Понятие информатики. Структура информатики

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Конспект к экзамену

Теоретическая часть:

Понятие информатики. Структура информатики.

Информатика — это комплексная, техническая наука, которая изучает и систематизирует законы и приемы создания, сохранения, воспроизведения, получения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними. Наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, передачи, анализа и оценки информации с применением компьютерных технологий, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений.

Информатика делится на ряд разделов. Как дисциплина, информатика охватывает широкий круг тем от теоретических исследований алгоритмов и пределов вычислений до практической реализации вычислительных систем в области аппаратного и программного обеспечения. Вот четыре области, важнейшие для дисциплины информатика: теория вычислений, алгоритмы и структуры данных, методология программирования и языков, компьютерные элементы и архитектура. А также, такие важные области информатики, как: разработка программного обеспечения, искусственный интеллект, компьютерные сети и телекоммуникации, системы управления базами данных, параллельные вычисления, распределённые вычисления, взаимодействия между человеком и компьютером, компьютерная графика, операционные системы, числовые и символьные вычисления.

Информатизация и компьютеризация общества.

Информатизация общества - комплекса мер, направленных на обеспечение полного и своевременного использования достоверных знаний во всех общественно значимых видах человеческой деятельности. Основной целью информатизации является обеспечение решения актуальных внутренних проблем государства и прежде всего - удовлетворение спроса на информационные продукты и услуги. История развития информатизации началась в XX веке в США с 60-х гг., затем с 70-х гг. - в Японии и с конца 70-х - в Западной Европе. Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Универсальным техническим средством обработки любой информации является компьютер, который играет роль усилителя интеллектуальных возможностей человека и общества в целом, а коммуникационные средства, использующие компьютеры, служат для связи и передачи информации. Появление и развитие компьютеров - это необходимая составляющая процесса информатизации общества.

Компьютеризация - процесс развития индустрии компьютерных продуктов и услуг и их широкого использования в обществе; оснащение предприятий, учреждений и учебных заведений страны вычислительной техникой и повышение образовательного уровня населения в области ее применения. Основное внимание уделяется развитию и внедрению технической базы компьютеров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее накопление.

Представление двоичных чисел в форме с фиксированной запятой. Диапазон, форматы представления целых и дробных чисел. Примеры.

При представлении чисел с фиксированной запятой положение запятой (точки) фиксировано относительно разрядов числа и сохраняется неизменным для всех чисел. Запятая отделяет целую часть числа от дробной. Если дробная часть отсутствует, то число – целое. Для кодирования знака используется знаковый разряд. («0» для положительных чисел и «1» – для отрицательных).

Целые числа в компьютере хранятся в памяти в формате с фиксированной запятой. В этом случае каждому разряду ячейки памяти соответствует всегда один и тот же разряд числа, а запятая находится справа после младшего разряда, т.е. вне разрядной сетки.

Для хранения целых неотрицательных чисел отводится одна ячейка памяти (8 бит). Например, число A₂ = 10101010₂ будет хранится в ячейке памяти следующим образом: Максимальное значение целого неотрицательного числа достигается в случае, когда во всех ячейках хранятся единицы. Для n-разрядного представления оно будет равно: 2n – 1.

Для хранения целых чисел со знаком отводится две ячейки памяти (16 бит), причем старший (левый) разряд отводится под знак числа (если число положительное, то в знаковый разряд записывается 0, если число отрицательное записывается 1).

Представление в компьютере положительных чисел с использованием формата «знак-величина» называется прямым кодом числа. Например, число 2002₁₀ = 11111010010₂будет представлено в 16-ти разрядном представлении следующим образом:

Если для представления числа со знаком выделено n разрядов, то диапазон представления целых двоичных чисел в этом случае определяется выражением

Диапазон представления в ЭВМ дробных двоичных чисел будет определяться неравенством или приближенно

Разрядная сетка ЭВМ в формате 8-разрядного машинного слова для представления соответственно целого двоичного числа ( = +11000) и дробного числа ( = +0,11) в форме с фиксированной запятой: .

