2014-02-02
714
Классификация экономической информации
Содержание
ББК 65ся7
Самыгин, Д. Ю.
С17 Экономическая и теоретическая информатика в лекциях: учеб. пособие /Д. Ю. Самыгин, А. Г. Петренко. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. – 138 с.
Рассмотрены понятия и сущность информационных ресурсов, их особенности использования в экономической деятельности. Кроме того, материал пособия раскрывает арифметические и логические основы компьютера, архитектуру, структуру, классификацию и программное обеспечение ПК, содержание и виды компьютерных сетей, возможности их применения в экономике и бизнесе.
Учебное пособие подготовлено на кафедре «Экономическая кибернетика» и предназначено для бакалавров, обучающихся по экономическим направлениям 080100 «Экономика», 080500 «Бизнес-информатика», 100100 «Сервис», 100400 «Туризм», 100700 «Торговое дело».
УДК 33(075)
© Пензенский государственный университет, 2011
Предисловие........................................................................................ 5
Лекция 1. Информатика, информация и информационные
процессы.............................................................................................. 7
|
|
|
1.1. Сущность и составные части экономической информатики........ 7
1.2. Понятия, методы получения и свойства информации................. 10
1.3. Информация, данные и операции с ними..................................... 12
1.4. Особенности, классификация и требования к экономической информации 14
1.5. Экономические информационные системы, процессы
и технологии......................................................................................... 15
Лекция 2. Представление информации в компьютере.................. 19
2.1. Кодирование данных.................................................................... 19
2.2. Кодирование текстовых данных................................................... 20
2.3. Кодирование графических данных.............................................. 22
2.4. Кодирование звуковой информации............................................ 23
2.5. Файловая структура, единицы и способы измерения данных.... 24
Лекция 3. Арифметические основы компьютера........................... 26
3.1. Понятия о системах счисления...................................................... 26
3.2. Правила перевода из одной системы счисления в другую......... 28
3.3. Арифметические операции в системах счисления........................ 30
3.4. Представление чисел в компьютере............................................. 32
3.5. Вещественные числа...................................................................... 34
Лекция 4. Логические основы компьютера.................................... 36
4.1. Логические выражения и логические операции........................... 36
4.2. Логические законы и правила преобразования логических
выражений............................................................................................ 40
4.3. Базовые логические элементы....................................................... 42
4.4. Сумматор двоичных чисел........................................................... 43
4.5. Триггер.......................................................................................... 46
|
|
|
Лекция 5. Программное управление и архитектура
компьютера......................................................................................... 48
5.1. Принципы работы компьютера.................................................... 48
5.2. Формат, структура и виды команд............................................... 49
5.3. Сущность архитектуры компьютера............................................ 52
5.4. Классификация архитектур компьютера...................................... 54
5.5. Интерфейсы компьютера.............................................................. 58
Лекция 6. Структура компьютера................................................... 61
6.1. Общее устройство и основные блоки компьютера...................... 61
6.2. Микропроцессор, его типы и структура...................................... 64
6.3. Системная шина............................................................................. 66
6.4. Запоминающие устройства........................................................... 68
6.5. Дополнительные и внешние устройства....................................... 73
Лекция 7. Классификация ЭВМ....................................................... 77
7.1. Классификация ЭВМ по принципу действия............................... 77
7.2. Классификация ЭВМ по этапам создания.................................... 77
7.3. Классификация ЭВМ по назначению........................................... 78
7.4. Классификация ЭВМ по размерам и функциональным
возможностям....................................................................................... 79
Лекция 8. Компьютерные сети.......................................................... 84
8.1. Понятия о компьютерных сетях................................................... 84
8.2. Классификация сетей..................................................................... 86
8.3. Топология сети.............................................................................. 87
8.4. Передача данных........................................................................... 89
8.5. Звенья данных............................................................................... 92
8.6. Защита информации в компьютерных сетях................................ 94
Лекция 9. Интернет: сущность, архитектура, возможности......... 98
9.1. Структура и принципы построения сети Интернет..................... 98
9.2. Способы доступа в Интернет........................................................ 100
9.3. Адресация в сети Интернет........................................................... 104
9.4. Электронная почта........................................................................ 106
9.5. Применение Интернета в экономике и бизнесе............................ 108
Лекция 10. Программное обеспечение персонального
компьютера......................................................................................... 113
10.1. Основные понятия и защита программных продуктов............. 113
10.2. Классификация программного обеспечения.............................. 114
10.3. Системное программное обеспечение........................................ 116
10.4. Прикладное программное обеспечение..................................... 118
10.5. Инструментарий технологии программирования..................... 119
10.6. Операционная система и ее состав.............................................. 121
Контрольные вопросы и задания..................................................... 123
Темы курсовых работ.......................................................................... 123
Задачи................................................................................................... 124
Вопросы и задания для промежуточной аттестации.......................... 127
Список литературы............................................................................ 135
 |
Предисловие
Изучение курса информатики в различных его интерпретациях является обязательным условием выполнения учебного плана студентов высшего учебного заведения, обучающихся в рамках бакалавриата по экономическим направлениям 080100 «Экономика», 080500 «Бизнес-информатика», 100100 «Сервис», 100400 «Туризм», 100700 «Торговое дело».
