Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ВВЕДЕНИЕ
Вы начинаете изучение курса «Информатика». Эта дисциплина включает в себя множество научных дисциплин: «Теория информации», «Кибернетика», «Вычислительная математика», «Программирование», «Теория принятия решений» и так далее.
В результате работы с данным курсом Вы получите представление о принципах функционирования вычислительной техники и основах кодирования информации; познакомитесь с программным обеспечением компьютеров и способами защиты и резервирования данных; научитесь работать с пакетами программ для хранения и обработки массивов информации.
Кроме сведений об информации, о способах и средствах ее переработки, которые присутствуют во всех учебниках по информатике, в данном курсе большое внимание уделяется вопросам применения информационных технологий для решения различных управленческих и экономических задач.
Рассматриваются основы создания и использования систем принятия решения, вопросы оптимизации управленческих и экономических задач, оценки инвестиционных проектов, изучаются задачи анализа и прогнозирования экономических ситуаций.
Поскольку любой курс информатики нацелен на всестороннее использование операционной системы Windows и пакета программ Microsoft office, приводится реализация всех указанных задач в табличном процессоре Excel и системе управления базами данных Access. Подробно рассмотрено решение задач финансовой математики с использованием специальных функций Excel.
С целью разработки полноценных информационных систем приводятся сведения о создании приложений на языке Visual Basic for Applications.
В конце каждого раздела приводится список вопросов, который поможет оценить степень усвоения прочитанного материала.
Контроль усвоения материала осуществляется с помощью тестирования.
Цель и задачи изучения дисциплины:
Цель изучения дисциплины – приобретение студентами знаний и навыков в области использования вычислительной техники.
Задачи изучения дисциплины – знание основ использования информационных технологий.
Место дисциплины в учебном процессе. Дисциплина базируется на знаниях в области информатики, полученных в средней школе, а также на методах высшей математики.
Знания, полученные при изучении данного курса, используются при работе над курсом вычислительной математики, а также во всех специальных дисциплинах, связанных с использованием информационных технологий
В результате изучения дисциплины студент должен:
Иметь представление:
Знать:
Уметь:
- сохранять и обрабатывать информацию с использованием СУБД Access (создавать логическую структуру базы данных, редактировать и форматировать информацию, создавать запросы, отчеты и формы).
Владеть методами:
1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА
1.1.1. Информация – основные понятия
Слово «информация» происходит от латинского Information, что означает сведения, разъяснения, ознакомление.
Информация – это совокупность разнообразных данных, сведений сообщений, знаний, умений и опыта, необходимых кому-либо.
Сегодня информация имеет огромное общественное значение – это публичные библиотеки, видео- и аудиотеки, хранящие знания о литературе, искусстве, образовании, медицине, достижениях научно-технической мысли; это всемирная информационная компьютерная сеть. Информация так же, как вещество и энергия, стала предметом производства и распространения, обрела свойства и функции товара.
Над информацией можно выполнять различные действия: создание, обработка, хранение, передача, восприятие (приём), поиск, копирование, деление на части, разрушение.
Кроме того, любой информации присущи определённые свойства, позволяющие её правильно интерпретировать. Перечислим их.
Человек или устройство, оперирующее информацией, называется пользователем.
Работа человека с информацией в современном обществе подчиняется
новым требованиям, формируя определённые принципы и стандарты:
наличие мировой системы связи;
компьютеризация общества;
наличие единой информационной среды, включающей библиотеки, архивы, фонды, банки данных, информационные системы и т.д.;
усовершенствование и развитие технических ресурсов данных;
разработка, систематизация и подбор программных средств и продуктов;
овладение пользовательскими навыками и умениями.
Общество, удовлетворяющее вышеперечисленным требованиям, называется информационным обществом.
Во второй половине прошлого века возникла новая наука – информатика.
Информатика изучает вопросы создания, хранения, переработки и передачи информации. Наиболее тесно информатика связана с компьютерными технологиями.
