Представление данных. Системы счисления
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н. Э. БАУМАНА»
Исаев Андрей Львович
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ИНФОРМАТИКЕ
Для студентов 1-го курса
Машиностроительных специальностей
Москва
2016
УДК 004
Рецензент:
доц., к.т.н., Владислав Антонович Велданов
Исаев А.Л. Конспект лекций по информатике. Электронное учебное издание. - М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2016, 60 с.
В конспекте представлены разделы информатики, охватывающие основные вопросы теории информации, функционирования аппаратного обеспечения, алгоритмизации, принципов работы различных программных продуктов, устройства вычислительных сетей и основы теории баз данных. Изложены основные приемы программирования, используемые студентами на практических занятиях, а также при индивидуальной и самостоятельной работе студентов.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией НУК «Информатика и системы управления» МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве электронного учебного издания для студентов первого семестра первого курса машиностроительных специальностей, изучающих дисциплину «Информатика».
Исаев
Андрей Львович
Конспект лекций по информатике
|
|
© 2016 МГТУ имени Н.Э. Баумана
Оглавление
Введение.. 5
Лекция 1. 7
Информация и информатика. 7
Представление данных. Системы счисления. 10
Лекция 2. 14
История развития вычислительной техники. 14
Классификация и состав ЭВМ. 16
Лекция 3. 20
Типы запоминающих устройств. Хранение и обработка информации. 20
Принцип работы компьютера. 23
Лекция 4. 26
Программное обеспечение. 26
Операционные системы.. 26
Системы программирования. 29
Лекция 5. 31
Технология разработки программного обеспечения. 31
Тестирование и отладка программ.. 36
Лекция 6. 38
Вычислительные комплексы и сети. 38
Сеть Интернет. 41
Лекция 7. 45
Базы данных. 45
Объекты предметной области и связи между ними. 45
Отношения. 46
СУБД.. 50
Лекции 8, 9. 52
Некоторые приёмы программирования. 52
Вопросы для самопроверки.. 58
Заключение.. 60
Список литературы... 61
Введение
В конспекте представлен материал лекций, читаемых студентам машиностроительных специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана (факультеты МТ, СМ, Э), изучающим дисциплину “Информатика”.
Информатика является базовой учебной дисциплиной, охватывающей сведения о технических, программных и алгоритмических средствах организации современных информационных систем и формирующей у обучаемого определенный кругозор, объем знаний, уровень алгоритмического мышления, а также практические навыки работы с конкретными программными системами.
|
|
Цель преподавания дисциплины состоит в освоении студентами современных информационных технологий, формирование представления о задачах, реализуемых с их помощью, методах их решения, формирование алгоритмического мышления. Дисциплина реализует базовую подготовку по программированию, рассчитанную на студентов младших курсов.
Студент, приступающий к изучению дисциплины должен обладать следующими компетенциями:
§ владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, целей и выбору путей их достижения;
§ способностью владеть основными методами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией, в том числе в глобальных компьютерных сетях;
§ владением английским языком, способностью воспринимать научно-техническую информацию из зарубежных первоисточников;
§ готовностью учитывать современные тенденции развития вычислительной техники, информационных технологий;
|
|
§ способностью применять современные программные средства выполнения и редактирования изображений;
§ способностью строить математические модели технологических процессов и оборудования, а также использовать стандартные программные средства их компьютерного моделирования.
Задачами преподавания дисциплины является изучение:
§ современных технических и программных средств взаимодействия с компьютером;
§ современных технологий сбора, представления, хранения, обработки и передачи информации с использованием компьютеров;
§ методов разработки алгоритмов и приложений;
§ особенностей технологий структурного и объектно-ориентированного программирования;
§ языка программирования высокого уровня;
§ методов тестирования и отладки разрабатываемых приложений.
Изучение дисциплины предполагает предварительное освоение следующих дисциплин (в рамках школьного курса):
§ основы информатики;
§ математика;
§ иностранный язык (английский).
