Размещено на http://www.allbest.ru/

221

Современная Гуманитарная Академия

Дистанционное образование

1549.01.02;РУ.01;3

Рабочий учебник

ИНФОРМАТИКА

ЮНИТА 1

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

МОСКВА 2008

Разработано: И Б. Глазыриной, канд. пед. наук, доц.; Т.А. Лабзиной

Под ред. А.П. Пятибратова, дра техн. наук, проф., засл. деятеля науки и техники РСФСР

Рекомендовано Учебно-методическим советом в качестве учебного пособия для студентов СГА

КУРС: ИНФОРМАТИКА

Юнита 1. Основы информатики.

Юнита 2. Прикладные программные средства.

Юнита 3. Сетевые технологии обработки информации.

ЮНИТА 1

Рассматриваются понятия информации, информационного процесса, информационного общества. Описывается архитектура компьютера, даются краткие характеристики его устройства. Приводится классификация программного обеспечения компьютера, а также основные возможности и принципы работы с операционной системой Windows XP.

Для студентов Современной Гуманитарной Академии

© СОВРЕМЕННАЯ ГУМАНИТАРНАЯ АКАДЕМИЯ, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

• ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН
• Тематический обзор
• 1. Введение в информатику
• 1.1 Представление об информационном обществе
• 1.2 Предмет и задачи информатики
• 1.3 Истоки и предпосылки информатики
• 1.4 Информация
• 1.5 Кодирование информации
• 1.5.1 Кодирование данных двоичным кодом
• 1.5.2 Кодирование числовой информации
• 1.5.3 Кодирование текстовой информации
• 1.5.4 Кодирование графической информации
• 1.5.5 Кодирование звуковой информации
• 1.5.6 Виды экономической информации
• 1.6 Автоматизированная обработка информации
• 2. Общий состав персональных ЭВМ и вычислительных систеМ
• 2.1 Состав персонального компьютера
• 2.2 Архитектура компьютера
• 2.2.1 Классическая архитектура ЭВМ и принципы фон Неймана
• 2.2.2 Совершенствование и развитие внутренней структуры ЭВМ
• 2.2.3 Основной цикл работы компьютера
• 2.3 Функциональные компоненты компьютера
• 2.3.1 Микропроцессор
• 2.3.2 Шины
• 2.3.3 Память
• 2.3.4 Внешние запоминающие устройства
• 2.3.5 Порты
• 2.3.6 Устройства вывода
• 2.3.6.1 Мониторы
• 2.3.6.2 Принтеры
• 2.3.6.3 Другие устройства вывода
• 2.3.7 Устройства ввода
• 2.4 Основные типы компьютеров. Конфигурации персональных компьютеров
• 3. Программное обеспечение вычислительной техники
• 3.1 Классификация программного обеспечения
• 3.2 Файловая система
• 3.2.1 Диски
• 3.2.2 Файл
• 3.2.3 Каталоги
• 3.2.4 Путь к файлу
• 3.3 Понятие об операционной системе
• 3.4 Классификация служебных программных средств
• 3.5 Понятие об информационном и математическом обеспечении вычислительных систем
• 3.6 Классификация прикладных программных средств
• 3.7 Системы программирования
• 4. Операционная система Microsoft Windows
• 4.1 Начальные сведения о Windows ХР
• 4.1.1 Назначение и область применения Windows ХР
• 4.1.2 Загрузка Windows ХР и завершение работы с операционной системой
• 4.1.3 Пользовательский интерфейс Windows ХР
• 4.2 Работа с окнами
• 4.2.1 Отображение окна на экране
• 4.2.2 Элементы окна Windows
• 4.2.3 Работа с меню
• 4.2.4 Диалоговое окно и его основные элементы
• 4.2.5 Управление размерами и положением окна
• 4.2.6 Получение справочной информации
• 4.3 Работа с файлами и папками
• 4.3.1 Мой компьютер
• 4.3.2 Проводник
• 4.3.3 Файлы и папки
• 4.3.4 Операции, выполняемые с файлами и папками
• 4.3.5 Ярлык и его свойства
• 4.3.6 Корзина
• 4.3.7 Папка Избранное
• 4.3.8 Обмен данными между программами
• 4.4 Стандартные программы Windows
• 4.4.1 Блокнот
• 4.4.2 Графический редактор Paint
• 4.4.3 Таблица символов
• 4.4.4 Назначение программ, поставляемых с Windows ХР, для работы с мультимедиа
• 4.4.5 Дефрагментация диска
• 4.4.6 Назначенные задания
• 4.4.7 Архивация файлов и папок
• 4.4.8 Очистка диска
• 4.4.9 Сведения о системе
• ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОсТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Глоссарий

