Информация и ее представление

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

Содержание

1 Теоретические основы ЭВМ

1.1 Информация и ее представление

1.2 Системы счисления

1.3 Логические операции

1.4 Единицы измерения информации

2 УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

2.1 Схема фон Неймана

2.2 Основные устройства компьютера и их свойства

3 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1 Типы программного обеспечения

3.2 Файловая система

3.3 Основные операции с файлами. Буфер обмена

4 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

4.1 Обработка текста. Текстовые процессоры

4.2 Компьютерная графика

4.3 Электронные таблицы

4.4 Реляционные базы данных

5 АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ

5.1 Алгоритмы. Способы записи алгоритмов

5.2 Языки высокого уровня

5.3 Основные операторы и синтаксические конструкции

6 Компьютерные телекоммуникационные сети

6.1 Основные принципы организации современных компьютерных сетей

6.2 Служба Domain Name System (DNS)

6.3 Почтовая служба (E-mail)

6.4 Служба File Transfer Protocol (FTP)

6.5 Служба World Wide Web (WWW)

6.6 Ресурсы в сети

Теоретические основы ЭВМ

Информация и ее представление

Информатика — научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов накапливания, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ (электронно-вычислительных машин, или компьютеров) и других технических средств.

Информация — сведения об окружающем мире, повышающие уровень осведомленности человека.

До тех пор пока информации было сравнительно немного, люди могли получать и обрабатывать ее без посредников. Увеличение объема информации привело к необходимости ускорения ее обработки. Для этого были разработаны механизмы, которые автоматизировали обработку информации. В настоящее время самым совершенным устройством переработки и хранения информации является компьютер.

Для машинной обработки информацию нужно записывать, обозначая буквы числами, т. е. кодировать ее. Поэтому необходимо знать способы записи числа.

Системы счисления

Системой счисления называют правила записи чисел с помощью некоторого набора знаков. В зависимости от способа использования этих знаков системы счисления делятся на позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления каждый знак обозначает всегда одно и то же число, и значения знаков в записи обычно суммируются. Поэтому для записи больших чисел приходится вводить все новые и новые знаки. Непозиционные системы неудобны для записи больших чисел и для выполнения арифметических действий.

Одна из непозиционных систем счисления используется до сих пор — это римская система счисления.

В римской системе счисления для небольших чисел используются такие знаки: I — один; V — пять; X — десять; L — пятьдесят; С — сто; D — пятьсот; М — тысяча.

В позиционных системах счисления один и тот же символ имеет разное количественное значение в зависимости от его позиции относительно других символов.

Поэтому в позиционных системах для записи любых чисел используется ограниченный набор знаков — цифр.

Наиболее распространенным способом записи чисел является десятичная система счисления. Каждое число записывается сочетанием десяти цифр, в котором вклад конкретной цифры зависит от ее позиции — разряда. Разряды отсчитываются справа налево. Первый разряд называется разрядом единиц, второй — десятков, третий — сотен и т. д.

Число в десятичной системе счисления можно представить с помощью операций сложения, умножения и возведения в степень. Например,

4321 = 4 • 10³ + 3 • 10² + 2 • 10¹ + 1 • 10°.

Помимо десятичной системы счисления есть и другие позиционные системы: двоичная, троичная, четверичная, восьмеричная, шестнадцатеричная и т. д. Их названия соответствуют основаниям систем счисления.

Основание системы счисления — число цифр, допустимых в записи числа. Если число записано в позиционной системе счисления, отличной от десятичной, то основание указывается нижним индексом.

Например,

43218 = 4 • 8³ + 3 • 8² + 2 • 8¹ + 1 • 8°.

Если основание системы счисления больше 10, то числа, которые больше 9, обозначают последовательно буквами латинского алфавита. Например,

AD2F₁₆ = 10 • 16³ + 13 • 16² + 2 • 16¹ + 15 • 16° = 44335₁₀.

В компьютерах используется двоичном, система счисления.

Поскольку запись числа в двоичной системе получается достаточно длинной, в целях уменьшения ее длины часто используют восьмеричную или шестнадцатеричную системы счисления.

