Теоретический материал по информатике
план-конспект по информатике и икт на тему

Раздел 1. Информация

Тема 1.1. Информация. Представление информации.

Информация (от лат. «information» — сведения, разъяснение, изложение) – продукт взаимодействия данных и методов их обработки, адекватных решаемой задаче.

Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Однако, если задаться целью формально определить понятие «информация», то сделать это будет чрезвычайно сложно.

В информатике под информацией понимают: сведения, которые получены в результате обработки с помощью средств и методов информационной технологии; с точки зрения философа под информацией понимают: отраженное многообразие; с точки зрения журналистов под информацией понимают: только новые (актуальные) сведения; в технике под информацией понимают: сообщение, представленное в виде знаков и сигналов и обрабатываемое с помощью технических средств; в кибернетике под информацией понимают: сведения, которые используются для управления.

Аналогичными «неопределяемыми» понятиями, например, в математике является «точка» или «прямая». Так, можно сделать некоторые утверждения, связанные с этими математическими понятиями, но сами они не могут быть определены с помощью более элементарных понятий.

Понятие информации нельзя считать лишь техническим,. междисциплинарным и даже на дисциплинарным термином. Информация — это фундаментальная философская категория. Дискуссии ученых о философских аспектах информации надежно показали несводимость информации ни к одной из этих категорий. Концепции и толкования, возникающие на пути догматических подходов, оказываются слишком частными, односторонними, не охватывающими всего объема этого понятия.

Попытки рассмотреть категорию информации с позиций основного вопроса философии привели к возникновению двух противостоящих концепций — так называемых, функциональной и атрибутивной. «Атрибутисты» квалифицируют информацию как свойство всех материальных объектов, т.е. как атрибут материи. «функционалисты» связывают информацию лишь с функционированием сложных, самоорганизующихся систем. Оба подхода, скорее всего, неполны. Дело в том, что природа сознания, духа по сути своей является информационной, т.е. создание суть менее общее понятие по отношению к категории «информация». Нельзя признать корректными попытки сведения более общего понятия к менее общему. Таким образом, информация и информационные процессы, если иметь в виду решение основного вопроса философии, опосредуют материальное и духовное, т.е. вместо классической постановки этого вопроса получается два новых: о соотношении материи и информации и о соотношении информации и сознания (духа);

Можно попытаться дать философское определение информации с помощью указания на связь определяемого понятия с категориям и отражения и активности. Информация есть содержание образа, формируемого в процессе отражения. Активность входит в это определение в виде представления о формировании некоего образа в процессе отражения некоторого субъект-объектного отношения. При этом не требуется указания на связь информации с материей, поскольку как субъект, так и объект процесса отражения могут принадлежать как к материальной, так и к духовной сфере социальной жизни. Однако существенно подчеркнуть, что материалистическое решение основного вопроса философии требует признания необходимости существования материальной среды — носителя информации в процессе такого отражения. Итак, информацию следует трактовать как имманентный (неотъемлемо присущий) атрибут материи, необходимый момент ее самодвижения и саморазвития. Эта категория приобретает особое значение применительно к высшим формам движения материи — биологической и социальной.

Данное выше определение схватывает важнейшие характеристики информации. Оно не противоречит тем знаниям, которые накоплены по этой проблематике, а наоборот, является выражением наиболее значимых.

Современная практика психологии, социологии, информатики диктует необходимость перехода к информационной трактовке сознания. Такая, трактовка оказывается чрезвычайно плодотворной и позволяет, например, рассмотреть с общих позиций индивидуальное и общественное сознание. Генетически индивидуальное и общественное сознание неразрывны и в то же время общественное сознание не есть простая сумма индивидуальных, поскольку оно включает информационные потоки и процессы между индивидуальными сознаниями.

В социальном плане человеческая деятельность предстает как взаимодействие реальных человеческих коммуникаций с предметами материального мира. Поступившая извне к человеку информация является отпечатком, снимком сущностных сил природы или другого человека. Таким образом, с единых методологических позиций может быть рассмотрена деятельность индивидуального и общественного сознания, экономическая, политическая, образовательная деятельность различных субъектов социальной системы.

Данное выше определение информации как философской категории не только затрагивает физические аспекты существования информации, но и фиксирует ее социальную значимость.

В простейшем бытовом понимании с термином «информация» обычно ассоциируются некоторые сведения, данные, знания и т.п. Виды информации делятся по:

Информация передается в виде сообщений, определяющих форму и представление передаваемой информации. Примерами сообщений являются музыкальное произведение; телепередача; команды регулировщика на перекрестке; текст, распечатанный на принтере; данные, полученные в результате работы составленной вами программы и т.д. При этом предполагается, что имеются «источник информации» и «получатель информации».

Тема 1. 2. Измерение информации

Вся информация, которую обрабатывает компьютер, представлена двоичным кодом с помощью двух цифр – 0 и 1. Эти два символа 0 и 1 принято называть битами
(от англ. binary digit – двоичный знак)

Бит – наименьшая единица измерения объема информации.

Единицы измерения информации.

В информатике используются содержательный и алфавитный подходы к измерению информации.

С точки зрения содержательного подхода количество информации можно рассматривать как меру уменьшения неопределенности знания при получении информационных сообщений.

 ,

Где N − количество возможных информационных сообщений, I− количество информации.

Алфавитный подход:

, ,

где N – мощность алфавита, i – количество информации, которое несет каждый символ алфавита, К – количество символов в тексте, I – количество информации во всем тексте.

Тема 1. 3. Представление чисел в компьютере

С помощью двух цифр 0 и 1 можно закодировать любое сообщение. Это явилось причиной того, что в компьютере обязательно должно быть организованно два важных процесса: Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, т.е. двоичный код.
Декодирование – преобразование данных из двоичного кода в форму, понятную человеку.

Недостаток двоичного кодирования – длинные коды. Но в технике легче иметь дело с большим количеством простых элементов, чем с небольшим числом сложных.

Способы кодирования и декодирования информации в компьютере, в первую очередь, зависит от вида информации, а именно, что должно кодироваться: числа, текст, графические изображения или звук.

Для записи информации о количестве объектов используются числа. Числа записываются с использование особых знаковых систем, которые называют системами счисления.
В настоящее время наиболее распространены десятичная, двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричнаясистемы счисления. Количество различных символов, используемых для изображения числа в позиционных системах счисления, называется основанием системы счисления.

Записываются числа так: 210, 10112, 1А16

Представление целых чисел

Множество целых чисел, представимых в памяти ЭВМ, ограничено. Диапазон значений зависит от размера ячеек памяти, используемых для их хранения. В k-разрядной ячейке может храниться 2k различных значений целых чисел.
Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо: 
1) перевести число N в двоичную систему счисления; 
2) полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов 
Отрицательные числа

Для записи внутреннего представления целого отрицательного числа (-N) необходимо: 
1) получить внутреннее представление положительного числа N; 
2) получить обратный код этого числа заменой 0 на 1 и 1на 0; 
3) к полученному числу прибавить 1. 
Данная форма представления целого отрицательного числа называется дополнительным кодом. Использование дополнительного кода позволяет заменить операцию вычитания на операцию сложения уменьшаемого числа с дополнительным кодом вычитаемого. 
Двоичные разряды в ячейке памяти нумеруются от 0 до k справа налево. Старший, k-й разряд во внутреннем представлении любого положительного числа равен нулю, отрицательного числа – единице. Поэтому этот разряд называется знаковым разрядом. 
Для представления отрицательного двоичного числа необходимо инвертировать все биты и прибавить 1. Рассмотрим пример:

Сумма +65 и -65 должна составить ноль:

Все восемь бит имеют нулевое значение. Перенос единичного бита влево потерян. Однако, если был перенос в знаковый разряд и из разрядной сетки, то результат является корректным. 
Двоичное вычитание выполняется просто: инвертируется знак вычитаемого и складываются два числа. Вычтем, например, 42 из 65. Двоичное представление для 42 есть 00101010, и его двоичное дополнение: - 11010110: 

Результат 23 является корректным. В рассмотренном примере произошел перенос в знаковый разряд и из разрядной сетки. 