ЛИТЕРАТУРА

ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Предмет и задачи информатики. Информация. Кодирование информации. Автоматизированная обработка информации. Формы представления информации. Архитектура компьютера. Центральные устройства. Внешние устройства: накопители на гибких и жестких дисках, монитор, клавиатура, мышь, принтер, диск CDROM, стример.

Классификация программного обеспечения. Файловая система.

Windows XP. Пользовательский интерфейс Windows XP. Рабочий стол и панель задач. Методы получения справочной информации. Файлы и папки. Операции, выполняемые с файлами и папками. Стандартные и служебные программы. информационный компьютер операционный программный

Тематический обзор*

1. Введение в информатику

1.1 Представление об информационном обществе

В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций - преобразований общественных отношений изза кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.

Рис. 1.1. Эволюция носителей информации

Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколениям.

Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

Четвертая (70е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три фундаментальные инновации: переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным; миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин; создание программно-управляемых устройств и процессов (рис. 1.1, 1.2).

За 50 лет сменилось четыре поколения компьютеров. Каждое поколение компьютеров характеризуется элементной базой и программным обеспечением.

1е поколение (начало 50х гг.). Элементная база - электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.



Рис.1.2. Эволюция средств передачи информации

2е поколение (с конца 50х гг.). Элементная база - полупроводниковые элементы. Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.

3е поколение (начало 60х гг.). Элементная база - интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.

4е поколение (с середины 70х гг.). Элементная база - микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.

5е поколение (с середины 80х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, пока не увенчавшаяся успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль - информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи. Усложнение индустриального производства, социальной, экономической и политической жизни, изменение динамики процессов во всех сферах деятельности человека привели, с одной стороны, к росту потребностей в знаниях, а с другой - к созданию новых средств и способов удовлетворения этих потребностей. Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего название информационного общества.

Японские ученые считают, что в информационном обществе процесс компьютеризации даст людям доступ к надежным источникам информации, избавит их от рутинной работы, обеспечит высокий уровень автоматизации обработки информации в производственной и социальной сферах. Движущей силой развития общества должно стать производство информационного, а не материального продукта.

Информационное общество - общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы - знаний. В реальной практике развития науки и техники передовых стран в конце XX в. постепенно приобретает зримые очертания созданная теоретиками картина информационного общества. Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей, проживающих в квартирах и коттеджах, оснащенных всевозможными электронными приборами и компьютеризированными устройствами. Деятельность людей будет сосредоточена главным образом на обработке информации, а материальное производство и производство энергии будет возложено на машины.

1.2 Предмет и задачи информатики

Информатика -- это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

ь аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

ь программное обеспечение средств вычислительной техники;

ь средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

ь средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Информатика не только «чистая наука». Важная особенность информатики -- широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др.

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам. Когда разрабатываются новые носители информации, каналы связи, приемы кодирования, визуального отображения информации и многое другое, конкретная природа этой информации почти не имеет значения. Для разработчика системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу многочисленными пользователями. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки. Информатика как наука состоит из нескольких частей и каждая может рассматриваться как самостоятельная дисциплина.

ь Теоретическая информатика - часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы, как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.

ь Вычислительная техника - раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Это не технические детали и электронные схемы, а принципиальные решения на уровне так называемой архитектуры вычислительных систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств.