В предлагаемом конспекте лекций рассмотрены разделы информатики, определяющие базовый уровень подготовки специалистов: основы информационной культуры, современные технические средства и программный инструментарий новых информационных технологий (системное и прикладное программное обеспечение, инструментарий создания программных продуктов), принципы функционирования вычислительных сетей и основы теории баз данных. Изложены также базовые основы алгоритмизации, необходимые студентам для освоения программирования. Приведены примеры типовых алгоритмов.
|
|
Автор выражает признательность студентам, принявшим участие в оформлении этого конспекта:
Аносову Артёму,
Арбузову Петру,
Воронцову Владимиру,
Ишмаеву Руслану,
Пивоваровой Светлане,
Юркову Евгению.
Лекция 1.
Информация и информатика
Информация – это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях, процессах независимо от формы их представления.
Свойства информации:
1) атрибутивные (без них информация не существует):
a) непрерывность (возможность «сливаться» с ранее накопленной информацией);
b) дискретность (информация характеризует отдельные данные и свойства объектов);
2) прагматические (характеризуют степень полезности):
a) новизна;
b) ценность;
c) полнота;
d) актуальность;
e) доступность;
f) достоверность
3) динамические (характеризуют изменение информации с течением времени):
a) накопление информации;
b) старение информации.
Объём используемой человеком информации в мире постоянно растёт. В таблице 1 показана динамика роста человеческих знаний.
Таблица 1 – Увеличение человеческих знаний
Общая сумма человеческих знаний удваивалась:
| |
Каждые 50 лет | до 1800 года |
Каждые 10 лет | до 1950 года |
Каждые 5 лет | до 1970 года |
Ежегодно | до 1990 года |
Этому способствовали информационные революции (таблица 2), в ходе которых существенно менялись средства и способы хранения, распространения информации, её доступность.
Таблица 2 – Информационные революции
Информационная революция | Причина | Когда произошла |
Первая | Появление языка и членораздельной речи | 10 тыс. лет до Н.Э. |
Вторая | Появление письменности | 3 тыс. лет до Н.Э. |
Третья | Книгопечатание | VII век Н.Э. |
Четвёртая | Телефон, телеграф, радио, фотография, кинематограф, телевидение | Конец XIX – начало XX века |
Пятая | Появление ЭВМ | Середина XX века |
Современное общество называется информационным, поскольку большинство работающих людей занято обработкой информации.
При накоплении большого объёма информации и неспособности человека её обработать возникает информационный кризис. Преодоление информационного кризиса обеспечивается информатизацией общества, которая представляет собой процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей человека. В этом процессе базовой технической составляющей является вычислительная техника, которая позволяет автоматизировать (то есть ускорить и упростить) обработку информации.
Формы представления информации (рисунок 1):
1) Непрерывная (аналоговая) – характеризует процесс, который не имеет перерывов и может изменяться в любой момент времени на любую величину (например - музыка);
2) Прерывистая (дискретная, цифровая) – характеризует процесс, который может изменяться лишь в определённые моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения.
Рисунок 1 – Представление информации различными типами сигналов
Большинство современных компьютеров обрабатывают информацию в виде последовательности электрических сигналов только двух определенных уровней (например – высокого и низкого) – двоичных сигналов, то есть являются цифровыми.
Аналогом такого сигнала в информатике является бит (binary digit – двоичный разряд), который может принимать только одно из двух возможных значений (например - 0 и 1, + и – и т.д.). Бит – минимальная единица информации. Более крупная единица – байт (последовательная комбинация из 8 бит). Байт позволяет получать уже не две, а 256 возможных комбинаций.
Другие более крупные единицы:
1 Килобайт = 1024 байта;
1 Мегабайт = 1024 килобайт;
1 Гигабайт = 1024 мегабайт;
1 Терабайт = 1024 гигабайт и т.д.
Информатика – техническая наука, занимающаяся способами создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи информации средствами вычислительной техники, принципами функционирования этих средств и методами управления ими. Термин информатика произошел от слияния двух французских слов Informacion (информация) и Automatique (автоматика) и дословно определял новую науку об «автоматической обработке информации». В англоязычных странах информатика называется Computer Science (наука о компьютерной технике).
