Основные понятия информатики
Основные понятия информатики
Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое
определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как
первичное, неопределимое понятие подобно множества в математике. Некоторые
авторы учебников предлагают следующие определения информации:
Информация – это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо.
Информация – это сведения, которые можно собирать, хранить,
передавать, обрабатывать, использовать.
Информатика – наука об информации или
– это наука о структуре и свойствах информации,
– способах сбора, обработки и передачи информации или
– информатика, изучает технологию сбора, хранения и
переработки информации, а компьютер основной
инструмент в этой технологии.
Информация - от латинского information - сведения, разъяснения,
изложение.
В быту под информацией понимают сведения об окружающем мире и
протекающих в нем процессах.
В теории информации под информацией понимают не любые сведения, а лишь
те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения
неопределенность. По определению К.Шеннона, информация - это снятая
неопределенность.
Информация - это отражение внешнего мира с помощью знаков или
сигналов.
Информационная ценность сообщения заключается в новых сведениях,
которые в нем содержатся ( в уменьшении незнания).
Свойства информации 1)полнота, 2)достоверность, 3)ценность,
4)актуальность, 5)ясность.
Задание: приведите примеры информации:
. в неживой природе (например, в геологии или археологии);
. в биологических системах (например, из жизни животных и растений);
. в технических устройствах (например, телевидение, телеграфные сообщения);
. в жизни общества (например, исторические сведения, реклама, средства
массовой информации, общение людей).
Информация всегда связана с материальным носителем. Носителем
информации может быть:
. любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);
. волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет,
радиоволна) и т.д.;
. вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе,
температура и т.д.
Машинные носители информации: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты,
и т.д.
Сигнал - способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий
информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным.
Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное
число значений в конечном числе моментов времени.
Аналоговый сигнал - сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во
времени.
Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны.
Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании,
телевидении.
Задания:
1. Приведите примеры информации с указанием ее носителя. Какого типа сигнал
передает эту информацию?
2. Приведите примеры непрерывных сигналов.
3. Приведите примеры дискретных сигналов.
Говорить об информации вообще, а не применительно к какому- то ее
конкретному виду беспредметно. Классифицировать ее можно:
. по способам восприятия ( визуальная, тактильная и т.д.);
. по форме представления ( текстовая, числовая, графическая и т. д.);
. по общественному значению( массовая, специальная, личная).
Основные направления в информатике: кибернетика, программирование,
вычислительная техника, искусственный интеллект, теоретическая
информатика, информационные системы.
Персональный компьютер - это устройство для хранения и переработки
информации или программно-управляемое устройство, предназначенное для
приема, переработки, хранения и выдачи информации.
Системный блок, клавиатура, монитор (дисплей)- основные части любого
персонального компьютера.
В корпусе системного блока располагаются: ПЗУ, ОЗУ, блок питания,
центральный процессор (мозг ЭВМ, который перерабатывает информацию).
ОБЩАЯ СХЕМА ЭВМ
УВ -устройства ввода информации в ЭВМ (клавиатура, мышь, ВЗУ, сканер)
УВЫВ -устройства вывода информации (дисплей, принтер, ВЗУ,
графопостроитель)
ОЗУ (ОП или RAM) -оперативное запоминающее устройство (оперативная
память) быстрая память, которая состоит из ячеек, имеющих свой адрес.
Принципиальной особенностью ОЗУ является его способность хранить
информацию только во время работы машины. Когда вы включаете компьютер, в
оперативную память заносятся (загружаются) цепочки байтов в которых
хранится операционная система. Когда вы выключаете компьютер, то содержимое
ОЗУ стирается.
ВЗУ - (внешние запоминающие устройства) предназначены для постоянного
хранения информации, (дискета, жесткий диск, компакт-диск)
ПЗУ (ROM) - память, предназначенная только для чтения.
Современные компьютеры обладают принципом открытой архитектуры.