ь Программирование - деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения.

ь Информационные системы - раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурированию, о принципах хранения и поиска информации. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW.

ь Искусственный интеллект - область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Основные направления разработок, относящихся к этой области, - моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие.

Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых «новые информационные технологии». Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности.

Применение методов и средств информатики возможно во всех тех областях человеческой деятельности, в которых существует принципиальная возможность (и необходимость) регистрации и обработки информации. Ниже перечислены примеры наиболее значительных областей применения средств обработки данных.

ь Автоматизированные системы планирования и управления производством, начиная с отдельных предприятий и кончая управлением целыми отраслями (железнодорожный транспорт, авиация и т.д.).

ь Автоматизированные рабочие места (АРМ) специалиста, например АРМ бухгалтера, руководителя, врача и т.д.

ь Банковские и биржевые компьютерные системы.

ь Библиографические компьютерные системы.

ь Подготовка различных документов, отчетов и других печатных материалов, рекламное дело.

ь Управление работой отдельных станков (станки с числовым программным управлением), роботы, робототехнические линии, цеха и заводы-автоматы.

ь Обработка конкретных экспериментальных данных при проведении экономических, социологических, математических, физических, химических, биологических, исторических и других исследований.

ь Системы автоматизированного проектирования, обеспечивающие поддержку инженера-конструктора, существенно повышающие производительность его труда и сокращающие сроки разработок. Широко применяются при проектировании таких изделий, как космические челноки «Буран», «Шаттл», современные сверхзвуковые самолеты и т.д.

ь Военное дело, например системы противоракетной обороны, космические системы.

ь Моделирование физических явлений и исследование моделей с помощью компьютера например задачи термоядерного синтеза, космогонические модели.

ь Моделирование чаще всего применяется в тех случаях, когда проведение прямого физического эксперимента либо слишком дорого, либо в принципе невозможно.

ь Решение задач метеопрогноза.

ь Получение изображений внутренних частей непрозрачных тел, в том числе в медицине - компьютерная томография и на производстве - контроль качества, не разрушающий изделия.

ь Аранжировка музыкальных произведений, цветомузыка.

ь Скульптура и архитектура.

ь Компьютерный дизайн помещений, технических устройств, одежды.

ь Машинный перевод с различных естественных языков.

ь Компьютерная мультипликация и анимация.

ь Криптография - шифрование документов, доступ к которым должен быть ограничен.

ь Обучающие, тестирующие и контролирующие программы.

ь Цифровая аудио- и видео запись.

ь Игровые программы.

ь Новые средства связи, базирующиеся на локальных и глобальных сетях.

Если подвести итог, то задачами информатики являются:

ь разработка и производство современных средств вычислительной техники;

ь проектирование и внедрение прогрессивных технологий обработки информации;

ь информатизация общества и повышение уровня его информационной культуры.

1.3 Истоки и предпосылки информатики

Информатика - это наука, сложившаяся сравнительно недавно. Ее развитие связано с появлением в середине ХХ века электронно-вычислительных машин, которые явились универсальными средствами для хранения, обработки и передачи информации. Появление компьютеров позволило передавать и обрабатывать информацию со скоростью, в несколько миллионов раз превышающей скорость обработки и передачи информации человеком.

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке 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 (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики обычно называют две науки - документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 2030е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики 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).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX веке. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня 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 логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.

1.4 Информация

Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Если задаться целью формально определить понятие «информация», то сделать это чрезвычайно сложно. Например, в математике также трудно дать определение понятиям «точка» или «прямая».

Все процессы в природе сопровождаются сигналами. Зарегистрированные сигналы образуют данные. Данные преобразуются, транспортируются и потребляются с помощью методов. При взаимодействии данных и адекватных им методов образуется информация. Информация - это динамический объект, образующийся в ходе информационного процесса. Он отражает диалектическую связь между объективными данными и субъективными методами. Свойства информации зависят как от свойств данных, так и от свойств методов.