Для перевода числа из двоичной системы в десятичную достаточно записать его в виде суммы произведений и подсчитать результат. Например,

11100101₂ = 1 • 2⁷ + 1 • 2⁶ + 1 • 2⁵ + 0 • 2⁴ + 0 • 2³ + 1 • 2² + 0 • 2¹ + 1 • 2° = 229₁₀.

Аналогично осуществляется перевод из любой другой позиционной системы счисления в десятичную.

Правило перевода чисел из позиционной системы с основанием а₁₀ в десятичную систему:

Перевод чисел из десятичной системы в систему с произвольным основанием. Метод перевода состоит в нахождении остатков от деления числа на степени основания той системы, в которую нужно перевести число. Последовательность этих остатков и есть запись числа в новой системе. Разряды отсчитываются справа налево. Делить надо до тех пор, пока не получен окончательный остаток.

Пример 1. Перевести из десятичной в двоичную систему число 123.

123₁₀= 1111011₂.

Пример 2. Перевести число 475 из десятичной системы в шестнадцатеричную.

Логические операции

В основе всех действий с информацией лежат так называемые логические операции.

Логические переменные — переменные, которые могут принимать только два значения: ИСТИНА или ЛОЖЬ. Часто эти значения обозначают цифрами 1 и 0 (1 — ИСТИНА, 0 —ЛОЖЬ).

Логическая операция — действие, выполняемое над логическими переменными, его результат также либо ИСТИНА, либо ЛОЖЬ.

Базовые логические операции: логическое сложение (операция ИЛИ), логическое умножение (операция И) и отрицание (операция НЕ).

Логическое сложение (ИЛИ) — логическая операция, результатом выполнения которой является значение ИСТИНА, если хотя бы одна из логических переменных имеет значение ИСТИНА. Записывается с помощью знака «Ú»: A Ú В.

Логическое умножение (И) — логическая операция, результатом выполнения которой является ИСТИНА, если все логические переменные имеют значение ИСТИНА, во всех остальных случаях результат — ЛОЖЬ. Записывается с помощью знака «Ù»: А Ù В.

Отрицание (НЕ) — логическая операция, которая выполняется над одной логической переменной, ее результатом является значение ИСТИНА, если исходным значением было ЛОЖЬ, и ЛОЖЬ, если было ИСТИНА. Записывается двумя способами: ØА или .

Из логических переменных с помощью логических операций и скобок (для указания порядка действий) строятся логические выражения.

Например, (А Ù В) Ú Ú (В Ù С).

УСТРОЙСТВО СОВРЕМЕННЫХ ЭВМ

Схема фон Неймана

Принципиальная конструкция современных компьютеров опирается на схему фон Неймана. Эта схема определяет функции отдельных частей компьютера (рис. 1).

Рис. 1

Согласно схеме фон Неймана обработка информации выполняется процессором. Все действия, совершаемые процессором заданы программой — принцип программного управления. Данные и программы во время работы хранятся в оперативной памяти, для долгосрочного хранения те и другие переводятся из оперативной во внешнюю память. При этом человек вводит данные через устройства ввода (клавиатура, мышь, сканер, микрофон), а получает результат обработки через устройства вывода (монитор, принтер, акустические колонки).

Все программы и данные для работы процессора хранятся в памяти. Если их там нет, то компьютер работать не будет.

Объем устройств памяти определяется максимальным количеством информации, которое они могут хранить.

Оперативная память не может хранить данные при отсутствии электропитания. Для хранения данных без электропитания применяются разные виды внешней памяти. Самые распространенные сейчас устройства внешней памяти — дисковые, чаще всего это всевозможные магнитные диски.

Постоянная память содержит программы, с которых начинается работа ЭВМ. Без этих программ компьютер не сможет получить программы и данные из внешней памяти. Постоянная память не зависит от электропитания. Однако эта память медленнее, а объем ее невелик. Для изменения данных в ней требуется специальное устройство — программатор. В современных персональных компьютерах такое устройство есть, но используют его редко — только тогда, когда надо исправить ошибки в базовых программах.