Пусть задано число (Х)₂ = – 100010.

· Целое число (Х)₂ в формате (n=7 со знаком): .

Целое число (Х)₂ в формате (n=8 со знаком):
Дробное число (Х)₂ в формате (n=8 со знаком): .

Представление двоичных чисел в форме с плавающей запятой. Форматы представления. Примеры.

Вещественные числа (конечные и бесконечные десятичные дроби) хранятся и обрабатываются в компьютере в формате с плавающей запятой. В этом случае положение запятой в записи числа может изменяться.

Формат чисел с плавающей запятой базируется на экспоненциальной форме записи, в которой может быть представлено любой число. Так число А может быть представлено в виде: A = m×qⁿ, где m – мантисса числа, q – основание системы счисления, n – порядок числа. Для однозначности представления чисел c плавающей запятой используется нормализованная форма, при которой мантисса отвечает условию:

1/n ≤ |m| < 1. Это означает, что мантисса должна быть правильной дробью и иметь после запятой цифру, отличную от нуля.

Запятая при представлении мантиссы фиксируется перед старшим значащим разрядом. Порядок Р указывает положение запятой в числе, может быть положительным или отрицательным целым числом или целым числом без знака (запятая при представлении порядка фиксируется после младшего разряда). Порядок Р и мантисса m_n представляются в системе счисления с основанием q.

Машинные коды чисел. Примеры.

Прямой код чисел соответствует обычной записи чисел со своим знаком:

А₁ = +0,0101, [А₁]_пр = 00101;

А₂ = – 0,0101, [А₂]_пр = 10101.

Для целых чисел в двоичной системе счисления:

А₁ = + 1100, [А₁]_пр = 01100;

А₂ = – 1100, [А₂]_пр = 11100.

Нуль в прямом коде имеет два изображения:

+ 0 = 000…00 = [0]_пр,

– 0 = 100…00 = [0]_пр;

Обратный код . Чтобы представить двоичное отрицательное число в обратном коде, нужно поставить в знаковый разряд единицу, а все остальные разряды инвертировать:

А = – 0,1010. [А]_обр = 10101.

Примеры обратного кода отрицательных дробного и целого чисел:

A^др=-0,11001;

[A^др]_пр= 111001;

[A^др]_обр=100110;

A^ц= -10101;

[A^ц]_пр= 110101;

[A^ц]_обр= 101010;

Дополнительный код . Для представления отрицательного числа в дополнительном коде нужно поставить единицу в знаковом разряде, затем найти крайнюю правую единицу и заменить на противоположные разряды слева (до знака). Остальное не менять.

Примеры:

Структура микропроцессора.

Внешняя память ПК.

По типу доступа к информации внешнюю память делят на два класса:

Устройства прямого (произвольного) доступа – время обращения к информации не зависит от места её расположения на носителе;

Устройство последовательного доступа – такая зависимость существует

В состав внешней памяти входят : 1) накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД); 2) накопители на гибких магнитных дисках (НГМД); 3) накопители на магнитооптических компакт дисках; 4) накопители на оптических дисках (CD-ROM); 5) накопители на магнитной ленте и др.

Видеокарта (видеоадаптер)

Видеокарта - устройство, преобразующее графический образ, хранящийся как содержимое памяти ПК (или самого адаптера), в форму, пригодную для дальнейшего вывода на экран.

Сейчас под графическим адаптером понимают устройство с графическим процессором (графический ускоритель), который занимается формированием самого графического образа.

Современные видеокарты не ограничиваются простым выводом изображения, они имеют встроенный графический процессор, который может производить дополнительную обработку, снимая эту задачу с центрального процессора (ЦП) компьютера.

Некоторые современные видеокарты (Nvidia и AMD (ATi) получают изображение с помощью графического конвейера OpenGL и DirectX на аппаратном уровне.

В последнее время имеет место тенденция использовать вычислительные возможности графического процессора для решения неграфических задач.

