Предмет и задачи информатики учебного курса «Информатика» для студентов первого и второго курсов


Предмет и задачи информатики

учебного курса

«Информатика»

для студентов первого и второго курсов

1. Введение

Информатика — это техническая наука, систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Информатика близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологии.

Предмет информатики составляют:

— аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

— программное обеспечение средств вычислительной техники;

— средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

— средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом.Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.

В составе основной задачи информатики можно выделить следующие направления:

— архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

— интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением)

— программирования (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

— преобразования данных (приемы и методы преобразования структур данных);

— защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

— автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека)

— стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

Эффективность аппаратных средств — это отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Эффективность программного обеспечения определяется производительностью труда его пользователей. В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.

2. Источники и предпосылки информатики

Слово информатика происходит от французского слова Informatique от объединения сроков Information (информация) и Automatique (автоматика), выражающий ее суть как науки о автоматическую обработку информации. Кроме Франции термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин — Computer Science (компьютерные науки).К информатики близка техническая наука кибернетика.Ее основы были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении). Предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами — методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами, связь между психологией человека и математической логике, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационных процессов в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, и информатика.

3. Роль информатики в подготовке геолога

Роль информационных технологий в подготовке специалистов геологических специальностей приобретает сейчас определяющего характера. Главной особенностью этого процесса является изменение взгляда на привычную роль информатики, как рядовой среди других общеобразовательных дисциплин к обретения им статуса основы технологического вооружения. Причина заключается в специфическом характере продукции геологического производства. В отличие от всех других участников производственного цикла

— здо бы в тия с ировины — п е р е работка — в иго т ОВЛ е ния готовой о д в кции ‖, о д в кция я ки х материальная, в геологического производства продукция информационная.Именно эту информационную продукцией геологические предприятия предлагают рыночные и вступают с ней в конкурентную борьбу. Информация, которую производит геологическая отрасль, не имеет аналогов в других производственных отраслях по своим объемам, сложности, разнообразием методов получения и форм отражения. Рынок диктует свои требования к ее продукции. Итак, геологическое производство — специфически информационная отрасль.Рыночные перспективы зависят прежде всего от ее технологического уровня. От него зависит место в конкурентном соревновании на рынке продукции. Не требует доказательств, для информационной продукции технологический уровень определяется уровнем внедрения компьютерных технологий. Среди них на передний план выдвигаются пространственные (географические) информационные системы (ГИС).

Математическая подготовка студентов-геологов приобретает концептуально нового статуса, поскольку становится служить основой обучения в области информационных технологий. вторым

фактором в пользу того же выводу выступает объективные реалии рынка труда. Повышение уровня специальной математической подготовки как основы владения информационными технологиями, существенно повышают шансы молодых выпускников на рынке труда. Более того, опыт общения с молодыми специалистами показывает, что определяющая роль для успешного трудоустройства и продвижения по службе принадлежит именно уровню подготовки в области комп‗ютерних технологий.

Если для специалиста-геолога традиционного профиля, ориентированного скорее на сбор первоначальной геологической информации, чем на ее обобщения, слабость комп‗ютернои подготовки является недостатком, с которым, возможно, можно будет еще некоторое время мириться, то для наиболее ответственной работы — анализа и принятия решений, недостаток знаний по информационным технологиям, становится профессионально неприемлемым. Уместно добавить, что даже в неблагоприятных условиях национального рынка труда, когда выпускники геологических факультетов имеют большие проблемы с трудоустройством по специальности, малочисленные знатоки информационных технологий имеют гарантированный спрос, причем не только в собственной стране и отрасли.