Информационная технология – процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи первичной информации для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).
Данные – это зарегистрированная (зафиксированная) определенным образом информация, представленная в некоторой форме (формализованном виде), что обеспечивает ее хранение, обработку и передачу. Регистрация информации возможна различными способами – изменением магнитных, оптических, химических свойств материалов.
Основные операции с данными:
1) сбор данных;
2) фильтрация;
3) преобразование;
4) транспортировка;
5) архивация и т.д.
Представление данных. Системы счисления
Наиболее распространенные - числовые данные могут быть представлены в различном виде. Вид этот определяется используемой системой счисления.
Система счисления (СС) – совокупность приемов и правил представления чисел в виде конечного числа символов. СС имеет свой алфавит (упорядоченный набор цифр и букв) и совокупность операций образования чисел из этих символов.
Системы счисления разделяют на не позиционные и позиционные.
Не позиционная система счисления – это система, в которой цифры не меняют своего количественного эквивалента в зависимости от местоположения (позиции) в записи числа. К не позиционным системам счисления относится, например, система римских цифр, основанная на употреблении латинских букв:
I – 1;
V – 5;
X – 10;
L – 50;
C – 100;
D – 500;
M – 1000.
Значение числа в этой системе определяется как сумма или разность цифр в числе (если меньшая цифра стоит перед большей, то она вычитается, а если после - прибавляется). Например, число 1998 записывается как MCMXCVIII.
Не позиционные системы счисления обладают следующими недостатками:
- сложность представления больших чисел (больше 10000);
- сложность выполнения арифметических операций над числами, записанными с помощью этих систем счисления.
Позиционная система счисления – это система, в которой количественный эквивалент цифры зависит от ее положения в числе (чем «левее» цифра в записи числа, тем её значение больше). Основание позиционной системы счисления – это количество разных символов в ее алфавите. Например, в двоичной системе счисления используется две цифры (0 и 1), в восьмеричной – восемь (0,1,…,6,7), а в десятичной системе счисления используется десять цифр (0,1,…,8,9). Сравнение записи чисел в разных системах счисления представлено в таблице 3.
Таблица 3 – Сравнение записи чисел в трёх системах счисления
Десятичная | Восьмеричная | Двоичная | |
0 | 0 | 0 | |
1 | 1 | 1 | |
2 | 2 | 10 | |
3 | 3 | 11 | |
4 | 4 | 100 | |
5 | 5 | 101 | |
6 | 6 | 110 | |
7 | 7 | 111 | |
8 | 10 | 1000 | |
9 | 11 | 1001 | |
10 | 12 | 1010 | |
Наиболее используемой системой счисления является десятичная система счисления, а для представления чисел в большинстве современных ЭВМ используется двоичная система счисления
Правило перевода числа из десятичной системы в двоичную систему счисления: перевод целой части – делением на основание системы, в которую переводим (на 2), а дробной части – умножением на это основание. Операции выполняются в десятичной системе. Остатки от деления собираются в обратном порядке.
Пример: перевести число 100 в двоичную систему счисления (рисунок 2).
Решение: представим перевод числа в виде столбца, каждая строка которого содержит частное и остаток от деления данного числа на основание двоичной системы счисления n = 2.
Рисунок 2 – Перевод числа из десятичной системы в двоичную
В результате получим число 11001002 – результат перевода числа 10010 в двоичную систему счисления (индекс – основание системы счисления).
Как было уже сказано, в вычислительной технике используется двоичная система счисления (данные представляются в виде закодированной последовательности двоичных сигналов). Это обеспечивает высокую надёжность и помехоустойчивость вычислительной системы, так как в ней реализованы устройства лишь с двумя устойчивыми состояниями (чем проще устройство, тем оно надежнее).
При этом для описания логики функционирования аппаратных и программных средств используется алгебра логики (Булева алгебра). Она оперирует с логическими переменными, которые могут принимать тоже только два возможных значения (true — истина и false - ложь). Это очень удобно, так как обеспечивается универсальность (однотипность) процесса обработки информации на компьютере.
Лекция 2.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 329; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!