Тема 1_Информатика Информация

Кафедра

ЛЕКЦИИ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Кафедра

Информатика

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Для студентов факультета АТС

групп МХ, ММ, СМ, ФМ, АТП, ТМ, ВТ

Курс «Информатика» относится к циклу общих

Составители:

математических и естественнонаучных

дисциплин и совместно с ними составляет

доценты Кафедры Информатика

основу подготовки инженеров, без которой

Ахметсафина Римма Закиевна

невозможна успешная деятельность

специалистов любого профиля.

Карчевская Маргарита Петровна

Рамбургер Ольга Леонардовна

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

1

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

2

Кафедра

Виды занятий и отчетности

Кафедра

СРС

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Лекции - 36 часов. Проводятся для потока. Время 2 часа.

Назначением самостоятельной работы студентов является

Лекционная аудитория 1-121.

закрепление знаний, умений и навыков, полученных ими в

Практические занятия - 10 час. Проводятся для потока.

ходе лекционных и практических занятий, а также при

выполнении лабораторных работ.

Время 2 часа. Лекционная аудитория 1-121.

Помимо этого, самостоятельная работа предусматривает

Лабораторные занятия - 56 часов. Проводятся по подгруппам.

самостоятельное изучение отдельных разделов и тем

Время 4 часа. Одна подгруппа по четным неделям.

учебной дисциплины.

Другая подгруппа по нечетным неделям.

Виды самостоятельной работы:

Компьютерный класс 1-114.

- Изучение теоретического материала, вынесенного на СРС.

После выполнении лабораторной работы (на следующей

- Подготовка к практическим занятиям, выполнение домашних

лабораторной работе) студенты представляют отчет и

заданий.

защищают его.

- Подготовка к выполнению лабораторных работ.

Самостоятельная работа студентов (СРС) - 120 часов

- Оформление отчетов по лабораторным работам, подготовка к

Виды контроля - Промежуточный контроль. Зачет. Экзамен.

защите лабораторных работ.

Курсовая работа

- Изучение программного обеспечения.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

3

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

4

Кафедра

Лекция 1

Кафедра

По ходу развития информационных процессов человечество

информатики

информатики

УГАТУ

преодолевало нескольких информационных барьеров:

УГАТУ

I-й информационный барьер был преодолен приблизительно в V тысячелетии

•

Дисциплина Информатика

до н.э. Преодолен благодаря появлению письменности.

II-й информационный барьер сформировался к XV в. в связи с развитием

•

Понятие информации

производства. Преодолен благодаря изобретению книгопечатания, почты,

телеграфа, телефона; в 1905 г.- радио; в 1920-1930-е годы - телевидение.

•

Количество информации

Однако функцию переработки информации по-прежнему выполнял только

человек.

•

Свойства информации

III-й информационный барьер сформировался, когда возникла необходимость

решить проблему автоматизации обработки информации. в 1945—46 гг

американские инженеры П. Экерт и Дж. Моучли построили первую цифровую

•

Кодирование информации

вычислительную машину «ЭНИАК», математик Дж. фон Нейман описал

принципы работы автоматических вычислительных устройств, а в 1948 г. К.

Шеннон опубликовал знаменитую работу «Математическая теория связи», где

изложил математические принципы кодирования и передачи информации, а

также предложил метод объективного измерения количества информации -

именно эти идеи и составили основу новой науки - информатики.

Кафедра

Информатика

Кафедра

Предмет Информатика

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Начиная с середины ХХ века эффективная организация

обмена информацией приобретает все большее

Термин «Информатика» появился в 60-х годах, как перевод

значение как условие успешной практической

французского термина (Informatique), который образован

деятельности людей.

путем слияния французских слов информация

Объем информации необходимый для нормального

(Informacion) и автоматика (Automatique) и означает

функционирования современного общества растет

«Информационная автоматика» или

примерно пропорционально квадрату развития

«Автоматизированная переработка информации». Кроме

промышленного потенциала.

Франции этот термин используется в ряде стран

Доля рабочей силы занятой вопросами обеспечения

Восточной Европы.

информацией начинает превышать долю рабочей силы

В большинстве стран Западной Европы и США используется

занятой непосредственно в производстве.

термин – Computer Science (наука о средствах

Поэтому науки изучающие структуру и закономерности

вычислительной техники).