Определяя назначение каждого устройства, схема не указывает способы изготовления, принципы работы устройств и методы связи между ними.

Принципы, которые определяют соединение устройств или их внутреннее устройство, называют архитектурой.

ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Файловая система

Самая важная для пользователя часть операционной системы — работа с внешней памятью, т. е. с хранилищем программ и данных.

Самой крупной логической единицей внешней памяти в системе Windows является том. Как правило, его по традиции называют диском. На больших носителях может быть не один, а несколько томов — логических дисков, т. е. том не всегда является физическим устройством. В операционных системах Windows каждый том обозначается большой буквой латинского алфавита.

Внутри тома информация организована в файловую систему.

Файловая система — способ организации хранения информации на носителях внешней памяти. Обеспечением работы с ней в операционной системе занимаются специальные компоненты.

Файл — область внешней памяти, обозначенная именем. Правила именования и выделения областей зависят от конкретной операционной системы.

В системе Windows имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: само имя файла и его расширение. Например, в имени файла name.txt само имя — это name, а буквы txt обозначают, что файл является текстовым. Имена файлам рекомендуется давать, учитывая их содержимое, так чтобы по названию можно было понять, какую информацию содержит файл.

В операционных системах Windows в имени файла может быть до 250 символов. Это могут быть символы русского и латинского алфавитов, цифры и некоторые знаки препинания. В именах файлов нельзя использовать символы «/», «\», «*», «,», «:», «?», «"», «<», «>», «½» они используются для записи команд.

Файлы различаются между собой не только именами, но и содержимым. В зависимости от типа содержимого файлам дают различные расширения. Некоторые распространенные расширения перечислены ниже.

Расширение	Содержимое
ЕХЕ	Программа, выполняемая операционной системой
Расширение	Содержимое
СОМ	Программа в старом формате
SYS	Часть операционной системы
DLL	Библиотека функций для разных программ
ВАТ	Команды для операционной системы
DOC	Документ
ТХТ	Текстовый файл
BMP GIF JPG	Изображения

Одно и тоже содержимое может быть записано в файлы с различным расширением, и файлы при этом будут отличаться форматом файла.

Формат файла — правила хранения информации в файле.

Вообще, многие расширения — это сокращенные названия форматов.

Жестких правил на названия расширений нет, и каждый разработчик может придумать свой формат файла и расширение для него. Тем не менее рекомендуется придерживаться общепринятых стандартов и не давать файлам своего собственного формата названия с известным расширением.

Каталогом называют специальный файл, в котором операционная система хранит информацию о других файлах (в частности, о других каталогах). На каждом устройстве есть так называемый корневой каталог — основной каталог диска.

Для большей понятности каталоги в операционной системе Windows называют папками.

Чтобы точно указать местонахождение файла используется путь файла.

Путь к файлу — указание точного местоположения файла. В нем слева направо последовательно указываются том (диск), на котором находится файл, и все папки, которые нужно раскрыть, чтобы добраться до файла. После тома ставится двоеточие, потом косая черта. Папки разделяют косой чертой. Например, C:\Windows\Mon документы.

Полное имя файла включает в себя путь к файлу и само имя файла.

Например, C:\Windows\Moи документы\ workl.doc — полное имя файла workl.doc, лежащего в папке «Мои документы» на диске С.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время создано большое количество самых разных программ. Благодаря этому разнообразию программ можно, как правило, самому не писать программу, чтобы решить некоторую задачу, а воспользоваться уже готовым программным продуктом.

Для решения часто встречающихся задач были разработаны специальные информационные технологии, т. е. такие способы и приемы решения, которые позволяют решать большие классы задач.

Информационные технологии существовали и до компьютеров (например, каталогизация библиотек), но именно компьютеры позволили автоматизировать обработку данных и связывать эти технологии между собой в единое целое.

Компьютерная графика

Основная задача информационных технологий при работе с графикой — позволить пользователям ЭВМ обрабатывать визуальную информацию.