Чаще понятию информация дают другое определение. Информация - сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Данные различаются типами, что связано с различиями в физической природе сигналов, при регистрации которых образовались данные. В качестве средства хранения и транспортировки данных используются носители данных. Для удобства операций с данными их структурируют. Наиболее широко используются следующие структуры: линейная, табличная и иерархическая - они различаются методом адресации к данным. При сохранении данных образуются данные нового типа - адресные данные.

Знания связаны с данными, основываются на них и представляют результат мыслительной деятельности человека, обобщая его опыт.

Информацию мы получаем всевозможными способами: обмен информацией между людьми в процессе разговорного общения, печатные издания, различные средства коммуникации - радио, телефон, телевидение, компьютер (рис. 1.3). Ежедневно человек накапливает определенное количество информации - некоторый опыт, являющийся важнейшим методом получения информации.



Рис. 1.3. Классификация методов получения информации

Существовал и до сих пор существует так называемый метод проб и ошибок. В настоящее время он называется эвристическим («эврика» - нашел). При эвристическом подходе проводятся многократные эксперименты, после которых отбирают наиболее удачные варианты. Этот метод длительный и трудоемкий.

Научный подход характеризуется тем, что производится не беспорядочный перебор всех возможных вариантов, а целенаправленный поиск. При проведении исследования на научной платформе изучают, анализируют все известные достижения в конкретной области, проводят опыты. В результате применения целенаправленного поиска люди создали новые материалы и процессы, неизвестные природе. Этому поиску способствует развитие современной науки, которая позволяет обрабатывать большие объемы информации и получать все новые и новые результаты.

Любая информация должна обладать рядом свойств. Информация должна быть достоверной. Смысл этого свойства заключается в определении, насколько данная информация соответствует истинному положению дел.

Информация должна быть полной. Это свойство характеризует количество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или создания новых данных на основе имеющихся.

Свойство «актуальность» - это степень соответствия информации текущему моменту времени.

Информация должна быть выражена в таком виде, который был бы понятен получателю данной информации. В этом заключается следующее свойство информации - ясность.

От того, какие задачи можно решить с помощью данной информации, зависит ее ценность.

С позиции каждого отдельного человека количество информации, содержащейся в каком-либо сообщении, - субъективная величина. Объективная количественная мера информации может быть введена на основе вероятностной трактовки информационного обмена. Этот способ измерения количества информации впервые предложил в 1948 г. К. Шеннон. По К. Шеннону, информация - это сведения, уменьшающие неопределенность (энтропию), существовавшую до их получения.

Наименьшей единицей информации является бит (от англ. binary digit - двоичный разряд). Сообщение о том, что произошло одно из двух возможных событий, дает получателю один бит информации. Один бит информации получает человек, когда он узнает, опаздывает с прибытием нужный ему поезд или нет, был ночью мороз или нет, присутствует на лекции студент Иванов или нет и т.д.

1.5 Кодирование информации

1.5.1 Кодирование данных двоичным кодом

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления - для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки - это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи.

К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов). История знает интересные, хотя и безуспешные попытки создания «универсальных» языков и азбук. Повидимому, безуспешность попыток их внедрения связана с тем, что национальные и социальные образования естественным образом понимают, что изменение системы кодирования общественных данных непременно приводит к изменению общественных методов (то есть норм права и морали), а это может быть связано с социальными потрясениями.

Та же проблема универсального средства кодирования достаточно успешно реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве примеров можно привести систему записи математических выражений, телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и многое другое (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Примеры кодирования информации

Своя система существует и в вычислительной технике - она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Это связано с тем, что на современном этапе развития техники наиболее просто реализовать два противоположных физических состояния: намагниченность в двух противоположных направлениях; прибор, пропускающий или нет электрический ток; конденсатор, заряженный или незаряженный и т.п.