Принцип открытой архитектуры означает, что возможна лёгкая замена
устаревших частей ЭВМ, новая деталь (блок) будет совместима со всем тем
оборудованием, которое использовалось ранее.
Возможность обмена данными между компьютерами по обычной телефонной
связи обеспечивают модемы, факс-модемы, которые преобразуют телефонные
сигналы в компьютерные и наоборот.
Краткая история вычислительной техники
В XIX веке усилиями ученых разных стран (Чебышев - Россия, Беббидж-
Англия) были созданы механические арифмометры и первые машины с программным
управлением. Интересно, что первым программистом мира стала дочь
известного поэта Байрона Ада Лавлейс.
В 1642 г. Блез Паскаль создал суммирующую машину. Развитие
электронной вычислительной техники в СССР тесно связано с именем академика
С.А. Лебедева, под руководством которого были созданы первые отечественные
ЭВМ: в 1951 году в Киеве - МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина) и в 1952
году в Москве - БЭСМ (Быстродействующая Электронная Счетная Машина).
История вычислительной техники уникальна фантастическими темпами развития
аппаратных и программных средств.
|поколения |годы |элементы |размеры |примеры |
|I |40-50 |лампы |Маш.зал |Минск, МЭСМ |
| | | | |Урал , БЭСМ |
|II |50-60 |транзисторы |комната |“Минск-2” |
| | | | |“Минск-22”, Минск-32 |
|III |60-70 |микросхемы, малые |шкаф |IBM-360,IBM-370, |
| | |интегральные схемы | |EC-1022, 1035... |
|IV |70-80 |интегральные |стол |“Apple”, все |
| | |схемы | |персональные |
| | | | |компьютеры |
Проект пятого поколения
|V |80-90 |оптические среды |“доска” | |
Представление информации в ЭВМ.
Системы счисления: двоичная, восьмеричная,
шестнадцатеричная. Перевод целых чисел.
Обработка информации в ЭВМ основана на обмене электрическими сигналами
между различными устройствами машины. Эти сигналы возникают в определенной
последовательности. Признак наличия сигнала можно обозначить цифрой 1,
признак отсутствия - цифрой 0. Таким образом, в ЭВМ реализуются два
устойчивых состояния. С помощью определенных наборов цифр 0 и 1 можно
закодировать любую информацию. Каждый такой набор нулей и единиц называется
двоичным кодом. Количество информации, кодируемое двоичной цифрой - 0 или 1
- называется битом. С помощью набора битов, можно представить любое число и
любой знак. Знаки представляются восьмиразрядными комбинациями битов-
байтами (т.е. 1 байт = 8 бит). Например, русская буква А - байт 10000000.
Любую комбинацию битов можно интерпретировать как число. Например, 110
означает число 6, а 01101100 - число 108. Число может быть представлено
несколькими байтами.
Таким образом, в ЭВМ информация кодируется двумя видами символов.
Такому представлению соответствует система счисления, в которой
используется всего два цифровых знака - 0 и 1. Дадим определение системы
счисления (с/с): система счисления - это совокупность правил и приемов
записи чисел с помощью набора цифровых знаков (алфавита). Количество
цифровых знаков называют основанием системы счисления.
Различают два типа систем счисления:
. позиционные, когда значение каждой цифры числа определяется ее местом
(позицией) в записи числа;
. непозиционные, когда значение цифры в числе не зависит от ее места в
записи числа.
Примером непозиционной системы счисления является римская :IX, IV, XV и
т.д.
Примером позиционной системы счисления можно назвать десятичную систему,
используемую повседневно.
Любое целое число в позиционной системе можно записать в форме многочлена
. Xs={AnAn-1...A1A0}s=An(Sn+An-1(Sn-1+...+A1(S1+A0(S0
где s - основание с/с;
А- значащие цифры числа, записанные в данной с/с;
n - количество разрядов числа
Пример 1. Число 534110 запишем в форме многочлена:
534110=5(103+3(102+4(101+1(100
Пример 2. Число 32110 запишем в двоичной системе счисления. Для этого
необходимо разложить число в виде суммы по степеням 2 .