Шестнадцатеричное представление

Представим, что необходимо просмотреть содержимое некоторых байт в памяти. Требуется определить содержимое четырех последовательных байт (двух слов), которые имеют двоичные значения. Так как четыре байта включают в себя 32 бита, то специалисты разработали "стенографический" метод представления двоичных данных. По этому методу каждый байт делится пополам и каждые полбайта выражаются соответствующим значением. рассмотрим следующие четыре байта:

Так как здесь для некоторых чисел требуется две цифры, расширим систему счисления так, чтобы 10=A, 11=B, 12=C, 13=D, 14=E, 15=F. Таким образом, получим более сокращенную форму, которая представляет содержимое вышеуказанных байт: 

Такая система счисления включает "цифры" от 0 до F, и так как таких цифр 16, она называется шестнадцатеричным представлением. 
Шестнадцатеричный формат нашел большое применение в языке ассемблера. 
Если немного поработать с шестнадцатеричным форматом, то можно быстро привыкнуть к нему. 
Следует помнить, что после шестнадцатеричного числа F следует шестнадцатеричное 10, что равно десятичному числу 16. 
Заметьте также, что шестнадцатеричное 20 эквивалентно десятичному 32, шест. 100 -десятичному 256.
Машинное слово

Вся информация (данные) представлена в виде двоичных кодов. Для удобства работы введены следующие термины, обозначающие совокупности двоичных разрядов (см. табл.). Эти термины обычно используются в качестве единиц измерения объемов информации, хранимой или обрабатываемой в компьютере. 
Таблица. Двоичные совокупности

Машинное слово - наибольшая последовательность бит, которую процессор может обрабатывать как единичное целое. 
Длина машинного слова может быть разной – 8,16, 32 бита и т.д. Адрес машинного слова в памяти компьютера равен адресу младшего байта, входящего в это слово.
Адресуемость – занесение информации в память и извлечение ее по адресам.
Восемь битов обеспечивают основу для двоичной арифметики и для представления символов, таких как буква A или символ *. Восемь битов дают 256 различных комбинаций включенных и выключенных состояний: от "все выключены" (00000000) до "все включены" (11111111). Например, сочетание включенных и выключенных битов для представления буквы A выглядит как 01000001, а для символа * - 00101010. Каждый байт в памяти компьютера имеет уникальный адрес, начиная с нуля.
Может появиться вопрос, откуда компьютер "знает", что значения бит 01000001 представляют букву A. Когда на клавиатуре нажата клавиша A, система принимает сигнал от этой конкретной клавиши в байт памяти. Этот сигнал устанавливает биты в значения 01000001. Можно переслать этот байт в памяти и, если передать его на экран или принтер, то будет сгенерирована буква A. 
По соглашению биты в байте пронумерованы от 0 до 7 справа налево, как это показано для буквы A: 

Число 2 в десятой степени равно 1024, что составляет один килобайт и обозначается буквой К.  Например, компьютер с памятью в 512К содержит 512 х 1024, т.е. 524288 байт. 
Процессор в PC и в совместимых моделях использует 16-битовую архитектуру, поэтому он имеет доступ к 16-битовым значениям, как в памяти, так и в регистрах. 16-битовое (двухбайтовое) поле называется словом. Биты в слове пронумерованы от 0 до 15 справа налево, как это показано для букв PC:

Существуют также: двойное слово (4 байта), полуслово (1 байт), расширенное слово (8 байт), слово длиной 10 байт — 10 байт.

Вещественные числа

Формат с плавающей точкой использует представление вещественного числа R в виде произведения мантиссы m на основание системы счисления n в некоторой целой степени p, которую называют порядком: R=m*np. Представление числа в форме с плавающей точкой неоднозначно. Например, справедливы следующие равенства: 25,324 = 2,5324*101 = 0,0025324*104=2532,4*10-2 и т.п.
В ЭВМ используют нормализованное представление числа в форме с плавающей точкой. Мантисса в нормализованном представлении должна удовлетворять условию: 0.1p<=m<1p. Иначе говоря, мантисса меньше единицы и первая значащая цифра - не ноль.
В памяти компьютера мантисса представляется как целое число, содержащее только значащие цифры (0 целых и запятая не хранится). Следовательно, внутреннее представление вещественного числа сводится к представлению пары целых чисел: мантиссы и порядка. 
В разных типах ЭВМ применяются различные варианты представления чисел в форме с плавающей точкой. Для примера рассмотрим внутреннее представление вещественного числа в 4-х байтовой ячейке памяти. 
В ячейке должна содержаться следующая информация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы. 

В старшем бите 1-го байта хранится знак числа: 0 обозначает плюс, 1 – минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержат машинный порядок. В следующих трех байтах хранятся значащие цифры мантиссы (24 разряда). 
В семи двоичных разрядах помещаются двоичные числа в диапазоне от 0000000 до 1111111. Значит, машинный порядок изменяется в диапазоне от 0 до 127 (в десятичной системе счисления). Всего 128 значений. Порядок, очевидно, может быть как положительным, так и отрицательным. Разумно эти 128 значений разделить поровну между положительными и отрицательными значениями порядка: от -64 до 63.
Машинный порядок смещен относительно математического и имеет только положительные значения. Смещение выбирается так, чтобы минимальному математическому значению порядка соответствовал нуль. 
Связь между машинным порядком (Mp) и математическим (p) в рассматриваемом случае выражается формулой:
Mp=p+64.
Полученная формула записана в десятичной системе. В двоичной системе формула имеет вид: Mp2 = p2 + 100 00002.
Для записи внутреннего представления вещественного числа необходимо: 

1. перевести модуль данного числа в двоичную систему счисления с 24 значащими цифрами;
2. нормализовать данное двоичное число;
3. найти машинный порядок в двоичной системе счисления;
4. учитывая знак числа, выписать его представление в 4-х байтовом машинном слове.

Диапазон вещественных чисел значительно шире диапазона целых чисел. Положительные и отрицательные числа расположены симметрично относительно нуля. Следовательно, максимальное и минимальное числа равны между собой по модулю. 
Наименьшее по абсолютной величине число равно нулю. Наибольшее по абсолютной величине число в форме с плавающей точкой – это число с самой большой мантиссой и самым большим порядком. 
Для 4-х байтового машинного слова таким числом будет: 

0,111111111111111111111111*1021111111.
После перевода в десятичную систему счисления, получим: 

(1-2-24)*263 »1019.
Множество вещественных чисел, представимых в памяти компьютера в форме с плавающей точкой, является ограниченным и дискретным. 
Количество вещественных чисел, точно представимых в памяти компьютера, вычисляется по формуле: N = 2t * (U-L+1)+1. Здесь t – количество двоичных разрядов мантиссы; U- максимальное значение математического порядка; L – минимальное значение порядка. Для рассмотренного нами варианта (t=24, U=63, L=-64) получается: n=2 146 683 548. 

Тема 1. 4. Представление текста, изображения и звука в компьютере

Двоичное кодирование текстовой информации

Для кодирования одного символа требуется один байт информации.

Учитывая, что каждый бит принимает значение 1 или 0, получаем, что с помощью 1 байта можно закодировать 256 различных символов. (28=256)

Кодирование заключается в том, что каждому символу ставиться в соответствие уникальный двоичный код от 00000000 до 11111111 (или десятичный код от 0 до 255).

Международным стандартом стала таблица кодировки ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – Американский стандартный код для информационного обмена.
Стандартной в этой таблице является только первая половина, т.е. символы с номерами от 0 (00000000) до 127 (0111111). Сюда входят буква латинского алфавита, цифры, знаки препинания, скобки и некоторые другие символы.

Остальные 128 кодов используются в разных вариантах. В русских кодировках размещаются символы русского алфавита.
В настоящее время получил широкое распространение новый международный стандарт Unicode, который отводит на каждый символ два байта. С его помощью можно закодировать 65536 (216= 65536 ) различных символов.

Таблица стандартной части ASCII

Таблица расширенного кода ASCII

Кодирование графической информации

Создавать и хранить графические объекты в компьютере можно двумя способами – как растровое или как векторное изображение. Для каждого типа изображений используется свой способ кодирования.

Кодирование растровых изображений

Растровое изображение представляет собой совокупность точек (пикселей) разных цветов.
Для черно-белого изображения информационный объем одной точки равен одному биту (либо черная, либо белая – либо 1, либо 0). Для четырех цветного – 2 бита.
Для 8 цветов необходимо – 3 бита.
Цветное изображение на экране монитора формируется за счет смешивания трех базовых цветов: красного, зеленого, синего. Т.н. модель RGB.