Технологии, которые ждут в будущей профессиональной деятельности сегодняшних первокурсников, относятся к числу наиболее сложных и дорогих. Достаточно вспомнить, что стоимость одного экземпляра лицензионного программного обеспечения профессиональных ГИС достигает нескольких тысяч долларов. Специалистам этого дела следует иметь добротную подготовку как по прикладной математике, так и по геологическим дисциплинам, прежде всего, тех, которые по характеру задач и обрабатываемой информации больше приспособлены для цифровых технологий: геофизика и геофизические методы поисков полезных ископаемых, гидрогеология, инженерная геология, геохимия и геохимические методы поисков полезных ископаемых. Среди задач всего прикладное значение имеют именно те, розв‗язання которых базируется на информационных технологиях: проектирование и эксплуатация баз геологических данных; автоматизированные системы прогноза месторождений полезных ископаемых; экомониторинг геологической среды; моделирования геологических объектов; проектирования в среде ГИС; технологии оценки запасов месторождений; информационное обеспечение маркетинга продукции геологического производства.

Читать  ВСТУПЛЕНИЕ В ПРОГРАММИРОВАНИЕ – этапы разработки, парадигмы программирования, классификация

Компьютерную подготовку целесообразно продлить на старших курсах. Ведь программное обеспечение имеет тенденцию к быстрому обновлению, и поэтому ограничение компьютерного образования информатикой на начальных курсах чревато тем, что на время получения дипломов знания и навыки выпускников в этом ответственном сфере устареют.

4. предыстория вычислительной техники

Первую машину, способную складывать и вычитать, сконструировал французский математик Блез Паскаль (1641) (по мнению других авторов — Вильгельм.Шиккард профессор кафедры восточных языков университета Тьюбингена, Германия, 1623).Другой выдающийся математик немецкий

математик Готфрид Вильгельм Лейбниц (1673) усовершенствовал ее так, что она могла выполнять умножение и деление.

Позже Лейбниц пришел к выводу, что все человеческие логические рассуждения могут быть сведены к вычислениям, «и даже механическая машина сможет розв‗язаты все научные споры». Он начал несколько попыток построить такое «счисления, выполняет рассуждения» и в результате заложил основы совершенно новой науки — математической логики. В истории это первое отчетливое упоминание о возможности создания компьютера. Он первый предложил двоичную систему счисления для вычислительного устройства, но эту идею не реализовал. Двоичная система служит основой представления данных и команд в современных комп‗ютерах.

Выдающийся английский ученый-самоучка Джордж Буль первой половины 19-го века, изучая законы мышления, заложил основы логической алгебры или булевой алгебры, методы которой долгое время не замечались, но с созданием первых комп‗ютерив очень пригодились.

Еще более интересным фактом истории является проект аналитической машины английского математика Чейза Бэббиджа.По своей сути это было изобретение механической цифровой вычислительной машины с подробными чертежами ее частей, которая была прообразом современного компьютера. Идеи Бэббиджа являются примером дальнего научного предвидения — более чем на 100 лет вперед. Его машина должна была работать автоматически по заранее составленной программе (принцип программного управления). Она имела память (СОСТАВ), где предполагалось хранить числа и программы вычислений; УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ; арифметическое устройство (мельница ЧИСЕЛ). Для нее даже заранее были написаны программы. Сделала это помощница Бэббиджа англичанка графиня Огаста Ада Лавлейс — дочь поэта Байрона.Она — первый программист в мире. В честь ее названа одна из современных языков программирования — АДА. Однако построить задуманную механическую вычислительную машину не удалось из-за сложности изготовления точных деталей, отсутствии достаточного финансирования. Идеи Бэббиджа были надолго забыты.

Лейбниц и Бэббидж настолько опередили развитие науки, их идеи не были восприняты современниками. Позже найденные ими идеи были переоткрыты различными учеными и легли в основу создания компьютера.

В 1821 году начали выпускаться арифмометры К.Томас.Первый арифмометр в России предложил Якобсон в конце 18-го века.Массовый выпуск арифмометров в России Т.Однера начался в 90-х годах 19-го века и они были известны во многих странах.

5. Создание компьютера

В конце 30-х — начале 40-х годов 20-го столетия, с развитием электротехники в США, России, Великобритании, Германии начались попытки построения вычислительных машин на электромеханических реле и радиолампах.  Многие из этих проектов были прерваны из-за начала

второй мировой войны. Первую машину на электромеханических реле построил Карл Цуге (Германия). Подобную машину, названную МАРК-1 построили в США (Г.Айкен). Первую электронную машину Эниак — Дж мочало, Ю Дж. Эккерт (США, 1945 год). Она содержала 18000 электронных ламп.