Эту задачу выполняют программы рисования для художников, обработки фотографий, подготовки чертежей и видеофильмов и многие другие.

Основа всех технологий обработки изображений с помощью компьютера — представление графической информации в цифровом виде.

Для этого применяется способ растрового представления изображений. Его суть в том, что изображение представляется в виде растра — таблицы, в которой каждой точке ставится в соответствие цвет. Если таких точек много и размер их достаточно мал, то изображение получается качественным.

Количество точек на экране (по вертикали и горизонтали) называется разрешением экрана. Количество цветов, в которые можно окрасить точку, называют цветовым разрешением.

Эти два параметра — главные характеристики любого устройства, связанного с вводом или выводом изображений: мониторов, принтеров, сканеров, графических планшетов и т. д.

Для хранения и обработки информации в компьютере изображения представляют одним из двух способов: растровым и векторным. Изображения, представленные тем или иным способом, называются так же.

Растровые изображения. Изображение хранится как таблица (матрица) цветов точек — тем же способом, что отображается на экране.

Подобным образом кодируют фотографии, видеоизображения. Этот способ удобен для изображений, редактируемых целиком. Он универсален, однако не всегда удобен для исправления рисунка. Существенным недостатком является большая величина файлов, содержащих растровые изображения. Некоторые операции с растровыми изображениями приводят к ухудшению качества — потере цветов или точек.

Векторные изображения. Изображение составляются из готовых элементов, таких как прямые, окружности, сложные кривые и т. п. Каждый из них имеет набор параметров, которые определяют его положение на рабочем поле, цвет, толщину линий и т. д.

Векторным способом рисуются сложные шрифты, плакаты, трехмерные изображения, чертежи. Такие программы позволяют нарисовать с помощью математических операций очень многое, но далеко не всякое изображение можно представить в векторном виде. Фотографии, например, так представить нельзя.

Растровый и векторный способы дополняют друг друга и часто используются вместе. Как правило, программы, в основном предназначенные для работы с одним типом изображений, имеют средства и для обработки другого типа.

Чтобы отобразить или напечатать векторное изображение, его нужно преобразовать в матрицу точек. Эта операция называется растеризацией. Растеризация позволяет выводить векторные изображения с максимально возможным на этом устройстве качеством.

В сочетании с технологиями обработки текста, эти технологии позволяют с помощью компьютера готовить всевозможные печатные материалы — документы, журналы, книги и т. п. Так что этот комплекс получил название настольных издательских технологий.

Электронные таблицы

Когда персональные компьютеры стали активно использоваться, выяснилось что для множества задач, связанных с подсчетами, нужно выполнять очень похожие операции, связанные с заполнением различных таблиц. Для решения таких задач были разработаны программы, которые называются табличными процессорами или электронными таблицами.

Табличный процессор предоставляет пользователю расчерченный по вертикали и горизонтали лист очень больших размеров — таблицу. Информация вносится в ячейки таблицы. Для записи ячеек каждая из них имеет две координаты: буквенное обозначение столбца строки и цифровое — строки.

Электронные таблицы позволяют вести экономические расчеты, анализировать данные экспериментов, иллюстрировать математические выкладки и т. д.

Поскольку таблицы предназначены для расчетов, то в ячейки можно записывать не только конкретные значения, но и формулы, по которым их можно вычислить. Формулы записывают по правилам, напоминающим правила записи программ. В формулах можно использовать математические операции, различные числа, строки и ссылки на значения других ячеек.

Если изменяются исходные значения (например, числа в ячейках, на которые ссылается формула), то содержимое ячейки пересчитывается автоматически.

В составе современных таблиц есть и средства деловой графики — на основе рассчитанных или введенных данных можно построить графики и диаграммы. Они также меняются при изменении данных.

Для оформления таблицы можно использовать разные шрифты, объединять несколько ячеек в одну, менять их высоту и ширину.

Реляционные базы данных

Для обработки больших объемов данных разработано много способов. Один из наиболее распространенных способов — технология реляционных баз данных.