Плюсы растрового изображения:

- высокая реалистичность изображения;

- на растровом изображении может быть изображено все, что угодно: как снимок с фотокамеры, так и нарисованное на компьютере изображение;

- к растровым изображениям можно применять самые разнообразные эффекты;

Недостатки растровых изображений:

- можно уменьшить изображение, однако увеличить его без потери качества невозможно;

- файл с растровым изображением имеет большой размер

Кодирование векторных изображений.

Векторное изображение представляет собой совокупность графических примитивов (точка, отрезок, эллипс…). Каждый примитив описывается математическими формулами. Преимущества

Плюсы векторных изображений:

- можно изменять размеры изображений без потери его визуальных качеств;

- файл с векторным изображением имеет маленький размер

- рисунок имеет высокое качество при печати

- простой экспорт векторного рисунка в растровый. Минусы векторных изображений:

- отсутствие реалистичности у векторных рисунков.

- невозможность использования эффектов, которые можно применять в растровой графике;

- практически полная невозможность экспорта растрового рисунка в векторный.

Двоичное кодирование звука

Звук – волна с непрерывно изменяющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда, тем он громче для человека, чем больше частота, тем выше тон.

В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки.

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Раздел 2. Информационные процессы

Тема 2. 1. Хранение и передача информации

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.

Виды информационных процессов:

1. Поиск информации - это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации:

• непосредственное наблюдение;

• общение со специалистами по интересующему вас вопросу;

• чтение соответствующей литературы;

• просмотр видео, телепрограмм;

• прослушивание радиопередач, аудиокассет;

• работа в библиотеках и архивах;

• запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных;

• другие методы.

2. Сбор и хранение.

Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полученная информация могла использоваться, причем многократно, необходимо ее хранить.

Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени.

Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга - библиотека, картина - музей, фотография - альбом).

ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.

Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры.

3. Передача.

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации - канал связи.

Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.

Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.

Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.

Деятельность людей всегда связана с передачей информации.

В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации - крипто логия.

Тема 2. 2. Обработка информации и алгоритмы

Алгоритм - точное предписание исполнителю совершить определенную последовательность действий для достижения поставленной цели за конечное число шагов.

Основные свойства алгоритма:

• Дискретность (прерывность, раздельность) – алгоритм должен представлять процесс решения задачи как последовательное выполнение простых (или ранее определенных) шагов. Каждое действие, предусмотренное алгоритмом, исполняется только после того, как закончилось исполнение предыдущего.

• Определенность – каждое правило алгоритма должно быть четким, однозначным и не оставлять места для произвола. Благодаря этому свойству выполнение алгоритма носит механический характер и не требует никаких дополнительных указаний или сведений о решаемой задаче.

• Результативность (конечность) – алгоритм должен приводить к решению задачи за конечное число шагов.

• Массовость – алгоритм решения задачи разрабатывается в общем виде, то есть, он должен быть применим для некоторого класса задач, различающихся только исходными данными. При этом исходные данные могут выбираться из некоторой области, которая называется областью применимости алгоритма.

Основные способы представления алгоритмов.

1. Формульно-словесный способ.    

Основан на задании инструкций о выполнении конкретных действий в четкой последовательности в сочетании со словесными пояснениями.    

 Пример.     Вычислить: С =

    Этап 1. Ввести А, В;    

 Этап 2. Если А В, то переходим к этапу 3; иначе переходим к этапу 4.  

   Этап 3. С=А-В, и переходим к этапу 5;    

 Этап 4. С=А+В;    

Этап 5. Вывод С.

2. На алгоритмическом языке.

Алгоритмический язык – совокупность правил и обозначений, использующиеся для записи алгоритма.    

 Он включает:  

  а) математические выражения;    

 б) текст;

в) служебные слова (полные или сокращенные слова русского текста, стоящие в определенном месте алгоритма, которые обязательно подчеркиваются)

Пример. Вычислить значение А+

 алг Проскурнин (нат А, вещ В, У, цел Х)    

     арг А, В, Х  

      рез У  

   нач      

   У:=А+    

 Кон

3. Графический способ (метод блок-схемы).     При таком представлении алгоритма, каждый этап отображается в виде геометрических фигур-блоков, форма которых зависит от выполняемой операции.     Линия соединения блоков, показывает направление процесса обработки данных. Каждое направление называется ветвью.  

Пример. Вычислить: С =

4. Табличный способ.  

Тема 2. 3. Автоматическая обработка информации

В качестве примера автомата, выполняющего обработку информации, рассмотрим машину Э. Поста. Алгоритм, по которому работает машина Поста, будем называть программой.

Программа -  алгоритм, записанный по строгим правилам языка команд исполнителя – на языке программирования для данного исполнителя.

Имеется  бесконечная информационная лента, разделённая на позиции – клетки.

В каждой клетке может либо стоять метка (некоторый знак), либо отсутствовать (пусто).

Вдоль ленты движется каретка – считывающее устройство. Каретка может передвигаться шагами: один шаг – смещение на одну клетку вправо или влево. Клетка, под которой установлена каретка, называется  текущей.

С её помощью машина может:

• распознать, пустая клетка или помеченная знаком;
• стереть знак в текущей клетке;
• записать знак в пустую текущую клетку.

Если произвести замену меток на единицы, а пустых клеток — на нули, то информацию на ленте можно будет рассматривать как аналог двоичного кода телеграфного сообщения или данных в памяти компьютера. Существенное отличие каретки-процессора машины Поста от процессора компьютера состоит в том, что в компьютере возможен доступ процессора к ячейкам памяти в произвольном порядке, а в машине Поста — только последовательно.

Назначение машины Поста — производить преобразования на информационной ленте. Исходное состояние ленты можно рассматривать как исходные данные задачи, конечное состояние ленты — результат решения задачи. Кроме того, в исходные данные входит информация о начальном положении каретки.

Тема 2. 4. Информационные процессы в компьютере

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.

Виды информационных процессов:

1.        Поиск информации - это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации:

• непосредственное наблюдение;

• общение со специалистами по интересующему вас вопросу;

• чтение соответствующей литературы;

• просмотр видео, телепрограмм;

• прослушивание радиопередач, аудиокассет;

• работа в библиотеках и архивах;

• запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных;

• другие методы.

2.        Сбор и хранение.

Сбор информации не является самоцелью. Чтобы полученная информация могла использоваться, причем многократно, необходимо ее хранить.

Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени.

Способ хранения информации зависит от ее носителя (книга - библиотека, картина - музей, фотография - альбом).

ЭВМ предназначена для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней.

Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур - главная особенность информационных систем, отличающих их от простых скоплений информационных материалов. Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры.

3.        Передача.

В процессе передачи информации обязательно участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает. Между ними действует канал передачи информации - канал связи.

Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю.

Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи.

Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное.

Деятельность людей всегда связана с передачей информации.

В процессе передачи информация может теряться и искажаться: искажение звука в телефоне, атмосферные помехи в радио, искажение или затемнение изображения в телевидении, ошибки при передачи в телеграфе. Эти помехи, или, как их называют специалисты, шумы, искажают информацию. К счастью, существует наука, разрабатывающая способы защиты информации - крипто логия.

Раздел 3. Программирование

Тема 3. 1. Алгоритмы, структуры алгоритмов, структурное программирование

Алгоритм – строго определенная последовательность действий, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи за конечное число шагов.

Алгоритмизация – процесс разработки алгоритма (плана действий) для решения задачи.

Человеку в жизни и практической деятельности приходится решать множество различных задач. Решение каждой из них описывается своим алгоритмом, разнообразие этих алгоритмов очень велико. Можно выделить три основных вида алгоритмов:

1. линейной структуры,
2. разветвляющейся структуры,
3. циклической структуры.

Для краткости их называют просто: линейные, разветвляющиеся и циклические алгоритмы. Разнообразие же алгоритмов определяется тем, что любой алгоритм распадается на части, фрагменты и каждый фрагмент представляет собой алгоритм одного из трех указанных видов. Поэтому важно знать структуру каждого из алгоритмов.

В алгоритмах линейной структуры действия выполняются последовательно одно за другим:

В алгоритмах разветвленной структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия производятся различные последовательности действий. Каждая такая последовательность действий называется ветвью алгоритма.

