Информатика. Информатика утверждено Редакционноиздательским советом университета в качестве учебного пособия Издательство Пермского государственного технического университета 2008 2 удк 004(075.
 Скачать 1.98 Mb.
|
|
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский государственный технический университет» И.Н. Щапова ИНФОРМАТИКА Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия Издательство Пермского государственного технического университета 2008 2 УДК 004(075.8) Щ25 Рецензенты: канд. техн. наук, профессор Э.В. Любимов (Пермский государственный технический университет); канд. техн. наук И.Я. Сальников (ЗАО «Энергосервис») Щапова, И.Н. Щ25 Информатика: учеб. пособие / И.Н. Щапова. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 115 с. ISBN 978-5-398-00018-4 Рассмотрены основные вопросы информатики – аппарат- ное и программное обеспечение компьютера, компьютерные сети, алгоритмизация и программирование. Приведены эффек- тивные приемы работы с программами: операционной систе- мой Windows, текстовым процессором Microsoft Word, элек- тронными таблицами Microsoft Excel, системой управления ба- зой данных Microsoft Access и математическим пакетом Mathcad. Предназначено для студентов горно-нефтяных специаль- ностей. УДК 004(075.8) ISBN 978-5-398-00018-4 © ГОУ ВПО «Пермский государственный технический университет», 2008 3 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. Информация и информатика ................................................ 5 1.1. Информатика – предмет и задачи................................. 5 1.2. Информация и ее свойства............................................ 6 1.3. Данные. Операции с данными ...................................... 6 1.4. Основные структуры данных........................................ 7 2. Кодирование данных двоичным кодом............................... 8 2.1. Кодирование целых и действительных чисел .............. 9 2.2. Кодирование текстовых данных................................... 9 2.3. Кодирование графических данных............................... 11 2.4. Кодирование звуковой информации ............................ 12 3. Состав вычислительной системы ......................................... 13 3.1. Принцип действия компьютера .................................... 13 3.2. Аппаратное обеспечение .............................................. 13 3.3. Программное обеспечение............................................ 14 4. Функции операционных систем персональных компьютеров ............................................................................. 19 4.1. Обеспечение интерфейса пользователя........................ 19 4.2. Обеспечение автоматического запуска ........................ 20 4.3. Организация файловой системы................................... 20 4.4. Обслуживание файловой структуры ............................ 21 4.5. Управление установкой, исполнением и удалением приложений .......................................................................... 22 4.6. Обеспечение взаимодействия с аппаратными средствами ............................................................................ 23 4.7. Обслуживание компьютера .......................................... 24 5. Аппаратное обеспечение компьютера.................................. 24 5.1. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера ........................................................................... 24 5.2. Внутренние устройства системного блока ................... 25 5.3. Системы, расположенные на материнской плате ........ 28 5.4. Периферийные устройства персонального компьютера ........................................................................... 32 6. Компьютерные сети .............................................................. 32 6.1. Основные понятия компьютерных сетей ..................... 32 6.2. Теоретические основы Интернета ................................ 34 4 6.3. Службы Интернета........................................................ 35 6.4. Вопросы компьютерной безопасности ......................... 41 7. Алгоритмизация и программирование на языке Паскаль... 44 7.1. Алгоритм и его свойства............................................... 44 7.2. Основные структуры алгоритмов ................................. 45 7.3. Алгоритмы линейной, разветвляющейся и цикличе- ской структуры ..................................................................... 48 7.4. Программирование на языке Паскаль .......................... 51 8. Контрольные работы ............................................................ 62 8.1. Контрольная работа № 1............................................... 63 8.2. Контрольная работа № 2............................................... 65 8.3. Контрольная работа № 3............................................... 68 Вопросы по дисциплине «Информатика»................................ 76 Приложение 1. Операционная система Windows XP............... 77 Приложение 2. Текстовый процессор Microsoft Office Word 2003.................................................................................. 83 Приложение 3. Электронные таблицы Microsoft Office Excel 2003.................................................................................. 94 Приложение 4. Система управления базой данных Microsoft Access ........................................................................ 103 Приложение 5. Математический пакет Mathcad...................... 108 Список литературы................................................................... 114 5 1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА 1.1. Информатика – предмет и задачи Информатика – это техническая наука, систематизирую- щая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а так- же принципы функционирования этих средств и методы управ- ления ими [1]. Из этого определения видно, что информатика очень близ- ка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют инфор- мационной технологией. Предмет информатики составляют следующие понятия: аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; программное обеспечение средств вычислительной тех- ники; средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и прог- раммными средствами. В информатике особое внимание уделяется вопросам взаи- модействия. Для этого даже есть специальное понятие – интер- фейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппарат- ными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные, про- граммные и аппаратно-программные интерфейсы. Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. В составе основной задачи информатики можно выделить следующие направления для практических приложений: архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обра- ботки данных); интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением); программирование (приемы, методы и средства разра- ботки компьютерных программ); 6 преобразование данных (приемы и методы преобразова- ния структур данных); защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных); автоматизация (функционирование программно-аппарат- ных средств без участия человека); стандартизация (обеспечение совместимости между ап- паратными и программными средствами, а также форматами представления данных, относящихся к различным типам вычис- лительных систем). 1.2. Информация и ее свойства Информация – это продукт взаимодействия данных и адек- ватных им методов. С точки зрения информатики наиболее важными являются следующие свойства информации: объективность (более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент); полнота (означает, что информация содержит минималь- ный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей); достоверность; адекватность (определенный уровень соответствия соз- даваемого с помощью полученной информации образа реально- му объекту, процессу, явлению и т.