сети с архитектурой клиент – сервер;
• текстовые процессоры, обеспечивающие автоматическое редактирование, форматирование и вывод на печать документов;
• табличные процессоры, автоматизирующие вычисление, оформление таблиц, построение диаграмм и графиков и т.п
• средства презентационной графики для создания изображений и их показа на экране, подготовки слайд – фильмов, мультфильмов, видеофильмов, их редактирование, определение порядка следования изображений и т.д.;
• интегрированные пакеты – набор нескольких программных продуктов, функционально дополняющих друг друга, поддерживающих единые информационные технологии, реализованные на общей вычислительной и операционной платформе;

Офисные пакеты прикладных программ обеспечивают организационное управление деятельностью офиса. Это:

·         органайзеры (планировщики рабочего времени);

·         программы – переводчики, средства проверки орфографии и распознавания текста;

·         коммуникационные программные средства.

Пакеты прикладных программ автоматизированного проектирования предназначены для поддержания работы конструкторов и технологов, связанных с разработкой чертежей, схем, диаграмм, графическим моделированием и конструированием.

Программные средства мультимедиа – это основа для прикладных обучающих систем, компьютерных игр, библиотечных каталогов и фондов.

Настольные издательские системы включают программы, обеспечивающие информационную технологию компьютерной издательской деятельности.

Системы искусственного интеллекта реализуют отдельные функции интеллекта человека. Это:

·         программные оболочки для создании экспертных систем;

·         готовые экспертные системы;

·         системы управления базами знаний.

Лекция 10. Текстовый процессор. Табличный процессор.

Текстовый редактор — это программа, используемая специально для ввода и редактирования текстовых данных.

Этими данными могут быть программа или какой-либо документ или же книга. Редактируемый текст выводится на экран, и пользователь может в диалоговом режиме вносить в него свои изменения.

Текстовые редакторы могут обеспечивать выполнение разнообразных функций, а именно:

·   редактирование строк текста;

·   возможность использования различных шрифтов символов;

·   копирование и перенос части текста с одного места на другое или из одного документа в другой;

·   контекстный поиск и замена частей текста;

·   задание произвольных межстрочных промежутков;

·   автоматический перенос слов на новую строку;

·   автоматическая нумерацию страниц;

·   обработка и нумерация сносок;

·   выравнивание краев абзаца;

·   создание таблиц и построение диаграмм;

·   проверка правописания слов и подбор синонимов;

·   построение оглавлений и предметных указателей;

·   распечатка подготовленного текста на принтере в нужном числе экземпляров и т.п.

Возможности текстовых редакторов различны — от программ, предназначенных для подготовки небольших документов простой структуры, до программ для набора, оформления и полной подготовки к типографскому изданию книг и журналов (издательские системы).

Наиболее известный текстовый процессор — Microsoft Word.

Табличный процессор — это комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для обработки электронных таблиц.

Электронная таблица — это компьютерный эквивалент обычной таблицы, состоящей из строк и граф, на пересечении которых располагаются клетки, в которых содержится числовая информация, формулы или текст.

Значение в числовой клетке таблицы может быть либо записано, либо рассчитано по соответствующей формуле; в формуле могут присутствовать обращения к другим клеткам.

Каждый раз при изменении значения в клетке таблицы в результате записи в нее нового значения с клавиатуры пересчитываются также значения во всех тех клетках, в которых стоят величины, зависящие от данной клетки.

Графам и строкам можно присваивать наименования. Экран монитора трактуется как окно, через которое можно рассматривать таблицу целиком или по частям.

Табличные процессоры представляют собой удобное средство для проведения бухгалтерских и статистических расчетов. В каждом пакете имеются сотни встроенных математических функций и алгоритмов статистической обработки данных. Кроме того, имеются мощные средства для связи таблиц между собой, создания и редактирования электронных баз данных.

Специальные средства позволяют автоматически получать и распечатывать настраиваемые отчеты с использованием десятков различных типов таблиц, графиков, диаграмм, снабжать их комментариями и графическими иллюстрациями.

Табличные процессоры имеют встроенную справочную систему, предоставляющую пользователю информацию по конкретным командам меню и другие справочные данные. Многомерные таблицы позволяют быстро делать выборки в базе данных по любому критерию.

Самые популярные табличные процессоры — Microsoft Excel (Эксель) и Lotus 1—2—3.

В Microsoft Excel автоматизированы многие рутинные операции, специальные шаблоны помогают создавать отчёты, импортировать данные и многое другое.

Lotus 1—2—3 — профессиональный процессор электронных таблиц. Широкие графические возможности и удобный интерфейс пакета позволяют быстро ориентироваться в нём. С его помощью можно создать любой финансовый документ, отчёт для бухгалтерии, составить бюджет, а затем разместить все эти документы в базах данных.

Лекция 11. Средства презентационной графики. Основы создания деловой презентации.

Графический редактор — это программа, предназначенная для автоматизации процессов построения на экране дисплея графических изображений. Предоставляет возможности рисования линий, кривых, раскраски областей экрана, создания надписей различными шрифтами и т.д.