Согласно технологии реляционных баз данных сами данные представляют в виде набора таблиц с фиксированным количеством столбцов, назначение и тип которых заданы при создании базы данных. Каждую колонку называют полем таблицы, а строку — записью. Записи в таблицах связываются между собой через так называемые ключевые поля.

Для работы с базами данных разрабатывают специальные комплексы программ — системы управления базами данных. Они позволяют вносить и получать информацию из базы с помощью запросов на специальном языке. Самый распространенный язык для этой цели — SQL (язык структурированных запросов, Structured Query Language).

Чтобы с базой данных смог работать обычный человек, разрабатываются приложения баз данных, которые обращаются к системе управления базами данных самостоятельно, а пользователю показывают результат в понятном для него виде.

АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ

Языки высокого уровня

Языки высокого уровня — языки программирования, средства которых допускают описание алгоритма в наглядном виде, т. е. не на основе команд процессора, а на основе слов естественного языка.

Программа на таком языке переводится на машинный с помощью программы-транслятора, которая переводит конструкции языка программирования на язык команд процессора. Языки высокого уровня не зависят от конкретного компьютера, а зависят от программы-транслятора.

При разработке новых процессоров для них вначале первым делом разрабатывают программы-ассемблеры, а потом переводят на язык ас-

Программа на языке Basic представляет собой последовательность команд-операторов. Программа начинает выполнение с первого от начала оператора и заканчивает работу либо на последнем операторе, либо на операторах остановки: END или STOP.

Имена переменных в языке Basic могут включать в себя от 1 до 40 символов и должны начинаться с буквы. Имена переменным рекомендуется давать так, чтобы из имени был понятен смысл переменной.

Тип переменной в языке Basic определяется с помощью последнего символа имени (суффикса). Используются следующие типы переменных:

• ! — дробное число с одинарной точностью;

• # — дробное число с двойной точностью;

• % — целое число;

• & — длинное целое число;

• $ — строка.

Имя	Тип
Norma	Число с плавающей точкой, одинарная точность
Bint%	Целое число
S$	Строка
А#	Число с плавающей точкой, двойная точность

Правила записи выражений в языках программирования очень похожи на математические. Но при написании программы необходимо записывать выражения одной строкой — линеаризовать запись.

В зависимости от типа вычисляемого в выражении итогового результата, говорят о типе выражения.

Числовые выражения — выражения, результатом вычисления которых является число.

Примеры записи числовых выражений

Математическая запись Запись на языке Basic

Строковые выражения составляются из переменных и функций строкового типа, его результат — строка.

Для составления строковых выражений можно использовать:

• строки-константы, записанные в двойных кавычках;

• функции, возвращающие строки;

• операцию «склеивания» (конкатенацию) двух строк (записывается как сложение).

Строковые функции
Len(A$)	Длина строки А$. Внимание: длина строки А$ — число!
Left$(A$,N)	Первые N символов строки А$
Right$(A$,N)	Последние N символов строки А$
Mid$(A$,P,N)	N символов строки А$, начиная с символа номер Р
Str$(N)	Строка, содержащая запись числа N
Val(S$)	Число, записанное в строке S$

Примеры строковых выражений
"Привет!"	«Привет!»
1еП$("Привет",3)	«При»
MID$("12345",3,2)	«34»
"Вася"+сhг$(32)+"Синицын"	«Вася Синицын»

Логические выражения в языке Basic строятся из элементарных условий с помощью обычных логических операций, результат — значения ИСТИНА или ЛОЖЬ.

Элементарными называют условия, сравнивающие выражения между собой записывается) некоторое значение. Значение может быть предварительно вычислено.

Примеры условий
А>=0	А — неотрицательно
(A>=10)AND(A<15)	АÎ [10,15]
(X<>0)AND(X<0.5)	X ¹ 0, X меньше 1/2
(X<2)AND(X>5)	Противоречивое условие. Всегда имеет значение «ложь».

Почтовая служба (E-mail)

Электронная почта появилась одной из самых первых. До сих пор это одно из наиболее используемых, мощных и удобных средств сети. Эта служба позволяет обмениваться почтовыми сообщениями.

