Учебник_Информатика. Стандарт третьего поколениян. В. Макарова, В. Б. Волков
 Скачать 14.49 Mb.
|
|
IH. В. Макарова В. Б. Волков Информатика для БАКАЛАВРОВ РЕКОМЕНДОВАНО УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИМ ОБЪЕДИНЕНИЕМ УЧЕБН ИК Eg ДЛЯ ВУЗОВ СТАНДАРТ ТРЕТЬЕГО ПОКОЛЕНИЯ Н. В. Макарова, В. Б. Волков Информатика Рекомендовано Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров «Системный анализ и управление» и «Экономика и управление» Е^ППТЕР' Москва - Санкт-Петербург - Нижний Новгород - Воронеж Ростов-на-Дону - Екатеринбург - Самара - Новосибирск Киев - Харьков - Минск 2011 ББК 32.973.233я7 УДК 004.3(075) М15 Макарова Н. В., Волков В. Б. М15 Информатика: Учебник для вузов. — СПб.: Питер, 2011. — 576 с.: ил. ISBN 978-5-496-00001-7 В учебнике в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов в трех разделах представлен материал по основным направлениям информатики. В разделе «Информатика как область интеграции знаний» дается представление о роли информации в развитии общества, об управлении знаниями, о логических основах построения компьютера, о методах и средствах мо делирования, об основах построения баз данных и информационных системах, об информационной безопасности, о менеджменте информационной сферы. В разделе «Техническая база информатики» приведена информация об аппаратной части компьютера, о компьютерных сетях, рассматривается история и тенденции развития компьютерных систем. В разделе «Алгоритмическое и программное обеспечение информатики» излагаются основы теории алгоритмов и технологии программирования, приводится классификация программного обеспечения и характеристики разных классов программ ных продуктов. Рекомендован Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров «Системный анализ и управление» и «Экономика и управ ление». Учебник также может быть использован для подготовки студентов следующих направлений: гу манитарные науки, социальные науки, естественные науки, культура и искусство, образование и педагогика, здравоохранение. ББК 32.973.233я7 УДК 004.3(075) Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав. 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. ISBN 978-5-496-00001-7 © Макарова Н. В., 2011 © Волков В. Б., 2011 © ООО Издательство «Питер», 2011 Оглавление П р е д и с л о в и е ................................................................................................................................. 13 ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ИНФ ОРМ АТИКА КАК ОБЛАСТЬ ИНТЕГРАЦИИ З Н А Н И Й ............... 15 Глава 1. П р е д ста в л е н и е об и н ф о р м а ц и и ........................................................................... 17 1.1. Понятие инф орм ации................................................................................................................ 17 1.1.1. Определение инф орм ации................................................................................................17 1.1.2. Информация и данны е........................................................................................................18 1.1.3. Адекватность инф орм ации................................................................................................19 1.2. Меры и н ф о р м а ц и и .................................................................................................................... 20 1.2.1. Синтаксическая мера инф ормации..................................................................................20 1.2.2. Семантическая мера информации....................................................................................22 1.2.3. Прагматическая мера информации..................................................................................23 1.3. Качество ин ф о р м ац и и .............................................................................................................. 25 1.4. Информационные п р о ц е ссы ....................................................................................................27 1.5. Кодирование при передаче и хранении информации ..................................................... 29 1.6. Основы классификации и структурирования ин ф о р м а ц и и .............................................31 1.6.1. Иерархическая система классификации ........................................................................33 1.6.2. Фасетная система классификации ..................................................................................35 1.6.3. Дескрипторная система классификации ........................................................................36 1.6.4. Классификация информации по разным признакам .................................................... 37 1.7. Кодирование при классификации информации ................................................................41 1.7.1. Общие понятия ................................................................................................................... 41 1.7.2. Классификационное кодирование....................................................................................41 1.7.3. Регистрационное кодирование ........................................................................................43 Вопросы для сам о п р о ве р ки.............................................................................................................. 43 Литература ........................................................................................................................................... 44 Глава 2. Роль ин ф о р м ац и и в р а зв и ти и о б щ е с т в а ............................................................ 4 5 2.1. Информатизация общества ................................................................................................... 45 2.1.1. Представление об информационном обществе ............................................................45 2.1.2. Роль информатизации в развитии общ ества..................................................................50 2.1.3. Опыт информатизации и перспективные идеи .............................................................. 53 2.1.4. Роль средств массовой информации ..............................................................................54 2.1.5. Об информационной культуре ..........................................................................................55 2.2. Информационный потенциал о б щ е с тв а .............................................................................. 57 2.2.1. Информационные ресурсы ................................................................................................57 2.2.2. Информационные продукты и услуги ..............................................................................59 2.2.3. Рынок информационных продуктов и у с л у г ....................................................................62 4 Оглавление 2.3. Информатика — предмет и задачи ........................................................................................ 70 2.3.1. Появление и развитие информатики.................................................................................70 2.3.2. Структура информатики .....................................................................................................72 Вопросы для са м о п р о в е р ки ............................................................................................................. 74 Литература ...........................................................................................................................................75 Глава 3 . Т е о р е ти ч е с ки е о с н о в ы уп р а в л е н и я з н а н и я м и ................................................ 76 3.1. Управление знаниями ............................................................................................................... 76 3.1.1. Общее представление об управлении знаниями ........................................................... 76 3.1.2. Модель жизненного цикла управления знаниями........................................................... 