п.); доступность; актуальность (степень соответствия информации теку- щему моменту времени). 1.3. Данные. Операции с данными Данные – диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым (изме- нение электрических, магнитных, оптических характеристик). 7 В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов (бумага, магнитные и оптические диски и т.п.) [1]. Свойства информации весьма тесно связаны со свойства- ми ее носителей. Любой носитель можно охарактеризовать па- раметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и ди- намическим диапазоном (логарифмическим отношением интен- сивности амплитуд максимального и минимального регистри- руемых сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и досто- верность. В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций, среди которых можно выделить следующие основные: сбор данных; формализация данных (приведение данных, поступаю- щих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, т.е. повысить уровень их дос- тупности); фильтрация данных (отсеивание данных, в которых нет необходимости для принятия решения); сортировка данных (упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства их использования); архивация данных (организация хранения данных в удоб- ной и доступной форме); защита данных; транспортировка данных; преобразование данных (перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую). 1.4. Основные структуры данных Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданную структуру. Существует три основных типа структур данных: ли- 8 нейная – список данных – это упорядоченная структура, в кото- рой адрес элемента однозначно определяется его номером; таб- личная – матрица – это упорядоченная структура, в которой ад- рес элемента определяется номером строки и номером столбца, на пересечении которых находится ячейка, содержащая иско- мый элемент; иерархическая – это структура, в которой адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ве- дущим от вершины структуры к данному элементу. В качестве единицы хранения данных принят объект пере- менной длины, называемый файлом. Файл – это последователь- ность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем (тип данных определяет тип файла). Сово- купность файлов образует файловую структуру, которая, как правило, относится к иерархическому типу. 2. КОДИРОВАНИЕ ДАННЫХ ДВОИЧНЫМ КОДОМ Для автоматизации работы с данными, относящимися к раз- личным типам, очень важно унифицировать их форму представ- ления. Для этого обычно используется прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого типа. Двоичное кодирование, используемое в вычислительной технике, основано на представлении данных последовательно- стью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски – binary digit или сокращенно bit (бит). Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 и 1 (да или нет, истина или ложь и т.п.). Если количество битов увели- чить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия: 00 01 10 11 Тремя битами можно закодировать восемь различных значений: 000 001 010 011 100 101 110 111 Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, т.е. общая формула имеет вид 9 , 2 m N где N – количество независимых кодируемых значений; m – раз- рядность двоичного кодирования, принятая в данной системе. 2.1. Кодирование целых и действительных чисел Кодирование целых чисел осуществляется следующим об- разом: число делится пополам до тех пор, пока в остатке не об- разуется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево, начиная с последнего част- ного, и образует двоичный аналог десятичного числа. Пример. Перевести 14 10 → Х 2 14 : 2 = 7 (остаток 0), 7 : 2 = 3 (остаток 1), 3 : 2 = 1 (ос- таток 1). Таким образом, 14 10 → 1110 2 Для перевода из двоичной системы счисления в десятич- ную нужно представить число в виде многочлена и вычислить его значение. Пример. Перевести 1110 2 → Х 10 1110 2 → 1 2 3 + 1 2 2 + 1 2 1 + 0 2 0 = 8 + 4 + 2 = 14. Таким образом, 1110 2 → 14 10 8 разрядов двоичного кода (8 бит) позволяют закодировать целые числа от 0 до 255; 16 бит – целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита – более 16,5 млн различных значений. Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму: 3,1415926 = = 0,31415926 10 1 Первая часть числа называется мантиссой, а вторая – ха- рактеристикой. 2.2. Кодирование текстовых данных Если с каждым символом алфавита сопоставить определен- ное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 10 256 различных символов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодиро- вания [1]. Институт стандартизации США ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information In- terchange – стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования – базо- вая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255. Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, от- даны производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, кото- рым не соответствуют никакие символы. Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметиче- ских действий и некоторых вспомогательных символов. Расширенная часть системы кодирования, определяющая значения кодов со 128 по 255, – это национальная система коди- рования. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта ко- дировки: Windows 1251, КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный), ISO. Разнообразие кодировок вызвано ограниченным набором кодов (256) при восьмиразрядном кодировании. Универсальная система кодирования UNICODE, основанная на 16-разрядном кодировании символов, позволяет обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов – этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты. В системе кодирования UNICODE все текстовые до- кументы автоматически становятся вдвое длиннее по сравнению с 8-разрядным кодированием. 11 2.3. Кодирование графических данных В зависимости от способа формирования изображений компьютерную графику принято подразделять на растровую (графический объект представлен в виде комбинации точек, об- разующих растр и обладающих свойствами яркости и цвета), векторную (элементарным объектом является не точка, а линия) и фрактальную (базовым элементом является математическая формула). Трехмерная (3D) графика сочетает в себе векторный и растровый способ формирования изображений. Поскольку линейные координаты и индивидуальные свой- ства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Кодирование черно-белых изображений осуществляет- ся восьмиразрядным кодированием, что позволяет отобразить 256 градаций серого цвета. Для кодирования цветных графических изображений при- меняется принцип декомпозиции произвольного цвета на основ- ные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и си- ний (Blue, B). Такая система кодирования называется системой RGB. Если для кодирования яркости каждой из основных со- ставляющих использовать по 256 значений (8 двоичных разря- дов), то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда, что обеспечивает определение 16,5 млн различных цветов. Такой режим называется полноцветным (True Color). Каждому из основных цветов можно поставить в соответ- ствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основ- ной цвет до белого. Для любого из основных цветов дополни- тельным будет цвет, образованный суммой пары остальных ос- новных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, C), пурпурный (Magenta, M) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на со- ставляющие компоненты можно применять не только для ос- новных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой 12 составляющих. Такой метод кодирования цвета с использовани- ем четвертой краски – черной (Black, K) – принят в полиграфии. Данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK и для представления цветной графики в этой системе на- до иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (True Color). |