Данное учебное пособие разработано с учетом требований нескольких рабочих программ по указанным направлениям обучения, для которых учебным планом предусмотрены такие дисциплины, как «Теоретические основы информатики», «Экономическая информатика», «Информатика», «Пользование интернет-ресурсами».
По итогам прохождения названных курсов студент должен
обладать некоторыми компетенциями, предусмотренными Государственными образовательными стандартами третьего поколения для озвученных выше направлений бакалавриата:
|
|
|
- осознает сущность и значение информации в развитии современного общества, владеет основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации;
- имеет навыки работы с компьютером как средством управления информацией, способен работать с информацией в глобальных компьютерных сетях;
- способен осуществлять сбор, анализ и обработку данных, необходимых для решения поставленных экономических задач.
Учебное пособие призвано оказать помощь студентам в раскрытии общекультурных и профессиональных компетенций, а также повышении степени их обладания за счет приобретения определенных знаний, умений и навыков работы по применению компьютерных технологий обработки экономической информации, использованию компьютерной техники в организационной и управленческой деятельности, информационному обеспечению экономических структур. Кроме того, на материалах учебного пособия базируется технология самостоятельной внеаудиторной работы бакалавров.
Учебное пособие охватывает понятие информации, общую характеристику процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации, сущность информатики и информационных процессов, технические и программные средства реализации информационных процессов, представление информации в компьютере, арифметические и логические основы компьютера, программное управление, архитектуру и структуру компьютера, его классификацию, компьютерные сети, экономические возможности Интернета, программное обеспечение компьютера и технологии программирования, методы защиты информации.
В структуре учебного пособия предусмотрены контрольные вопросы и задания для курсовых работ, промежуточной и итоговой аттестации, а также задачи.
Содержание и материал учебного пособия подобраны с учетом действующих государственных образовательных стандартов, требований аттестационных и аккредитационных комиссий вузов, опыта ведущих специалистов и ученых по преподаванию указанных выше курсов.
|
|
|
Авторы выражают искреннюю благодарность рецензентам, давшим полезные советы по совершенствованию качественной стороны учебного пособия, и сотрудникам издательства Пензенского государственного университета за оказанную помощь в его издании.
 |
Лекция 1
Информатика, информация
и информационные процессы
1.1. Сущность и составные части
экономической информатики
Экономическая информатика – это наука об информационных системах, используемых для подготовки и принятия решений в управлении, экономике и бизнесе.
Объектом экономической информатики выступают информационные системы, которые обеспечивают решение предпринимательских и организационных задач, возникающих в экономических системах (экономических объектах), т.е. объектом экономической информатики выступают экономические информационные системы, конечной целью функционирования которых является эффективное управление экономической системой.
Информационная система – это совокупность программно-аппаратных средств, способов и людей, которые обеспечивают сбор, хранение, обработку и выдачу информации для обеспечения подготовки и принятия решений. К основным компонентам информационных систем, используемых в экономике, относятся: программно-аппаратные средства, бизнес-приложения и управление информационными системами. Назначение информационных систем – создание современной информационной инфраструктуры для управления компанией.
Предмет дисциплины «Экономическая информатика» – технологии и способы автоматизации информационных процессов с применением экономических данных.
Задача дисциплины «Экономическая информатика» – изучение теоретических основ информатики и приобретение навыков использования прикладных систем обработки экономических данных и систем программирования для персональных компьютеров и компьютерных сетей [35].
Теоретической основой изучения экономической информатики является информатика.
Слово информатика происходит от французского слова informatique, образованного в результате объединения терминов informacion (информация) и аutomatique (автоматика).
В качестве источников информатики обычно называют две науки: документалистику и кибернетику.
Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера [14].
Впервые термин – кибернетика – ввел французский физик Андре Мари Ампер.
Основная концепция, заложенная Н. Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.
С одной стороны, информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами.
С другой стороны, информатика не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер. Между этими двумя понятиями провести четкую границу не представляется возможным.
Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки, поиска и передачи данных с использованием компьютерных технологий.
Предмет информатики составляют следующие понятия:
– аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
– программное обеспечение средств вычислительной техники;
– средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
– средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы [14].
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.
В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:
– архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
– интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
– программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
– преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
– защита информации (разработка методов и средств защиты данных);
– автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
– стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).
Приоритетными направлениями информатики являются:
1) теория информации, изучающая процессы, связанные с передачей, приемом, преобразованием и хранением информации;
2) разработка вычислительных систем и программного обеспечения;
3) математическое моделирование, методы вычислительной и прикладной математики и их применение к фундаментальным и прикладным исследованиям в различных областях знаний;
4) методы искусственного интеллекта, моделирующие методы логического и аналитического мышления в интеллектуальной деятельности человека (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие и др.);
5) системный анализ, изучающий методологические средства, используемые для подготовки и обоснования решений по сложным проблемам различного характера;
6) биоинформатика, изучающая информационные процессы в биологических системах;
7) социальная информатика, изучающая процессы информатизации общества;
8) методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
9) телекоммуникационные системы и сети, в том числе глобальные компьютерные сети, объединяющие все человечество в единое информационное сообщество;
10) разнообразные приложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и другие виды хозяйственной и общественной деятельности.
Российский академик А. А. Дородницын выделяет в информатике три неразрывно и существенно связанные части:
– технические средства;
– программные средства;
– алгоритмические средства.
Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом «Hardware», которое буквально переводится как «твердые изделия» или «железо».
Программные средства – совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению. Для обозначения программных средств используется слово «Software» (буквально – мягкие изделия или программное обеспечение), которое подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться [24].
Для обозначения алгоритмических средств применяют термин «Brainware» (от англ. brain – интеллект).
На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости
(с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для програм-
много обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ним (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.
1.2. Понятия, методы получения и свойства информации
Согласно Федеральному закону № 149-ФЗ от 27 июля 2006 г. «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» под информацией понимаются «сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления» [1].
Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п.
Информацию можно рассматривать как ресурс, аналогичный материальным, трудовым и денежным ресурсам. Информационные ресурсы – совокупность накопленной информации, зафиксированной на материальных носителях в любой форме, обеспечивающей ее передачу во времени и пространстве для решения научных, производственных, управленческих и других задач.
Информация – это продукт взаимодействия данных и методов.
Пример. Если данные графические, а метод взаимодействия – наблюдение, то образуется визуальная информация. Если данные текстовые или речевые, а метод их потребления – чтение или прослушивание, образуется текстовая информация [14].
Выделяют три метода получения информации:
1) опыт;
2) эвристический подход (метод проверок и ошибок);
3) целенаправленный поиск.
Свойства информации:
1. Достоверность. Истинное отражение действительности.
Под достоверностью информации понимается ее соответствие объективной реальности окружающего мира.
Свойство достоверности информации имеет важное значение в тех случаях, когда ее используют для принятия решений. Недостоверная информация может приводить к решениям, имеющим негативные последствия.
2. Адекватность. Степень соответствия информации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание.
Адекватность информации иногда ошибочно путают с ее достоверностью.
Пример. Если произведение научной фантастики соответствует своему жанру, то оно несет адекватную информацию, но не достоверную.
3. Полнота. Содержание всех интересующих данных, их достаточность для понимания и принятия решений. Если исходные данные неполны, принять верное решение непросто.
4. Избыточность. Превышение реально необходимого объема информации. Не означает излишек информации или ее бесполезность.
Обычный текст, напечатанный на русском языке, имеет избыточность порядка 20–25 %.
Пример. Попробуйте отбросить каждую пятую букву, и вы увидите, что получить информацию из печатного текста все же можно, хотя читать его будет очень утомительно.
5. Актуальность. Соответствие данной ситуации, ценность на данный момент времени.
С актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям.
6. Ясность и понятность. Выражение информации в понятном получателю виде. Информация должна быть ясна и понятна всем участникам обмена информацией.
Пример. Общение на определенном языке.
7. Ценность. Нужность информации для решения конкретной задачи.
8. Объективность и субъективность.
Пример. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, могут выглядеть совершенно по-разному.
9. Доступность. Возможность получить ту или иную информацию.
10. Своевременность. Получение информации в нужное для пользователя время для ожидаемой пользы. Преждевременная подача информации или ее задержка может снизить конечный результат [17].
1.3. Информация, данные и операции с ними
В отличие от данных информация уменьшает имеющуюся об объектах степень неопределенности, неполноты знаний.