протекания информационных процессов, к числу

которых относится и информатика, в такой ситуации

становиться исключительно актуальными.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

7

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

8

Кафедра

Предмет Информатика

Кафедра

Предмет Информатика

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Информатика - фундаментальная естественная наука,

Информатика – комплексная научно-техническая

изучающая общие свойства и структуру информации,

дисциплина, занимающаяся:

процессы, методы и средства ее обработки (сбор,

хранение, поиск, передача, преобразование, перемещение,

- изучением структуры и общих свойств

выдача, распространение). (Определение российских

информации, информационных процессов,

основоположников информатики академиков А.П. Ершова и

разработкой на этой основе информационной

Б.Н. Наумова).

техники и технологий;

Более современное определение дисциплины информатика:

Информатика – это основанная на использовании

- решением научных и инженерных проблем

компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру

создания, внедрения и эффективного

и общие свойства информации, а также закономерности и

использования компьютерной техники и

методы ее создания, хранения, поиска, преобразования,

технологии во всех сферах общественной

передачи и применения в различных сферах

практики.

человеческой деятельности

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

9

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

10

Кафедра

Информатика

Кафедра

Теоретическая информатика

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Ядро современной информатики образуют три

Раздел «Теоретическая информатика»

составные части, каждая из которых может

занимается:

рассматриваться как относительно

самостоятельная научная дисциплина:

• изучением структуры и общих свойств

информации и информационных процессов;

-Теоретическая информатика;

-Средства информатизации;

• разработкой общих принципов построения

-Информационные системы и технологии.

информационной техники и технологий.

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

11

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

12

Кафедра

Средства информатизации

Кафедра

Информационные системы и технологии

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Раздел «Средства информатизации» (технические

Раздел «Информационные системы и

и программные) занимается:

•

изучением общих принципов построения

технологии» занимается:

вычислительных устройств и систем обработки,

• решением вопросов по анализу потоков

передачи, хранения и представления

информации, их оптимизации, структурировании

информации;

в различных сложных системах;

•

разработкой систем программного обеспечения

• разработкой принципов реализации в данных

(системного, инструментария технологий

системах информационных процессов.

программирования, а также пакетов прикладных

программ).

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

13

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

14

Кафедра

Информатика

Кафедра Связь информатики с другими фундаментальными

информатики

информатики

и прикладными дисциплинами

УГАТУ

УГАТУ

Информационные технологии называют также

компьютерными технологиями или прикладной

информатикой.

Исходным “сырьем” является информация, которая подвергается

соответствующей обработке с помощью технических и программных

средств. Конечной продукцией информационных технологий являются

текстовые и графические документы, переводы, решенные

математические задачи, чертежи, финансовые отчеты и др.

Новые информационные технологии – информационные

технологии на базе или с использованием компьютеров и

вычислительных сетей.

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

15

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

16

Кафедра

Кафедра

информатики Информатика и кибернетика

УГАТУ

информатики Информатика и кибернетика

УГАТУ

Основы кибернетики были заложены в 1948 году

Часто возникает путаница в понятиях

американским математиком Норбертом Винером в

«информатика» и «кибернетика». Между этими

трудах по математической логике.

двумя дисциплинами провести четкую границу

Предмет кибернетики – это принципы построения и

не представляется возможным из-за ее

функционирования систем автоматического управления.

размытости и неопределенности.

Задачи кибернетики:

- разработка методов моделирования процессов принятия

Существует распространенное мнение, что

решений;

- установление связи между психологией человека и

информатика является одним из направлений

кибернетики, но скорее кибернетика является

математической логикой;

источником для информатики.

- разработка принципов и методов искусственного

интеллекта.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

17

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

18

Кафедра

Кафедра

информатики Информатика и кибернетика

УГАТУ

информатики Информатика и кибернетика

УГАТУ

Предмет информатики – это изучение законов, методов и

Кибернетика – это наука об общих принципах управления

средств представления, накопления, поиска, хранения,

в организованных системах любой физической природы.

защиты, передачи и обработки информации вообще и

Информатика – это область человеческой деятельности,

прежде всего в ЭВМ.

связанная с процессами преобразования информации

Задачи информатики:

средствами вычислительной техники и взаимодействия

- исследование информационных процессов любой

этих средств со средой применения.

природы;

Акцент в кибернетике ставится на разработку концепций и

- разработка информационной техники и создание

построение моделей объектов с использованием, в частности,

новейших технологий переработки информации на

информационного подхода.

базе полученных результатов исследования

информационных процессов;

Акцент в информатике ставится на свойства информации и

- решение научных и инженерных проблем создания,

аппаратно-программные средства ее обработки.