В алгоритмах циклической структуры в зависимости от выполнения или невыполнения какого-либо условия выполняется повторяющаяся последовательность действий, называющаяся телом цикла. Вложенным называется цикл, находящийся внутри тела другого цикла.

Различают циклы с предусловием (ПОКА) и постусловием (ДО):

Итерационным называется цикл, число повторений которого не задается, а определяется в ходе выполнения цикла. В этом случае одно повторение цикла называется итерацией.

4. Вспомогательный алгоритм – алгоритм, который можно использовать в других алгоритмах, указав только его имя.

Способы описания алгоритмов

Словесный (для записи используются специальные формальные языки с ограниченным набором слов и строгими правилами записи. Представляет собой описание последовательных этапов обработки данных), Формульный, Словесно-формульный, Графический (изображается в виде последовательности связанных между собой функциональных блоков, каждый из которых соответствует выполнению одного или нескольких действий – Блок-схемы).

Блок-схемы позволяют описать алгоритм с использованием минимального количества слов и независимо от выбранного процедурного языка. Порядок действий указывается с помощью стрелок.

Алгоритм. Блок-схема

Основные блоки

Вспомогательные блоки

Тема 3. 2. Программирование линейных алгоритмов

Линейными называются алгоритмы, в которых все действия осуществляются последовательно друг за другом, при этом каждая команда выполняется только один раз строго после той команды, которая ей предшествует.

Таким, например, является алгоритм вычисления по простейшим безальтернативным формулам, не имеющий ограничений на значения входящих в эти формулы переменных. Как правило, линейные процессы являются составной частью более сложного алгоритма.

Линейный алгоритм составляется из команд присваивания, ввода, вывода и обращения к вспомогательным алгоритмам.

Основным элементарным действием в вычислительных алгоритмах является присваивание значения переменной величине. Если значение константы определено видом ее записи, то переменная величина получает конкретное значение только в результате присваивания.

Присваивание – это операция, которая значение выражения, стоящее справа от символа «=» запоминает в переменной или элементе массива, стоящем слева. При присваивании происходит преобразование типов данных, если они не совпадают.

Присваивание может осуществляться двумя способами:

•  с помощью команды присваивания
•  с помощью команды ввода

Тема 3. 3. Логические величины и выражения, программирование ветвлений

Разветвляющимся называется алгоритм, в котором действие выполняется по одной из возможных ветвей решения задачи, в зависимости от выполнения условий.

Каждое из возможных направлений дальнейших действий называется ветвью.

В блок-схемах разветвление реализуется специальным блоком «Решение». Этот блок предусматривает возможность двух выходов. В самом блоке «Решение» записывается логическое условие, от выполнения которого зависят дальнейшие действия.

Общий вид команды ветвления в блок-схемах и на алгоритмическом языке следующий:

Различают несколько видов разветвляющихся алгоритмов:

1. «Обход» — такое разветвление, когда одна из ветвей не содержит ни одного оператора, т.е. как бы обходит несколько действий другой ветви:

2.  «Разветвление» — такой тип разветвления, когда в каждой из ветвей содержится некоторый набор действий:

3. «Множественный выбор» — особый тип разветвления, когда каждая из нескольких ветвей содержит некоторый набор действий. Выбор направления зависит от значения некоторого выражения:

Тема 3. 4. Программирование циклов

Цикл - это алгоритмическая конструкция, в которой исходя из условия повторяется определённая последовательность действий.

Цикл в алгоритме имеет особое значение, т.к. только его использование позволяет с помощью сравнительно коротких алгоритмов записывать длинные последовательности действий, что позволяет значительно уменьшить скорость выполнения программы на ЭВМ.

Для организации циклов можно применять условия, т.к. циклический алгоритм является частным случаем разветвляющегося. В этих случаях количество повторений последовательности действий неизвестно и циклические структуры являются циклами с предусловием и с пост-условием.

Тема 3. 5. Подпрограммы

Подпрограмма — это поименованный набор описаний и операторов, выполняющих определенную задачу. Информация, передаваемая в подпрограмму для обработки, называется параметрами, а результат вычислений — значениями. Обращение к подпрограмме называют вызовом. Перед вызовом подпрограмма должна быть обязательно описана в разделе описаний. Описание подпрограммы состоит из заголовка и тела. В заголовке объявляется имя подпрограммы, и в круглых скобках её параметры, если они есть. Для функции необходимо сообщить тип возвращаемого ею результата. Тело подпрограммы следует за заголовком и состоит из описаний и исполняемых операторов.

Любая подпрограмма может содержать описание других подпрограмм. Константы, переменные, типы данных могут быть объявлены как в основной программе, так и в подпрограммах различной степени вложенности. Переменные, константы и типы, объявленные в основной программе до определения подпрограмм, называются глобальными, они доступны всем функциям и процедурам. Переменные, константы и типы, описанные в какой-либо подпрограмме, доступны только в ней и называются локальными.

Для правильного определения области действия идентификаторов (переменных) необходимо придерживаться следующих правил:

• каждая переменная, константа или тип должны быть описаны перед использованием;
• областью действия переменной, константы или типа является та подпрограмма, в которой они описаны;
• все имена в пределах подпрограммы, в которой они объявлены, должны быть уникальными и не должны совпадать с именем самой подпрограммы;
• одноимённые локальные и глобальные переменные — это разные переменные, обращение к таким переменным в подпрограмме трактуется как обращение к локальным переменным (глобальные переменные недоступны);
• при обращении к подпрограмме доступны объекты, которые объявлены в ней и до её описания.

Тема 3. 6. Работа с массивами

Массив это совокупность элементов одинакового типа. Массив состоит из фиксированного числа элементов. Размерность массива фиксируется при объявлении его и при исполнении программы не меняется.

Объявление массива

В языке высокого уровня PASCAL объявление массива имеет вид

Имя_массива :array[тип индекса] of тип элемента

Например, объявления массива констант и массива переменных могут иметь вид:

Const

D:array[1..5] of integer=(10,-4,1234,0,-5);

Var

A:array[1..5] of integer;

Тип целочисленной переменной может быть задан ключевыми словами: integer/ Byte/Word/Shortint.

Все элементы массива располагаются в оперативной памяти. Размер области, отводимой под один элемент массива, зависит от указанного типа: для integer/Word выделяется по 2 байта, а для Byte/Shortint по 1 байту.

Положение элемента в массиве определяется набором индексов или координат. Доступ к элементу одномерного массива (вектора) указывается с помощью индексной переменной.

На Pascal элемент вектора А обозначается A[i] или A[j], адреса соседних элементов массива отличаются на размер поля, занимаемого одним элементом. Если тип Integer/ Word, то разница равна 2, а для типов Byte/ Shortint разница равна 1. Переадресация элементов на языке высокого уровня выполняется «автоматически»( транслятор предусматривает нужные операции), а на ассемблере необходимые действия кодируются программистом.

Тема 3. 7. Работа с символьной информацией

Будем полагать, что текст — это произвольная последовательность символов некоторого алфавита. Алфавитом может служить любое множество символов. Символьный тип данных служит для представления символа, который есть на клавиатуре. Всем имеющимся на клавиатуре символам ставится в соответствие целое число — код символа. Всего кодируется 256 символов. В таблице кодов среди всех символов можно выделить следующие четыре группы:

1)цифры от 0 (код 48) до 9 (код 57);

2)латинские прописные буквы от «А» (код 65) до «З» (код 90);

3)латинские строчные буквы от «а» (код 97) до «з» (код 122);

4)русские прописные буквы от «А» (код 128) до «Я» (код 159).

Символы в пределах каждой из групп следуют друг за другом в алфавитном порядке и их коды изменяются при этом на 1. Каждый символ строковой величины занимает 1 байт памяти.

Данные символьного типа могут быть представлены двумя способами:

1)графическим, когда соответствующий символ записывается в апострофах, например: '+' (символ «плюс»);

2)с помощью целочисленного кода, когда рядом со знаком целочисленного кода # указывается целое число — код данного символа в таблице символов ASCII. Например, #65 — представление латинской прописной буквы «А» с помощью целочисленного кода.

Строкой символов, или символьной (строковой, текстовой) константой, будем называть последовательность символов, заключенную в кавычки. Среди строк пустая строка играет ту же роль, что ноль среди чисел. Максимальная длина текстовой строки — 255 символов.