Обычно видеокарта выполнена в виде печатной платы (плата расширения) и вставляется в разъём расширения, универсальный либо специализированный (AGP, PCI Express).

Также широко распространены и видеокарты встроенные в материнскую плату в виде: отдельного чипа; в качестве части северного моста чипсета или ЦП.

Звуковая карта ПК выполняет вычислительные операции, связанные с обработкой звука. На момент появления звуковые платы представляли собой дочерние платы, устанавливаемые в соответствующий слот материнской платы. Сегодня они интегрированы в южный мост материнской платы.

Звук воспроизводится через внешние звуковые колонки, подключаемые к выходу звуковой карты. Специальный разъем позволяет отправить звуковой сигнал на внешний усилитель.

Имеется также разъем для подключения микрофона, что позволяет записывать речь или музыку и сохранять их на жестком диске для последующей обработки.

Основной параметр: разрядность (количество бит для преобразования сигналов из аналоговой в цифровую форму и наоборот). Чем выше разрядность, тем выше качество звучания (меньше погрешность, связанная с оцифровкой).

Звуковая карта может комплектоваться динамиками и джойстиком для игр, и тогда мы называем ее звуковой приставкой. Если же динамиков нет, то для воспроизведения сгодится любой внешний усилитель, наушники или кассетный магнитофон.

Сегодня на рынке можно встретить звуковые карты стоимостью от 12 до 1000 долларов и даже выше. В прайс-листах компьютерных фирм представлен широкий ассортимент звуковых карт.

Сложение и вычитание чисел с фиксированной и плавающей запятой. Примеры.

Алгоритм сложения:

1. Положительные числа остаются без изменения (в прямом коде), отрицательные числа переводятся в дополнительный код.

2.Суммируются полученные коды чисел, включая знаковые разряды. Если имеет место перенос из знакового разряда, он отбрасывается.

3.Анализируется результат (сумма) на переполнение. Если имеет место переполнение, то вырабатывается сигнал φ = 1 и ЭВМ останавливает решение задачи.

4.Если переполнения нет, то анализируется результат по знаковому разряду: 0 – результат в прямом коде, 1 – результат в дополнительном коде.

Пример 4. Заданы числа. Выполнить операцию сложения (А₁+ А₂).

[A₁]_пр = 1 0110, [A₁]_доп = 1 1010.

[A₂]_пр = 1 1001, [A₂]_доп = 1 0111.

Суммируем [А₁]_доп+ [А₂]_доп:

₊ 1 1010_доп

1 0111_доп

1 0001_доп.

Единица переноса из знакового разряда в результате игнорируется. Результат отрицательный и представлен в дополнительном коде. Переполнения нет, так как присутствуют оба анализируемых переноса.

Результат: [A_рез]_доп = 1 0001; [A_рез]_пр = 1 1111.

Проверка: (–6) + (–9) = (–15).

Операция вычитания чисел (целых или дробных) заменяется суммой:

[A₁]_пр – [A₂]_пр = [A₁]_пр + [–A₂]_пр.

Знак вычитаемого в прямом коде инвертируется. После этого выполняется операция сложения уменьшаемого и вычитаемого по алгоритму с использованием дополнительного кода для представления отрицательных слагаемых.

История Интернет.

Слово Интернет (Internet) образовано от двух слов: Inter – между и Net – сеть, т.е. межсетевой.

Интернет – это глобальная сеть, состоящая из многих сетей и отдельных компьютеров, поддерживающих связь путем использования общих протоколов.

Его разработку начали американские военные в 60-х годах ХХ века. К тому времени уже существовали компьютерные сети и информационные сетевые технологии, и основная задача, которая ставилась перед Интернет - это обеспечение компьютерных сетевых коммуникаций территориально распределенных узлов - компьютерных сетей - при нанесении противником ударов по территории, в том числе и ядерных, при которых возникают колоссальные разрушения инфраструктур.

