Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики


НазваниеВопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики
страница1/5
Дата публикации09.11.2013
Размер0.53 Mb.
ТипДокументы
vb2.userdocs.ru > Информатика > Документы
  1   2   3   4   5

  1. вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики.

1.1.Информатика – наука, изучающая закономерности получения, хранения, передачи и обработки информации в природе и человеческом обществе.

Слово информатика образовано объединением слов информация и автоматика. В большинстве стран Западной Европы и в США используется термин Computer Science (наука о компьютерах).

Системы, способные воспринимать и обрабатывать информацию, будем называть информационными. Информационные системы можно классифицировать на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются созданные человеком информационные системы.

Предметом изучения в данном курсе является один из разделов информатики – компьютерная информатика. Под компьютерной информатикой будем понимать естественно-научную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, хранения, обработки и отображения информации с использованием средств вычислительной техники. В настоящее время компьютерная информатика используется в различных сферах человеческой деятельности и становится одним из стратегических направлений развития общества

Далее под информатикой будем понимать компьютерную информатику.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

  • аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

  • программное обеспечение средств вычислительной техники;

  • средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения.

В информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия или интерфейсам. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называются пользовательским интерфейсом. Существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приёмов и методов работы с аппаратными программными средствами вычислительной техники.

^ 1.2.  Структура информатики

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

  • изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

  • созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

  • разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

^ Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

^ Задачи информатики состоят в следующем:

  • исследование информационных процессов любой природы;

  • разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

  • решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция к большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

^ 2 вопрос. Представление информации в компьютере


  Числовая форма. Как говорилось выше, компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения, показание приборов и т.д.) для обработки на компьютере должна быть преобразована в числовую форму. Скажем, чтобы перевести цифровую форму звук, можно через небольшие промежутки времени измерять интенсивность звука, представляя результаты каждого измерения в числовой форме. С помощью программ для компьютера можно выполнить преобразования полученной информации, например «наложить» друг на друга звуки от разных источников. После этого результата можно преобразовать обратно в звуковую форму.
^ Кодировки символов. Для обработки на компьютере текстовой информации обычно при вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом, а при выводе на внешнее устройство (экран или печать) для восприятия человеком по этим числам строятся соответствующие изображения букв. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.  
^ Двоичная система счисления. Как правило, все числа внутри компьютера представляются с помощью нулей и единиц, а не десяти цифр, как это привычно для людей. Иными словами, компьютеры обычно работают в двойничной системе счисления, поскольку при этом их устройства получаются значительно более простым. Ввод чисел в компьютер и вывод их для чтения человеком может осуществляться привычным для людей десятичной форме – все необходимые преобразования могут выполнить программы, работающие на компьютере.
^ Биты и байты. Единицей информации в компьютере является один бит, т.е. двоичный разряд, который может принимать значения ноль или один. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = ). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно обозначаемый Кбайт), равный 1024 байтам (1024=2), мегабайт (сокращенно обозначаемый Мбайт), равный 1024 Кбайтам и гигабайт (Гбайт), равный 1023 Мбайтам. Для ориентировки скажем, что если на странице текста помещается в среднем 2500 знаков, то один Мбайт – это примерно 400 страниц, а 1 Гбайт – 400 тыс. страниц терабайт.

^ 3 вопрос. Системы счисления

Система счисления – это способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр).

Существуют системы позиционные и непозиционные.

В непозиционных системах счисления вес цифры не зависит от позиции, которую она занимает в числе. Так, например, в римской системе счисления в числе XXXII (тридцать два) вес цифры X в любой позиции равен просто десяти.

В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее позиции в последовательности цифр, изображающих число.

Любая позиционная система характеризуется своим основанием. Основание позиционной системы счисления – это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе.

За основание можно принять любое натуральное число – два, три, четыре, шестнадцать и т. д. Следовательно, возможно бесконечное множество позиционных систем.