В Паскале существует тип данных, предназначенный для обработки слов (цепочки символов). Такой тип данных называется строковым (тип строка). Строки выводятся на экран посредством стандартной процедуры записи {writeln) и вводятся с клавиатуры с помощью стандартной процедуры чтения {readlri).

Объявление данных строкового типа:

∙если данные являются константами:

константный <имя_переменной>=<значение>;

∙если данные являются переменными:

вар

<имя_переменной>: строку;

<имя_переменной>: строка[20];

В квадратных скобках указывается максимальная длина строки. Если длина строки не указана, то она считается равной 255 символам — максимально возможной длине.

Операции над строками.

Для строк определена операция объединения (сцепления), которая обозначается знаком + и объединяет несколько строк в одну.

Например:

А:=’ Новосибирск’;

Б:=’ столица Сибири’

С:=А+’- ’+Б+’!’

Новосибирск иметь С Переменная значение ‘ - столица Сибири!’

Операции отношения (сравнения двух строк) =,<, >, >=,<=, <> .В результате сравнения двух строк получается логическое значение (истина или ложь). Сравнение происходит слева направо до первого несовпадающего символа, и та строка считается больше, в которой первый несовпадающий символ имеет больший номер в таблице символов (кодировки).

Например:

∙'строка'<>'строки'(верно, т.к. не совпадают последние символы),

∙'Азбука'<'Азбука'(отношение истинно, т.к. код символа 'а' равен 65 в десятичной системе счисления, а код символа 'а' - 97),

∙'год'>'век'(отношение верно, т.к. буква 'г' в алфавите стоит после буквы 'в', а, следовательно.

∙‘кот ’=’ кот’ (отношение истинно, т.к совпадают все символы)

Стандартные функции и процедуры.

Для работы с типом строки определены следующие встроенные процедуры и функции:

Раздел 4. Информационные системы и базы данных

Тема 4. 1. Системный анализ

Системный анализ, чьи основы являются достаточно древними, - все же сравнительно молодая наука (сравнима по возрасту, например, с кибернетикой). Хотя она и активно развивается, ее определяющие понятия и термины недостаточно формализованы (если это вообще возможно осуществить). Системный анализ применяется в любой предметной области, включая в себя как частные, так и общие методы и процедуры исследования.

Эта наука, как и любая другая, ставит своей целью исследование новых связей и отношений объектов и явлений. Но, тем не менее, основной проблемой нашей науки является исследование связей и отношений таким образом, чтобы изучаемые объекты стали бы более управляемыми, изучаемыми, а "вскрытый" в результате исследования механизм взаимодействия этих объектов - более применимым к другим объектам и явлениям. Задачи и принципы системного подхода не зависят от природы объектов и явлений.

При изложении основ анализа, синтеза и моделирования систем возможны два основных подхода: формальный и понятийно-содержательный. Формальный подход использует формальный математический аппарат различного уровня строгости и общности (от простых соотношений до операторов, функторов, категорий, алгебр). Понятийно-содержательный подход - концентрируется на основных понятиях, идеях, подходе, концепциях, возможностях, на основных методологических принципах, использует "полуформальное" введение в суть рассматриваемых идей и понятий. Многие идеи и принципы системного анализа, хотя и более точны, строги на формальном языке изложения, тем не менее, сохраняют свою силу, актуальность, возможность эффективного использования и на содержательном языке.

 Тема 4 2. Базы данных.

База данных (БД) – это именованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области. Система управления базами данных (СУБД) – это комплекс программных средств, предназначенных для создания структуры новой базы данных, наполнения ее содержимым, редактирования содержимого и обработки информации. Информационный объект –это описание некоторой сущности (реального объекта, явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных реквизитов (информационных элементов). Такими сущностями для информационных объектов могут служить: цех или склад предприятия, вуз, студент, процесс сдачи экзаменов и т.д. Например, информационный объект СТУДЕНТ может быть представлен в базе данных с помощью следующих реквизитов: Номер зачетной книжки, Фамилия, Имя, Отчество, Год рождения. Это можно записать так:

Студент (номер_зачетки, фамилия, имя, отчество, год_рождения).

В основе любой базы данных лежит та или иная модель данных. Модель данных – это совокупность структур данных и операций их обработки. С помощью модели данных могут быть представлены информационные объекты и взаимосвязи между ними. Рассмотрим три основных типа моделей данных: иерархическую, сетевую и реляционную.

Иерархическая модель данных представляет собой совокупность узлов, расположенных в порядке их подчинения и образующих по структуре перевернутое дерево. Узел–это совокупность реквизитов данных, описывающих некоторый информационный объект. Иерархическая структура всегда удовлетворяет следующим требованиям:

• каждый узел на более низком уровне связан только с одним узлом, находящимся на более высоком уровне;
• иерархическое дерево имеет только один корневой узел, не подчиненный никакому другому узлу и находящийся на самом верхнем уровне;
• к каждому узлу базы данных существует только один путь от корневого узла.

Сетевая модель данных отличается от иерархической модели тем, что каждый узел может быть связан с любым другим узлом.

Реляционная модель использует организацию данных в виде двумерных таблиц. Каждая реляционная таблица обладает следующими свойствами:

• все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в одном столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и максимально допустимый размер;
• каждый столбец имеет уникальное имя;
• одинаковые строки в таблице отсутствуют;
• порядок следования строк и столбцов в таблице может быть произвольным.

Объектами обработки реляционной БД являются следующие информационные единицы: поле, запись, таблица.

Поле –элементарная единица логической организации данных, которая соответствует одному реквизиту информационного объекта (столбец реляционной таблицы).

Запись–совокупность логически связанных полей (обобщенная строка реляционной таблицы). Экземпляр записи–отдельная реализация записи, содержащая конкретные значения ее полей (конкретная строка реляционной таблицы).

Таблица – заданная структура полей, состоящая из конечного набора однотипных записей.

Раздел 5. Интернет

Тема 5. 1. Организация и услуги Интернета

Изначально в Интернете было создано три основные службы: удаленный доступ, пересылка файлов и электронная почта (обмен сообщениями). Потом появились другие службы и продолжают появляться все новые.

Удаленный доступ (Telnet)с

Telnet позволяет подключиться со своего компьютера к удаленному компьютеру и стать его терминалом (устройством ввода-вывода). При этом вся обработка информации происходит на удаленном компьютере (его процессором и в его оперативной памяти), ввод команд осуществляется с вашей клавиатуры, вывод результатов – на ваш дисплей. При подключении к удаленному компьютеру необходимо зарегистрироваться в его ОС – вести правильные имя и пароль.

Удаленный доступ позволяет работать в своей компьютерной системе с помощью любого компьютера, подключенного к Интернету. Таким же образом реализовано использование суперкомпьютеров в сети. В состав ОС Windows входит программа Telnet, являющаяся клиентским ПО удаленного доступа.

Перемещение файлов (протокол FTP)

Найдя нужную информацию в Интернете или проведя расчеты на удаленном компьютере необходимо перенести информацию на свой компьютер. А перед началом расчетов надо по крайней мере передать на удаленный компьютер исходные данные. Для этого предназначен протокол передачи файлов (протокол передачи файлов) – FTP.B качестве клиентской программы можно использовать поставляемую с ОС Windows программу на FTP (с интерфейсом – «командная строка») или одну из бесплатных или условно-бесплатных программ (например, загрузки файлов). Протокол FTP-сервер также доступен из интернет- браузера. Во время сеанса связи происходит подключение к ФТП серверу, для чего надо знать имя и пароль. Многие сервера допускают «анонимное» подключение, когда в качестве имени пользователь указывает «анонимное», а в качестве пароля – свой адрес электронной почты (иногда его проверяют на подлинность). Администратор сервера может устанавливать различные полномочия для разных пользователей, в том числе минимальные – для анонимного доступа.

Некоторые клиентские программы требуют явного указания режима передачи: двоичный (бинарный) или ASCII (только другие выбирают режим самостоятельно). При двоичном режиме передачи файла сохраняется последовательность битов исходного файла. В режиме ASCII в пересылаемые данные рассматриваются как символы, которые должны сохранять свой смысл в разных операционных системах (ОС Unix, DOS и Macintosh, в СВМ и т. д.). Поэтому двоичный режим следует использовать для пересылки исполнимых файлов (программ), графических файлов, архивов, а режим ASCII символы для пересылки текстов, сообщений электронной почты и др.