Одаренный математик Джон фон Нейман вместе с двумя коллегами — Г.Голдстайном и А.Берксом в научном отчете, посвященном анализу работы машины Эниак, сформулировал в 1946 году принципы построения универсальной вычислительной машины, вошедшие в науку под названием принципов Дж. Фон Неймана.Первой машиной, реализует принципы фон Неймана, была ЭДСАК (Великобритания, 1949 год, конструктор М. Уилкс).

Первая ЭВМ в СССР была создана в Киеве под руководством академика С.А.Лебедева — МЭСМ. Вместе с ним работал будущий ученый, создатель института кибернетики АН УССР Б.М.Глушков. В 1952 г.. Была создана в СССР машина БЭСМ (С.А.Лебедев), которая была тогда самой быстрой в Европе. Серийный выпуск впервые в Европе начали также в СССР (Стрела, 1953)

6. поколение компьютеров

Развитие компьютерной техники условно можно разделить на пять этапов, которые принято называть поколениями комп‗ютерив. каждый с них обусловлен новой элементной базой на основе достижений электроники и характеризуется значительным повышением технических характеристик и потребительских качеств, в первую очередь быстродействия, увеличением объемов оперативной и внешней памяти, более совершенными устройствами ввода-вывода информации ,.В таблице приведен перечень этих этапов.

поколение  

года

 

элементная база

Максимальная достигнутая быстродействие (операций в сек.) Распространенное средство связи пользователя с компьютером
1 1953 —

1957

электронные лампы 10 марта — 10 апреля Пульт управления и перфокарты
2 1958 —

1964

Напивпровидни- ные элементы 10 апреля — 10 июня перфокарты
3 1965 —

1975

микросхемы 10 Мая — 10 Июля Алфавитно-цифровой терминал
4 1976 —

1994

большие микросхемы 10 июня — 10 август Цветной графический терминал
5 1995 и

Далее

Микропроце- Сорна техника больше 12 октября Цветной графический терминал; средства распознавания текстов и языка

С каждым поколением резко менялись технические характеристики ЭВМ, из-за чего машины на старой элементной базе устаревали и уступали место на рынке новому поколению. К этим характеристикам относятся: быстродействие, объемы оперативной и внешней памяти, надежность,

габариты, энергопотребление, цена ресурсов, совершенствование средств программирования и, как следствие всего этого, расширение возможностей и сферы применения компьютеров.

7. принципы фон Неймана

Первые попытки создать вычислительную машину на электронных лампах потребовали ответа на вопрос: «Как надо построить машину, чтобы она была универсальной, тобот могла решать любые задачи?». Ответ на этот вопрос дал Джон фон Нэпман, сформулировав принципы, которые легли в основу построения компьютеров и не потеряли своего значения и поныне.

1. Автоматизм.После введения программы и данных машина работает автоматически, выполняя распоряжение программы без вмешательства пользователя, то есть работает под управлением программы.

2. Принцип хранимых программы. Машина имеет память, в которой хранит данные в виде цифрового кода. Программа вводится в машину и хранится в ее памяти так же, как данные.

3. Использование двоичной системы счисления для кодирования информации.

4. Адресный принцип. В командах программы указываются не сами данные, а номера ячеек памяти (адреса), где эти данные находятся. Для этого комп‗ютер всегда помнит адрес выполняемой команды, а каждая команда содержит (явное или неявное) указание об адресе команды, которую следует выполнять с ней. указание может быть:

— неявной — перейти к следующему по адресу команде;

— безусловной — перейти в команду по указанному адресу;

— условным — проверить некоторое условие и в зависимости от результата проверки перейти к команде по той или иной адресу.

5. Выполнение всех операций в одном устройстве на основе операции добавления.

6. Переадресация. Адреса ячеек памяти, указанные в командах, можно вычислять и превращать как коды чисел.

Все перечисленные принципы имеют большое значение. Вся дальнейшая история развития компьютерной техники и технологий программирования стала подтверждением правоты фон Неймана.