1.1.2. Кодирование и представление информации
Информационное сообщение может существовать, передаваться и восприниматься в самых разнообразных формах:
в виде знаков и символов: это цифры, математические символы, условные графические представления, представления из букв алфавита, специальные обозначения, используемые для создания текстов и рисунков (этот способ используется, например, учащимися школ и ВУЗов при ведении конспектов);
в форме звуковых, световых сигналов и радиоволн (применяется для передачи информации в радиовещании, телефонии, телевидении, устной речи);
в форме магнитных и электрических полей (используется для хранения информации на магнитных и оперативных устройствах памяти компьютеров);
в форме магнитных и электрических импульсов (точнее импульсов тока и напряжения в электрических машинах, релейных устройствах, устройствах обработки и преобразования информации);
в форме био- или энергоинформационных полей и т.д.
В общем случае кодирование – это выражение данных одного типа через данные другого типа. Представление информации в виде знаков и символов носит наиболее общий и доступный для человеческого восприятия способ. С другой стороны, в компьютерной технике используется представление информации в виде электромагнитных полей и импульсов тока (напряжения).
Для преобразования текстовой информации из одного вида в другой
используют двоичное кодирование. Каждому символу сопоставляют код,
состоящий из восьми нолей и единиц, например:
А (русская строчная буква) 10000011.
Всего, таким образом, можно закодировать 28=256 символов (число всевозможных различных комбинаций, состоящих из восьми нолей и единиц).
Это значение заметно превосходит количество используемых символов стандартной клавиатуры компьютера. Сегодня компьютеры имеют единые системы кодировки символов, представляющие собой набор таблиц кодов, согласно которым каждому изображаемому на экране символу соответствует код от 0 до 255. От пользователя не требуется специальных знаний для перевода текстовой информации в цифровую форму. Преобразование текстовой информации в цифровую форму, и наоборот, выполняют различные программы создания, обработки и редактирования текстов: текстовые блокноты, записные книжки, текстовые редакторы и т.д.
В отличие от текстовой информации, числовая представляется в двоичной системе счисления и в такой форме используется в компьютерных системах. О принципах преобразования числовой информации будет рассказано ниже.
Однако данные и сведения могут быть представлены не только в числовой или текстовой форме, но и в графической, в виде таблиц, схем, графиков, рисунков, чертежей и т.п. Графическая информация претерпевает процесс разбиения на части, преобразования и кодирования и только после этого выдаётся на устройства вывода компьютера. Такие действия можно осуществлять с помощью операторов одного из языков программирования или с помощью специальных компьютерных программ – графических систем, программ инженерной графики и редакторов. Далее графическая информация отображается на мониторе, поверхность экрана которого условно можно представить в виде прямоугольной сетки. Сама сетка получила название растровой карты (или растра), а ее единичный элемент называется пикселем. Каждая ячейка (пиксель) которой может светиться независимо от других, причём яркость свечения градуируется в пределах от 0 до 255. На поверхность экрана накладывается декартовая система координат, с началом в его верхнем левом углу. Таким образом, каждому пикселю соответствуют определённые координаты по осям. Управляя расположением и яркостью свечения пикселей, можно создавать графические образы.
Звуковая информация, являясь аналоговой, также подвергается преобразованию в сигналы двоичного кода. И только после этого может храниться и обрабатываться на компьютерах, передаваться по каналам и сетям связи, телекоммуникационным и компьютерным сетям. Для записи, обработки и воспроизведения звука в компьютерах используют звуковую карту. Это устройство должно выполнять, как минимум, два преобразования:
аналогово-цифровое преобразование (устройство АЦП), когда аналоговый сигнал, например от микрофона, представляется в цифровой двоичной форме;
цифро-аналоговое преобразование (устройство ЦАП), в результате которого цифровой сигнал декодируется в аналоговую форму для его использования, например в аудиосистемах.
Таким образом, любые аналоговые (непрерывные) информационные сигналы должны быть последовательно подвергнуты трем действиям.
Рис. 1.1.
0 0000 1 0001 2 0010
3 0011 4 0100 5 0101
6 0110 7 0111 8 1000
Качество передаваемой информации при этом будет зависеть от двух факторов:
от разрядности преобразования, то есть количества двоичных разрядов, которые использованы при кодировании соответствующего уровня;
от частоты дискретизации – количества временных составляющих, на которые разбит исходный аналоговый сигнал на заданном участке.
