Файл: Учебное пособие В. М. Лопатин издание второе, стереотипное 1 17.pdf

САНКТПЕТЕРБУРГ
МОСКВА
КРАСНОДАР
2021
ИНФОРМАТИКА
ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ
Учебное пособие
В. М. ЛОПАТИН
Издание второе, стереотипное
1 / 17

© Издательство «Лань», 2021
© В. М. Лопатин, 2021
© Издательство «Лань»,
художественное оформление, 2021
Îáëîæêà
Е. А. ВЛАСОВА
УДК 004
ББК 32.973018.2я73
Л 77
Лопатин В. М. Информатика для инженеров: учебное пособие для вузов / В. М. Лопатин. — 2е изд., стер. — Санкт
Петербург : Лань, 2021. — 172 с. : ил. — Текст : непосред
ственный.
ISBN 9785811486144
В компактной и доступной форме представлен общий курс дисциплины
«Информатика», предназначенный для студентов высших учебных заведе
ний технического профиля. Основная цель издания — внесение вклада в решение актуальной задачи по базовой подготовке технических специа
листов.
В издание включены основные разделы общего курса: системы коди
рования данных, элементы и операции в алгебре логики, архитектура вычислительных систем, базовая конфигурация и программное обеспечение компьютера, методы моделирования и построения алгоритмов, системы и технологии программирования, компьютерные сети. Приведены также описания и примеры использования прикладных программ, которые дают читателю полезную информацию из разных областей знания и позволяют оценить значение информатики в практической деятельности.
УДК 004
ББК 32.973018.2я73 2 / 17

3
Введение
Информатика относится к общетехническим дисциплинам и входит в си- стему базовых технических знаний, которые активно используются при обуче- нии в высшем учебном заведении и в дальнейшем в процессе всей трудовой де- ятельности. Знания по информатике образуют научный базис, который является основой для разработки аппаратных и программных средств, а также для всесто- роннего развития цифровых технологий и их использования в различных секто- рах экономики.
Информатика как учебная дисциплина характеризуется довольно быстрой сменой устаревающих положений новыми научными и практическими достиже- ниями, поэтому отличается ускоренным пополнением учебного материала, а также периодическим внесением изменений в учебные программы и учебную литературу. Учебный материал настоящего издания также составлен с учетом факторов современного развития информационных технологий. В процессе из- ложения материала уровень современных информационных технологий рас- сматривается в аспекте исторического развития основных понятий науки об ин- формации и компьютерной технике. В целом предлагаемое издание можно рас- сматривать как очередной шаг к формированию современного быстроменяюще- гося учебного курса, направленного на повышение уровня подготовки студентов по информатике, включая приобретение навыков обращения к компьютеру при решении производственных и социальных задач.
Материал издания сформирован как последовательность основных разделов дисциплины. Тематика разделов посвящена вопросам представления информа- ции в информационно-вычислительной технике, изложению основ аппаратного и программного обеспечения компьютера, описанию широко распространенных операционных систем и программных продуктов, правилам и принципам устрой- ства компьютерных сетей и методам их защиты. Каждый из разделов структури- рован по тематическим вопросам, основные разделы дополнены примерами ис- пользования компьютера при решении практических задач. Для облегчения вос- приятия и запоминания в тексте выделены основные определения и термины.
Предложенная форма изложения упрощает процесс подготовки студентов к за- четам и экзаменам, а при необходимости может использоваться для оператив- ного восстановления знаний в области информатики и компьютерной техники.
3 / 17