^ Десятичная система счисления

Пришла в Европу из Индии, где она появилась не позднее VI века н. э. В этой системе 10 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, однако информацию несет не только цифра, но и место, на котором цифра стоит (то есть ее позиция). В десятичной системе счисления особую роль играют число 10 и его степени: 10, 100, 1000 и т. д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, вторая справа – число десятков, следующая – число сотен и т. д.

^ Двоичная система счисления

В этой системе всего две цифры – 0 и 1. Особую роль здесь играет число 2 и его степени: 2, 4, 8 и т. д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра – число двоек, следующая – число четверок и т. д. Двоичная система счисления позволяет закодировать любое натуральное число – представить его в виде последовательности нулей и единиц. В двоичном виде можно представлять не только числа, но и любую другую информацию: тексты, картинки, фильмы и аудиозаписи. Инженеров двоичное кодирование привлекает тем, что легко реализуется технически.

^ Восьмеричная система счисления

В этой системе счисления 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7. Цифра 1, указанная в самом младшем разряде, означает, как и в десятичном числе, просто единицу. Та же цифра 1 в следующем разряде означает 8, в следующем – 64 и т. д. Число 100 (восьмеричное) есть не что иное, как 64 (десятичное). Чтобы перевести в двоичную систему, например, число 611 (восьмеричное), надо заменить каждую цифру эквивалентной ей двоичной триадой (тройкой цифр). Легко догадаться, что для перевода многозначного двоичного числа в восьмеричную систему нужно разбить его на триады справа налево и заменить каждую триаду соответствующей восьмеричной цифрой.

^ Шестнадцатеричная система счисления

Запись числа в восьмеричной системе счисления достаточно компактна, но еще компактнее она получается в шестнадцатеричной системе. В качестве первых 10 из 16 шестнадцатеричных цифр взяты привычные цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, а вот в качестве остальных 6 цифр используют первые буквы латинского алфавита: A, B, C, D, E, F. Цифра 1, записанная в самом младшем разряде, означает просто единицу. Та же цифра 1 в следующем – 16 (десятичное), в следующем – 256 (десятичное) и т. д. Цифра F, указанная в самом младшем разряде, означает 15 (десятичное). Перевод из шестнадцатеричной системы в двоичную и обратно производится аналогично тому, как это делается для восьмеричной системы.

4 вопрос. Алгебра высказываний. Логические выражения и таблицы и истинности. 

^ 4.1.Алгебра высказываний

Алгебра логики - это математический аппарат, с помощью которого записывают, вычисляют, упрощают и преобразовывают логические высказывания.

Создателем алгебры логики является живший в ХIХ веке английский математик Джордж Буль, в честь которого эта алгебра названа булевой алгеброй высказываний. Что же такое логическое высказывание?

Логическое высказывание - это любoе повествовательное пpедлoжение, в oтнoшении кoтopoгo мoжно oднoзначнo сказать, истиннo oнo или лoжнo.

Так, например, предложение "^ 6 - четное число" следует считать высказыванием, так как оно истинное. Предложение "Рим - столица Франции" тоже высказывание, так как оно ложное.

Разумеется, не всякое предложение является логическим высказыванием. Высказываниями не являются, например, предложения "ученик десятого класса" и "информатика - интересный предмет". Первое предложение ничего не утверждает об ученике, а второе использует слишком неопределённое понятие "интересный предмет". Вопросительные и восклицательные предложения также не являются высказываниями, поскольку говорить об их истинности или ложности не имеет смысла.

Предложения типа "в городе A более миллиона жителей", "у него голубые глаза" не являются высказываниями, так как для выяснения их истинности или ложности нужны дополнительные сведения: о каком конкретно городе или человеке идет речь. Такие предложения называются высказывательными формами.

Высказывательная форма - это повествовательное предложение, которое прямо или косвенно содержит хотя бы одну переменную и становится высказыванием, когда все переменные замещаются своими значениями.