8. Сигналы, данные и методы

Все, что нас окружает, относится или к физическим телам, или к физических полей. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменений, сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.

Все виды энергообмину 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 фиксировать другими способами. При этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.

Данные — это зарегистрированные сигналы.

Данные несут в себе информацию о событиях. Данные не тождественны информации. Наблюдая мир, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обстоятельств.

Рассмотрим пример. Наблюдая за соревнованиями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положения стрелки прибора. В итоге мы определим 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, необходимо наличие метода преобразования данных в известные нам понятия — в данном случае перечисления одной физической величины в другую.Надо знать цену деления шкалы секундомера, а также знать, как увеличивается цена деления на величину перемещения, то есть надо еще иметь математический метод умножения.

9. понятие о информацию

Общепризнанного определения информации до сих пор не существует, обычно используют понятие об информации.Понятие, в отличие от определений, не даются однозначно, а вводятся на примерах.

Например понятие информации вводят как совокупность данных, «могут быть усвоены и преобразованы в знания».

Новое определение информации, основанное на ранее продемонстрированном факте взаимодействия данных и методов в момент ее образования: Информация — это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Например, для тех, кто не знает английский язык текст на нем — это данные. После применения метода — перевода — получаем информацию.

Информация имеет динамический характер — она ​​меняется и существует только в момент взаимодействия данных и метода, то есть в ходе информационного процесса. В другое время она существует в виде данных. Информация зависит от степени адекватности методов — с тех же данных можно получить различную информацию. Данные объективные, методы субъективны. Информация носит субъективный и объективный характер.

свойства информации

— полнота — характеристика качества информации, определяет достаточность данных для принятия решений;

— достоверность — характеризует соотношение уровня полезного сигнала на фоне помехи (информационного шума)

— адекватность — степень соответствия реальности;

— доступность — мера возможности получить информацию, на которую влияют как доступность данных, так и методов;

— актуальность — степень соответствия информации текущему моменту времени.Устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям, поэтому с актуальностью связывается ценность информации.

10. носители данных

В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов. Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным является бумага.  На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с покрытием, отражающих лазерный лучи, (CD-ROM).Магнитные ленты и диски используют изменение магнитных свойств.Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

Носитель характеризуется разрешением — количеством данных, которые можно записать в принятой для носителя единицы измерения и динамическим диапазоном — логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального сигналов, регистрируемых.От этих свойств носителя зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, расположенной на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единицу длины дорожки гораздо выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители имеют необходимое оборудование. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон сигналов по яркости в сквозном свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.

Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики.   В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и

вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.

11. операции с данным

В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. Трудозатраты на обработку данных неуклонно растут. Прежде всего это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывает общее увеличение объемов обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.

В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:

— сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;

— формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой формы, чтобы их можно было сравнивать между собой, то есть повысить их уровень доступности;

— фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом уменьшается уровень помехи, а достоверность и адекватность данных должны растет;

— сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; пидвищуюе доступность информации;

— архивация данных — сохранение данных в удобной, легкодоступной и как правило, уплотненной форме; служит для снижения экономических затрат по сохранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;

— защита данных — комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, несанкционированного воспроизведения и модификации данных;

— транспортировки данных — прием и передача (доставка и поставка) данных между участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя — клиентом;

— преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую.Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно вспомнить, что для транспортировки

цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства — телефонные модемы.

Существуют и многие другие операции, в связи с чем актуальная задача автоматизации операций с данными.

12. Кодирования данных двоичным кодом

Для автоматизации работы с данными, относящимися к разным типам, нужно унифицировать их форму представления. Для этого используется кодирование, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.Своя система существует и в вычислительной технике — она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью двух ресничных цифр (binary digit, сокращенно bit) — 0 и 1.Числа кодируются путем перевода в двоичную систему, могут представляться в форме с фиксированной или плавающей точкой.В последнем случае форма представления содержит мантиссу и порядок.

Кодирования текстовых данных. Если каждому символу алфавита поставить в соответствие определенное целое число, то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восемь двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы закодировать различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также раздельные знаки, символы основных арифметических операций и некоторые общепринятые специальные символы. Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, чрезмерным количеством одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того, чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречия корпоративного характера.