Подключившись к серверу с помощью клиентской программы, пользователь получает возможность (в рамках отведенных ему полномочий) загружать файлы с сервера на свой компьютер (скачать), отправлять файлы со своего компьютера на сервер (Загрузка), а также переименовывать и удалять файлы, перемещаться по дереву каталогов и создавать свои каталоги на сервере (часто запрещено). Иногда можно даже запускать на выполнение файлы на сервере (почти (Telnet).

Электронная почта (Е-mail)

Электронная почта предназначена для обмена текстовыми сообщениями между пользователями подключенных к сети компьютеров.

Вместо конверта для сообщения используется заголовок, содержащий по крайней мере три обязательных поля: к (Кому), от (От кого) и предмет (Тема). Поля В и С содержат электронный адрес получателя / отправителя. Из-за взаимодействия в сети разных сетей адреса могут записываться по-разному. Угадать адрес невозможно, в поэтому следует хранить полезные адреса «адресной книге».

Большинство адресов имеют следующий формат:

имя_пользователя @ имя_почтового_сервера

Например: info@elmech.mpei.ac

Задача Интернет-службы «электронная почта» – доставить сообщение на почтовый сервер адресата. Пользователь должен самостоятельно «проверять почтовый ящик» и забирать пришедшую почту с сервера с помощью клиентской почтовый программы (она же «отправляет» исходящие почтовые сообщения). В состав окна входит клиентская программа обмена, а офисный пакет – программа с Outlook. Кроме того, почтовый клиент поставляется вместе с пакетом Нетскейп коммуникатор. Большой популярностью также пользуется программа Летучая мышь:

Пересылка файлов

К сообщениям электронной почты можно «прикреплять» файлы и пересылать их без использования протокола ФТП. Но! Некоторые провайдеры ограничивают размер почтовых сообщений или взимают дополнительную плату за каждый килобайт информации. Кроме того, электронная почта предназначена для передачи текстовых сообщений, поэтому при пересылке двоичных файлов происходит их кодирование / декодирование. При этом важно, чтобы отправляющая и принимающая стороны использовали одинаковые стандарты кодировки (кодировки uuencode/библиотека reuse, значение binhex). Сейчас большинство систем поддерживают стандарт MIME (многоцелевые расширения Интернет-почты), что значительно облегчает «взаимопонимание» при пересылке файлов. Однако, надежнее все же пересылать файлы, запакованные в архивы (самый популярный – молния). Внутри архива никто файл не перекодирует по дороге.

Возврат почты

При невозможности доставить почту отправителю приходит служебное сообщение с отказом. Можно выделить три основные причины отказа:

Неизвестный узел – доменное имя компьютера (почтового сервера) невозможно преобразовать в адрес – проверьте правильность написания имени компьютера;

Пользователя Unknown – пользователь (почтового сервера) неизвестен – проверьте правильность написания имени пользователя;

Служба недоступна или не удается отправить сообщение для ... дней – не работает почтовый сервер адресата (нет связи или отключено ПО почтового сервера).

Телеконференции (Новости)

Коллективные дискуссии можно проводить с помощью списков рассылки и электронной почты, но при большом числе подписчиков это становится сложно. Кроме того, приходящие сообщения смешиваются со служебными, что мешает работе. Для свободных дискуссий создана служба телеконференций («новости», «эхо»). Там все сообщения сортируются по темам и каждый может выбирать только те темы, которые ему интересны. Кроме того, все сообщения хранятся на сервере (новости-сервер) и каждый пользователь может читать (загружать на свой компьютер) только те, которые ему интересны (выбирая по полю тема в заголовке). При этом сохраняется возможность отвечать на выбранные сообщения или отправлять свои в режиме общения «каждый – со всеми».

Для работы с телеконференциями необходима клиентская программа (подобные программы входят в состав пакетов Netscape Навигатор или интернет Explorer, а также выпускаются самостоятельно). При первом вызове программы пользователь должен указать имя сервера, подключившись к которому он может вывести полный список рубрик (тем), поддерживаемых данным сервером (определяется администратором сервера). Из этого списка можно выбрать интересные (подписаться) и в дальнейшем заголовки сообщений из этих рубрик программа будет запрашивать с сервера автоматически при каждом подключении. Рубрики имеют иерархическую структуру: существуют рубрики верхнего уровня, в каждой из которых могут быть свои подгруппы, конкретизирующие тему дискуссии, и т.д. Разные уровни в названии рубрик отделены точкой, верхний уровень записан слева

Поиск файлов (Арчи)

Известно, что в Интернете на общедоступных ФТП серверах расположено огромное количество файлов с документами, графикой и полезными программами. Но для того, чтобы скачать себе нужный файл, необходимо сначала узнать его «адрес» – имя сервера, путь и имя файла. Для поиска файлов на фтп серверах всего интернета создана служба Арчи. В Эта служба впервые появилась университете Макгилла, но потом число Арчи серверов стало расти.

Каждый Арчи сервер регулярно (примерно раз в месяц) запускает программу сбора информации, которая подключается ко всем общедоступным серверам по FTP, собирает всю информацию о находящихся в данный момент на сервере файлах и помещает ее в свою базу данных. При поступлении от клиента запроса на поиск определенного файла Арчи сервер производит поиск в своей базе данных (что выполняется достаточно быстро) отвечающих запросу и выдает список файлов с указанием их точных «адресов». При этом надо помнить, что такая информация постоянно устаревает, поэтому следует использовать данные разных Арчи серверов и проверять аналогичные файлы, расположенные на разных ФТП серверах.

Для обращения к серверу Арчи необходимо использовать специальную клиентскую программу или воспользоваться ВСП интерфейсом, что гораздо удобнее (см. ниже). В запросе следует указать точное имя файла или его часть. Иногда можно найти файл, по ключевым словам, из его описания (если, конечно, ФТП сервер содержит описания файлов). В последнем случае можно воспользоваться дополнительной командой, что для получения имеющегося комментария к файлу.

Поиск ресурсов(Суслик)

Под ресурсами понимают сразу все, что может находиться в Сети: различные серверы, адреса пользователей, программы, графические и музыкальные файлы, новости и пр.

Система Суслик позволяет просматривать список всех доступных ресурсов сервера, и сама организует правильный доступ к разным ресурсам с помощью системы меню. Как правило, она содержит ссылки на другие сервера с подобной системой. Именно такая система активизируется при подключении по телнет к Библиотеке Конгресса США. В последние годы эта система не развивается, так как-то же самое позволяет делать самая популярная служба – сайт www.

Всемирная Паутина

ВСП создана в 1989 г. В Европейской лаборатории физики элементарных частиц (ЦЕРН), Женева, Швейцария. Ее автор Тим Бернерс-ли (из Оксфордского университета) создал информационную систему для упрощения сотрудничества ученых и обмена документами.

ВСП использует технологию гипертекста для объединения во взаимосвязанную систему большого количества документов, между которыми можно перемещаться в произвольном порядке для поиска нужной информации. Документы хранятся на серверах на www. Для просмотра документов и перемещения между ними используется клиентская программа – браузер.

Изначально браузер был только текстовый (Рысь) и поддерживал любые типы мониторов и мог работать на любых компьютерах. В 1993 г. Марк Андреессен (студент Университета штата Иллинойс, подрабатывавший в Национальном центре суперкомпьютерных технологий – СНП) создал первый графический браузер – СНП мозаики, который был способен отображать на экране одновременно текст и графику. Кроме графики браузер отличался интуитивно понятным интерфейсом – гипертекстовый переход осуществлялся по щелчку мыши.

Появление службы www, так и графического браузера Интернета сделало интересным и доступным для миллионов людей, далеких от науки. Интернет стали использовать для развлечений, что способствовало инвестициям и дальнейшему развитию Интернет-технологий.

Основу службы составляет ВСП технология гипертекста. В обычной бумажной книге реализован линейный подход к публикации: страницы идут одна за другой, оглавление позволяет ориентироваться в структуре книги. В гипертекстовом документе существуют связи между отдельными частями документа или между разными документами, позволяющие быстро переходить от одного материала к другому. Причем, наличие логической связи между документами совсем не обязательно – на все воля автора. Именно принцип случайности в установлении связей обеспечивает объединение даже разнородных документов в единую систему ВСП. Упрощенный вариант гипертекстового документа реализован в справочных системах многих программных продуктов, содержащих «перекрестные ссылки».

