Учебник Информатика. Базовый курс. Симонович С.В.. С. В. Симоновичаинформатикабазовый курс2е издание
 Скачать 17.96 Mb.
|
|
Под редакцией С. В. Симоновича ИНФОРМАТИКА БАЗОВЫЙ КУРС 2-е издание Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений 300.piter.com Издательская программа 300 лучших учебников для высшей школы в честь 300-летия Санкт-Петербурга осуществляется при поддержке Министерства образования РФ Москва • Санкт-Петербург • Нижний Новгород • Воронеж Ростов-на-Дону • Екатеринбург • Самара • Новосибирск Киев • Харьков • Минск 2004 ББК 32.973.233я7 УДК 681.3(075) С37 Рецензенты: Кафедра САПР Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана Калин С. В., генеральный директор ЗАО «Открытые технологии '98» С37 Информатика. Базовый курс. 2-е издание / Под ред. С. В. Симоновича. — СПб.: Питер, 2004. — 640 с: ил. ISBN 5-94723-752-0 В учебнике рассмотрены основные категории аппаратных и программных средств вы- числительной техники. Указаны базовые принципы построения архитектур вычислительных систем. Обеспечено методическое обоснование процессов взаимодействия информации, данных и методов. Приведены эффективные приемы работы с распространенными программными про- дуктами. Рассмотрены основные средства, приемы и методы профаммирования. Книга предназначена для студентов технических вузов, изучающих информационные технологии в рамках дисциплины «Информатика», для преподавательского состава, для слуша- телей военных учебных заведений, учреждений системы повышения квалификации и для лиц, изучающих средства вычислительной техники самостоятельно. Рекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших технических учебных заведений. . ББК 32.973.-233я7 УДК 681.3(075) Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги. © С. В. Симонович, Г. А. Евсеев, В. И. Мураховский, С. И. Бобровский, 2003 ISBN 5-94723-752-0 © ЗАО Издательский дом «Питер», 2004 Содержание Введение 8 Глава 1. Информация и информатика 11 1.1. Информация в материальном мире 11 1.2. Данные 17 1.3. Файлы и файловая структура 31 1.4. Информатика 34 Подведение итогов 36 Вопросы для самоконтроля 37 Глава 2. Вычислительная техника ...... .. 38 2.1. История развития средств вычислительной техники 38 2.2. Методы классификации компьютеров 42 2.3. Состав вычислительной системы 49 Подведение итогов 60 Вопросы для самоконтроля 61 Глава 3. Устройство персонального компьютера 62 3.1. Базовая аппаратная конфигурация персонального компьютера 62 3.2. Внутренние устройства системного блока 70 3.3. Системы, расположенные на материнской плате 78 3.4. Периферийные устройства персонального компьютера 87 Практическое занятие 94 Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров 99 4.1. Обеспечение интерфейса пользователя 99 4.2. Обеспечение автоматического запуска. 100 4.3. Организация файловой системы 101 4.4. Обслуживание файловой структуры. 102 4 Содержание 4.5. Управление установкой, исполнением и удалением приложений 107 4.6. Взаимодействие с аппаратным обеспечением 109 4.7. Обслуживание компьютера 110 4.8. Прочие функции операционных систем 113 Подведение итогов 114 Вопросы для самоконтроля 115 Глава 5. Основы работы с операционной системой Windows XP.............116 5.1. Основные объекты и приемы управления Windows 116 5.2. Файлы и папки Windows 119 5.3. Операции с файловой структурой 122 5.4. Использование Главного меню 129 5.5. Установка и удаление приложений Windows 129 5.6. Установка оборудования 132 Практическое занятие 134 Исследовательская работа 139 Глава 6. Настройка операционной системы Windows XP 141 6.1. Настройка средств ввода-вывода данных 142 6.2. Настройка элементов оформления Windows XP 143 6.3. Настройка элементов управления Windows XP 147 6.4. Настройка средств автоматизации Windows XP 150 6.5. Настройка шрифтов 156 6.6. Прочие настройки Windows XP 160 6.7. Справочная система Windows XP 162 Практическое занятие 164 Самостоятельная работа 168 Глава 7. Стандартные приложения Windows XP 169 7.1. Стандартные прикладные программы 169 7.2. Принципы внедрения и связывания объектов 181 7.3. Служебные приложения Windows XP 183 7.4. Стандартные средства мультимедиа 187 Практическое занятие 189 Глава 8. Компьютерные сети, Интернет, компьютерная безопасность ... 