79 3.2. Данные, информация и з н а н и я ................................................................................................ 79 3.3. Модели представления знаний ............................................................................................... 81 3.3.1. Семантические сети ............................................................................................................. 82 3.3.2. Фреймы .................................................................................................................................84 3.3.3. Формальные логические м одели.......................................................................................85 3.4. Системы, основанные на знаниях .......................................................................................... 86 3.4.1. Экспертные системы ...........................................................................................................88 3.4.2. Нейронные сети ................................................................................................................... 91 3.4.3. Системы, основанные на прецедентах............................................................................. 96 3.4.4. Системы, построенные на генетических алгоритмах..................................................... 98 3.4.5. Интеллектуальные а ге н ты ...................................................................................................99 3.4.6. Системы добычи д а н н ы х ......................................................................................... . . . 100 3.5. Инженерия знаний .................................................................................................................... 101 3.5.1. Получение знаний............................................................................................................... 102 3.5.2. Жизненный цикл и методология....................................................................................... 105 Вопросы для са м о п р о в е р ки ........................................................................................................... 106 Литература ......................................................................................................................................... 107 Глава 4 . Л о ги ч е с к и е о с н о в ы и н ф о р м а т и к и ..................................................................... 108 4.1. Представление о высказываниях и логических о п е р а ц и я х ............................................ 108 4.1.1. Понятие высказывания ..................................................................................................... 108 4.1.2. Соглашения о языке алгебры высказываний................................................................. 110 4.1.3. Логические операции над высказываниями................................................................... 110 4.2. Алгебра логики .......................................................................................................................... 113 4.2.1. Понятие формулы алгебры логики................................................................................... 113 4.2.2. Равносильные формулы алгебры логики ....................................................................... 115 4.2.3. Основные равносильности ............................................................................................... 116 4.2.4. Равносильности, выражающие одни логические операции через другие ................116 4.2.5. Равносильности, выражающие основные законы алгебры логики..............................117 4.2.6. Решение логических задач методами алгебры л огики................................................. 117 4.2.7. Булева а л ге б р а ................................................................................................................... 119 4.3. Построение коммутационных схем на основе алгебры л о ги к и .......................................121 Вопросы для са м о п р о в е р к и ........................................................................................................... 124 Литература ......................................................................................................................................... 124 Глава 5 . И н ф о р м а ц и о н н ы е с и с т е м ы и т е х н о л о г и и ....................................................... 1 25 5.1. Основные сведения об информационных с и с те м а х .........................................................126 5.1.1. Понятие информационной системы ............................................................................... 126 5.1.2. Этапы развития информационных си с т е м ..................................................................... 126 5.1.3. Процессы в информационной системе........................................................................... 127 5.1.4. Результаты внедрения информационных с и с т е м ......................................................... 128 5.1.5. Роль структуры управления в информационной системе ............................................128 5.1.6. Персонал и прочие элементы организации....................................................................131 5.1.7. Примеры информационных систе м ................................................................................. 132 Оглавление 5 5.2. Структура и классификация информационных систем ................................................... 133 5.2.1. Структура информационной систем ы ..............................................................................133 5.2.2. Классификация информационных систем по признаку структурированности за д а ч..............................................................................................138 5.2.3. Классификация информационных систем по функциональному признаку и уровням управления........................................................................................................ 141 5.2.4. Прочие варианты классификации информационных систем ...................................... 147 5.3. Основные сведения об информационных те х н о л о ги я х ................................................... 149 5.3.1. Понятие информационной технологии............................................................................149 5.3.2. Инструментарий информационной технологии.............................................................. 150 5.3.3. Соотношение между информационными технологиями и системами ........................151 5.3.4. Составляющие информационной технологии................................................................ 152 5.3.5. Использование информационных технологий................................................................ 153 5.4. Виды информационных технологий .....................................................................................155 5.4.1. Информационная технология обработки данных .......................................................... 155 5.4.2. Информационная технология управления...................................................................... 157 5.4.3. Автоматизация офиса ........................................................................................................159 5.4.4. Информационная технология поддержки принятия решений.......................................161 5.4.5. Информационная технология экспертных систем ........................................................ 164 Вопросы для сам о п р о ве р ки..........................................................................................................166 Литература ......................................................................................................................................... 167 Глава 6. Теория баз д а н н ы х ............................................................................................ 