В ВСП возможны ссылки на участки того же документа, на другие документы, расположенные на том же сервере, или на документы других серверов. Кроме того, ссылки могут указывать на текстовые, графические, архивные или мультимедийные файлы, или представлять собой запрос к серверу Арчи.

Протоколы сети Интернет

Основное, что отличает Интернет от других сетей - это ее протоколы - ТСР/IP. Вообще, термин протокол TCP/ИС обычно означает все, что связано с протоколами взаимодействия между компьютерами в сети. Он охватывает целое семейство протоколов, прикладные программы, и даже саму сеть. ТСР/IP - это технология межсетевого взаимодействия, технология интернет. Свое название протокол ТСР/IP получил от двух коммуникационных протоколов (или протоколов связи). Это протокол управления передачей (TCP) и Интернет-протокол (IP-адрес). Несмотря на то, что в сети Интернет используется большое число других протоколов, сеть Интернет часто называют ТСР/IP-сетью, так как эти два протокола, безусловно, являются важнейшими. Как и во всякой другой сети в Интернете существует 7 уровней взаимодействия между компьютерами:

физический,

логический

сетевой

транспортный

уровень сеансов связи

представительский

уровень прикладной

Соответственно каждому уровню взаимодействия соответствует набор протоколов (т.е. правил взаимодействия).

Протоколы физического уровня определяют вид и характеристики линий связи между компьютерами. В Интернет используются практически все известные в настоящее время способы связи от простого провода (витая пара) волоконно-оптических до линий связи (ВОЛС).

Для каждого типа линий связи разработан соответствующий протокол логического уровня, занимающийся управлением передачей информации по каналу. К протоколам логического уровня для телефонных линий относятся протоколы скольжения (последовательный Интерфейс протокол) и протокола PPP (протокол точка-точка). Для связи по кабелю локальной сети - это пакетные драйверы плат ЛВС.

Протоколы сетевого уровня отвечают за передачу данных между устройствами в разных сетях, то есть занимаются маршрутизацией пакетов в сети. К протоколам сетевого уровня принадлежат IP (Интернет-протокол) и ARP (протокол разрешения адреса).

Протоколы транспортного уровня управляют передачей данных из одной программы в другую. К протоколам транспортного уровня принадлежат TCP (протокола управления передачей) и протокол udp. Протоколы уровня сеансов связи отвечают за установку, поддержание и уничтожение соответствующих каналов. В Интернете этим занимаются уже упомянутые протоколы TCP и протокол udp протоколы, а также протокол по uucp (Unix на протокол Unix копия). Протоколы представительского уровня занимаются обслуживанием прикладных программ. К программам представительского уровня принадлежат программы, запускаемые, к примеру, на базе Unix-сервере, для предоставления различных услуг абонентам. К таким программам относятся: программа Telnet-сервер, ФТП-сервер, Суслик-сервер, через NFS-сервер, NNTP (под чисто news протокол передачи), SMTP (простой протокол передачи почты), и протокол pop2 и POP3 (протокол почтового отделения) и т.д. К протоколам прикладного уровня относятся сетевые услуги и программы их предоставления.

Тема 5.2. Основы сайтостроения

Сайт — это место в интернете, которое имеет свой адрес и состоит из отдельных страниц, которые мы видим, как одно целое.

Этапы создания сайта:

1. Создание структуры. На этом этапе разработчик сайта определяется c темой, названием сайта, а также с составом будущей аудитории. Как известно от возраста, увлечений и других качеств, предполагаемой аудитории зависят многие параметры сайта. Определив тему сайта необходимо удостовериться, насколько она актуальна и привлечет ли посетителей на страницы сайта.

2. Разработка дизайна. На этом этапе разработчик сайта создает логотип будущего сайта, подбирает цветовую гамму и графическое наполнение. Все эти действия конечно же проводятся после подбора и установки сопутствующих программ, которые так же будут активно использоваться при создании макета сайта. На втором этапе окончательно дорабатываются эскизы будущего сайта.

3. Верстка сайта. На этом этапе разработчик сайта уже формирует страницы сайта по готовому макету. При создании динамического сайта на данном этапе разрабатывается и создается база данных, пишется программный код.

4. Размещение сайта в интернете. На данном этапе разработчик приобретает место в интернете, определяется с его настройками. После этих действий уже готовый сайт переносится в интернет, и разработчик проводит все необходимые мероприятия по раскрутке сайта.

Раздел 6. Информационное моделирование

Тема 6. 1. Компьютерное информационное моделирование

Модель — это объект-заменитель, который в определенных условиях может заменять объект-оригинал. Модель воспроизводит интересующие нас свойства и характеристики оригинала.
Модели бывают материальными и информационными. Примерами материальных моделей являются глобус — модель Земли; манекен — модель человеческого тела; модели самолетов, кораблей, ракет, автомобилей; макет застройки жилого района в городе и многое другое.
Предметом изучения информатики являются информационные модели.
В информационной модели отражаются знания человека об объекте моделирования. Информационная модель — это описание в той или иной форме объекта моделирования.
Объектом информационного моделирования может быть всё что угодно: отдельные предметы (дерево, стол); физические, химические, биологические процессы (течение воды в трубе, получение серной кислоты, фотосинтез в листьях растений); метеорологические явления (гроза, смерч); экономические и социальные процессы (динамика цен акций на бирже, миграция населения).
Можно сказать, что информационным моделированием занимается любая наука, поскольку задача науки состоит в получении знаний, а наши знания о действительности всегда носят приближенный, т. е. модельный, характер. С развитием науки эти знания уточняются, углубляются, но все равно остаются приближенными. Старые модели заменяются на новые, более точные, и этот процесс бесконечен.
Чаще всего информационное моделирование используется для прогнозирования поведения объекта моделирования, для принятия управляющих решений. Характерной особенностью компьютерных информационных моделей является возможность их использования в режиме реального времени, т. е. с соблюдением временных ограничений на получение результата. Тема 6. 3. Модели статистического прогнозирования

Можно выделить два метода разработки прогнозов, основанных на методах математической статистики: экстраполяцию и моделирование.

В первом случае в качестве базы прогнозирования используется прошлый опыт, который пролонгируется на будущее. Делается предположение, что система развивается эволюционно в достаточно стабильных условиях. Чем крупнее система, тем более вероятно сохранение ее параметров без изменения — конечно, на срок, не слишком большой. Обычно рекомендуется, чтобы срок прогноза не превышал одной трети длительности расчетной временной базы.

Во втором случае строится прогнозная модель, характеризующая зависимость изучаемого параметра от ряда факторов, на него влияющих. Она связывает условия, которые, как ожидается, будут иметь место, и характер их влияния на изучаемый параметр.

Данные модели не используют функциональные зависимости; они основаны только на статистических взаимосвязях.

Тема 6. 4. Моделирование корреляционных зависимостей

Корреляционный анализ изучает усредненный закон поведения каждой из величин в зависимости от значений другой величины, а также меру такой зависимости.

Оценку корреляции величин начинают с высказывания гипотезы о возможном характере зависимости между их значениями. Чаще всего допускают наличие линейной зависимости. В таком случае мерой корреляционной зависимости является величина, которая называется коэффициентом корреляции. Надо знать следующее:

•        коэффициент корреляции (обычно обозначаемый греческой буквой р) есть число из диапазона от -1 до +1;

•        если это число по модулю близко к 1, то имеет место сильная корреляция, если к 0, то слабая;

•        близость р к +1 означает, что возрастанию значений одного набора соответствует возрастание значений другого набора, близость к -1 означает, что возрастанию значений одного набора соответствует убывание значений другого набора;

•        значение р легко найти с помощью Excel, так как в эту программу встроены соответствующие формулы.

 В Excel функция вычисления коэффициента корреляции называется КОРРЕЛ и входит в группу статистических функций.

Тема 6. 5. Модели оптимального планирования

Для решения конкретной экономической проблемы планирования существует много способов, и отбор наилучшего из них (согласно заданным требованиям) является важной задачей. Указанный наилучший способ называется оптимальным. Объектом планирования может быть деятельность отдельного предприятия, отрасли промышленности, и даже государства в целом.