32110=1(28+1(26+1(20
Затем, записываем коэффициенты при степенях двойки (от минимальной нулевой
степени к максимальной) справа налево. Поэтому данное число в двоичной
системе счисления будет иметь вид: 1010000012
Для того, чтобы решить обратную задачу: перевести число из двоичной
системы счисления в десятичную, необходимо воспользоваться формулой * и
произвести вычисления в 10-ой системе счисления.
Пример 3. Число 101001012 перевести в 10-ую систему счисления.
101001012=1(20+1(22+1(25+1(27=16510
Упражнения
1.Перевести числа из 10-ой с/с в 2-ую систему счисления:
1/ 165 2/ 198 3/ 541 4/ 849 5/ 127
6/ 195 7/ 289 8/ 513 9/ 600 10/ 720
2.Перевести числа из 2-ой в 10-ую систему счисления:
1/ 110101 2/ 100111 3/ 1101100 4/ 1011101
5/ 11011101 6/ 10010100 7/ 111001010 8/ 110001011
Арифметические действия над целыми числами в 2-ой системе счисления :
|1.Операция сложения выполняется с использованием таблицы | + 0 1 |
|двоичного сложения в одном разряде: |0 0 1 |
|Пример 4. |1 1 10 |
|10012 11012 111112 | |
|10102 10112 | |
|12 | |
|100112 110002 1000002 | |
| | |
|2.Операция вычитания выполняется с использованием таблицы|- 0 1 |
|вычитания, в которой 1 обозначается заем в старшем |0 0 11 |
|разряде. |1 1 0 |
|Пример 5. | |
|1011100112 1101011012 | |
|1000110112 1010111112 | |
|0010110002 0010011102 | |
| | |
| | |
|3.Операция умножения выполняется по обычной схеме, |х 0 1 |
|применяемой в десятичной с/с с последовательным |0 0 0 |
|умножением множимого на очередную цифру множителя. |1 0 1 |
|Пример 6. | |
|х 110012 х 1012 | |
|11012 112 | |
|11001 101 | |
|11001 101 | |
|11001 11112 | |
|1010001012 | |
| | |
|4.Операция деления выполняется по алгоритму, подобному | |
|алгоритму выполнения операции деления в 10-ой с/с. | |
|Пример 7. | |
|1010001012 11012 1000110002 11112 | |
|1101 11012 1111 | |
|100102 | |
|1110 0010100 | |
|1101 1111 | |
|1101 10102 -остаток | |
|1101 | |
|0 | |
Упражнения.
1.Произвести 1/ 100100112 2/ 10111012 3/
101100112
сложение в 2 1011011 11101101
1010101
системе счисления
2.Произвести 1/ 1000010002 2/ 1101011102 3/
111011102
вычитание в 2 10110011 10111111
1011011
системе счисления
3.Произвести 1/ 1000012 2/ 1001012
3/ 1111012
умножение в 2 111111 111011
111101
системе счисления
4.Произвести 1/ 111010001001 : 1111012
деление в 2 2/ 100011011100 : 1101102
системе счисления 3/ 10000001111 : 1111112
Восьмеричная, шестнадцатеричная системы счисления.
При наладке аппаратных средств ЭBM или создании новой программы часто
возникает необходимость заглянуть внутрь памяти ЭВМ, чтобы оценить ее
текущее состояние. Но там все заполнено длинными последователями нулей и
единиц - двоичными числами. Эти последовательности очень неудобны для
восприятия. В связи с этим двоичные числа стали разбивать на группы по три
или четыре разряда. Из трех нулей и единиц можно составить восемь различных
двоичных чисел, а из четырех - шестнадцать. Для кодирования 3 бит требуется
8 цифр, поэтому взяли цифры от 0 до 7 десятичной системы счисления, т.е.