Для английского языка, которая захватила де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная.Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная касается символов с номерами от 128 до 255. Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым НЕ соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды НЕ

выводятся ни на экран, ни на устройстве печати, но ими можно управлять выводом других данных.

Коды с 32 по 127 — символов английского алфавита, раздельных знаков, цифр, арифметических операций и некоторых вспомогательных символов. Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющие значения кодов с 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарты кодирования и еще два устаревших.

Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена компанией Microsoft и широко распространилась. Это кодирования используется на большинстве компьютеров, работающих на платформе Windows. Другое распространенное кодирования КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный). Сегодня кодирования КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета. Международный стандарт, в котором предусмотрено кодирования символов русского алфавита, называется кодирования ISO (International Standard Organization — Международный институт стандартизации). На практике данное кодирования используется редко.

13. Универсальная система кодирования текстовых данных

Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). Если кодировать символы восьми разрядными, а 16-разрядными двоичными числами, то диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной — UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов — этого достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсы средств вычислительной техники в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее. Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный переход документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше придало забот по согласованию документов, выполненных в различных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.

14. кодирования графических данных

Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в или газете книге, то можно увидеть, что оно состоит из мелких точек, образующих характерный узор, называемый растром.

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешивания этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разрядов. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16500000 различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для каждого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары других основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, M) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющих. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска — черная (Black, К). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому что буква В уже занята голубым цветом).Для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (True Color).

Если уменьшить количество двоичных разрядов для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графических данных — без нее нельзя правильно воспроизвести информацию на экране или бумаге.

15. кодирование звуковой информации

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику позже других. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, в звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В результате методы кодирования звуковой информации далеки от стандартизации. Различные компании разработали свои корпоративные стандарты, но можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом.В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП).Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи ЦАП).При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с зафарбленням, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает очень компактный код, и поэтому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были недостаточны.

Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для различных музыкальных инструментов и не только для них. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, длительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучания, а также другие параметры,

характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высокой и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

16. Основные структуры данных

Структура — это способ упорядочения данных.Существует три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная.Линейная — это упорядочение в определенной последовательности.Если разобрать книгу на отдельные листы и перемешать их, книга потеряет свое предназначение. Если же собрать все листы книги в правильной последовательности, мы получим простейшую структуру данных — линейную. Такую книгу уже можно читать, хотя для поиска нужных данных ее придется прочитать подряд, начиная с самого начала, что не всегда удобно.

Для быстрого поиска данных существует иерархическая структура.Так, например, книги разбивают на части, разделы, главы, параграфы и т.п. Элементы структуры более низкого уровня входят в элементы структуры более высокого уровня; разделы состоят из глав, главы из параграфов и т.д.

Для больших массивов поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью пересмотра.На практике задачу упрощают тем, что в большинстве книг есть вспомогательная перекрестная таблица, связывающая элементы иерархической структуры с элементами линейной структуры, то есть з‗еднуе разделы, главы и параграфы с номерами страниц.Данное, хранящейся в структуре, имеет новое свойство — адрес.

Линейные структуры (списки данных, векторы данных). Линейная или списочная структура — это простейшая структура данных, представляющая собой перечень пронумерованных элементов.Адрес элемента в ней однозначно определяется его номером.

Табличные структуры (таблицы данных, матрицы данных). Табличные структуры отличаются от спусковых тем, что элементы данных определяются адресу ячейки не из одного параметра, как в списках, а из нескольких, чаще всего из двух. В случае двух параметров имеем таблицу, состоящую из строк и столбцов. Номера ряда и столбца служит адресу элемента.

В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу. Например, путь доступа к команде, запускает стандартную программу Калькулятор в операционной системе Windows, выглядит так:

Пуск> Программы> Стандартные> КАЛЬКУЛЯТОР.