Алгебра логики рассматривает любое высказывание только с одной точки зрения - является ли оно истинным или ложным. Заметим, что зачастую трудно установить истинность высказывания. Так, например, высказывание "площадь поверхности Индийского океана равна 75 млн кв. км" в одной ситуации можно посчитать ложным, а в другой - истинным. Ложным - так как указанное значение неточное и вообще не является постоянным. Истинным - если рассматривать его как некоторое приближение, приемлемое на практике.

Употребляемые в обычной речи слова и словосочетания "не", "и", "или", "если... , то", "тогда и только тогда" и другие позволяют из уже заданных высказываний строить новые высказывания. Такие слова и словосочетания называются логическими связками.

Bысказывания, образованные из других высказываний с помощью логических связок, называются составными. Высказывания, не являющиеся составными, называются элементарными.

Так, например, из элементарных высказываний "Петров - врач", "Петров - шахматист" при помощи связки "и" можно получить составное высказывание "Петров - врач и шахматист", понимаемое как "Петров - врач, хорошо играющий в шахматы".

При помощи связки "или" из этих же высказываний можно получить составное высказывание "Петров - врач или шахматист", понимаемое в алгебре логики как "Петров или врач, или шахматист, или и врач и шахматист одновременно".

Истинность или ложность получаемых таким образом составных высказываний зависит от истинности или ложности элементарных высказываний.

^ Чтобы обращаться к логическим высказываниям, им назначают имена. Пусть через А обозначено высказывание "Тимур поедет летом на море", а через В - высказывание "Тимур летом отправится в горы". Тогда составное высказывание "Тимур летом побывает и на море, и в горах" можно кратко записать как А и В. Здесь "и" - логическая связка, АВ - логические переменные, которые мoгут принимать только два значения - "истина" или "ложь", обозначаемые, соответственно, "1" и "0"

^ 4.2.Логические операции и таблицы истинности

1) Логическое умножение или конъюнкция А & В:

Конъюнкция - это сложное логическое выражение, которое считается истинным в том и только том случае, когда оба простых выражения являются истинными, во всех остальных случаях данное сложеное выражение ложно.
Обозначение: F = A & B.

Таблица истинности для конъюнкции

A

B

F

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

0


^ 2) Логическое сложение или дизъюнкция АVB:

Дизъюнкция - это сложное логическое выражение, которое истинно, если хотя бы одно из простых логических выражений истинно и ложно тогда и только тогда, когда оба простых логических выраженныя ложны.
Обозначение: F = A + B.

Таблица истинности для дизъюнкции

A

B

F

1

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

0


^ 3) Логическое отрицание или инверсия:

Инверсия - это сложное логическое выражение, если исходное логическое выражение истинно, то результат отрицания будет ложным, и наоборот, если исходное логическое выражение ложно, то результат отрицания будет истинным. Другими простыми слова, данная операция означает, что к исходному логическому выражению добавляется частица НЕ или слова НЕВЕРНО, ЧТО.

Таблица истинности для инверсии

A

неА

1

0

0

1


^ 4) Логическое следование или импликация :

Импликация - это сложное логическое выражение, которое истинно во всех случаях, кроме как из истины следует ложь. Тоесть данная логическая операция связывает два простых логических выражения, из которых первое является условием (А), а второе (В) является следствием.

Таблица истинности для импликации

A

B

F

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1


^ 5) Логическая равнозначность или эквивалентность :

Эквивалентность - это сложное логическое выражение, которое является истинным тогда и только тогда, когда оба простых логических выражения имеют одинаковую истинность.

Таблица истинности для эквивалентности

A

B

F

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

0

1


Порядок выполнения логических операций в сложном логическом выражении

1. Инверсия;
2. Конъюнкция;
3. Дизъюнкция;
4. Импликация;
5. Эквивалентность.

Для изменения указанного порядка выполнения логических операций используются скобки.