0 и 1 называются двоичными цифрами или машинным кодом. Элементарное устройство памяти компьютера, которое применяется для изображения одной двоичной цифры, называется двоичным разрядом или битом. Важно, что независимо от того, как технически в компьютере организован бит, он может хранить информацию. В бит можно записать и считать информацию.

Бит - это очень маленькая порция информации. Поэтому, так же как при записи десятичных чисел используется несколько десятичных разрядов - единиц, десятков, сотен и т.д., так и для записи двоичных чисел используется несколько двоичных разрядов, несколько бит.

Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00 01 10 11.

Тремя битами можно закодировать восемь различных значений:

000 001 010 100 011 101 110 111.

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе, то есть общая формула имеет вид:

N=2^m,

где N - количество независимых кодируемых значений; т - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.

Для хранения двоичных чисел в компьютере используется устройство, которое принято называть ячейкой памяти. Память компьютера можно образно представить как автоматическую камеру хранения, состоящую из отдельных ячеек, в каждую из которых можно положить некоторое число. Ячейки образуются из нескольких битов. Стандартными являются ячейки, которые состоят из восьми битов. Элемент памяти компьютера, состоящий из восьми битов, называется байтом.

Для оценки количества информации, хранящейся в компьютере, используются и более крупные единицы информации:

1 Кбайт (килобайт) - 1024 байт;

1 Мбайт (мегабайт) - 1024 Кбайт;

1 Гбайт (гигабайт) - 1024 Мбайт;

1 Тбайт (терабайт) - 1024 Гбайт.

При компьютерной обработке информации приходится иметь дело с числовой, текстовой, графической, звуковой и другой информацией. Для хранения данных различной природы применяются различные способы кодировки.

1.5.2 Кодирование числовой информации

Целые числа кодируются двоичным кодом достаточно просто - достаточно взять целое число и делить его пополам до тех пор, пока частное не будет равно единице. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справа налево вместе с последним частным, и образует двоичный аналог десятичного числа.

19:2 = 9 + 1

9:2=4+1

4:2=2+0

2:2=1+0

Таким образом, 19₁₀ = 10011₂.

Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода

(8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита - уже более 16,5 миллионов разных значений.

Для кодирования действительных чисел используют 80разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:

n = m* d ^p,

где m - мантисса числа; p - порядок; d - основание системы счисления. Например,

3,14 15926 = 0,31415926 * 10¹

300 000 = 0,3 * 10⁷

123 456 789 = 0,123456789 * 10¹⁰.

Большую часть бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят хранения порядка.

Рис. 1.5 иллюстрирует форму представления числа с плавающей точкой на примере 32 разрядного кодирования чисел.

Рис. 1.5. Кодирование действительных чисел

Для перевода двоичного числа в десятичную систему достаточно представить число в виде полинома, подставить в него известные коэффициенты и вычислить сумму.

Пример. Перевести число 11011 из двоичной системы счисления в десятичную систему счисления.

11011₂ = 1 х 2⁴ + 1 х 2³ + 0 х 2² + 1 х 2¹ + 1 х 2⁰ = 16 + 8 + 0 + 2 + 1 = 27

1.5.3 Кодирование текстовой информации

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восемь двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например, символ «§».

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, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно изза противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Для английского языка, захватившего дефакто 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 относится к символам 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 устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод данных.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. Русские буквы в таблице ASCII имеют следующие коды:

А - 10000000 И - 10001000 Р - 10010000

Б - 10000001 Й - 10001001 С - 10010001

В - 10000010 К - 10001010 Т - 10010010

Г - 10000011 Л - 10001011 У - 10010011

Д - 10000100 М - 10001100 Ф - 10010100

Е - 10000101 Н - 10001101 Х - 10010101

Ж - 10000110 О - 10001110 Ю - 10011110

З - 10000111 П - 10001111 Ь - 10011100 и т.д.

Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» за вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов

от 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.

Например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows1251, была введена «извне» - компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение. Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ8 (код обмена информацией, восьмизначный) - ее происхождение относится к временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.

Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization - Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

На компьютерах, работающих в операционных системах MSDOS, могут действовать еще две кодировки (ГОСТ- кодировка и ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день.