Основой для обмена такими сообщениями служат специальные почтовые сервера. На этих серверах каждый абонент имеет почтовый ящик — место, в котором хранится его почта.

Программа-клиент по команде пользователя обращается к этому почтовому ящику для выполнения операции с его письмами — просмотр, удаление, перемещение, отправку и пересылку.

Каждый ящик имеет хотя бы один почтовый адрес, состоящий из имени ящика (чаще всего это имя пользователя) и DNS-адреса сервера. Имя ящика и адрес разделяются символом @.

Пример такого почтового ящика: Flamer@hotmail.com

В принципе система позволяет одному ящику получать письма на несколько адресов, а одному адресу — на несколько почтовых ящиков.

Служба World Wide Web (WWW)

В настоящее время эта служба сети — самая используемая. Именно с ней связывают широкое распространение сети Internet.

В этой службе информация представляется в виде страниц, содержащих текст, графические изображения и элементы управления. Страницы связываются между собой с помощью гиперссылок — специальных участков информации, через которые можно перейти на указанную страницу.

Содержание страниц пишется на специальном языке — HTML (HyperText Markup Language) — языке разметки гипертекста. Иллюстрации хранятся рядом с ними в графических файлах. Написанную на таком языке страницу можно просмотреть с помощью специальных программ просмотра — браузеров.

Страницы размещаются на узлах и предоставляются для просмотра с помощью WWW-cepверов. Написанные и не изменяемые на сервере страницы называют статическими. По некоторым правилам можно разрабатывать программы, которые будут формировать страницу на основании данных запроса, например, выбирать товары из общего списка по указанному критерию. Такие страницы называют динамическими.

С помощью такого способа представления можно представить большую часть всей информации, которая размещается в сети Internet. В виде статических страниц — информацию учебного, информационного, справочного характера. В виде динамических страниц — почтовые ящики, доступ к базам данных и т. д.

Ресурсы в сети

Поскольку на одном узле функционирует, как правило, несколько служб, а в каждой службе подразумевается разбиение информации на части, то при работе в сети требуется способ ориентироваться не только среди узлов, но и внутри каждого узла и даже каждой службы. Такое средство нужно для отправки запросов и получения ответов, в частности — для записи адресов ссылок.

В адрес ссылки должны входить:

• Адрес узла, на котором должен находиться ресурс. Это может быть цифровой адрес или адрес DNS.

• Служба, к которой должен быть направлен запрос (или вид действий, с ней связанный, отправка почты по адресу, например).

• Положение ресурса в структуре службы, если она есть.

• Название ресурса.

Универсальным средством адресации в сети является URL (Uniform Resource Locator) — унифицированный указатель ресурса.

Правила записи URL

1.Сначала записывает действие (название службы), после которого ставится двоеточие.

2.Если потом записаны две косые черты, то предполагается адрес, записанный как место в файловой системе. Сначала пишется адрес машины, потом путь в каталогах, а потом имя файла ресурса.

3.Если двух косых черт нет, то дальше идет весь адрес сразу.

4.Дополнительные параметры — команды обрабатывающей этот адрес клиентской программе записываются после знака вопроса. Имя параметра отделяется от значения знаком =. Если параметров несколько, то они разделяются символом &.

Ниже приведены несколько примеров.

• http://www.microsoft.com/w2k/tech/faq.html —ресурс службы www (протокол HTTP — ее протокол), на узле www.microsoft.com, в каталогеw2k, в подкаталоге tech, файл faq.html.

• ftp://www.microsoft.com/pub/w2k/sp/w2ksp2en.exe — ресурс службы FTP, на узлеwww.microsoft.com, внутри каталога Pub, в каталоге w2k, в подкаталоге sp, файл w2ksp2.exe.

• mailto:web@hotmail.com?subject=Test URLlink — начать писать письмо (mailto) по адресуweb.hotmail.com, указав в качестве темы сообщения «Test URL link».

При вызове URL на машине пользователя начинает действовать программа, которая зарегистрирована для данного типа действий. Этой программе и передаются адрес узла и все остальные параметры.