Большинство редакторов позволяют обрабатывать изображения, полученные с помощью сканеров, а также выводить картинки в таком виде, чтобы они могли быть включены в документ, подготовленный с помощью текстового редактора.

Microsoft PowerPoint – это универсальная программа, которая входит в пакет Microsoft Office.

Мультимедиа-презентация (от англ. Presentation - представление) – это документ (иногда приложение), который может содержать текстовые материалы, фотографии, рисунки, звуковое сопровождение, видеофрагменты и анимацию, трехмерную графику на определенную тему. Термин презентация (или слайд-фильм) связан, прежде всего, с информационными и рекламными функциями текстовых материалов и графических изображений, которые рассчитаны на определенную категорию зрителей. Современную учебную, научную, офисную работу трудно представить без различного рода презентаций, докладов, сообщений, отчетов и т.д.

Совсем недавно презентация представляла собой сухой доклад, подкрепленный рисунками на доске или листе ватмана, в лучшем случае демонстрацией слайдов или «прозрачек» с помощью проектора. Программа PowerPoint поможет при создании эффектной, блестяще оформленной, вызывающей интерес слушателей презентации.

Для демонстрации презентации небольшой аудитории (5-7 человек) достаточно обычного компьютера. Для более широкой аудитории понадобится специальное оборудование, увеличивающее изображение. Обычно это специальный проекционный аппарат, который присоединяется к компьютеру параллельно с обычным монитором и проецирует изображение на обыкновенный белый киноэкран. Это может быть и жидкокристаллический экран или специальный проекционный экран. MS PowerPoint позволяет проводить презентации не только в рамках одного кабинета или зала, но и в локальной сети, а также в глобальной сети Интернет.

Создание презентации следует начать с разработки ее структуры. Для этого сначала необходимо составить план презентации на листе бумаги, то есть определить название и примерное содержание каждого слайда. Таким образом, перед началом создания презентации вы должны знать, какую информацию, в каком объеме и в какой последовательности вы хотите представить.

Некоторые редакторы позволяют получать изображения трёхмерных объектов, их сечений, разворотов, каркасных моделей и т.п.

Пользуется известностью Corel DRAW! — мощный графический редактор с функциями создания публикаций, снабжённый инструментами для редактирования графики и трёхмерного моделирования.

Системы деловой графики дают возможность выводить на экран различные виды графиков и диаграмм: >гистограммы; круговые и секторные диаграммы и т.д.

Эти системы позволяют наглядно представлять на экране различные данные и зависимости.
  Системы научной и инженерной графики позволяют в цвете и в заданном масштабе отображать на экране следующие объекты:

·   графики двумерных и трехмерных функций, заданных в табличном или аналитическом виде;

·   системы изолиний, в том числе, и нанесённые на поверхность объекта;

·   сечения, проекции, карты и т.д.

Для построения легко воспринимаемых реалистических изображений трёхмерных объектов системы инженерной графики позволяют удалять линии, не видимые наблюдателю.

РАЗДЕЛ 6. АЛГОРИТМИЗАЦИЯ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ. ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УОВНЯ.

Лекция 12. Алгоритм: свойства, способы записи. Языки программирования, классификация.

Алгоритм - система четких и понятных предписаний исполнителю о характере и последовательности конечного числа действий, необходимых для решения задач какого-либо типа.

Система команд исполнителю - совокупность всех предписаний, которые исполнитель может понять и исполнить.

Свойства алгоритма:

1. Дискретность (весь алгоритм разбит на действия, которые выполняются друг за другом и называются командами). Набор команд называется программой.
2. Понятность (знание исполнителя о том, что надо делать для исполнения этого алгоритма).
3. Детерминированность/определенность (в любой момент времени исполнитель должен знать какую команду ему выполнять).
4. Массовость (применение одного алгоритма к задачам одного  типа).
5. Результативность (любой алгоритм приводит к нужному результату).
6. Эффективность (время исполнения, ресурсы исполнения).

Способы описания алгоритма:

• Текстовый (языки общения, псевдо),
• Графический (блок-схема, диаграмма).

Структурный подход к разработке алгоритма решения задачи.

            Алгоритм решения любой задачи может быть представлен с помощью базовых алгоритмических структур. Структурный подход является результатом практической деятельности по разработки алгоритма. Структурный подход – это система приемов и правил разработки алгоритмов, имеющих четкую и ясную структуру.

Каждая из базовых структур может быть рассмотрена как функциональный блок с одним входом и одних выходом, что дает возможность построения алгоритма посредством присоединения этих структур или вложения их друг в друга.

Следование    

Развилка    

 

Цикл (с предусловием, с постусловием)

Язык программирования - средство записи алгоритмов, исполнителями которых является ЭВМ. Делятся на машинно-зависимые и машинно-независимые (низкого и высокого уровня).

Низкого уровня:

·         язык машинных кодов – использует систему команд данного процессора;

·         ассемблер (assembler) – машинный язык, в котором команда записывается с использованием  мнемонических обозначений.