169 6.1. Общие п о н я т и я ...........................................................................................................................169 6.1.1. Компоненты среды функционирования С У Б Д .................................................................171 6.1.2. Классификация СУБД..........................................................................................................173 6.1.3. Функции СУБД..................................................................................................................... 176 6.2. Модели д а н н ы х ...........................................................................................................................178 6.2.1. Классификация моделей данны х......................................................................................178 6.2.2. Термины и определения ....................................................................................................180 6.2.3. Модель «сущность-связь».................................................................................................. 181 6.3. Реляционные базы д а н н ы х ......................................................................................................185 6.3.1. Реляционная модель данных ............................................................................................185 6.3.2. Правила Кодда ....................................................................................................................186 6.3.3. Ключи и связи ..................................................................................................................... 188 6.3.4. Ссылочная целостность......................................................................................................190 6.3.5. Нормализация данны х........................................................................................................190 6.3.6. Язык SQL............................................................................................................................... 192 6.3.7. Преимущества и недостатки реляционной модели ...................................................... 194 6.4. Постреляционные модели и базы данных .......................................................................... 196 6.4.1. Основные понятия OODM ..................................................................................................197 6.4.2. Преимущества OODM ........................................................................................................197 6.4.3. Недостатки OODM ..............................................................................................................198 6.5. Проектирование баз д а н н ы х ....................................................................................................198 Вопросы для сам о п р о ве р ки............................................................................................................200 Литература ..........................................................................................................................................201 Глава 7. Основы м о д е л и р о ва н и я ................................................................................... 202 7.1. Представление о назначении и особенностях моделирования .................................... 202 7.1.1. Понятия модели и моделирования ..................................................................................202 7.1.2. Компьютерное моделирование ........................................................................................204 7.1.3. Параметры модели............................................................................................................. 205 7.2. Классификация м о д е л е й ..........................................................................................................207 7.2.1. Классификация моделей по назначению........................................................................207 7.2.2. Классификация моделей по уровню моделирования....................................................208 6 Оглавление 7.2.3. Классификация моделей по принадлежности к иерархическому уровню .................. 209 7.2.4. Классификация моделей по характеру взаимоотношений со с р е д о й ........................ 210 7.2.5. Классификация моделей по способу представления свойств объекта...................... 210 7.2.6. Классификация моделей по причинной обусловленности ...........................................211 7.2.7. Классификация моделей по отношению ко в р е м е н и.................................................... 212 7.2.8. Классификация моделей по сфере применения............................................................212 7.2.9. Классификация моделей по методологии применения................................................ 213 7.2.10. Классификация моделей по способу представления.................................................. 214 7.3. Основные этапы компьютерного м оделирования..............................................................216 7.3.1. Постановка задачи и анализ объекта моделирования.................................................. 217 7.3.2. Разработка (формализация и синтез) модели................................................................ 218 7.3.3. Проведение компьютерного эксперимента.................................................................... 218 7.3.4. Анализ результатов моделирования................................................................................219 7.4. Основы имитационного моделирования ............................................................................ 219 7.4.1. Особенности имитационного моделирования................................................................ 220 7.4.2. Подходы к имитационному моделированию .................................................................. 221 7.4.3. Этапы имитационного моделирования............................................................................222 7.5. Программные среды м оделирования...................................................................................224 7.5.1. Характеристика систем имитационного моделирования ............................................ 224 7.5.2. AnyLogic — универсальная среда имитационного моделирования............................ 227 7.5.3. Моделирование бизнес-процессов..................................................................................228 Вопросы для са м о п р о в е р к и ............................................................................................................ 232 Литература ..........................................................................................................................................234 Глава 8 . И н ф о р м а ц и о н н а я б е з о п а с н о с т ь ........................................................................ 2 3 5 8.1. Основные положения, понятия и о п р е д е л е н и я .................................................................. 236 8.2. Виды угроз в информационной сфере .................................................................................237 8.3. Внутренние и внешние источники у г р о з ...............................................................................239 8.4. Организационно-правовое обеспечение информационной б е з о п а с н о с ти ............... 240 8.5. Государственная система правового обеспечения защиты информации в Российской Федерации .........................................................................................................241 8.6. Угрозы в информационных системах ...................................................................................243 8.6.1. Нарушения конфиденциальности .................................................................................... 