195 8.1. Компьютерные сети 195 8.2. Интернет. Основные понятия 201 8.3. Подключение к Интернету 213 8.4. Вопросы компьютерной безопасности 215 Практическое занятие 224 Содержание 5 Глава 9. Получение информации из Интернета 227 9.1. Основные понятия World Wide Web 227 9.2. Работа с программой Internet Explorer 6.0 228 9.3. Поиск информации в World Wide Web 236 9.4. Отправка и получение сообщений 243 Практическое занятие , 247 Глава 10. Создание простых текстовых документов 253 10.1. Общие сведения о текстовом процессоре Microsoft Word 253 10.2. Приемы работы с текстами в процессоре Microsoft Word 262 10.3. Приемы и средства автоматизации разработки документов .., 274 Практическое занятие , 279 Глава 1 1 . Создание комплексных текстовых документов 285 11.1. Приемы управления объектами Microsoft Word 285 11.2. Ввод формул 294 11.3. Работа с таблицами 296 11.4. Работа с диаграммами 299 11.5. Работа с графическими объектами 302 Практическое занятие 309 Глава 12. Обработка данных средствами электронных таблиц 315 12.1. Основные понятия электронных таблиц 316 12.2. Содержание электронной таблицы 318 12.3. Печать документов Excel 323 12.4. Применение электронных таблиц для расчетов 325 12.5. Построение диаграмм и графиков 328 Практическое занятие 330 Глава 13. Работа с базами данных 340 13.1. Основные понятия баз данных 340 13.2. Формирование баз данных 345 13.3. Работа с СУБД Microsoft Access 2002 353 Практическое занятие 367 Глава 14. Приемы и методы работы со сжатыми данными 375 14.1. Теоретические основы сжатия данных 375 14.2. Программные средства сжатия данных 379 14.3. Программные средства уплотнения носителей 382 Практическое занятие 384 Исследовательская работа 394 6 Содержание Глава 15. Введение в компьютерную графику 398 15.1. Основы представления графических данных 398 15.2. Представление графических данных 413 Практическое занятие 423 15.3. Средства для работы с растровой графикой 425 15.4. Средства для работы с векторной графикой 432 Практическое занятие 437 Исследовательская работа 441 Практическое занятие 442 Исследовательская работа 446 Глава 16. Векторный редактор CorelDraw 449 16.1. Особенности CorelDraw 449 16.2. Элементы управления 450 16.3. Рисование графики 458 16.4. Заполнение объектов 464 16.5. Операции с текстом 469 16.6. Изменение формы объектов 472 16.7. Операции с группами 475 Пример. Рисование топографической карты 482 Практическое занятие 482 Глава 17. Автоматизация обработки документов 488 17.1. Преобразование документов в электронную форму 488 Практическое занятие 495 17.2. Автоматизированный перевод документов 498 Практическое занятие 506 Глава 18. Средства автоматизации научно-исследовательских работ .. 509 18.1. Компьютер как инструмент научной работы 509 18.2. Приемы работы с системой Mathcad 513 Практическое занятие 521 Глава 19. Публикация Web-документов 537 19.1. Создание Web-документов 537 19.2. Применение языка HTML 539 19.3. Работа в редакторе FrontPage 552 19.4. Публикация Web-документов 557 Практическое занятие : 558 Исследовательская работа 566 Содержание 7 Глава 2 0 . Основы программирования ....................... 568 20.1. Языки программирования .. ... 568 20.2. Системы программирования 578 20.3. Алгоритмическое (модульное) программирование 582 20.4. Структурное программирование 599 20.5. Объектно-ориентированное программирование 605 20.6. Проектирование программ 608 20.7. Пример на Бейсике. Разведение кроликов 616 20.8. Пример на Паскале. Раскрашивание круга 621 20.9. Пример на Си++. Рисование графиков 626 Практические задания по программированию 629 Рекомендуемая литература .. ........ 631 Алфавитный указатель 633 Введение Коренное отличие информатики от других технических дисциплин, изучаемых в высшей школе, состоит в том, что ее предмет изучения меняется ускоренными тем- пами. Сегодня количество компьютеров в мире превышает 500 миллионов единиц, при этом каждая вычислительная система по-своему уникальна. Найти две системы с одинаковыми аппаратными и программными конфигурациями весьма сложно, и потому для эффективной эксплуатации вычислительной техники от специалистов требуется достаточно широкий уровень знаний и практических навыков. Вместе с тем, в количественном отношении темп численного роста вычислитель- ных