Высокого уровня: программа, написанная для ЭВМ одного типа, может быть перенесена на другую ЭВМ, если на ней установлена соответствующая система программирования.

Классификация по функциональному назначению:

Алгоритмические языки – предназначены для задач, решение которых может быть описано с исполнителеи алгоритма (Бейсик, Паскаль, Ада, Си).

1.  В настоящее время почти все алгоритмические языки – процедурно-ориентированные, т.е. ход решения задачи может быть представлен в виде последовательности обращений к подпрограммам.

2.      Проблемно-ориентированные языки (не алгоритмические): Пролог – язык логического программирования,  Лисп-язык обработки списков).

3.  Объектно–ориентированные .языки: позволяют работать с такими понятиями как «объект»-структура данных и алгоритмы их обработки.(Паскаль 7.0)

4.  Интегрированные языки (встроенные):FoxPro.

Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

·   компилятор или интерпретатор;

·   интегрированная среда разработки;

·   средства создания и редактирования текстов программ;

·   обширные библиотеки стандартных программ и функций;

·   отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

·   "дружественная" к пользователю диалоговая среда;

·   многооконный режим работы;

·   мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками

·   встроенный ассемблер;

·   встроенная справочная служба;

·   другие специфические особенности.

Популярные системы программирования — Turbo Basic, Quick Basic, Turbo Pascal, Turbo C.

В последнее время получили распространение системы программирования, ориентированные на создание Windows-приложений:

·     пакет Borland Delphi (Дельфи) — блестящий наследник семейства компиляторов Borland Pascal, предоставляющий качественные и очень удобные средства визуальной разработки. Его исключительно быстрый компилятор позволяет эффективно и быстро решать практически любые задачи прикладного программирования.

·     пакет Microsoft Visual Basic — удобный и популярный инструмент для создания Windows-программ с использованием визуальных средств. Содержит инструментарий для создания диаграмм и презентаций.

·     пакет Borland C++ — одно из самых распространённых средств для разработки DOS и Windows приложений.

Бейсик (BASIC — Beginners All-purpose Symbolic Instruction Code — универсальный символьный код для начинающих) был создан в 1965 г. Дж. Кемени и Т.Курцем как язык, облегчающий написание простых программ. Cейчас все чаще пишут Basic вместо BASIC, придавая другую трактовку названию: Basic — основной, базовый.

Существует много различных версий Бейсика — от очень простых до усовершенствованных, содержащих множество дополнительных языковых конструкций. Наибольшее распространение имеют следующие версии: QuickBasic (QBasic) 4.5 для DOS и Visual Basic 3.0-6.0 для Windows.

QuickBasic 4.5 фирмы Microsoft — это очень простой, но в то же время эффективный язык, унаследовавший от раннего Бейсика все его достоинства, но избавившийся от всех его недостатков и впитавший целый ряд передовых идей начала 90-х годов. Еще QuickBasic очень привлекателен своей средой программирования. Одна из удач — это использование своеобразного режима работы. Для быстрой работы в среде используется режим интерпретатора, а для окончательного перевода отлаженных программ на машинный язык используется компилятор. Из QBasic компилятор исключен. QBasic входит в минимальный комплект поставки программного обеспечения компьютера. Бейсик очень популярный язык программирования.

Язык Паскаль был разработан в 1970 г. Никласом Виртом как язык обучения студентов программированию. Паскаль вырабатывает навыки соблюдения хорошего строгого стиля программирования, упрощающего разработку сложных программ.

Основные привлекательные черты Паскаля — логичность, поддержка концепций структурного и процедурного программирования, работа с динамической памятью, возможность создания своих типов данных. В Паскале программист должен всегда явно указывать, с какими конкретными переменными он желает работать и каковы типы этих переменных. Строгая типизация данных позволяет резко снизить количество ошибок, появляющихся в программе вследствие невнимательности или опечаток.

В своем первоначальном виде Паскаль имел довольно ограниченные возможности, но расширенный вариант этого языка — Turbo Pascal, является очень мощным языком программирования. Интегрированная оболочка Turbo Pascal, разработанная фирмой Borland (ныне Inprise), включающая в себя редактор, компилятор, компоновщик и отладчик, вместе с интерактивной справочной системой сделали разработку программ на Паскале делом простым и приятным.

Язык Си разработан Деннисом Ритчи в 1972 г. как язык, пригодный для программирования новой операционной системы UNIX.

Операционные системы ради повышения скорости работы традиционно писались на языке низкого уровня — ассемблере, но язык Си настолько хорошо зарекомендовал себя, что на нем было написано более 90% всего кода ОС UNIX. Язык СИ обрел популярность как так называемый язык среднего уровня, в котором удобство, краткость и мобильность языков высокого уровня сочетаются с возможностью непосредственного доступа к аппаратуре компьютера, что обычно достигаются только при программировании на языке Ассемблера.

Си не очень прост в изучении и требует тщательности в программировании, но позволяет создавать сложные и весьма эффективные программы.     