получили алфавит восьмеричной системы счисления. (см.табл.1)
Таблица 1.
|Восьмеричная |Двоичная запись |Восьмеричная |Двоичная запись |
|запись | |запись | |
|0 |006 |4 |100 |
|1 |001 |5 |101 |
|2 |010 |6 |110 |
|3 |011 |7 |111 |
Трехразрядное число, соответствующее цифре восьмеричного числа, называется
двоичной триадой.
В связи с этим прост переход от двоичного представления числа к
восьмеричному: двоичную запись числа справа налево разделяют на триады (в
случае необходимости триаду можно слева дополнить нулями) и заменяют каждую
триаду соответствующей восьмеричной цифрой.
Пример 8.
11110102=0011110102=1728
Обратный переход осуществляется также просто: каждую цифру восьмеричной
записи заменяют ее двоичным представлением.
Пример 9.
5138=1010010112, 3178=0110011112
В связи с этим можно рассматривать два способа перевода чисел из 10-ой
системы счисления в 8-ую систему счисления: 1 способ - воспользоваться
формулой * разложить число по степеням 8 и 2 - перевести число сначала в
двоичную систему счисления, а затем в 8-ую систему счисления.
Пример10. Перевести число 12510 в 8-ую с/с.
1 способ: 12510=5(80+7(81+1(82=1758
2 способ: 12510= 20+22+23+24+25(26=11111012=1758
Перевод из 8-ой системы счисления в 10-ую систему счисления производится
аналогично переводу чисел из 2 системы счисления в 10-ую систему счисления
по формуле *.
Пример 11. Перевести число 2738 в 10-ую с/с
2738=3(80+7(81+2(82=18710
Для кодирования 4 бит необходимо 16 знаков, для чего используется 10 цифр
десятичной системы и 6 букв латинского алфавита (см. табл. 2)
Таблица 2.
|Шестнадцатеричная |Двоичная запись |Шестнадцатеричная |Двоичная запись |
|запись | |запись | |
|0 |0000 |8 |1000 |
|1 |0001 |9 |1001 |
|2 |0010 |А |1010 |
|3 |0011 |В |1011 |
|4 |0100 |С |1100 |
|5 |0101 |Д |1101 |
|6 |0110 |Е |1110 |
|7 |0111 |F |1111 |
Четырехзначное двоичное число, соответствующее цифре шестнадцатеричного
числа, называется двоичной тетрадой.
Переход от шестнадцатеричной системы к двоичной (и обратно) так же
прост, как от восьмеричной к двоичной, только заменяются тетрады двоичных
цифр на шестнадцатеричную запись.
Пример 12. Число В316 перевести в 2-ую систему счисления
В316=101100112
Пример 13. Число 11110011102 перевести в 16-ую систему счисления
11110011102=3СЕ16
Таким образом, чтобы перевести число из 10-ой системы счисления в 16-ую
можно воспользоваться двумя способами: по формуле * , (размножить число по
степеням числа 16) или произвести последовательно перевод в 2-ую систему
счисления, а затем в 16-ую систему счисления.
Пример 14. Число 36510 перевести в 16-ую с/с
1 способ 36510=13(160+6(161+1(162=16А16
2 способ 36510=1(20+1(22+1(23+1(25+1(26+1(28=1011011012=16А16
Упражнения
1.Переведите числа из 2-ой с/с в 8-ую ,16-ую с/с
1/ 1001011102 2/ 1000001112 3/ 1110010112
4/ 10001110112 5/ 10110010112 6/
1100110010112
2.Переведите числа из 10-ой с/с в 8-ую, 16-ую с/с
1/6910 2/ 7310 3/ 11310 4/ 20310 5/ 35110
6/ 64110
3.Переведите числа из 8-ой с/с в 10-ую с/с
1/ 358 2/ 658 3/ 2158 4/ 3278 5/ 5328
6/ 7518
4.Переведите числа из 16-ой с/с в 10-ую с/с
1/ D816 2/ 1AE16 3/ E5716 4/ 8E516 5/ FAD16
6/ADC16
Сложение и вычитание в 8-ой с/с.