В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных - это одна из распространенных задач информатики.

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, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16разрядном кодировании символов, получила название универсальной - UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов - этого поля 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 ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.

1.5.4 Кодирование графической информации

Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла чёрно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Растровый способ кодирования информации

Растр - это метод кодирования графической информации, принятый в полиграфии.

Линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно отобразить с помощью целых чисел. Общепринятым на сегодняшний день считается кодирование состояния одной точки с помощью одного байта (8 бит), которое позволяет передавать 256 различных оттенков серого цвета от полностью белого до полностью черного.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные 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 смешения 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 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых чёрно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн. 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 любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, Y). Принцип композиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применить не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Этот метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще четвертая краска - черная

(Black, К). Поэтому данная система кодирования о6означается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (True Color). Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования ими каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

Существует метод кодирования цвета, который 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 некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным - без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но изза неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо -- зеленым).

Наиболее известными растровыми форматами являются BMP, GIF, JPEG. Форматы GIF и JPEG являются сжатыми растровыми форматами.

Растровая графика обладает существенным недостатком - изображение, закодированное в одном из растровых форматов, очень плохо «переносит» увеличение или уменьшение его размеров - масштабирование. Для решения задач, в которых приходится часто выполнять эту операцию, были разработаны методы так называемой векторной графики. В векторной графике изображение формируется из описываемых математическим, векторным способом отдельных отрезков прямых и кривых линий, а также геометрических фигур - прямоугольников, окружностей и т.д. Фирма Adobe разработала специальный язык PostScript (от poster script - сценарий плакатов, объявлений, афиш), служащий для описания изображений на базе указанных методов. Кроме того, язык PostScript используется для кодирования текстов при их подготовке к высококачественной печати.

1.5.5 Кодирование звуковой информации

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то 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 и, следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются 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 цифроаналоговые 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 окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно 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 множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Заканчивая рассмотрение вопроса кодирования информации, обратим внимание на один важный момент. Возьмем какой-либо двоичный код, например 10001100. Можно утверждать, что это код буквы «М». С другой стороны, можно сказать, что этим кодом задается цвет одного из пикселов монохромного изображения. Если воспользоваться правилами перевода из двоичной системы в десятичную, то можно утверждать, что это код числа +140₁₀. Что же это на самом деле?

Интерпретация, то есть истолкование смысла одного и того же машинного кода, может быть самой разной. Один и тот же код разными программами может рассматриваться и как число, и как текст, и как изображение, и как звук. Как трактуется тот или иной машинный код, определяется обрабатывающей этот код программой.

1.5.6 Виды экономической информации

В зависимости от сферы использования информация может быть экономической, технической, генетической и т.д.

Под экономической информацией понимается информация, характеризующая производственные отношения в обществе. К ней относятся сведения, которые циркулируют в экономической системе о процессах производства, материальных ресурсах, финансовых процессах, а также сведения экономического характера, которыми обмениваются между собой различные системы управления.

Экономическую информацию принято подразделять по следующим основным признакам:

ь функциям управления;

ь месту возникновения (уровню управления).

По функциям управления экономическая информация разделяется на планов учётную, нормативно справочную и отчетно-статистическую.

Плановая (директивная) информация включает в себя директивные значения планируемых и контролированных показателей бизнес планирования на некоторый период в будущем (год, месяц, сутки и т.п.).

Учетная информация отражает фактические значения запланированных показателей за определенный период времени. На основании этой информации может быть скорректирована плановая информация, проведен анализ деятельности организации, приняты решения по более эффективному управлению фирмой. В качестве учетной информации выступает информация «натурального» (оперативного) учета, бухгалтерского учета, финансового учета.

Нормативно справочная информация содержит различные справочные и нормативные данные, связанные с производственными процессами и отношениями. Это самый объемный и разнообразный вид информации. Достаточно отметить, что в общем объеме циркулирующей на фирме информации нормативно справочная информация составляет 50-60%.