РАЗДЕЛ 7. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ.

Лекция 13. Технологии создания программных продуктов. Инструментарий технологии программирования. Создание информационных систем.

Система программирования ­− система, образуемая языком программирования, компилятором или транслятором программ, представленных на этом языке, соответствующей документацией, а также вспомогательными средствами для  подготовки программ к форме, пригодной для выполнения.

Компоненты и функции системы программирования

При разработке программ, а тем более − сложных, используется принцип модульности, разбиения сложной программы на составные части, каждая из которых может подготавливаться отдельно. Модульность является основным инструментом структурирования  программного изделия, облегчающим его разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль − программа или функционально завершенный фрагмент программы, предназначенный для хранения, трансляции, объединения с другими программными модулями и загрузки в оперативную память.

При выборе  модульной структуры  должны учитываться  следующие основные соображения:

Функциональность − модуль должен выполнить законченную функцию.

Несвязность − модуль должен иметь минимум связей с другими модулями, связь через глобальные переменные и области памяти нежелательна.

Специфичность − входные и выходные параметры модуля должны четко формулироваться.

1. Программа пишется в виде исходного модуля.

Исходный модуль − программный модуль на исходном языке, об­рабатываемый транслятором и представляемый для него как целое, до­статочное для проведения трансляции.

2. Следующим этапом является трансляция.

Трансляция − преобразование программы, представленной на од­ном языке программирования, в программу на другом языке программи­рования, в определенном смысле равносильную первой.

Как правило, выходным языком транслятора является машинный язык целевой вычислительной системы.

Машинный язык − язык программирования, предназначенный для представления программы в форме, позволяющей выполнят ее не­посредственно техническими средствами обработки информации

Трансляторы − общее название для программ, осуществляющих трансляцию. Они подразделяются на Ассемблеры и Компиляторы в зависимости от исходного языка программы, которую они обрабатывают. Ассемблеры работают с автокодами иди языками Ассемблера. Ком­пиляторы − с языками высокого уровня.

Автокод − символьный язык программирования., предложения которого по своей структуре в основном подобны командам и обрабаты­ваемым данным конкретного машинного языка.

Язык Ассемблера − язык программирования, который представляет собой символьную форму машинного языка с рядом возможностей, характерных для языка высокого уровня (обычно включает в себя макросредства).

Язык высокого уровня − язык программирования, понятия и структура которого удобны для восприятия человеком.

Объектный модуль − программный модуль, получаемый в результате исходного модуля.

РАЗДЕЛ 8. БАЗЫ ДАННЫХ.

Лекция 14. Информационные системы и базы данных. Модели организации данных.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Данные – это информация, представленная в определенном виде, позволяющем автоматизировать ее сбор, хранение и дальнейшую обработку человеком или информационным средством. Для компьютерных технологий, данные – это информация в цифровом виде, зафиксированная каким-либо образом, удобном для хранения, обработки и передачи с помощью компьютера.

База данных (БД) – именованная совокупность взаимосвязанных и специальным образом организованных данных, отражающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Система управления базами данных (СУБД) – комплекс языковых и программных средств, предназначенный для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Обычно СУБД различают по используемой модели представления данных (модели данных).

Моделью представления данных называют логическую структуру хранимых в базе данных. Данные в базе данных должны быть организованы таким образом, чтобы в наибольшей степени отвечать следующим целям:

-  обеспечение быстрого доступа к данным;

-  исключение дублирования данных (которое может быть причиной ошибок при вводе и нерационального использования памяти);

-  обеспечение целостности данных таким образом, чтобы при изменении одних объектов автоматически происходило соответствующее изменение связанных с ними объектов.

            К основным моделям представления данных относятся: иерархическая, сетевая, реляционная, постреляционная, объектно-ориентированная и др. В настоящее время наиболее широко распространены реляционные СУБД, то есть СУБД, основанные на использовании реляционной модели данных.

            Реляционная модель данных основывается на понятии отношение (relation). Наглядной формой представления отношения является привычная для человеческого восприятия двумерная таблица. Таблица имеет строки (записи) и столбцы (поля). Каждая строка таблицы имеет одинаковую структуру, состоит из значений полей и содержит информацию об одном подобъекте  какого-либо информационного объекта (человека, явления, сущности, системы и пр.). Например, таблица может содержать сведения о группе обучаемых, о каждом из которых известны следующие характеристики: фамилия, имя, отчество, пол, возраст и т.д.

СУБД ACCESS 2002

            Microsoft Access 2002 в настоящее время является одной из самых популярных среди настольных (персональных) программных систем управления базами данных. Microsoft Access – это программное обеспечение, ориентированное на решение задач локального пользователя или компактной группы пользователей и предназначенное для использования на персональном компьютере. 

            Определяющими характеристиками настольных систем являются:

-  относительная простота эксплуатации, позволяющая создавать на их основе работоспособные приложения, как специалистам, так и конечным пользователям;

-  относительно невысокие требования к аппаратным ресурсам.