внедрения и обеспечения эффективного

Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и без нее

использования компьютерной техники и технологии

немыслима.

во всех сферах общественной жизни.

Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, хотя и

очень активно использует все достижения компьютерной техники.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

19

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

20

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Понятие «информация» (лат. information –

Информационное взаимодействие стало объектом

разъяснение, иложение) является одним из

пристального изучения с того момента, когда человек

фундаментальных в современной науке вообще и

осознал, что в мире, кроме вещества и энергии, существует

базовым для информатики. Информация является

еще одна особая субстанция – информация (лат.

одной из исходных категорий мироздания наряду с

information – разъяснение, изложение).

материей и энергией. Однако, если задаться целью

формально определить понятие «информация», то

Первоначально под информацией понимались сведения,

сделать это будет чрезвычайно сложно.

передаваемые людьми устным, письменным или другим

В широком смысле информация – это отражение

способом (с помощью условных сигналов, технических

реального мира; в узком смысле информация – это

средств и т.д.).

любые сведения, являющиеся объектом хранения,

С середины XX века после работ Н. Винера стало ясно, что

передачи и преобразования.

информационные взаимодействия существуют не только

Прогресс человечества неизбежно влечет к увеличению общего объема

между людьми, но и свойственны всем живым и неживым

информации, поэтому значимость информации по отношению к

объектам.

остальным категориям мироздания возрастает.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

21

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

22

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Первоначально под информацией понимались сведения,

Информация не является ни материей, ни энергией.

передаваемые людьми устным, письменным или другим

В отличие от них она может возникать и исчезать.

способом (с помощью условных сигналов, технических

Особенность информации заключается в том, что

средств и т.д.).

проявляется она только при взаимодействии объектов,

причем обмен информацией может совершаться не

С середины XX века после работ Н. Винера стало ясно, что

вообще между любыми объектами, а только между теми

из них, которые представляют собой организованную

информационные взаимодействия существуют не только

структуру (систему).

между людьми, но и свойственны всем живым и неживым

Элементами этой системы могут быть не только люди.

объектам.

Обмен информацией может происходить в животном,

растительном мире, между живой и неживой природой,

людьми и устройствами.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

23

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

24

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

При обращении информации в системах можно выделить

Этапы передачи и хранения информации

отдельные этапы

характеризуются пересылкой либо из одного места в

Этап восприятия информации характеризуется целенаправленным

другое, либо от одного момента времени до другого.

извлечением и анализом информации о каком-либо объекте, в

Этап обработки информации характеризуется

результате формируется образ объекта, производится его

выделением ее общих и существенных

распознавание и оценка.

На этом этапе необходимо отделить нужную информацию от мешающей

взаимозависимостей, представляющих интерес для

(шумов), что в ряде случаев достаточно непросто. Простейшим

системы.

видом восприятия является различие двух противоположных

Преобразование информации на этом этапе

состояний: наличия (1) и отсутствия (0), более сложным – измерение.

осуществляется человеком или средствами

Этап подготовки информации характеризуется вспомогательными

информационной техники

операциями (шифрование, аналого-цифровое преобразование…).

Этап отражения информации характеризуется

В результате этих двух этапов информация представляется в форме

представлением информации человеку в таком виде,

чтобы он мог воспринимать ее с помощью своих

удобной для передачи, хранения и обработки.

органов чувств.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

25

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

26

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Для потребителя информации очень важной

характеристикой является ее адекватность.

Адекватность информации – это определенный

уровень соответствия образа созданного с

помощью полученной информации реальному

объекту, процессу, явлению и т.п.

Этапы обращения информации в системе

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

27

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

28

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Адекватность информации может выражаться в трех формах:

С практической точки зрения информация всегда

представляется в виде какого-либо сообщения.

синтаксической, семантической и прагматической.

Синтаксическая форма. Информация рассматривается как

Любое информационное сообщение обязательно связано с

источником информации, получателем информации и

совокупность знаков. При этом полностью абстрагируются от

каналом передачи сообщения (в технике – это совокупность

смыслового содержания, и информацию называют данными.

технических устройств, в природе – среда распространения).

Семантическая форма. Определяет степень соответствия образа

Обмен информацией происходит по каналам передачи

сообщений посредством сигнала.

объекта и самого объекта. При такой форме учитывается

смысловое содержание информации.

Сигнал [signal] - знак, физический процесс или явление,

Прагматическая форма. На этом уровне рассматривается,

несущие информацию.