243 8.6.2. Нарушения д остоверности................................................................................................244 8.6.3. Нарушения целостности ....................................................................................................244 8.6.4. Нарушения доступности ....................................................................................................244 8.6.5. Классификация угроз инф ормации..................................................................................244 8.7. Защита информации в информационных с и с т е м а х ..........................................................246 8.7.1. Требования к защите информации .................................................................................. 246 8.7.2. Способы и средства защиты инф ормации...................................................................... 249 8.7.3. Системы защиты инф ормации.......................................................................................... 251 8.8. Государственные стандарты по информационной безопасности ................................ 253 8.8.1. Стандарты общего назначения..........................................................................................253 8.8.2. Стандарты по криптографической защ ите...................................................................... 256 8.8.3. Стандарты информационной безопасности в кредитно-финансовой сф ере.............256 Вопросы для са м о п р о в е р ки ............................................................................................................ 257 Литература ..........................................................................................................................................257 Глава 9 . М е н е д ж м е н т и н ф о р м ац и о н н о й с ф е р ы ............................................................ 2 5 9 9.1. Становление информационного менедж м ента.................................................................. 260 9.2. Основные понятия информационного м енедж м ента........................................................ 261 9.3. Международные и российские стандарты в сфере информационного менеджмента ............................................................................................................................... 265 9.3.1. Стандарт IT IL ........................................................................................................................265 9.3.2. Стандарт C o b iT ..................................................................................................... .............. 268 Оглавление 7 9.3.3. Стандарт M O F ......................................................................................................................269 9.3.4. Стандарт ISO 20000:2005 и его отечественная адаптация — ГОСТ Р ИСО/МЭК 20000 ....................................................................................................270 9.3.5. Стандарт ISO/IEC 38500:2008 ............................................................................................ 272 9.4. Информационный менеджмент как управление информационно-технологическими ус л у га м и .................................................................... 273 9.5. Информационный менеджмент как товар (а у тс о р с и н г)................................................... 275 Вопросы для сам оп р о ве р ки............................................................................................................ 277 Литература ..........................................................................................................................................278 ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИНФ ОРМ АТИКИ........................................... 279 Глава 10. Аппаратная часть компьютера .................................................................... 281 10.1. Обобщенная структура ко м п ь ю те р а ....................................................................................281 10.2. Устройства в в о д а .....................................................................................................................284 10.3. Устройства в ы в о д а ...................................................................................................................288 10.3.1. Мониторы............................................................................................................................288 10.3.2. П ринтеры ............................................................................................................................ 291 10.3.3. Устройства вывода звука..................................................................................................294 10.3.4. Другие устройства вывода .............................................................................................. 295 10.4. Материнская п л а та ...................................................................................................................296 10.5. Память к о м п ь ю те р а .................................................................................................................296 10.5.1. Внутрипроцессорная память .......................................................................................... 297 10.5.2. Оперативная память..........................................................................................................299 10.5.3. Постоянная память............................................................................................................300 10.5.4. Дисковая память и флэш-память.................................................................................... 300 10.6. Центральный п р о ц е с с о р .........................................................................................................301 10.6.1. Классификация процессоров...........................................................................................301 10.6.2. Работа центрального процессора.................................................................................. 302 10.6.3. Структура центрального процессора ............................................................................ 303 10.6.4. Пути повышения производительности центрального процессора............................ 305 10.7. Системный б л о к .......................................................................................................................306 Вопросы для са м о п р о в е р ки ............................................................................................................ 308 Литература ..........................................................................................................................................309 Глава 11. Представление данных в к о м п ь ю т е р е ...................................................... 310 11.1. Форма представления данных в компьютере .................................................................. 310 11.1.1. Общее представление......................................................................................................310 11.1.2. Числовые д а н н ы е ..............................................................................................................312 11.1.3. Символьные данные..........................................................................................................314 11.1.4. Мультимедийные данные ................................................................................................317 11.1.5. Служебные данны е............................................................................................................ 320 11.2. Системы счисления ................................................................................................................ 320 11.2.1. Определение и классификация ...................................................................................... 320 11.2.2. Перевод из одной Р-ичной системы счисления в другую .......................................... 323 11.2.3. Выполнение арифметических операций........................................................................ 326 Вопросы для са м о п р о в е р ки ............................................................................................................ 