4
Информатика – наука об автоматической обработке информации
Термин «и н ф о р м а т и к а» связан с двумя французскими словами: infor-
macion (информация) и automatique (автоматика). Объединение и совместное толкование этих слов позволяет определить информатику как науку об автома- тической обработке информации. Это определение полностью соответствовало уровню развития науки в середине прошлого века. Со временем по мере совер- шенствования вычислительной техники и увеличения ее вклада в промышлен- ную, административную и социальную сферу, первоначальное определение уточнялось и дополнялось.
Одно из современных определений может быть представлено через отноше- ние информатики к техническим средствам [1].
И н ф о р м а т и к а – техническая наука, систематизирующая приемы созда- ния, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вы- числительной техники, а также принципы функционирования этих средств и ме- тоды управления ими.
Другое определение отражает тесную связь информатики с понятием «ин- формация» [2].
И н ф о р м а т и к а – это наука, изучающая структуру и наиболее общие свой- ства информации, ее поиск, хранение, передачу и обработку с применением
ЭВМ.
Каждое из приведенных определений не дает полного представления о содер- жании информатики, а их совокупное рассмотрение позволяет связать информа- тику с двумя основными понятиями – «информация» и «вычислительная тех- ника». Поскольку современные аппаратные средства наряду с вычислениями вы- полняют большой объем работ по информационному обеспечению, то понятие вычислительной техники можно заменить информационно-вычислительной тех- никой. С учетом этого дополнения определение информатики можно предста- вить в простой форме.
И н ф о р м а т и к а – наука об информации и способах ее обработки с помощью информационно-вычислительных средств.
На практике термин «информатика» зачастую подменяют термином «инфор-
мационные технологии», поскольку информатика тесно связана со способами об- работки информации, с совокупностью операций, с технологиями.
И н ф о р м а ц и о н н а я т е х н о л о г и я (ИТ) – процесс, использующий сово- купность средств и методов сбора, обработки и передачи данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления [3].
К объектам, изучаемым информатикой, относятся все средства, которые за- действованы в процессе автоматической или автоматизированной обработки данных (рис. 1):
−аппаратное обеспечение – совокупность электронных и механических составляющих информационно-вычислительной техники;
−программное обеспечение – совокупность программ, обеспечивающих функционирование аппаратной части и решение задач пользователя;
4 / 17

5
−средства взаимодействия программного и аппаратного обеспечения
(программно-аппаратный интерфейс);
−средства взаимодействия пользователя с аппаратным и программным обеспечением (интерфейс пользователя).
Рис. 1. Схема взаимодействия пользователя с программно-аппаратными средствами
Основная цель науки информатики заключается в поиске, развитии и внедре- нии автоматических способов обработки информации в технической, экономи- ческой, образовательной, общественной и других сферах деятельности. Постав- ленная цель достигается путем решения ряда взаимосвязанных задач по различ- ным направлениям деятельности, в том числе:
−создание математических моделей и алгоритмов;
−создание эффективных программных решений;
−совершенствование технических систем управления;
−разработка аппаратных средств на новых физических принципах;
−разработка социально значимых систем управления;
−создание систем искусственного интеллекта и т. д.
Результаты развития каждого направления проходят проверку на практике, которая позволяет выделить наиболее эффективные решения и определить ос- новной вектор развития по каждому из направлений. Основным критерием вы- бора является повышение эффективности новых решений и предпочтения сооб- щества пользователей. Основным результатом развития является создание и внедрение современных информационных систем.
И н ф о р м а ц и о н н а я с и с т е м а – система, предназначенная для хранения, обработки, поиска, распространения, передачи и предоставления информа- ции [4].
5 / 17

6
К наиболее известным результатам, полученным на основе достижений в об- ласти информатики и информационных технологий, которые признаны и ак- тивно поддержаны во всех странах, относятся:
−создание глобальной компьютерной сети Интернет;
−создание глобальной сети мобильной телефонной связи, совмещенной с доступом к информационным ресурсам сети Интернет;
−создание и развитие системы социально значимых услуг, в том числе электронных продаж, социальных сетей, образовательных систем и др.;
−внедрение локального и глобального контроля в системах жизнеобеспе- чения, транспортных системах, системах навигации и т. д.;
−постепенный перевод производственной и социальной сферы на компью- терные системы управления и многое другое.
С технической точки зрения все современные информационные системы имеют общие принципы функционирования.
1. В системе осуществляется постоянный сбор данных и контроль характера изменения наблюдаемых данных.
2. Все изменения входных данных автоматически или с участием человека отслеживаются, учитываются и обрабатываются на основе компьютерных про- грамм, которые заложены в систему.
3. На основе обработки поступающих данных программы формируют управ- ляющие сигналы или выдают рекомендации, которые используются для коррек- тировки в автоматизированном или ручном режиме.
Результатом работы любой информационной системы является выдача ин- формации, которая необходима для управления процессом или принятия реше- ния.
6 / 17