На базе особых правил передачи данных, которые называются сетевыми протоколами - TCP/IP (TransmissionControl Protocol и Internet Protocol), в 1969 в Минобороны США был завершен проект по совместному использованию ресурсов Минобороны, университетов и других правительственных учреждений. Создаваемая система сначала называлась ARPANET - Advanced Research Projects Agency Net, затем, после гигантского разрастания по всему миру получил название Internet. Интернет - по замыслу и существу межсетевая система, система, объединяющая компьютерные сети (по другим источникам первым протоколом сети был NCP).

В 1971 году появилась первая программа для отправки электронной почты.

В 1973 через трансатлантический кабель к сети подключились первые иностранные государства – Норвегия и Великобритания.

В 70-х годах сеть в основном использовалась для отправки электронной почты, использовались также доски объявлений и новостные группы.

1973 - утверждение протокола FTP для пересылки файлов между компьютерами

1979 - первая многопользовательская игра

1983 - внедрение протокола TCP/IP

В 1984 году разработана система доменных имен (DNS), а также появилась сеть FIDO. С этого года начинает активное развитие сеть NSFNet (National Science Foundation Network) – сеть Национального научного фонда США.

1986 - NSFnet (обеспечение доступа ученых к суперкомпьютерам) - 1000 компьютеров в Сети

В 1988 году изобретен протокол IRC – появились первые чаты.

В 1989 году в стенах CERN (Швейцария) родилась идея Всемирной паутины. Ее предложил британец Тим Бернерс-Ли, который в течении двух лет разработал протокол HTTP, язык HTML и идентификаторы URL.

В 1990 году ARPANET прекратила свое существование проиграв конкуренцию NSFNet.

В 1991 году WWW стала общедоступной в Интернет, NREN (подключение школ и колледжей) – более 100 000 компьютеров подключенных к Сети

В 1995 году маршрутизацией сети стали заниматься сетевые провайдеры, а не суперкомпьютеры Национального научного фонда США. В этом же году по трафику HTTP обогнал FTP, став основным поставщиком информации в Интернет.

В 90-е годы Интернет объединил в себе большинство сетей, за исключением пожалуй FIDOnet, а также закрытых специализированных сетей.

В СССР Интернет стал зарождаться с 1952 года благодаря работам ИТМиВТ АН СССР в рамкам работ по созданию автоматизированной системы противоракетной обороны. Сеть использовалась для расчета траекторий полета ракет (также это можно назвать и одной из первых GRID - сетей). С 1972 года работала единая сеть передачи данных в рамках кассовых операций АСУ «Экспресс» в Министерстве путей и сообщений. Выход во всемирную среду осуществился 28.08.1990 благодаря Институту атомной энергетики им. Курчатова и ИПК «Минавтопрома». Домен “ru” зарегистрирован в 1994 году (до этого был su – Soviet Union, который существует до сих пор).

Типы данных.

Данные: входные (исходные), выходные (результирующие), промежуточные.

Тип данных – это характеристика данных, определяющая множество значений и операций, которые могут быть применены к этим данным, а также правили их выполнения.

Переменные – это данные, значения которых могут изменяться в процессе выполнения алгоритма.

Константы – это данные, значения которых не меняются в процессе выполнения алгоритма.

Простой (базовый) тип данных – это тип используемой в алгоритме конкретной переменной или константы.

Структурированный тип данных – это набор однотипных или разнотипных данных, с которыми алгоритм может работать как с одной именованной переменной.

Целочисленные типы - обозначают множества целых чисел в различных диапазонах. Имеется пять целочисленных типов, различающихся диапазоном допустимых значений и размером занимаемой оперативной памяти. Целочисленные типы обозначаются идентификаторами: Byte, ShortInt, Word, Integer, LongInt; их характеристики приведены в следующей таблице.

Тип	Диапазон	Размер в байтах
Byte ShortInt Word Integer LongInt	0 ... 255 -128 ... 127 0 ... 65535 -32768 ... 32767 -2147483648 ... 2147483647	1 1 2 2 4

Логический тип (Boolean) - состоит всего из двух значений: False (ложно) и True (истинно). Слова False и True определены в языке и являются, по сути, логическими константами. Регистр букв в их написании несущественен: FALSE = false. Значения этого типа являются результатом вычислений условных и логических выражений и участвуют во всевозможных условных операторах языка.