1.1.3. Системы счисления
Система счисления – это способ представления чисел. Будем рассматривать только позиционные системы счисления. В позиционной системе количественное значение каждой цифры зависит от её местоположения в числе.
Любое число X можно представить в системе счисления с основанием Q (Q=2,3,4…) в виде
(1)
здесь mi – это цифры, т.е. mi=1, 2, …, Q;
где i – номер разряда (n – старший, -k – самый младший).
Десятичная система счисления – использует основание и цифры . Например:
здесь в скобках внизу числа указано основание системы счисления, в которой рассматривается данное число.
Восьмеричная система счисления – использует основание и цифры . Например:
а в десятичной системе это число равно
Двоичная система счисления – использует основание и цифры . Например:
откуда легко заметить, что .
Шестнадцатеричная система счисления – использует основание и цифры . Например:
,
где разложение по основанию сначала представлено посредством десятичных чисел, а затем с использованием шестнадцатеричных цифр.
На практике применяют и другие системы счисления. Как отмечалось выше, можно использовать любое натуральное основание большее или равное двум.
Рассмотрим перевод чисел из одной системы в другую. Для простоты изложения мы в дальнейшем будем работать с целыми числами. Известно, например, что записать какое либо число X в семеричной системе – это значит представить его в виде разложения
где учтено, что 70=1. Следовательно, чтобы найти семеричное представление числа X, надо найти коэффициенты , каждый из которых может быть какой-либо цифрой от 0 до 6 включительно. Разделим наше число X на 7 в целых числах. Остаток при этом будет равен, очевидно, , так как в написанном представлении числа X все слагаемые, кроме последнего, делятся на 7 нацело. Далее, возьмем частное, получившееся при делении числа X на 7, и снова разделим его на 7. При этом новый остаток деления будет равен . Продолжая этот процесс дальше, мы найдём все цифры , входящие в семеричное представление числа X, в виде последовательных остатков, получающихся при описанном выше повторяющемся делении его на 7. Разберём перевод числа
в семеричную систему. Разделим его на 7, получим частное 469 и остаток 4. Следовательно, в семеричной записи числа 3287(10) последняя цифра равна 4. Для нахождения второй цифры разделим найденное нами число 469 снова на 7. Получим частное 67, а остаток при этом равен нулю. Вторая цифра в семеричной записи есть ноль. Далее, разделив 67 на 7, получим 9 и 4 в остатке. Этот остаток представляет третью искомую цифру. Наконец, разделив 9 на 7, получим остаток 2 и частное 1. Остаток 2 даёт нам четвёртую цифру в искомой записи, а частное 1 (которое на 7 мы уже делить не можем) представляет собой пятую (и последнюю) цифру. Таким образом,
3787(10)=12404(7).
.
Рассмотрим ещё один пример. Запишем число 100(10) в двоичной системе. Делим 100(10) на 2 нацело, получим частное 50 и остаток 0. Последняя цифра в искомой записи 0. Далее, частное 50 делим на 2 нацело, частное 25 остаток 0.
Вторая искомая цифра тоже 0. Частное 25 делим на 2 нацело, получаем частное 12 и остаток 1. Третья цифра двоичной записи 1. Действуя аналогично, получим далее четвёртую, пятую, шестую и седьмую цифры, соответственно 0, 0, 1 и 1. Итак, получим
.
Для проверки проведем декодирование числа:
1100100 (2)=020+021+122+023+024+125+126=0+0+4+0+0+32+64=100(10)
Из десятичной системы в любую другую легко перевести число последовательным делением нацело на основание , пользуясь при этом привычными правилами десятичной арифметики. Из какой либо системы счисления перейти к десятичной записи проще всего, используя представление (1), в котором все числовые элементы надо понимать как десятичные. Например
.
Далее, понимая, что шестнадцатеричные 5 и F соответствуют десятичным 5 и 15, получим
.