Дихотомия данных. Основным недостатком иерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа. Бывает так, что длина маршрута больше, чем длина самих данных, к которым

он ведет. Поэтому в информатике применяют методы для регуляризации иерархических структур с тем, чтобы сделать путь доступа компактным. Один из методов получил название дихотомии. В иерархической структуре, построенной методом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как путь через рациональный лабиринт с двумя ответвлениями (0 или 1) и, таким образом, выразить путь доступа в виде компактного двоичной записи.

17. Единицы измерения информации и памяти

Наименьшей единицей измерения является байт. Байт равен 8 бит.Бит — это минимальная единица, соответствует объему пам‗яти одного двийцкового разряда.Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическом объема в символах (исключение представляет универсальное кодирование UNICODE).

Более крупная единица измерения — Кбайт.1 Кбайт равен 2 10 б (1024 байт).одна

страница машинописного текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-. 1 Мбайт = 1024 Кбайт = 2 20 б; 1 Гбайт = 1024 Мбайт = 30 февраля байт; 1 Тбайт = 1024 Гбайт = 2 40 байт.

Литература по курсу

1. С.В.Симонович и др. Информатика. Базовый курс. — СПб: Питер, 2005 — 640 с.

2. С.В.Симонович и др. Специальная информатика. Учебное пособие.М.1999-479 с.

3. В.Д. Руденко и др.   Курс информатики. Киев, Феникс, 1998 — 368 с.

4. М. Хальверсон. Microsoft Visual Basic 6.0 для профессионалов. Шаг за шагом. М .: ЭКОН, 1999. — 720 с.

5. М. Додж и др. Эффективная работа с Microsoft Excel 97-СПб: Питер, 1999 — 1072 c.

6. К.Роуз. Adobe Photoshop за 24 часа. Изд.дом «Вильямс», М.-СПб_К., 2001-381с.

7. М. Херхагер, М.Партоль. Mathcad 2000: полное руководство. «Ирина», BHV, Киев-414 с.

8. Microsoft. Visual Basic 6.0. СПб, 1999-992 с.

 

18. Задание на лабораторную работу

 

1) О ч ит а ты текст лек ц ии из того м и 1, для чего кл и к н у ты ярлык прогр ам и — Проводник‖ на рабочем с толи, п а п к в — Мои к к в е нты ‖, в ней п а п к в — Лекции по и н фо р ма тики‖ , а в этой п а УЦИ Афанасий йл — Т е м а 1 _ В с т в п д а информ а тики ‖.

2) На основе изучения материала лекции ответить на вопрос:

— Что такое информатика?

— В чем заключается предмет и основная задача информатики?

— В чем, с точным зрения информатики, специфика геологического производства?

— Актуальные задачи геологического производства ориентированы на использование комп‗ютерних технологий?

— Кто и где создал первую машину, способную выполнять вычисления?

— Какова предыстория информатики?

— Кто создал проект первой в мире цифровой вычислительной машины, из которых устройств она должна была состоять и который был принцип действия?

— Кто был первым на планете программистом?

— когда, где и кем созданные первые комп‗ютеры?

— Где и кем построена первая в мире электронная вычислительная машина?

— В каком городе и кем построена первая в СССР электронная вычислительная машина?

— В какой стране впервые в Европе начался серийный выпуск цифровых электронных машин?

— Что такое поколение ЭВМ?Коротко охарактеризовать каждое.

— В чем заключаются принципы Джона фон Неймана?

— Что такое сигналы, данные, методы?

— Какие основные свойства информации?

— Каковы наиболее распространенные операции с данными?

— Как кодируются числовые и текстовые данные?

— Как кодируются графические данные?

— В чем заключается система кодирования по системе RGB и CMYK?

— Как кодируется звуковая информация?

— В чем заключается линейная структура данных?Табличная структура? Иерархическая структура?

— которые есть единицы измерения пам‗яти?

 

Литература по теме

1. С.В.Симонович и др. Информатика. Базовый курс. — СПб: Питер, 2005 — 640 с.

2. Интернет-издание Википедии (основатель Джимбо Уэйлс).

3. В.Д. Руденко и др.   Курс информатики. Киев, Феникс, 1998 — 368 с.

[Всего голосов: 3    Средний: 5/5]