            Программа Access 2002 ориентирована на создание настольных и клиент-серверных приложений и является удобным визуальным средством создания и управления реляционными базами данных с интуитивно понятным интерфейсом и простотой использования. Программа входит в состав популярного пакета Office XP и позволяет обмениваться данными со всеми его компонентами.

            Основная цель при разработке Access 2002 состояла в упрощении построения и применения баз данных. Эта цель была достигнута благодаря предоставлению пользователям широкого круга средств, позволяющих легко отыскивать и применять большую часть возможностей этого программного продукта, а также упрощающих доступ к информации, независимо от места расположения соответствующих данных. С помощью приложений Access 2002 можно публиковать данные в Интернет.

Объекты  СУБД Access

В СУБД объектами называется все, что может иметь имя. Базы данных Microsoft Access 2002 могут содержать следующие объекты: таблицы, запросы, формы, отчеты, страницы, макросы и модули. Разработка базы данных предполагает создание этих объектов.

            Таблицы - это основные объекты любой базы данных. В таблицах хранятся все данные, имеющиеся в базе.

Структуру таблицы определяют поля и записи. Поля имеют имя и характеризуются типом. Имена полей являются заголовками столбцов таблицы,  а тип поля определяет тип данных, которые могут содержаться в данном поле.

            Запросы - это объект, который позволяет пользователю получить нужные данные из одной или нескольких базовых таблиц и других запросов. В запросе можно указать условие, которым должны удовлетворять данные. Благодаря этому запрос позволяет из большого массива информации, хранимой в базе данных, извлекать только нужные данные. Можно создавать запросы на выборку, обновление, удаление или на добавление данных.

            Формы – это объект, предназначенный в основном для ввода данных, отображения их на экране или управления работой приложения. Формы используются для того, чтобы реализовать требования заказчика по представлению данных из таблиц и запросов.

            Отчеты – это объект, предназначенный для создания документа, который в последствии может быть распечатан или включен в документ другого приложения. Отчет можно просмотреть на экране.

            Макросы – это объект, представляющий собой структурированное описание одного или нескольких действий, которые будут выполняться в ответ на определенные события.

            Модуль – это объект, содержащий программу на Visual Basic, которая может разрабатываться пользователем для реализации нестандартных процедур.

Лекция 15. Системы управления базами данных. Архитектура информационных систем.

Понятие информационной системы

Информационная система (ИС) - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработку информации –  персональный компьютер.

Процессы в ИС:

-          ввод информации из внешних  или внутренних источников;

-          обработка входной информации и представление ее в удобном виде;

-          вывод информации для представления потребителям или в другую систему;

-          обратная связь – это информация, переработанная людьми  данной организации для коррекции входной информации.

Управленческие функции:

·         организационная: разработка организационной структуры  комплекса нормативных документов, штатного расписания;

·         планирование  (бизнес – план для всей фирмы, план производства, план маркетинговых исследований фирмы, филиала и т. д.);

·         учетная  -  разработка и использование форм  учета показателей деятельности фирмы: бухучет, финансовый учет, управленческий учет.  Учет - это получение, регистрация, накопление, обработка и представление информации о реальных хозяйственных процессах;

·         анализ – аналитическая функция: связана с изучением итогов выполнения планов и заказов, определение влияющих факторов, выявление резервов;

·         контрольная (выполняется менеджером);

·         принятие решения.

Примеры ИС:

1.      ИС по отысканию рыночных ниш (регистрация данных о покупательских запросах и ориентирование на более многочисленную группу).

2.      ИС, ускоряющие потоки товаров. (Заказчик вводит заказы по каталогу. Менеджеры, делая выборку по заказам, принимают оперативное решение).

3.      ИС по продаже авиабилетов позволяет проанализировать данные за несколько лет и оценить перспективы заполнения салона, назначить разумную цену, снизить количество непроданных билетов. (2 места резервируются за 3 пассажирами за 3 месяца).

Структура ИС

Информационная система – это совокупность отдельных ее частей – подсистем.   В составе ИС можно выделить три подсистемы:

1.      Организационно-технологическая (подсистема сбора информации).

2.      Подсистема сбора и обработки информации.

3.      Нормативно-функциональная подсистема выдачи информации.

Организационно-технологическая ИС обеспечивает отбор и накопление данных в ИС и включает совокупность источников информации, организационно - технологические цепочки отбора информации для накопления в системе.

Подсистема сбора и обработки информации составляет ядро ИС и является одним из наиболее сложных компонентов ИС.

Нормативно-функциональная подсистема выдачи информации определяет пользователей (абонентов) ИС, реализует целевой аспект назначения и выполнения задач ИС.

Информационным ядром (информационным фондом) подсистемы сбора и обработки информации АИС (Автоматизированная информационная система), или внутренним носителем знаний о предметной области является база данных (БД).

По характеру представления и логической организации хранимой информации АИС разделяются на

·         Фактографические;

·         Документальные;

·         Геоинформационные.