систем заметно превышает темп подготовки специалистов, способных эффек- тивно работать с ними. При этом в среднем один раз в полтора года удваиваются основные технические параметры аппаратных средств, один раз в два-три года меняются поколения программного обеспечения и один раз в пять-семь лет меня- ется база стандартов, интерфейсов и протоколов. Таким образом, кардинальным отличием информатики от других технических дисциплин является тот факт, что ее предметная область изменяется чрезвычайно динамично. Все, кто причастен к преподаванию информатики в высшей школе, хорошо знают, как часто приходится менять содержание учебных планов, рабочих программ, учебно-методической документации. Далеко не всегда удается обеспе- чить соответствие материально-технической базы учебного процесса текущему состоянию предметной области. И даже своевременное реагирование на научно- технические достижения не всегда позволяет обеспечить уровень знаний и навы- ков выпускника, адекватный потребностям сферы материального производства и коммерческого рынка, — настолько динамичны процессы в области информаци- онных технологий. Ныне информатика сталкивается с парадоксальным фактом. Ее основная задача состоит в преодолении общечеловеческого кризисного явления, называемого «ин- формационным бумом», путем внедрения средств и методов, автоматизирующих операции с данными. Однако даже в собственной предметной области информатика Введение 9 испытывает такой информационный бум, какого не знает ни одна другая область человеческой деятельности. Например, мировой ассортимент изданий, имеющих прямое отношение к информатике (не считая периодических и электронных), соста- вляет порядка десяти тысяч томов в год и полностью обновляется не реже, чем раз в два года. Анализируя вышеуказанные особенности информатики, авторы данного пособия приходят к выводу, что для преподавания информатики в сложившихся условиях необходимо расширенное взаимодействие между учебными программами обще- технических и специальных дисциплин и учебной программой курса информати- ки. Основные принципы, вытекающие из такого подхода, включают непрерывность и системность образования, а также раннюю профессиональную ориентацию. Непрерывность образования. Практические приемы работы со средствами вычис- лительной техники закрепляются не только при изучении информатики, но и в течение всего периода обучения. Они используются при проведении учебных заня- тий по самым разным дисциплинам. Системность образования. В едином методическом подходе, основанном на сис- теме задача — средство — методы — приемы, происходит перекрестное взаимо- действие изучаемых дисциплин. Конкретная дисциплина поставляет комплекс задача — методы, а информатика обеспечивает комплекс средства — приемы. Ранняя профессиональная ориентация. В системе высшего технического образо- вания действует многоуровневая иерархическая система, основанная на том, что знания студента по общетехническим дисциплинам, как правило, реализуются в практические навыки опосредованно, то есть через дисциплины специального цикла, базирующиеся на общетехнических. Информатика — одна из немногих общетех- нических дисциплин, развивающая такие практические навыки, которые востре- буются напрямую и немедленно, сразу после включения молодого специалиста в профессиональную деятельность. Свою работу над книгой авторы подчинили реализации указанных принципов. Этому подчинены структура и содержание пособия. В целом книга состоит из двадцати глав, содержащих достаточно полные сведения о современном состоянии аппарат- ных и программных средств вычислительной техники. Главы 1, 2, 8,15 являются теоретическими и обеспечивают единую методическую базу как для изучения информатики, так и для взаимодействия различных учеб- ных дисциплин на платформе информатики. Главы 9-14, 16, 18 представляют единую технологическую базу для взаимодей- ствия информатики и других предметных дисциплин. Средства, рассмотренные здесь, могут быть использованы при подготовке домашних заданий, контрольных, курсовых и дипломных работ, при обработке результатов экспериментов, сборе исходной информации для самостоятельных исследований, при выполнении гра- фических работ, математическом моделировании физических и технических про- цессов и при математическом обосновании разрабатываемых проектов. 