В фирме количество нормативов может достигать нескольких миллионов, а объем нормативно справочной информации - сотен мегабайт.

Отчетно-статистическая информация отражает результаты фактической деятельности фирмы для вышестоящих органов управления, органов государственной статистики, налоговой инспекции и т.д., например годовой бухгалтерский отчет о деятельности фирмы.

Классификация экономической информации по уровням управления (месту возникновения) включает в себя входную и выходную информацию.

Входная информация - это информация, поступающая в фирму (структурное подразделение) извне и используемая как первичная информация для реализации экономических и управленческих функций и задач.

Выходная информация - это информация, поступающая из одной системы управления в другую. Одна и та же информация может являться входной для одного структурного подразделения как ее потребителя, так и выходной - для подразделения ее вырабатывающего. При этом форма представления экономической информации может быть:

ь алфавитно-цифровая (текстовая) - в виде совокупности алфавитных, цифровых и специальных символов;

ь графическая - в виде графиков, схем, рисунков.

Физическими носителями информации могут быть бумага, магнитный диск, изображение на экране дисплея и т.п.

1.6 Автоматизированная обработка информации

В связи с применением информационных технологий, основанных на использовании средств связи, компьютеров, широко используется понятие «информационная система» (ИС).

Информационная система представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, переработке информации об объекте, снабжающую работников различного ранга информацией для реализации функций управления.

Основная функция системы обработки данных - реализация типовых операций обработки данных, каковыми являются:

ь сбор, регистрация и перенос информации на машинные носители;

ь передача информации в места ее хранения и обработки;

ь ввод информации в компьютер, контроль ввода и компоновка в памяти компьютера;

ь создание и ведение информационной базы;

ь обработка данных (накопление, сортировка, корректировка, выборка, арифметическая и логическая обработка) для решения функциональных задач системы управления объектом;

ь вывод информации в виде документов, табуло и видеограмм, сигналов для прямого управления технологическими процессами, информации для связи с другими системами;

ь организация, управление вычислительным процессом (планирование, учет, контроль, анализ реализации хода вычислений) в локальных и глобальных вычислительных сетях.

Система обработки данных (СОД) предназначена для информационного обслуживания специалистов разных органов управления предприятия (фирмы), принимающих управленческие решения.

Выделение типовых операций обработки данных позволило создать специализированные программно-аппаратные комплексы, их реализующие (различные периферийные устройства, оргтехнику, стандартные наборы программ, в том числе пакеты прикладных программ, реализующих функциональные задачи). Конфигурация аппаратных комплексов образует так называемую топологию вычислительной системы.

Практически все системы обработки данных информационных систем независимо от сферы их применения включают один и тот же набор составных частей (компонентов), называемых видами обеспечения. Принято выделять информационное, программное, техническое, правовое, лингвистическое обеспечение. Структурная схема типовой информационной системы приведена на рис. 1.7.

Какой бы сложной и хитроумной ни была СОД, ценность ее равна нулю, если она не имеет адекватных средств получения первичных данных, то есть сведений, точно отображающих свойства предметной области и процессы, в ней протекающие.



Рис. 1.7. Типовые операции обработки данных

Для документального оформления информации, обращающейся в информационной системе, используются разнообразные приемы и средства: пишущая ручка (перьевая, шариковая и т.п.), пишущие машинки, бланки и др.

Для систематизации и хранения бумажных документов применяют разнообразные средства оргтехники. Для хранения документов на машинных носителях используются накопители на магнитных дисках и лентах, на магнитооптических дисках, на перезаписываемых оптических дисках. Какие именно устройства и какие носители будут использованы, в какой пропорции будут сочетаться - зависит от назначения хранилища данных, необходимой емкости, требований к надежности и безопасности. В последнее время интенсивно развивается концепция информационных хранилищ (Data Warehouse, DW). Эти программно-аппаратные комплексы призваны придать единый общий вид всей совокупности данных, порождаемых в рамках организации, предприятия, территориального образования.