Фактографические АИС накапливают и хранят данные в виде множества экземпляров одного или нескольких типов структурных элементов (информационных объектов). Каждый из таких экземпляров или некоторая их совокупность отражают сведения по какому-либо факту, событию и т.д., отделенному (вычисленному) от всех прочих сведений и фактов.

В документальных АИС единичным элементом информации является нерасчлененный на более мелкие элементы документ. Информация при вводе не структурируется или структурируется в ограниченном виде.

В геоинформационных АИС данные организованы в виде отдельных информационных объектов (с определенным набором реквизитов), привязанных к общей электронной топографической основе (электронной карте). Геоинформационные системы применяются для информационного обеспечения в тех предметных областях, структура информационных объектов и процессов в которых имеет пространственно-географический компонент, например маршруты транспорта, коммуникационное хозяйство и т.д.

            Еще одним критерием классификации АИС являются функции и решаемые задачи, основными из которых являются:

·         справочные;

·         поисковые;

·         расчетные;

·         технологические.

Справочные функции заключаются в представлении возможностей получения установочных данных на определенные классы объектов (лица, телефоны, адреса) – это электронные справочники, картотеки, программные или аппаратные «электронные записные книжки». Наиболее широко распространенным классом ИС являются информационно-поисковые системы, предназначенные для поиска и получения сведений по различным поисковым образцам.

Расчетные функции ИС заключаются в обработке информации, находящейся в системе по определенным расчетным алгоритмам для различных целей - это системы автоматического проектирования, бухгалтерские и финансово-экономические системы.

Технологические функции ИС заключаются в автоматизации всего технологического цикла какой-либо производственной или организационной структуры - это АСУ, АСУП, а также различные системы автоматизации документооборота.

РАЗДЕЛ 9. ЛОКАЛЬНЫЕ И ГЛОБАЛЬНЫЕ СЕТИ ЭВМ.

Лекция 16. Компьютерные сети. Аппаратные и программные компоненты вычислительных сетей.

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.

Компьютерную сеть представляют как совокупность узлов (компьютеров и сетевого оборудования) и соединяющих их ветвей (каналов связи). Ветвь сети — это путь, соединяющий два смежных узла. Различают узлы оконечные, расположенные в конце только одной ветви, промежуточные, расположенные на концах более чем одной ветви, и смежные — такие узлы соединены по крайней мере одним путём, не содержащим никаких других узлов. Компьютеры могут объединяться в сеть разными способами.

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.

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры:

·   Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.

·   Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.

·   Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.

·   FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

·   АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Локальная сеть (ЛВС или LAN — Local Area NetWork) — сеть, связывающая ряд компьютеров в зоне, ограниченной пределами одной комнаты, здания или предприятия.

Глобальная сеть (ГВС или WAN — World Area NetWork) — сеть, соединяющая компьютеры, удалённые географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной сети более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.). Глобальная сеть объединяет локальные сети.

Лекция 17. Глобальная сеть Интернет. Услуги, средства поиска. Адресация компьютеров в Интернет.

Общепринято считать Интернет децентрализованной глобальной сетью компьютерных сетей с единой системой адресации компьютеров.

История развития и становления Интернет

(Предлагается студентам для самостоятельного изучения).

В общем плане, необходимо отчетливо представлять себе два основополагающих аспекта Интернет:

1.Аппаратные средства – миллионы компьютеров, объединенные разнообразными коммуникационными каналами (спутниковыми, радио – каналами, волоконно – оптическими, телефонными, коаксиально-кабельными каналами).

2.Программные средства, с помощью которых пользователям предоставляются разнообразные услуги.

Услуги Интернет

·         Электронная почта (electronic mail, или e-mail), позволяющая обмениваться сообщениями;

·         Служба (протокол) передачи файлов FTP (File Transfer Protocol) для загрузки и выгрузки файлов;

·         Группы новостей (News), позволяющая обмениваться сообщениями людям с одинаковым кругом интересов;

·         Системы поиска (Archie и Gopher);

·         Удаленный вход в компьютеры (TellNet);

·         Всемирная паутина WWW (World Wide Web), главная услуга Интернет, которая предоставляет разнообразную информацию пользователям в удобной форме и интегрирует в себе многие из указанных выше услуг.

Не менее 99% пользователей пользуются именно услугами WWW.

Любая услуга Интернет предоставляется по принципу Клиент – Сервер. Это означает, что на компьютере пользователя для получения конкретной услуги необходима специальная программа, программа-клиент (например, Internet Explorer). А где-то в Интернет, на удаленном компьютере, должна выполняться программа, предоставляющая запрашиваемую клиентом услугу. Это программа называется программой-серверой, а сам удаленный компьютер называется сервером.

В зависимости от предоставляемых услуг, в Интернет имеются:

·         Mail – серверы;

·         FTP – серверы;

·         New – серверы;

·         Web – серверы и др.

Многие серверы могут предоставлять несколько услуг многим пользователям. Любая услуга предоставляется согласно протоколу – совокупности правил взаимодействия компьютеров. Например:

·  получение ресурсов Web обеспечивает протокол HTTP (Hyper text Transfer Protocol);

·  для электронной почты разработаны два протокола: SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) и POP3 (Post Office Protocol).