Допустимые операции:
- присваивание;
- сравнение: <, >, >=, <=, <>, =;
- логические операции: NOT, OR, AND, XOR

Символьный тип (Char) - это тип данных, состоящих из одного символа (знака, буквы, кода). Значением типа Char может быть любой символ из набора ASCII. Если символ имеет графическое представление, то в программе он записывается заключенным в одиночные кавычки (апострофы), например:

'ж' 's' '.' '*' ' '-(пробел)

Для представления самого апострофа его изображение удваивается: ''''.
Если же символ не имеет графического представления, например, символ табуляции или символ возрата каретки, то можно воспользоваться эквивалентной формой записи символьного значения, состоящего из префикса # и ASCII-кода символа:

#9 #32 #13

Допустимые операции:
- присваивание;
- сравнение: <, >, >=, <=, <>, =. Большим считается тот символ, который имеет больший ASCII-номер.

Строковый тип (String, String[n]) - этот тип данных определяет последовательности символов - строки. Параметр n определяет максимальное количество символов в строке. Если он не задан, подразумевается n=255. Значение типа "строка" в программе запиывается как последовательность символов, заключенных в одиночные кавычки (апострофы), например

'Это текстовая строка' 'This is a string'
'1234' - это тоже строка, не число
'' - пустая строка

Допустимые операции:
- присваивание;
- сложение (конкатенация, слияние); например, S := 'Зима'+' '+'пришла!';
- сравнение: <, >, >=, <=, <>, =.

Строки считаются равными, если имеют одинаковую длину и посимвольно эквивалентны.

Вещественные типы - обозначают множества вещественных чисел в различных диапазонах. Имеется пять вещественных типов, различающихся диапазоном допустимых значений и размером занимаемой оперативной памяти. Вещественные типы обозначаются идентификаторами: Real, Single, Double, Extended, Comp; их характеристики приведены в следующей таблице.

Тип	Диапазон	Размер в байтах
Real Single Double Extended Comp	2.9·10^-39 ... 1.7·10³⁸ 1.5·10^-45 ... 3.4·10³⁸ 5.0·10^-324 ... 1.7·10³⁰⁸ 3.4·10^-4932 ... 1.1·10^-4932 -2·10⁶³ ... +2·10⁶³-1	6 4 8 10 8

Языки программирования.

Классификация языков программирования

По способу выполнения языки программирования делятся на компилируемые, интерпретируемые, компилируемые на основе псевдокода и совмещенные.

Компилируемые языки. К этой группе относят языки программирования, исходный код которых преобразуется специальной программой-компилятором в объектные модули,
которые затем собираются при помощи программы сборки
(линковщика) в единый загружаемый модуль. Этот модуль представляет собой выполняемую программу. Компилируемыми являются языки С, C++, Object, Pascal.
Интерпретируемые языки. К этой группе относят языки программирования, исходный код которых считывается и выполняется специальной программой- интерпретатором инструкция за инструкцией. Интерпретируемыми являются
большинство версий языков Basic и Forth.

По факту созданию процесса языки программирования делятся на создающие процесс и сценарные.

Языки, создающие процесс. После запуска программы создается отдельный
процесс выполнения этой программы. Так происходит в языках С, C++, Oblect
Pascal.

Сценарные языки. Сценарий, или скрипт, — это программа, которую выполняет
другая программа. В качестве примером можно привести скрипты оболочки
в UNIX, программы на языках PHP, Python, Ruby.

По степени автономности языки программирования делятся на автономные и встроенные.

Автономные языки программирования (С, C++, Java) являются автономным
инструментом для создания программ.