Постановка задачи планирования выглядит следующим образом:

• имеется набор плановых показателей {Х};
• имеется набор ресурсов {R}, за счет которых эти плановые показатели могут быть достигнуты, и заданы ограничения по каждому виду ресурсов;
• имеется определенная стратегическая цель, зависящая от значения плановых показателей, на которую следует ориентировать планирование.

Оптимальным планом будет набор значений плановых показателей, соответствующих достижению стратегической цели.

Для решения задачи оптимального планирования надо построить математическую модель рассматриваемого процесса, т.е. перевести его на язык чисел, формул, уравнений и других средств математики.

Приведем несколько примеров.

Пусть объектом планирования является деятельность учебного заведения профессионального образования. Плановые показатели: число студентов и число преподавателей. Основными ресурсами учебного заведения являются объем финансирования, численность и квалификация преподавательского корпуса, наличие учебного оборудования, размер помещений и т.д. Основной стратегической целью является подготовка специалистов. Количественной мерой достижения такой цели может быть объявлена, например, минимизация отсева студентов в процессе обучения.

Рассмотрим простой пример, из которого можно получить представление о математическом моделировании в задачах оптимального планирования.

Пусть станция технического обслуживания автомобилей выполняет два вида обслуживания: ТО-1 и ТО-2. Автомобили принимаются в начале рабочего дня и выдаются клиенту в конце дня. В силу ограниченности площади стоянки за день можно обслужить в совокупности не более 140 автомобилей. Рабочий день длится 8 часов. Если бы все автомобили проходили только ТО-1, то мощности станции позволили бы обслужить 200 автомобилей в день, если бы все автомобили проходили только ТО-2, то 50 автомобилей в день. Стоимость (для клиента) ТО-2 вдвое выше, чем-ТО-1. Реально за день часть автомобилей проходит ТО-1, а часть – ТО-2. Требуется составить такой дневной план обслуживания, чтобы обеспечить предприятию наибольшие денежные поступления.

Построим математическую формулировку задачи. Плановыми показателями являются:

х - дневной план выполнения ТО-1;

у - дневной план выполнения ТО-1.

Из условий задачи ресурсами являются:

• длительность рабочего дня – 8 часов;
• вместимость стоянки – 140 мест.

Из постановки задачи следует, что на ТО-2 затрачивается в 4 раза больше времени, чем на ТО-1. Если обозначить продолжительность, ТО-1 как t минут, то продолжительность ТО-2 составит 4t минут. Отсюда следует, что суммарное время на выполнение x обслуживаний ТО-1 и y обслуживаний ТО-2 равно:

tx + 4ty = (x + 4y)t.

Но это время не может быть больше длительности рабочего дня. Отсюда следует:

(x +4y)t < 8*60 (минут)

Подсчитаем время t для выполнения ТО-1. Поскольку за рабочий день обслуживаний вида ТО-1 может быть выполнено 200, то на одно ТО-1 тратится 480/200 = 2,4 (минут). Подставляя значение в неравенство, получим:

(x + 4y) * 2,4 <480

x + 4y < 200.

Полученное значение 2,4 минуты является не физическим временем выполнения одного ТО-1, поскольку оно требует гораздо большего времени, а среднем временем для данной станции, имеющей несколько боксов.

Составим ограничение на вместимость стоянки:

x +y < 140

К двум полученным неравенствам следует добавить условия положительности значений величин x и y (число автомобилей не может быть отрицательным). В конечном итоге получим систему неравенств:

А теперь перейдем к формализации стратегической цели: получить максимальные денежные поступления. Пусть стоимость выполнения одного ТО-1 составляет rрублей. По условиям задачи стоимость выполнения одного ТО-2 в два раза больше, т.е. 2r рублей. Отсюда полная выручка предприятия за день равна

rx + 2ry = r(x +2y).

Поскольку r – константа, то максимальное значение полной выручки будет достигнуто при максимальном значении

f(x,y) = x+2y.

В задачах оптимизации функцию, экстремум которой необходимо найти, называют целевой функцией, а систему неравенств (или уравнений) – системой ограничений.

Получение оптимального плана свелось к следующей математической задачи: найти значения плановых показателей x и y, удовлетворяющих системе ограничений и придающих максимальное значение целевой функции.

Раздел 7. Социальная информатика

Тема 7. 1. Информационное общество

Информационное общество — общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации.

К характерным чертам и признакам информационного общества следует отнести:

• формирование единого информационно-коммуникационного пространства России как части мирового информационного пространства, полноправное участие России в процессах информационной и экономической интеграции регионов, стран и народов;
• становление и в последующем доминирование в экономике новых технологических укладов, базирующихся на массовом использовании перспективных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникаций;
• создание и развитие рынка информации и знаний как факторов производства в дополнение к рынкам природных ресурсов, труда и капитала, переход информационных ресурсов общества в реальные ресурсы социально-экономического развития, фактическое удовлетворение потребностей общества в информационных продуктах и услугах;
• возрастание роли информационно-коммуникационной инфраструктуры в системе общественного производства;
• повышение уровня образования, научно-технического и культурного развития за счет расширения возможностей систем информационного обмена на международном, национальном и региональном уровнях и, соответственно, повышение роли квалификации, профессионализма и способностей к творчеству как важнейших характеристик услуг труда;
• создание эффективной системы обеспечения прав граждан и социальных институтов на свободное получение, распространение и использование информации как важнейшего условия демократического развития.

Тема 7. 2. Информационное право и безопасность

Особенность информационно-правовых норм состоит в том, что они регулируют обособленные группы общественных отношений применительно к особенностям информационной сферы.

Информационно-правовым нормам присущи все основные, характерные черты норм, составляющих правовую систему. Как и нормы других отраслей права, они содержат описания правил поведения, которые устанавливаются государством в определенном порядке, форме и вводятся в действие в установленный законодателем срок. Информационно-правовые нормы задают содержание прав и обязанностей субъектов – участников правоотношений, исполнение которых обеспечивается принудительной силой государства.

Отличие информационно-правовых норм от норм других отраслей права в том, что они регулируют отношения, возникающие в информационной сфере в связи с реализацией информационных прав и свобод и осуществлением информационных процессов при обращении информации.

Классификация информационно-правовых норм следующая:

1. В зависимости от вида и формы представления информации, субъектов – императивные и диспозитивные.

2. В зависимости от их содержания информационно-правовые нормы могут быть материальными и процессуальными.

Материальные информационно-правовые нормы устанавливают структуру элементов и частей информационной сферы. Эти нормы устанавливают правовой статус субъектов в информационной сфере в части их обязанностей и ответственности за организацию и обеспечение процессов обращения информации, в том числе за формирование информационных ресурсов и предоставление пользования ими в соответствии с действующим законодательством.

Процессуальные информационно-правовые нормы по своему назначению регламентируют процедуру (порядок, правила) реализации обязанностей и прав, установленных материальными информационными нормами в рамках регулируемых информационных отношений.

3. Как и нормы других отраслей права, информационно-правовая норма состоит из гипотезы, диспозиции и санкции.

Гипотеза определяет условия, обстоятельства, при которых могут возникать информационные правоотношения, и указывает на круг субъектов – участников этих правоотношений. Например, при установлении порядка получения информации от государственных структур определяются условия обращения потребителя к этому органу и выдачи информации этим органом.

Основу информационно-правовой нормы составляет диспозиция, которая содержит предписание о том, как должны поступать субъекты правоотношений, устанавливаются их права и обязанности.

Защита прав и обеспечение исполнения установленных правил производятся с помощью санкций.

4. В зависимости от способов их воздействия на субъектов правоотношений действуют две группы норм – диспозитивные и императивные.

5. По сфере их применения (по масштабу действия):

• нормы федерального уровня и действия;

• нормы субъектов РФ;

• нормы органов местного самоуправления.

6. По объему регулирования:

• общего действия, распространяющие действие на все сферы и отрасли правового регулирования, регламентирующие важнейшие стороны информационной деятельности;

• межотраслевые, регулирующие информационные отношения, возникающие между группами государственных органов, по обеспечению информационных процессов;

• отраслевые, действующие в пределах сферы ведения конкретного органа государственной власти;

• на уровне органа местного самоуправления, действующие в пределах территорий.