6 вопрос

^ 6.1. Логические элементы компьютера

Логический элемент компьютера - это часть электронной логичеcкой схемы, которая реализует элементарную логическую функцию.

^ Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния - "1" и "0" в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт.

Высокий уровень обычно соответствует значению "истина" ("1"), а низкий - значению "ложь" ("0").

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Таблица истинности - это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

8 вопрос. Основные элементы блок-схем. Линейные, разветвляющиеся, цикличные, комбинированные алгоритмы.

^ 8.1.Основные элементы блок-схем

Перечень основных элементов блок-схем

Элемент блок-схемы

Наименование

Содержание



Блок вычислений (вычислительный блок)

Вычислительные действия или последовательность действий



Логический блок (блок условия)

Выбор направления выполнения алгоритма в зависимости от некоторого условия



Блок ввода-вывода данных

Общее обозначения ввода (вывода) данных (вне зависимости от физического носителя)



Начало (конец)

Начало или конец алгоритма, вход или выход в подпрограмме



Процесс пользователя (подпрограмма)

Вычисление по стандартной программе или подпрограмме



Блок модификации

Функция выполняет действия, изменяющие пункты (например, заголовок цикла) алгоритма



Соединитель

Указание связи прерванными линиями между потоками информации в пределах одного листа



Межстраничные соединения

Указание связи между информацией на разных листах








8.2. Виды алгоритмов:

1. Линейный алгоритм (описание действий, которые выполняются однократно в заданном порядке);



2. Циклический алгоритм (описание действий, которые должны повторятся указанное число раз или пока не выполнено заданное условие);
Существуют три типа циклов:

  • Цикл с предусловием

  • Цикл с постусловием

  • Цикл с параметром (разновидность цикла с предусловием)

    Если тело цикла расположено после проверки условий , то может случиться, что при определенных условиях тело цикла не выполнится ни разу. Такой вариант организации цикла, управляемый предусловием, называетсяциклом c предусловием.

    Возможен другой случай, когда тело цикла выполняется по крайней мере один раз и будет повторяться до тех пор, пока не станет ложным условие. Такая организация цикла, когда его тело расположено перед проверкой условия, носит название цикла с постусловием.

    ^ Цикл с параметром является разновидностью цикла с предусловием. Особенностью данного типа цикла является то, что в нем имеется параметр, начальное значение которого задается в заголовке цикла, там же задается условие продолжения цикла и закон изменения параметра цикла. Механизм работы полностью соответствует циклу с предусловием, за исключением того, что после выполнения тела цикла происходит изменение параметра по указанному закону и только потом переход на проверку условия.



3. Разветвляющийся алгоритм (алгоритм, в котором в зависимости от условия выполняется либо одна, либо другая последовательность действий);



4.Алгоритм, который содержит несколько структур одновременно, называется КОМБИНИРОВАННЫМ.



10 вопрос.

^ 10.1. Этапы подготовки и решения задач

Компьютер предназначен для решения разнообразных задач: научно-технических, инженерных, разработки системного программного обеспечения, обучения, управления производственными процессами и т.д. В процессе подготовки и решения на компьютере научно-технических задач можно выделить следующие этапы:

  1. Постановка задачи — формулируется цель решения задачи, подробно описывается ее содержание; проводится анализ условий, при которых решается поставленная задача, выявляется область определения входных параметров задачи.

  2. Формальное построение модели задачи — предполагает построение модели с характеристиками, адекватными оригиналу, на основе какого-либо его физического или информационного принципа; анализируется характер и сущность величин, используемых в задаче.

  3. Построение математической модели задачи — характеризуется математической формализацией задачи, при которой существующие взаимосвязи между величинами выражаются с помощью математических соотношений. Как правило, математическая модель строится с определенной точностью, допущениями и ограничениями.