При выполнении сложения и вычитания в 8-ой с/с необходимо соблюдать
следующие правила:
1) в записи результатов сложения и вычитания могут быть использованы только
цифры восьмеричного алфавита;
2) десяток восьмеричной системы счисления равен 8, т.е. переполнение
разряда наступает, когда результат сложения больше или равен 8.
В этом случае для записи результата надо вычесть 8, записать остаток, а к
старшему разряду прибавить единицу переполнения;
3)если при вычитании приходится занимать единицу в старшем разряде, эта
единица переносится в младший разряд в виде восьми единиц.
Пример 15. 7708 7508
236 236
12268 5128
Сложение и вычитание в 16-ой с/с.
При выполнении этих действий в 16-ой с/с необходимо соблюдать
следующие правила:
1)при записи результатов сложения и вычитания надо использовать цифры
шестнадцатеричного алфавита: цифры, обозначающие числа от 10 до 15
записываются латинскими буквами, поэтому , если результат является числом
из этого промежутка, его надо записывать соответствующей латинской буквой;
2)десяток шестнадцатеричной системы счисления равен 16, т.е. переполнение
разряда поступает, если результат сложения больше или равен 16, и в этом
случае для записи результата надо вычесть 16, записать остаток, а к
старшему разряду прибавить единицу переполнения;
3)если приходится занимать единицу в старшем разряде, эта единица
переносится в младший в виде шестнадцати единиц.
Примеры 16. В0916 В0916
TFA 7FA
1A0316 30F16
Упражнения
1.Выполните сложение 8-ых чисел
1) 7158 2) 5248 3) 7128 4) 3218 5)
57318 6) 63518
373 57 763 765
1376 737
2.Выполните вычитание 8-ых чисел
1) 1378 2) 4368 3) 7058 4) 5388 5) 72138
6) 71358
72 137 76 57
537 756
3.Произвести сложение 16-ых чисел
1) А1316 2) FOB16 3) 2EA16 4) ABC16 5) A2B16
6) E2D816
16F 1DA FCE C7C
7F2 2CA3
4.Произвести вычитание 16-ых чисел
1) А1716 2) DFA16 3) FO516 4) DE516 5) D3C116
6) F1C516
1FС 1AE AD AF
D1F DEB
Как было отмечено выше, компьютер способен распознавать только значения
бита: 0 или 1. Однако чаще он работает с байтами ( 1 байт= 8 бит). Вся
работа компьютера - это управление потоками байтов, которые устремляются в
машину с клавиатуры или дисков, преобразовываются по командам программ,
временно заполняются или записываются на постоянное хранение, а также
появляются на экране дисплея или бумаге принтера в виде знакомых букв,
цифр, служебных знаков.
Большие наборы байтов удобнее измерять более крупными единицами:
1024 байт=1 Кбайт (килобайт)
1024 байт (1048576 байт)= 1 Мбайт (мегабайт)
Какое же целое положительное число можно записать в 1 байте?
Максимальное двоичное число в восьмиразрядном байте 111111112=25510. Если
же потребуется записать большее число, то потребуется несколько байт.
Отсюда видно, что вместе с 0 в одном байте можно записать 256 различных
десятичных чисел.
Это свойство байта помогает интерпретировать нажатие любой клавиши, т.е.
комбинацию нулей и единицу (один байт) как десятичное число от 0 до 255.