328 Литература ..........................................................................................................................................329 Глава 12. История, состояние и тенденции развития компьютеров и вычислительных с и с т е м .......................................................................................... 330 12.1. История развития компьютеров ..........................................................................................330 12.1.1. Механические устройства для вы числений................................................................... 331 12.1.2. Электронные программируемые устройства................................................................ 332 8 Оглавление 12.2. Классификация компьютеров и вычислительных систем ............................................ 337 12.2.1. Классификация по принципу действия ......................................................................... 337 12.2.2. Классификация по вычислительной мощности и габаритам...................................... 338 12.2.3. Классификация по способу применения ......................................................................339 12.3. Настоящее и будущее ко м п ью те р о в.................................................................................. 342 12.3.1. Микропроцессоры ........................................................................................................... 342 12.3.2. Суперкомпьютеры ........................................................................................................... 346 12.3.3. Серверные компьютеры ................................................................................................. 350 12.3.4. Персональные компьютеры ........................................................................................... 352 12.3.5. Тенденции развития компьютеров................................................................................. 355 Вопросы для с а м о п р о в е р ки ............................................................................................................358 Литература ......................................................................................................................................... 359 Глава 13. Основы построения компьютерных с е т е й ............................................... 360 13.1. История появления и развития компьютерных с е т е й ......................................................361 13.2. Развитие сетевых межкомпьютерных коммуникаций в России .................................. 365 13.3. Классификация компьютерных с е т е й ................................................................................ 366 13.3.1. Классификация по технологии передачи д а н н ы х ........................................................367 13.3.2. Классификация по типу коммутации между узлам и....................................................367 13.3.3. Классификация по среде передачи д анны х........................................................... .. 368 13.3.4. Классификация по территориальному о х в а ту..............................................................369 13.3.5. Классификация по скорости передачи д а н н ы х ............................................................370 13.3.6. Классификация по иерархической организации.......................................................... 371 13.4. Топология компьютерных с е т е й ........................................................................................... 371 13.4.1. Полносвязная топология..................................................................................................371 13.4.2. Общая ш и н а ....................................................................................................................... 372 13.4.3. Звезда................................................................................................................................. 372 13.4.4. Кольцо ............................................................................................................................... 373 13.4.5. Дерево ............................................................................................................................... 373 13.4.6. Смешанная то п о л о гия ..................................................................................................... 374 13.5. Физическая реализация среды передачи да н н ы х........................................................... 375 13.5.1. Разделяемые среды передачи....................................................................................... 375 13.5.2. Сетевые адаптеры ........................................................................................................... 378 13.5.3. Концентраторы................................................................................................................. 379 13.5.4. Маршрутизаторы ............................................................................................................. 379 13.6. Модели и протоколы компьютерных сетей ..................................................................... 379 13.6.1. Общее представление..................................................................................................... 379 13.6.2. Стек протоколов TCP/IP................................................................................................... 380 13.6.3. Сетевая модель O S I.........................................................................................................382 13.7. Феномены века коммуникаций .......................................................................................... 382 13.7.1. Военно-техническая о б л а с ть ......................................................................................... 382 13.7.2. Финансовая сф е р а ...........................................................................................................383 13.7.3. Бизнес ............................................................................................................................... 383 13.7.4. География и навигация ................................................................................................... 384 13.7.5. Наука................................................................................................................................... 384 13.7.6. Знание ............................................................................................................................... 384 13.7.7. О бразование.....................................................................................................................384 13.7.8. Технологии......................................................................................................................... 385 13.7.9. О бщ ество........................................................................................................................... 385 13.7.10. Здоровье и экология ..................................................................................................... 386 Вопросы для са м о п р о в е р ки ........................................................................................................... 387 Литература ......................................................................................................................................... 387 Оглавление 9 ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И Н Ф О Р М А ТИ К И ............................................................................................................ 389 Глава 14. Основы теории а л го р и т м о в .......................................................................... 391 14.1. Представление об а л го р и тм а х ..............................................................................................391 14.1.1. Понятие алгоритма............................................................................................................ 