10 Введение Главы 3-7, 10, 12, 13, 16, 17, 19, 20 служат тем же задачам, но являются дополни- тельным средством ранней профессиональной ориентации. Сведения и навыки, полученные в ходе их изучения, могут быть востребованы немедленно после вклю- чения выпускника в практическую деятельность. Эти разделы позволяют обеспе- чить общую уверенность студента в востребованности его знаний по окончании учебного заведения, независимо от обстоятельств и особенностей конкретного тру- доустройства. Главы, имеющие теоретическое и методообразующее содержание, завершаются списком контрольных вопросов, которые могут обсуждаться на лекционных и се- минарских занятиях. Главы, имеющие практическое содержание, завершаются упражнениями и исследовательскими работами. Предполагается, что практические упражнения носят инструктивно-методический характер и выполняются под руко- водством преподавателя (лаборанта), а исследовательские работы имеют творче- ский характер и комплексное содержание. Они предназначены для самостоятель- ной работы и предполагают подготовку итогового отчета. Различие между этими видами занятий отражено в балансе отводимого на них времени. Исходя из структуры и содержания книги, авторы рассчитывают на то, что она будет полезна следующим категориям читателей: • студентам технических специальностей вузов, изучающим информатику как самостоятельную дисциплину; • преподавательскому составу, осуществляющему теоретическую и практиче- скую подготовку студентов по дисциплине «Информатика»; • преподавателям иных дисциплин, использующим персональные компьютеры в качестве технического средства обучения и (или) средства подготовки учебно- методических материалов (бумажных и электронных) по своей предметной области; • лицам, самостоятельно изучающим или осваивающим аппаратные и программ- ные средства вычислительной техники. 1.1. Информация в материальном мире Сигналы и данные Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств — это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами — при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть образуются данные. Данные — это зарегистрированные сигналы. Данные и методы Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях, произо- шедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако данные не тождественны информа- ции. Наблюдая излучения далеких звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обсто- ятельств. Рассмотрим ряд примеров. Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы заме- ряем величину ее перемещения за время забега — это регистрация данных. Однако информацию о времени преодоления дистанции мы пока не получаем. Для того чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени забега, необ- 12 Глава 1. Информация и информатика ходимо наличие метода пересчета одной физической величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также знать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения. Если вместо механического секундомера используется электронный, суть дела не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация коли- чества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения. Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует — он реализован специальными электронными компонентами и работает автоматически, без нашего участия. Прослушивая передачу радиостанции на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразова- ния данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем под- бора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладаю- щего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта. Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, веду- щейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки полу- чаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди, не имеющие дефектов зрения, априорно владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с . интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что метод известен по контексту, то есть данные, составляющие инфор- мацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому «телезрителю» контекстный метод неизвестен и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.) |