Пример. Напишите на листе десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажите их вашему другу. Он воспримет эти цифры как данные, так как они не предоставляют ему никаких сведений.
Затем против каждого номера укажите название фирмы и род деятельности. Для вашего друга непонятные цифры обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую он в дальнейшем мог бы использовать.
В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие:
- сбор данных – накопление данных с целью обеспечения достаточной полноты информации для принятия решений;
- формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, т.е. повысить их уровень доступности;
- фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума», а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
- сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
- группировка данных – объединение данных по заданному признаку с целью повышения удобства использования; повышает доступность информации;
- архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат на хранение данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
- защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных;
- транспортировка данных – прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса; при этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом;
- преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например, книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму. Например, для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства – телефонные модемы [29].
1.4. Особенности, классификация и требования
к экономической информации
Экономическая информация – совокупность сведений, отражающих социально-экономические процессы и служащих для управления этими процессами.
По мнению В. А. Ткаченко, экономическая информация – это преобразованная и обработанная совокупность сведений, отражающая состояние и ход экономических процессов. Экономическая информация циркулирует в экономической системе и сопровождает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг. Экономическую информацию следует рассматривать как одну из разновидностей управленческой информации.
Экономическая информация имеет следующие особенности:
- предоставляется преимущественно в цифровом виде;
- характеризуется большим объемом данных;
- имеет строгую определенность своего представления;
- обладает способностью к преобразованию и графике по определенным признакам (табл. 1).
Таблица 1
| Признак | Виды |
| По месту возникновения | входная выходная внутренняя внешняя |
| По стадии обработки | первичная вторичная промежуточная результативная |
| По способу отображения | текстовая графическая |
| По признаку стабильности | переменная текущая постоянная условно постоянная |
Окончание табл. 1
| Признак | Виды |
| По функциям управления | плановая нормативно-справочная учетная оперативная |
| По признаку насыщения | недостаточная достаточная избыточная полезная бесполезная |
К экономической информации предъявляются следующие требования: точность, достоверность, оперативность.
Точность информации обеспечивает ее однозначное восприятие всеми потребителями.
Достоверность определяет допустимый уровень искажения как поступающей, так и результатной информации, при котором сохраняется эффективность функционирования системы.
Оперативность отражает актуальность информации для необходимых расчетов и принятия решений в изменившихся условиях.
1.5. Экономические информационные системы,
процессы и технологии
Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.
К экономическим системам относятся: промышленные предприятия, торговые организации, коммерческие банки, государственные учреждения и т.д.
Конечной целью функционирования экономических информационных систем является эффективное управление экономической системой. Таким образом, основное назначение информационной системы – создание современной инфраструктуры для управления предприятием, организацией, учреждением.
Информационные системы, применяемые для планирования и управления различными ресурсами, называются интегрированными системами управления или корпоративными информационными системами.
К основным компонентам информационных систем, используемых в экономике, относятся: программно-аппаратные средства, бизнес-приложения и управление информационными системами.
1. Программно-аппаратные средства информационных систем:
- технические средства обработки информации (компьютеры и периферийные устройства);
- системное и сервисное программное обеспечение (операционные системы и утилиты);
- прикладное программное обеспечение офисного назначения (MS Office);
- компьютерные сети (коммуникационное оборудование, сетевое ПО и сетевые приложения);
- базы и банки данных.
2. Бизнес-приложения (прикладные программы) [35]:
- локальные информационные системы (Инфин, Парус и др.);
- малые информационные системы (1С: Предприятие, Парус, Галактика и др.);
- средние информационные системы (PEOPLE SOFT, BAAN, SCALA и т.д.);
- интегрированные системы управления (ERP).
3. Управление информационными системами предназначено для управления и поддержки информационных процессов предприятия (управление персоналом, развитием, качеством, безопасностью, оперативное управление и т.д.).
Информационные системы, которые рассматриваются в экономической информатике, состоят из трех основных компонентов:
- информационные технологии (аппаратные и программные средства компьютеров, телекоммуникации, данные);
- функциональные подсистемы (производство, бухгалтерия и финансы, сбыт, маркетинг, кадры) и бизнес приложения (прикладные программы для решения бизнес-задач);
- управление информационными системами (персонал, пользователи, развитие ИС, финансы) [35].
В настоящее время наиболее целесообразным путем построения экономической информационной системы является применение готовых решений, которые реализованы в виде готовых прикладных программ.
В работе информационной системы происходят различные информационные процессы.
Информационный процесс – процесс, в результате которого осуществляются зарождение данных, сбор и прием, накопление и систематизация, хранение, обработка и преобразование, передача и обмен, отображение и использование информации.