391 14.1.2. Формализация понятия алгоритма посредством машины Поста............................ 393 14.1.3. Формализация понятия алгоритма посредством машины Тьюринга .................... 395 14.1.4. Современная теория алгоритмов ..................................................................................397 14.2. Способы записи алгоритмов ............................................................................................... 399 14.2.1. Словесный способ представления алгоритма..............................................................399 14.2.2. Графический способ записи а лгоритм а........................................................................400 14.2.3. Представление алгоритма с помощью диаграммы Нэсси— Ш нейдерм ана.......... 402 14.2.4. Представление алгоритма с помощью псевдокодов ................................................ 404 14.2.5. Программный способ представления алгоритм ов......................................................405 14.3. Базовые алгоритмические ко н стр укц и и............................................................................ 406 14.4. Представление и обработка данных разного т и п а ......................................................... 409 14.4.1. Общее представление о типах д а н н ы х ..........................................................................409 14.4.2. Базовые типы данных....................................................................................................... 410 14.4.3. Представление и обработка данных в виде структур (массив, запись).................. 412 1 4.4.4. Представление и обработка данных в виде символьных цепочек .......................... 413 14.4.5. Представление и обработка данных в виде одно- и двухсвязных с п и с к о в ............ 415 14.4.6. Представление и обработка данных в виде деревьев .............................................. 417 1 4 4 7 . представление и обработка данных в виде графов .................................................. 420 14.5. Алгоритмы сортировки и п о и с к а .........................................................................................425 14.5.1. Сортировка ....................................................................................................................... 425 14.5.2. Поиск ................................................................................................................................. 428 Вопросы для са м о п р о в е р ки ............................................................................................................429 Литература ..........................................................................................................................................431 Глава 15. Классификация и тенденции развития программ ного обеспечения 432 15.1. Классификация программного обеспечения по степени взаимодействия с аппаратной частью к о м п ью те р а ........................................................................................... 433 15.2. Классификация программного обеспечения по виду лицензирования ...................435 15.3. Прочие кла сси ф ика ц ии..........................................................................................................438 15.3.1. Классификация программного обеспечения по платформе назначения ................438 15.3.2. Классификация программного обеспечения по способу взаимодействия с пользователем............................................................................................................. 439 15.3.3. Классификация программного обеспечения по отношению к с е т и ..........................440 15.3.4. Классификация программного обеспечения по способу установки ...................... 440 15.3.5. Классификация программного обеспечения по целям разработки........................ 440 15.3.6. Классификация программного обеспечения по аппаратной платф орме.............. 441 15.3.7. Классификация программного обеспечения по степени опа сн о сти...................... 441 15.4. Промежуточное программное обеспечение .................................................................... 441 15.5. Программное обеспечение процесса разработки программного обеспечения .. 442 15.6. Области применения прикладного программного о б е с п е ч е н и я ................................443 15.6.1. Офисные приложения ................................................................................................... 444 15.6.2. Программы управления проектами..............................................................................448 15.6.3. Клиентские программы для работы с сервисами И нтернета.................................. 448 15.6.4. Программы для научных исследований и расчетов ..................................................453 15.6.5. Образовательные программы ......................................................................................454 15.6.6. Программы для организации работы учебных заведений........................................ 456 15.6.7. Мультимедийные программы........................................................................................458 15.6.8. Бухгалтерские программы ............................................................................................458 15.6.9. Программы для финансовых расчетов и прогнозирования...................................... 458 10 Оглавление 15.6.10. Программы для технического проектирования.........................................................459 15.6.11. Программы для б и з н е с а .............................................................................................. 459 15.7. Перспективы развития программного обеспечения .................................................... 460 15.7.1. Ориентация на взаимодействие ...................................................................................460 15.7.2. Интеграция с сетью ........................................................................................................ 460 15.7.3. Компьютеры без операционной системы ..................................................................... 461 15.7.4. Распределенность ........................................................................................................... 461 15.7.5. Автономизация и самообучение, повышение интеллектуальности программного обеспечения.....................................................................................................................461 15.7.6. Интеграция с бытовой техникой.....................................................................................462 15.7.7. Новые виды пользовательского интерфейса .............................................................462 15.7.8. Социальные вызовы развития программного обеспечения ..................................... 462 Вопросы для са м о п р о в е р ки ...........................................................................................................463 Литература ........................................................................................................................................ 464 Глава 16. Системное программное обеспечение к о м пью тер а ............................. 465 16.1. Состав системного программного обеспечения.............................................................466 16.1.1. BIOS.................................................................................................................................... 466 16.1.2. Ядро операционной систе м ы ........................................................................................ 467 16.1.3. Драйверы устройств........................................................................................................ 468 16.1.4. Службы операционной системы.................................................................................... 468 16.1.5. Системные оболочки...................................................................................................... 