Для машины это число может служить номером «литеры» с изображением нажатой
клавиши, которая хранится в памяти машины. Специальные электронные схемы
поэтому номеру находят «литеру» и «печатают» ее на экране. Каждой букве,
цифре, служебному знаку присвоен какой-либо код - десятичное число в
диапазоне от 0 до 255. Эти коды хранятся в специальной кодовой таблице,
которая делится на две половины ( с кодами от 0 до 127 и от 128 до 255).
Во всем мире в качестве стандарта принята таблица ASCII, которая
кодирует половину возможных символов - от 0 до 127.
Вторая половина кодовой таблицы (коды от 128 до 255) предназначена для
размещения символов национальных алфавитов, псевдографических символов,
некоторых математических знаков.
Следует знать, что прописные и строчные буквы имеют разные коды, а
многие латинские и русские буквы имеют визуально неразличимые начертания,
но разные коды (например А, С).
Пример 17.
Слово ЭВМ в кодах будет выглядеть как 157 130 140, а слово Компьютер -
138 174 172 175 236 238 226 165 224
Упражнения
1.Сколько бит в слове:
а) «компьютер» б) «величина»
2.Сколько бит информации содержится в сообщении объемом 1 Кбайт, 1,5
Кбайт?
3.Какова скорость передачи информационного сообщения в бит/сек передачи
информационного сообщения объемом 3 Кбайта, переданного за 2 мин?
4.Что зашифровано с помощью последовательности кодов, если:
а)код буквы «М» в таблице кодировки равен 151:
151 128 151 128
б)код буквы «О» в таблице равен 142:
145 142 144 146
Опорный конспект по теме «Алгоритмизация»
Слово алгоритм возникло от algorithm- латинской формы имени великого
математика IX века аль- Хорезми, который сформулировал правила выполнения 4
арифметических действий над многозначными числами.
Алгоритм - это организованная последовательность действий, понятных для
некоторого исполнителя, ведущая к решению поставленной задачи.
Алгоритм - это конечная последовательность однозначных предписаний,
исполнение которых позволяет с помощью конечного числа шагов получить
решение задачи, однозначно определяемое исходными данными.
Алгоритм может быть предназначен для выполнения его человеком или
компьютером.
Свойства алгоритма:
1. Массовость - алгоритм должен быть применен для класса подобных задач.
2. Дискретность - алгоритм состоит из ряда шагов.
3. Определенность - каждый шаг алгоритма должен пониматься однозначно и не
допускать произвола.
4. Результативность - алгоритм должен приводить к решению поставленной
задачи за конечное число шагов
Виды алгоритма:
1. Линейный - алгоритм, в котором все предписания (шаги) выполняются
так, как записаны, без изменения порядка следования, строго друг за другом.
2. Разветвляющийся - алгоритм, в котором выполнение того или иного
действия (шага) зависит от выполнения или не выполнения какого-либо
условия.
3. Циклический - алгоритм, в котором некоторая последовательность
действий повторяется несколько раз.
Каждый исполнитель алгоритма имеет свою систему команд (набор действий)
и свою среду, (набор объектов, над которыми совершаются действия), в
которой, и только в ней, он работает.
Пример: Исполнитель чертежник имеет свою систему команд: вперед (1 см),
направо 90 градусов (по часовой стрелке) и свою среду - чертежную доску.
Результатом исполнения следующего алгоритма будет рисунок.
Вперед (1 см), направо 90, вперед (1 см),
направо 90, направо 90, направо 90,
вперед (1 см), направо 90, вперед (1 см)
Способы записи алгоритма:
1. Словесно-формульное описание (на естественном языке с использованием
математических формул).
2. Графическое описание в виде блок-схемы (набор связанных между собой
геометрических фигур).
Описание на каком-либо языке программирования (программа).
Программа - это набор машинных команд, который следует выполнить
компьютеру для реализации того или иного алгоритма.
Программа - это форма представления алгоритма для исполнения его
машиной.
Фигуры, используемые в блок-схемах.
|Начало и конец |ввод и вывод данных|вычисления |логический блок |