  4. Выбор и обоснование метода решения — модель решения задачи реализуется на основе конкретных приемов и методов решения. В большинстве случаев математическое описание задачи трудно перевести на машинный язык. Выбор и использование метода решения позволяет свести решение задачи к конкретному набору машинных команд. При обосновании метода решения рассматриваются вопросы влияния различных факторов и условий на конечный результат, в том числе на точность вычислений, время решения задачи на компьютере, требуемый объем памяти и др.

  5. Построение алгоритма — на данном этапе составляется алгоритм решения задачи, в соответствии с выбранным методом решения. Процесс обработки данных разбивается на отдельные относительно самостоятельные блоки, определяется последовательность выполнения этих блоков.

  6. ^ Составление программы — алгоритм решения переводится на конкретный язык программирования.

  7. Отладка программы — процесс устранения синтаксических и логических ошибок в программе. В процессе трансляции программы с помощью синтаксического и семантического контроля выявляются недопустимые конструкции и символы (или сочетания символов) для данного языка программирования. Компьютер выдает сообщение об ошибках в форме, соответствующей этому языку. Затем проверяется логика работы программы в процессе ее выполнения с конкретными исходными данными. Для этого используются специальные методы. Например, в программе выбираются контрольные точки, для них подбираются тестирующие примеры и вручную находятся значения в этих точках, которые затем и сверяются со значениями, получаемыми компьютером на этапе отладки. Кроме того, используются отладчики, выполняющие специальные действия на этапе отладки, такие как удаление, замена или вставка отдельных операторов или целых фрагментов программы, вывод промежуточных результатов, изменение значений заданных переменных и др.

  8. Решение задачи на компьютере и анализ результатов. Теперь программу можно использовать для решения поставленной задачи. Первоначально выполняется многократное решение задачи на компьютере для различных наборов исходных данных.

Получаемые результаты анализируются специалистом, поставившим задачу. Разработанная программа поставляется заказчику в виде готовой к исполнению машинной программы. К ней прилагается документация, включающая инструкцию по эксплуатации.

^ В задачах другого типа некоторые этапы могут отсутствовать. Например, проектирование программного обеспечения не требует построения математической модели.

Все приведенные этапы тесно связаны между собой. Например, анализ результатов может привести к необходимости внесения изменений в программу, алгоритм, метод решения или даже в постановку задачи.

12 вопрос. Использование переменных и констант. Использование структур с условиями.
  1   2   3   4   5

Похожие:

Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconВопросы по информатике и тоэ
Информатика как наука. История возникновения и развития информатики. Объект и предмет информатики. Структура информатики. Место информатики...
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «информатика»
Тема Цель, задачи, предмет и метод информатики. Основные понятия и определения информатики
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики icon«Правовая информатика»
Правовая информатика в системе наук. Методологические основы правовой информатики
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconРеферат был написан мной, Тличежевым Борисом, для кафедры информатики...
Борисом, для кафедры информатики по дисциплине «Медицинская информатика». В нем освещена очень современная и актуальная тема стоматологии...
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconПредмет и задачи психологии. Этапы развития представлений о предмете
Психология в системе общественных и гуманитарных наук. Структура современной психологии
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconПсихология как наука: определение, отрасли, объект, предмет, задачи
Психика: определение, структура, функции. Сознание: определение, характеристики, уровни развития
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconВопрос Предмет, содержание и задачи почвоведения
Почвоведение как научная дисциплина оформилась в нашей стране в конце 19 столетия благодаря трудам выдающихся русских ученых В. В....
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconПредмет и задачи изучения истории Беларуси в мировом контексте. Предмет исторической науки
Позволяет понять место данной отрасли в процессе познания мира. Предметом ист. Б. явл изуч-е бел этноса в процессе его развития и...
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики iconОсновные задачи рсчс
Определение, задачи и организационная структура Российской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (рсчс)
Вопрос. Информатика: предмет и задачи. Структура информатики icon3 1 Формулировка задачи
Если целевая функция линейно зависит от переменных и ограничения на переменные и уравнения связи при этом линейны, то такие задачи...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2014
контакты
vb2.userdocs.ru
Главная страница