468 16.1.6. Инструменты администрирования ...............................................................................469 16.1.7. Инструменты системного программирования.............................................................469 16.2. Классификация операционных с и с т е м ............................................................................. 470 16.3. Сферы применения операционных с и с т е м .....................................................................474 16.4. Представление о структуре операционной с и с т е м ы .................................................... 476 16.4.1. Операционная система в виде набора функций .........................................................476 16.4.2. Системные службы операционной системы ...............................................................479 16.4.3. Представление операционной системы в виде с л о е в ............................................... 480 16.5. Операционные системы семейства W indow s................................................................... 481 16.5.1. Подсемейство Windows З х ............................................................................................... 481 16.5.2. Подсемейство Windows 9 х ............................................................................................... 481 16.5.3. Подсемейство Windows NT/2000/XP/2003 ...................................................................482 16.6. Операционная система Windows ХР ..................................................................................483 16.6.1. Графический пользовательский интерфейс ...............................................................483 16.6.2. Файловые системы.......................................................................................................... 484 16.6.3. Работа с локальной с е ть ю ...............................................................................................484 16.6.4. Работа с И нтернетом.......................................................................................................486 16.6.5. Мультимедийные возможности.....................................................................................488 16.6.6. Обеспечение безопасности ...........................................................................................488 16.6.7. Средства коллективной р а б о ты .....................................................................................490 16.6.8. Средства настройки и администрирования................................................................. 491 16.6.9. Приложения из состава О С ............................................................................................. 491 16.7. Операционная система Alt L in u x...........................................................................................491 16.7.1. История появления свободной операционной системы Linux ..................................491 16.7.2. Графический пользовательский интерфейс ...............................................................492 16.7.3. Файловые системы.......................................................................................................... 494 16.7.4. Работа с сетью .................................................................................................................495 16.7.5. Работа с И нтернетом.......................................................................................................497 16.7.6. Мультимедийные возможности .....................................................................................497 16.7.7. Обеспечение безопасности ...........................................................................................498 16.7.8. Средства коллективной р а б о ты .....................................................................................499 16.7.9. Средства настройки и администрирования.................................................................499 16.7.10. Приложения из состава операционной системы ..................................................... 500 Оглавление 11 Вопросы для с а м о п р о в е р ки ............................................................................................................500 Литература ..........................................................................................................................................501 Глава 17. Офисное программное о б е с п е ч е н и е ........................................................ 502 17.1. Текстовый п р о ц е с с о р ..............................................................................................................503 17.1.1. Общее представление о функциональности ................................................................503 17.1.2. Сравнительная характеристика текстовых процессоров Microsoft Word, OpenOffice.org Writer и A b iw o rd ............................................................................................. 508 17.2. Табличный процессор ............................................................................................................ 511 17.2.1. Общее представление о функциональности ................................................................ 511 17.2.2. Дополнительные возможности табличного п роц ессора............................................513 17.2.3. Сравнительная характеристика табличных процессоров Microsoft Excel, OpenOffice.org Calc и Gnumeric............................................................................................. 516 17.3. Органайзер ...............................................................................................................................517 17.3.1. Общие принципы использования программных инструментов организации деятельности........................................................................................................................... 517 17.3.2. Сравнительная характеристика органайзеров Microsoft Outlook, doOrganizer, KOrganizer и Mozilla S unbird................................................................................................... 518 17.4. Система электронного документооборота ...................................................................... 520 17.4.1. Назначение и функциональность....................................................................................520 17.4.2. Сравнительная характеристика систем электронного документооборота DIRECTUM, Digital Design, ЕВФРАТ-Документооборот...................................................... 521 Вопросы для сам о п р о ве р ки............................................................................................................523 Литература ......................................................................................................................................... 523 Глава 18. Средства мультимедиа ................................................................................. 524 18.1. Представление о мультимедиа ...........................................................................................524 18.2. З в у к ............................................................................................................................................. 526 18.2.1. Разновидности звуковых данных в компьютере ..........................................................526 18.2.2. Сжатие з в у к а ..................................................................................................................... 528 18.2.3. Устройства для получения и воспроизведения звука .................................................. 528 18.2.4. Программные продукты для обработки и воспроизведения звука............................ 530 18.3. И зображ ения.............................................................................................................................535 18.3.1. Цифровые форматы изображений ................................................................................535 18.3.2. Сжатие изображений....................................................................................................... 