Общая организация Интернет

В общем, сеть Интернет представляет собой хаотичное, но работоспособное образование. Компании, владеющей Интернет, не существует. Управление сетью, поддержание ее в работоспособном состоянии и развитии осуществляется на общественных началах. В США находятся несколько организаций, которые так или иначе связаны с управлением Интернет. В нашей стране также имеются общественные организации, занимающиеся общими вопросами функционирования Интернет.

Информация (большая часть) предоставляется бесплатно и независимо от расстояния.

Отдельные участки Интернет представляют собой сети различной архитектуры, которые связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемещается по сети независимо от других пакетов. Сети в Интернет неограниченно коммутируются (т.е. связываются) друг с другом, потому что все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCP/IP (читается "ти-си-пи / ай-пи"). На самом деле протокол TCP/IP — это два разных протокола, определяющих различные аспекты передачи данных в сети:

·   протокол TCP (Transmission Control Protocol) — протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемой информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов получателя;

·   протокол IP (Internet Protocol) — протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Схема передачи информации по протоколу TCP/IP такова: протокол ТСР разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола ТСР проверяется, все ли пакеты получены; после получения всех пакетов протокол ТСР располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое

Способы соединения с Интернет:

·  из локальной сети организации, имеющей прямое соединение;

·  коммутируемое соединение, называемое также наборным или телефонным соединением.

Адресация компьютеров в Интернет

Для того, чтобы каждый подключенный к Интернет хост – компьютер мог обмениваться информацией с другими компьютерами, он должен иметь уникальный адрес. Необходимо разливать адресацию компьютеров на протокольном уровне, когда адреса представлены двоичными кодами (IP-адрес) и на уровне пользователей, когда адреса представлены содержательными именами (Domain Naming System).

Каждый компьютер, подключенный к сети Интернет имеет два равноценных уникальных адреса: цифровой IP-адрес и символический доменный адрес. Присваивание адресов происходит по следующей схеме: международная организация Сетевой информационный центр выдает группы адресов владельцам локальных сетей, а последние распределяют конкретные адреса по своему усмотрению.

IP-адрес компьютера имеет длину 4 байта. Обычно первый и второй байты определяют адрес сети, третий байт определяет адрес подсети, а четвертый — адрес компьютера в подсети. Для удобства IP-адрес записывают в виде четырех чисел со значениями от 0 до 255, разделенных точками, например: 145.37.5.150. Адрес сети — 145.37; адрес подсети — 5; адрес компьютера в подсети — 150.

Доменный адрес (англ. domain — область), в отличие от цифрового, является символическим и легче запоминается человеком. Пример доменного адреса:   barsuk.les.nora.ru. В процессе передачи данных доменный адрес преобразуются в IP-адрес.

 

World Wide Web — главный информационный сервис

World Wide Web (WWW, "Всемирная паутина") — гипертекстовая, а точнее, гипермедийная информационная система поиска ресурсов Интернет и доступа к ним.

Гипертекст — информационная структура, позволяющая устанавливать смысловые связи между элементами текста на экране компьютера таким образом, чтобы можно было легко осуществлять переходы от одного элемента к другому. На практике в гипертексте некоторые слова выделяют путем подчёркивания или окрашивания в другой цвет. Выделение слова говорит о наличии связи этого слова с некоторым документом, в котором тема, связанная с выделенным словом, рассматривается более подробно.

Гипермедиа — это то, что получится, если в определении гипертекста заменить слово "текст" на "любые виды информации": звук, графику, видео.

Система WWW построена на специальном протоколе передачи данных, который называется протоколом передачи гипертекста HTTP (читается "эйч-ти-ти-пи", HyperText Transfer Protocol). Всё содержимое системы WWW состоит из WWW-страниц.

WWW-cтраницы — гипермедийные документы системы World Wide Web. Создаются с помощью языка разметки гипертекста HTML (Hypertext markup language).

При работе с системой WWW пользователи имеют дело с программами-клиентами системы, называемыми браузерами.

Браузеры (англ. browse — листать, просматривать) — программы, с помощью которых пользователь организует диалог с системой WWW: просматривает WWW страницы, взаимодействует с WWW-cерверами и другими ресурсами в Интернет.

Существуют сотни программ-браузеров. Самые популярные браузеры: Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Браузеры WWW умеют взаимодействовать с любыми типами серверов, используя при этом их собственные протоколы. Информацию, полученную от любого сервера, браузер WWW выводит на экран в стандартной, удобной для восприятия форме.

Вопросы для самоподготовки

1.      Каково назначение межкомпьютерной связи?

2.      Опишите технологию "клиент–сервер".

3.      Каким образом преодолевается проблема несовместимости интерфейсов в компьютерных сетях?

4.      Что такое протокол коммуникации?

5.      Почему данные передаются при помощи пакетов?