Встроенные языки программирования являются частью какой-то системы
и позволяют создавать программы, предназначенные для работы только в этой
системе. Пример наиболее известного встроенного языка — VBA (Visual Basic
for Application), который используется только внутри приложений Microsoft
Office для автоматизации и расширения их функциональности. Встроенными
являются также язык программирования системы 1С и язык JavaScript, который
выполняется только внутри интернет-приложений.

Языки, компилируемые на основе псевдокода («шитого» кода). В этих языках исходный код программы компилируется и выполняется как последовательность вызовов подпрограмм из существующих библиотек. Таковыми являются некоторые версии Basic.

Совмещенные языки . В совмещенных языках исходный код проходит две стадии обработки. На первой стадии происходит компиляция исходного кода до уровня промежуточного языка (байт-код в Java или язык MSIL в технологии .NET). На второй стадии происходит интерпретация промежуточного кода (в Java этим занимается виртуальная машина Java) или докомпиляция промежуточного кода до выполняемого машинного кода (эту функцию осуществляет среда выполнения CLR в технологии .NET).

По уровню отдаленности языка программирования от естественных языков их делят на низкоуровневые и высокоуровневые.

Языки низкого уровня ближе к логике процессора вычислительной машины,
например, машинный язык, ассемблер.

Языки высокого уровня ближе лингвистически к человеческому языку. Это все
остальные языки программирования.

По парадигмам языки программирования делятся на императивные (процедурные), функциональные, логические и объектно-ориентированные.

Императивные (процедурные) языки описывают решение задачи как последо
вательность процедур. К императивным относится большинство современных
языков программирования.

Функциональные языки описывают требуемый результат в виде набора вложен
ных друг в друга функций (Haskell).

Логические языки описывают требуемый результат в виде суммы логических
операций (Prolog).

Объектно-ориентированные языки способны определять абстрактные типы данных и реализовывать основные парадигмы объектно-ориентированного программирования (ООП): инкапсуляцию, наследование и полиморфизм (C++, Java, Object Pascal, и др.).

Виды операционных систем

• MS DOS

• Microsoft Windows

• UNIX

• MacOS

• Linux

• OS /2

Функции операционной системы

Файловые системы.

Во всех операционных системах имеющаяся на компьютере информация хранится в виде файлов.

Файл (англ. file —папка) – именованная область внешней памяти.

Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение и др.

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

Имя файла

Полное имя файла состоит из его имени и типа (расширения), между которыми ставится точка.

Примеры:

abc.txt - текстовый файл;

стихи.doc - текстовый файл

пейзаж.bmp - рисунок;

pr.bas - программа, написанная в паскале;

Quake3.exe - исполняемый файл

mus.wav - звуковой файл

Тип файла характеризует вид информации, хранящейся в файле, назначение файла, определения программы, в которой файл создан или можно его редактировать.

Характеристики файла

• размер файла

• дата и время создания файла

• тип

• значок

• специальные атрибуты файла (только для чтения, скрытый, системный, архивированный).

Папки

Для удобства хранения и поиска файлов они объединены в папки.

Папка (каталог) – именованная часть внешней памяти, хранящая данные о файлах.

Папки могут быть вложены друг в друга, образуя многоуровневую древовидную структуру.

Логические имена устройств

Для логических имен устройств (дисководов) используются латинские буквы:

• A: - дисковод для дискет 3,5 дюйма.

• Начиная с C: (D:, E: …) - разбивается жесткий диск (винчестер) на логические блоки.

• Следующие D: (E: …) - дисководы для лазерных (CD-ROM) дисков, DVD –дисков, записывающих устройств.

Файловая структура жесткого диска

Жесткий диск имеет древовидную структуру.

Пример:

Полное имя файла

Полное имя файла состоит из пути к файлу и имени файла.

Путь к файлу представляет собой перечень имен папок, которые нужно последовательно открыть, чтобы спуститься к файлу с самого высокого уровня дерева файлов.

Пример:

C: \ Program Files \ Borland \ Delphi7 \ project.exe

Конспект к экзамену

Теоретическая часть:

Понятие информатики. Структура информатики.

Дата: 2019-02-02, просмотров: 250.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