536 18.3.2. Получение изображений..................................................................................................539 18.3.3. Программы для работы с изображениями....................................................................539 18.4. В и д е о ......................................................................................................................................... 543 18.4.1. Кодирование видеосигналов ..........................................................................................543 18.4.2. Сжатие видео ................................................................................................................... 543 18.4.3. Программы для обработки и воспроизведения в и д е о ................................................544 18.5. Мультимедиа-презентации................................................................................................... 546 18.5.1. Возможные типы мультимедиа-презентаций ..............................................................546 18.5.2. Программные технологии создания мультимедиа-презентаций.............................. 547 18.5.3. Демонстрация мультимедиа-презентаций ..................................................................550 Вопросы для сам о п р о ве р ки............................................................................................................ 550 Литература .......................................................................................................................................... 551 Глава 19. Технологии и инструменты программирования .................................... 552 19.1. Основные понятия и классификация языков программирования ..............................553 19.1.1. Основные понятия ........................................................................................................... 553 19.1.2. Классификация языков программирования..................................................................557 19.2. Краткая история языков програм м ирования.................................................................... 559 19.2.1. Первый этап — машинные коды ......................................................................................559 12 Оглавление 19.2.2. Второй этап — языки высокого ур о в н я .........................................................................560 19.2.3. Третий этап — структурное программирование......................................................... 560 19.2.4. Четвертый этап — модульное программирование......................................................561 19.2.5. Пятый этап — объектно-ориентированный подход......................................................561 19.2.6. Шестой этап — компонентный п о д х о д ......................................................................... 561 19.2.7. Седьмой этап — архитектура, управляемая м одел ью ............................................... 562 19.3. Концепция объектно-ориентированного программирования ..................................562 19.3.1. Абстракция.........................................................................................................................562 19.3.2. Наследование...................................................................................................................563 19.3.3. Полиморфизм...................................................................................................................564 19.3.4. Инкапсуляция ...................................................................................................................564 19.4. Инструментальные средства и среды разработки программного обеспечения .. 565 19.5. Жизненный цикл программного об еспечения............................................................... 568 19.5.1. Анализ требований и разработка спецификаций ....................................................... 569 19.5.2. Проектирование...............................................................................................................570 19.5.3. Кодирование и тестирование......................................................................................... 571 Вопросы для с а м о п р о в е р к и ......................................................................................................... 572 Литература .......................................................................................................................................573 Предисловие Прошло относительно немного времени, как в школах и вузах страны начали из учать информатику. Сейчас она претендует на звание базовой дисциплины в системе высшего образования и в комплексе с другими классическими дисциплинами (мате матикой, физикой, химией, естествознанием, биологией, историей) призвана создавать фундамент профессионального образования в вузе. Стремительное развитие компьютерных технологий, рост объемов обрабатываемой информации и проникновение информационных технологий практически во все обла сти жизни сделали насущным изучение информатики в учебных заведениях. Наступило время, когда профессионал — юрист, инженер, экономист, социолог, журналист — уже с трудом справляется с потоками информации. Специалисту, для того чтобы на долж ном уровне выполнять свои обязанности, необходимы инструментарий и методика его применения для обработки информации. Это сравнимо с использованием средств передвижения: теоретически человек может пешком преодолеть любое расстояние, но современный темп жизни просто немыслим без применения автомобиля, поезда, само лета и т. д. То же самое происходит и в области, связанной с обработкой информации: теоретически человек сам может переработать без компьютера любую информацию, но сделает это эффективнее, если овладеет знаниями и умениями, которыми располагает информатика. Однако темпы самоопределения информатики как науки, ее размежевание с теми дисциплинами и науками, на базе которых она рождалась, были значительно более мед ленными, чем темпы развития техники и технологии. Это привело к тому, что сегодня нет единого, общепринятого определения и взгляда на информатику как науку — ни в России, ни за рубежом. Именно сегодня этот взгляд вырабатывается, идет рефлек сивный процесс самоопределения. Разные взгляды на область знаний, названную Информатикой, и на ее границы определили и разные подходы к формированию содержания курса в вузе. В настоящее время существует несколько примерных программ по дисциплине «Информатика», и каждое учебное заведение, ориентируясь на одну из них, проводит обучение в соот ветствии с потребностями своей предметной области. В связи с этим перед авторами учебника встала непростая задача — определить, что и в каком объеме нужно знать студенту по базовой дисциплине «Информатика». Решение задачи велось в двух направлениях: □ отбор содержания и выделение наиболее значимых тем и аспектов, которые могли бы составить ядро дисциплины; □ разработка методики изложения и структурирования материала. Известно мнение широкого круга специалистов по компьютерной технике, ин формационным системам и технологиям, что информатика — это, скорее, дисциплина практического направления, где студент приобретает навыки работы на персональном компьютере в наиболее распространенных программных средах, и вопрос состоит толь ко в том, какие из них выбрать. Если ориентироваться на такой подход, то, учитывая высокую динамику замены одних программных продуктов и технических средств дру гими, вряд ли когда-нибудь удастся своевременно создать учебник по этой дисциплине. 14 Предисловие По мнению авторов, информатика служит прежде всего для формирования миро воззрения в информационной сфере и определенного уровня информационной культуры, то есть умения целенаправленно работать с информацией, профессионально используя для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию и соответствующие ей технические и программные средства. |