7
Информация и ее представление
в информационно-вычислительной технике
Жизнь современного человека, общества, государства наполнена информа- цией. Информационные потоки окружают нас и регулируют нашу жизнь, многие виды общественной деятельности невозможны без постоянно обновляемой ин- формации.
В окружающих нас неупорядоченных, на первый взгляд, потоках информа- ции можно отметить некоторые закономерности. В частности, разделить всю ин- формацию на отдельные категории.
Категорию простой информации составляют сообщения, поступающие от от- правителя к получателю в форме некоторого физического сигнала, который вы- деляется на фоне шумового информационного потока, например телефонное со- общение или световой сигнал светофора.
Другая категория информации представляется в форме некоторого отображе- ния объекта, формируемого в сознании наблюдателя. Для этой категории нали- чие отправителя необязательно, важно наличие наблюдателя, который может сформировать отображение, например представить окружающий ландшафт на основе изучения карты местности.
Выделяется также категория информации, которая формируется внутри од- ного объекта, переносится на другой объект неосознанно и влияет на развитие этого объекта без осмысления происходящего. К категории такой информации относятся, например, наследственные признаки.
Наличие категорий свидетельствует о широком спектре информационного потока и существенных различиях между составляющими этого потока. По этой причине не всегда удается понять и определить, в чем заключается суть инфор- мации.
Определения и основные свойства информации
Энциклопедический словарь [5] дает следующее определение термину «ин- формация».
Информация(от лат. informatio – осведомление, разъяснение, изложение) – первоначально сведения, передаваемые людьми устным, письменным или дру- гим способом (с помощью условных сигналов, технических средств и т. д.). С се- редины ХХ в. в общенаучное понятие информации входят обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигна- лами в животном и растительном мире; передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму. Информация – одно из основных понятий киберне-
тики.
Кибернетика – наука о системах и методах управления, т. е. об организации и реализации целенаправленных действий в машинах, живых организмах и об- ществе. Кибернетика занимается общими законами преобразования информации в сложных управляющих системах [6]. Основоположник кибернетики – амери- канский математик и философ Норберт Винер.
7 / 17

8
Информация относится к абстрактному понятию, которое имеет множество значений в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова – сведения
(сообщения, данные) независимо от формы их представления. В широком и бо- лее общем смысле не выработано единого определения этого термина. С точки зрения различных областей знания данное понятие описывается своим специфи- ческим набором признаков.
Рассмотрим некоторые определения информации, которые используются в технической литературе.
1. Информация – специфический атрибут реального мира, представляющий собой его реальное отражение в виде совокупности сигналов и проявляющийся при взаимодействии с «приемником» информации, позволяющим выделять, ре- гистрировать эти сигналы из окружающего мира и по тому или иному критерию их идентифицировать [6].
2. Информация – это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явле- ниях и процессах независимо от формы их представления, предоставляемые по- лучателю или оцениваемые им с целью выполнения действий, осмысления зна- чения на основе обработки и анализа данных [7].
3. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им ме- тодов. Информация возникает в процессе взаимодействия данных и соответству- ющих методов [1].
Перечень аналогичных определений можно продолжить и дополнить список примерно сотней формулировок, собранных из разных источников и приведен- ных в [8]. Многообразие формулировок свидетельствует о том, что единого под- хода к определению понятия «информация» пока не выработано, но каждое из определений дополняет и уточняет наши знания.
Для получения более полного представления об информации можно рассмот- реть различные свойства информации.
Прагматические свойства информации, которые проявляются в процессе использования и характеризуют отношение информации к потребителю, выра- жаются в следующем.
1. Объективностьинформации – независимость от методов фиксации, от субъективного мнения или суждения. Поскольку субъективный вклад всегда в той или иной мере присутствует, то объективность информации следует считать величиной относительной. Более объективной считается информация, которая использует минимум субъективных показателей. Видеоинформация будет более объективной в сравнении с рассказом очевидца.
2. Достоверностьинформации – отражение истинного положения дел, ми- нимальное число ошибок при передаче данных. Степень достоверности зависит от соотношения полезного сигнала к сопровождающему его информационному шуму. Достоверность информации увеличивается при увеличении соотношения полезного сигнала к уровню шума и наоборот. Для повышения достоверности необходимо принимать меры по очистке от информационного шума.
3. Адекватностьинформации – уровень соответствия полученной инфор- мации реальному состоянию объекта. Степень адекватности зависит от досто-
8 / 17