6.      Охарактеризуйте основные виды сетевых топологий.

7.      Назовите характеристики распространённых сетевых архитектур.

8.      Дайте краткую характеристику специального сетевого оборудования.

9.      В каких областях и с какой целью применяются локальные сети?

10.  Перечислите основные сервисы сети Интернет.

11.  Что такое IP-адрес?

12.  Какие основные услуги предоставляет пользователям система WWW?

13.  Как организованы системы информационного поиска сети Интернет?

14.  Дайте сравнительную характеристику систем информационного поиска Yahoo! и Alta Vista

15.  Охарактеризуйте основные виды технологий мультимедиа.

16.  Приведите примеры устройств "виртуальной реальности" и опишите принципы их работы.

17.  Каким вам представляется мультимедийный компьютер?

18.  Какой носитель информации используется для распространения мультимедиа-программ?

19.  Охарактеризуйте средства создания мультимедиа-приложений.

РАЗДЕЛ 10. ОСНОВЫ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ.

Лекция 18. Компьютерная безопасность. Вирусы и антивирусные программы. Защита информации.

Безопасность информационной системы

Безопасность информационной системы — свойство, заключающееся в способности системы обеспечить конфиденциальность и целостность информации [22].

Угрозы информационным системам можно объединить в следующие группы [22]:

·   угроза раскрытия информации;

·   угроза нарушения целостности — умышленное несанкционированное или неумышленное изменение (удаление) данных, хранящихся в вычислительной системе или передаваемых из одной системы в другую;

·   угроза отказа в обслуживании — блокировка доступа к некоторому ресурсу вычислительной системы.

По природе возникновения угрозы можно разделить на:

·   естественные;

·   искусственные.

Естественные угрозы — это угрозы, связанные с воздействиями на ИС объективных физических процессов или природных явлений. Искусственные угрозы — это угрозы информационной системе, связанные с деятельностью человека.

По отношению к ИС нарушители могут быть внутренними (из числа персонала системы) или внешними (посторонними лицами). Система защиты — это совокупность специальных мер правового и административного характера, организационных мероприятий, программно-аппаратных средств защиты, а также специального персонала, предназначенных для обеспечения информационной безопасности [22].

Для построения эффективной системы защиты необходимо провести работы [22]:

·   определить угрозы безопасности информации;

·   выявить возможные каналы утечки информации и несанкционированного доступа (НСД) к данным;

·   построить модель потенциального нарушителя;

·   выбрать соответствующие меры, методы, механизмы и средства защиты.

Проблема создания системы защиты информации включает две задачи:

·   разработка системы защиты информации;

·   оценка разработанной системы защиты информации.

 Криптографическое закрытие информации

Криптографическое закрытие информации выполняется путем преобразования информации по специальному алгоритму с использованием процедур шифрования, в результате чего невозможно определить содержание данных, не зная ключа.

С помощью криптографических протоколов можно обеспечить безопасную передачу информации по сети, в том числе и регистрационных имен, паролей, необходимых для идентификации программ и пользователей. На практике используется два типа шифрования: симметричное и асимметричное [22].

Электронная цифровая подпись — это последовательность символов, полученная в результате криптографического преобразования исходной информации с использованием закрытого ключа и позволяющая подтверждать целостность и неизменность этой информации, а также ее авторство путем применения открытого ключа [22J.

 Защита информации от компьютерных вирусов

Компьютерный вирус — это, как правило, небольшая по объему компьютерная программа, обладающая следующими свойствами [52]:

·   возможностью создавать свои копии и внедрять их в другие программы;

·   скрытость (латентность) существования до определенного момента;

·   несанкционированное (со стороны пользователя) производимых ею действий;

·   наличие отрицательных последствий от ее функционирования.

Для обнаружения и удаления компьютерных вирусов разработано много различных программ.

Антивирусные программы можно разделить на [52]:

·   программы-детекторы;

·   программы-ревизоры,

·   программы-фильтры;

·   программы-доктора, или дезинфекторы, фаги;

·   программы-вакцины, или иммунизаторы.

Контрольные вопросы для самоподготовки

1.  Перечислите группы угроз информационным системам.

2.              Перечислите непреднамеренные действия, которые могут быть осуществлены пользователем И С, представляющие угрозу безопасности информационной системы.

3.              Перечислите преднамеренные действия, которые могут быть осуществлены пользователем ИС, представляющие угрозу безопасности информационной системы.

4.              В чем заключается сущность модели нарушителя?

5.               Дайте понятие системы защиты информации.

6.               Перечислите меры по защите информации в информационных системах.

7.              В чем состоит сущность криптографического закрытия информации?

8.              Дайте понятие компьютерного вируса. Какими свойствами должна обладать программа, чтобы называться компьютерным вирусом?

9.              Дайте классификацию компьютерных вирусов, охарактеризуйте виды вирусов.

10.        Перечислите признаки инфицирования компьютера вирусом.

11.       Какие программы используются для борьбы с компьютерными вирусами?

12.       Перечислите основные меры по защите компьютеров от вирусов.