В заключение этого параграфа введём понятие оптимальности системы счисления. Какое наибольшее количество чисел можно записать в данной системе с помощью определённого количества знаков? Отвечая на этот вопрос, рассмотрим пример: чтобы в десятичной системе записать 1000 чисел (от 0 до 999), необходимо 30 знаков (по 10 цифр для каждого разряда). А в двоичной системе можно с помощью 30 знаков записать 215 различных чисел (так как для каждого двоичного разряда нужны только две цифры 0 и 1, то с помощью 30 цифр мы можем записывать числа, содержащие до 15 двоичных разрядов). Но
,
поэтому, имея 15 двоичных разрядов, можно записать больше различных чисел, чем с помощью трёх десятичных. Таким образом, двоичная система более экономична, чем десятичная.
Наиболее оптимальная система счисления та, в которой определённым количеством знаков можно записать наибольшее количество чисел по сравнению с другими системами.
Можно показать, что наиболее оптимальна троичная система счисления, за ней следуют двоичная и четверичная системы (у них одинаковый уровень оптимальности) и далее с ростом основания системы её экономичность (уровень оптимальности) падает. Десятичная система выигрышна только тем, что очень привычна нам, пользователям, в повседневной жизни, так сложилось из-за наших анатомических особенностей (десять пальцев на руках) с древности.
Из ведущей по оптимальности двойки систем счисления, двоичная выгодна тем, что наиболее проста в аппаратном решении. Для реализации двоичного кода и двоичной системы счисления необходимы физические устройства всего с двумя устойчивыми состояниями.
Рассмотрим еще один пример. Вычислим в десятичной системе счисления значение выражения
у=1110(2)+221(3)+126(7).
Для вычисления значения у переведем в десятичную систему счисления каждое слагаемое:
1110(2)=0∙20+1∙21+1∙22+1∙23=0+2+4+8=14(10)
221(3)=1∙30+2∙31+2∙32=1+6+18=25(10)
126(7)=6∙70+2∙71+1∙72=6+14+49=69(10).
Следовательно,
у=14+25+69=108(10).
1.1.4. Кодирование действительных чисел
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). Шестнадцать бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита — уже более 16,5 миллионов разных значений.
Для кодирования действительных чисел используют 80-разрядное кодирование. При этом число предварительно преобразуется в нормализованную форму:
3,1415926 = 0,31415926 101
300 000 = 0,3 106
123 456 789 = 0,123456789 1010
Первая часть числа называется мантиссой, а вторая — характеристикой. Большую часть из 80 бит отводят для хранения мантиссы (вместе со знаком) и некоторое фиксированное количество разрядов отводят для хранения характеристики (тоже со знаком).
Во всех языках программирования нормальная форма чисел записывается как форма с порядком. Этот формат называется также экспоненциальным.
Например, число 91,02 после нормирования запишется как 0,9102102. В формате с порядком оно примет вид 0,9102Е02.
Здесь Е – символ десятичной системы счисления, 02 – порядок.
Число –2063 в формате с порядком примет вид –0,2063Е04, а число 0,0057 запишется как 0,57Е-02 (так как в нормализованной форме оно равно 0,5710-2, перед порядком обязателен знак минус).
В качестве примера рассмотрим перевод еще нескольких чисел в научный формат.
Число Нормальная Научный
форма формат
169,3 0,1693103 0,16936Е03
-27,8 -0,278102 -0,278Е02
0,0017 0,1710-2 0,17Е-02
-0,0008 -0,810-3 -0,8Е-03
ЗАВЕРШЕНИЕ РАБОТЫ С ТЕМОЙ 1-1
Итак, Вы закончили изучение первой темы первого раздела курса. Для проверки усвоения материала Вам предстоит ответить на вопросы для самопроверки (контрольные вопросы).
Контрольные вопросы для самопроверки находятся в папке Вопросы
для самопроверки, файл Раздел 1-1. Каждый правильный ответ оценивается в один балл. Итого, в результате работы с данной темой Вы можете набрать 10 баллов.
Если Вы испытываете затруднения в ответах, обратитесь к электронному
учебнику (папка Электронный учебник, файл Раздел 1) или к глоссарию – краткому словарю основных терминов и положений (папка Глоссарий).
Желаем успеха!
После ответа на контрольные вопросы, для изучения второй темы раздела 1 Вам следует открыть файл Раздел 1-2 в папке «Опорный конспект».