насколько информация важна для принятия решения, при этом

Сигнал есть, средство перенесения информации во времени и

учитывается своевременность его доставки и использования.

пространстве.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

29

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

30

Кафедра

Структурные компоненты обмена

Кафедра

Понятие информации

информатики

информацией

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Сигналом может быть предмет, символ, физический или

химический процесс, явление, т.е. информацию может

переносить любая материальная структура или поток

энергии.

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

31

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

32

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Уточним. Один и тот же объект может выступать в

Совокупность технических средств для передачи

качестве разных сигналов: колебания воздуха могут

сообщений от источника к получателю информации

нести звуки музыки, речь лектора или шум самолета.

называется системой связи.

Следовательно, в качестве сигналов используются не

сами объекты, а их состояния.

Сообщение

Сигнал

Принятый

Принятое

сигнал

сообщение

Посторонние воздействия, нарушающие эти состояния,

называются помехами или шумами.

Источник

Передатчик

Канал

Приемник

Получатель

сообщений

(кодер)

связи

(декодер)

сообщений

Условия, обеспечивающие установление и способствующие

Источник

сохранению сигнального соответствия состояний,

шума

называются кодом.

(помехи)

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

33

Информатика

ФАТС – 2, 3

курс 1, семестр 1,

2009 г.

34

Кафедра

Понятие информации

Кафедра

Понятие информации

информатики

УГАТУ

информатики

УГАТУ

Источник сообщений – создает сообщение или

Линия связи – любая физическая среда: пара проводов,

коаксиальный кабель, область распространения

последовательность сообщений, которые должны быть

радиоволн (воздух), световод, СD-диск и т.д.

переданы.

Приемник (декодер) – восстанавливает сообщение по

Передатчик (кодер) – перерабатывает сообщение в сигналы,

сигналам. Сложность приемника обусловлена изменением

формы принимаемых сигналов за счет источника шума

которые определены характеристиками используемого

(помех).

канала связи.

Помехи – любые мешающие возмущения, как внешние

Канал связи – совокупность технических устройств,

(атмосферные), так и внутренние (сама аппаратура связи),

которые вызывают случайные отклонения принятых сигалов

обеспечивающих передачу сигнала от источника к

от переданных.

приемнику. Это аппаратура, осуществляющая сопряжение

выходного (передатчика) и входного (приемника) сигналов с

Получатель – это лицо или аппарат, для которого предназначено

линией связи, а также сама линия связи.

сообщение

Информатика ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

35

Информатика

ФАТС – 2, 3

курс 1, семестр 1,

2009 г.

36

Кафедра

Сигналы

Кафедра

Сигналы

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Для образования сигналов могут использоваться объекты,

Сигналы также делятся на:

состояния которых достаточно устойчивы по отношению к

-

непрерывные (аналоговые) сигналы, который могут

течению времени или к изменению положения в

принимать любое значение в пределах некоторого

пространстве.

интервала (речь, музыка);

С этой точки зрения сигналы делятся на статические и

-

дискретные (цифровые) сигнал, которые могут принимать

динамические.

конечное число значений в пределах некоторого интервала

Статические – сигналы, являющиеся стабильными состояниями

(текст в книге – дискретная последовательность отдельных

физических объектов (книга, фотография, запись на диске,

букв).

состояние памяти компьютера и т.п.)

Динамические – состояния силовых полей (звуки, световые и

В соответствии с сигналами различают дискретное и

радиосигналы и т.п.).

непрерывное соообщение, дискретную и непрерывную

Статические сигналы используются преимущественно для

информацию.

хранения информации, динамические – для передачи

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

37

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

38

Кафедра

Сигналы

Кафедра

Сигналы

информатики

информатики

УГАТУ

УГАТУ

Непрерывность или дискретность сигнала различается по уровню

и во времени.

Дискретный по уровню или квантованный

Непрерывный или аналоговый сигнал.

сигнал. Определен для всех моментов

времени и принимает лишь разрешенные

Определен для всех моментов времени

значения уровней отделенных друг от друга

и может принимать все значения из

заданного диапазона.

на величину шага квантования z

Дискретизированный или дискретно

Дискретный по уровню и по времени

непрерывный сигнал. Определен лишь в

сигнал. Определен лишь в отдельные

отдельные моменты времени и может

разрешенные промежутки времени и

принимать любые значения уровня.

может принимать лишь разрешенные

Временной интервал 9t называется шагом

значения уровней

дискретизации

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

39

Информатика

ФАТС – 2, 3 курс 1, семестр 1, 2009 г.

40