1. Зарождение данных – формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.
2. Сбор информации – деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте.
3. Накопление и систематизация данных – организация такого их размещения, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений; методическое обновление данных, защиту их от искажений, потери, деформирования целостности и др.
4. Хранение информации – процесс поддержания количества, качества и полезных свойств исходной информации в виде, обеспечивающем выдачу данных по запросам конечных пользователей в установленные сроки.
5. Обработка информации – упорядоченный процесс преобразования информации, вследствие которого на основании прежде накопленных данных формируются новые виды данных (обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные) в соответствии с алгоритмом решения задачи.
6. Обмен – процесс, в ходе которого источник информации передает, а приёмник принимает.
7. Отображение информации – представление ее в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего это вывод на печать, т.е. создание документов на так называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.
8. Использование информации – процесс принятия решений на основе представленного количества и качества конечной информации [14].
Информационные технологии (ИТ) – совокупность методов обработки информации и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, которая обеспечивает сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации.
Виды информационных технологий:
- информационные технологии обработки данных;
- информационные технологии управления;
- информационные технологии автоматизированного офиса;
- информационные технологии поддержки принятия решений;
- информационные технологии экспертных систем.
ИТ обработки данных. Предназначены для решения примитивных задач на уровне операционной деятельности: операции проверки количества товара на складе, продажи товара. Включают в себя: сбор данных, обработку данных, хранение данных, создание отчетов.
ИТ управления. Предназначены для удовлетворения информационных потребностей сотрудников фирмы и направлены на создание управленческих отчетов и принятия управленческих решений.
ИТ автоматизированного офиса. Предназначены для повышения трудоспособности персонала фирмы с помощью баз данных, текстового и табличного процессора, электронной почты, аудио- и видеоконференций, факсимильной связи.
ИТ поддержки принятия решений. Предназначены для разработки и выдачи различных вариантов действий на основе существующих моделей прогнозирования развития событий [17].
Пример. Модель линейного программирования дает возможность определить наиболее выгодную производственную программу выпуска нескольких видов продукции при заданных ограничениях на ресурсы.
ИТ экспертных систем. Основаны на использовании искусственного интеллекта, т.е. связаны с человеческим мышлением. Предназначены для выдачи пользователю обоснованного решения с пояснениями, превосходящего возможности пользователя.
 |
Лекция 2
Представление информации в компьютере
2.1. Кодирование данных
В ЭВМ применяется двоичная система счисления, т.е. все числа в компьютере представляются с помощью нулей и единиц, поэтому компьютер может обрабатывать только информацию, представленную в цифровой форме.
Для преобразования числовой, текстовой, графической, звуковой информации в цифровую необходимо применить кодирование.
В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит его кодирование, т.е. преобразование в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс – декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в графическое изображение.
Кодирование/декодирование – это операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы.
Например, человеческие языки – это системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. В вычислительной технике такая система называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-англий-ски – binary digit, или сокращенно bit (бит).
Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1 (да или нет, черное или белое, истина или ложь и т.п.). Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:
00 01 10 11
Тремя битами можно закодировать восемь различных зна-чений:
000 001 010 01l 100 101 110 111
Для кодирования целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь восемь разрядов двоичного кода (8 бит):
0000 0000 = 0
0000 0001 = 1
…………………
1111 1110 = 254
1111 1111 = 255
16 бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65 535, а 24 бита – уже более 16,5 миллионов разных значений [23].
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 ´ 109
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).
2.2. Кодирование текстовых данных
Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьмидвоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского алфавитов, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например, символ «§» (параграф).
Институт стандартизации США (ANSI – American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange – стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования: базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная – относится
к символам с номерами от 128 до 255.
Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды,которым не соответствуют никакие символы языков, и эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.
Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.
Первые коды с 32 по 127 являются стандартными и обязательными для всех стран и всех компьютеров, а во второй половине (128–255) каждая страна может создавать свой стандарт – национальный. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших. Например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.
Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный). На базе этой кодировки ныне действуют кодировки КОИ8-Р (русская) и КОИ8-У (украинская). Имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России [14].
Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization – Международный институт стандартизации).
На компьютерах, работающих в операционных системах
MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная).
Система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной – UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов – этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.
2.3. Кодирование графических данных
Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, то можно увидеть узор из мельчайших точек, называемый растром.
Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.
Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). Считается, что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB.
Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).
Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, т.е. любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска – черная (Black, К) (черный цвет обозначается буквой К, потому что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда (CMYK). Такой режим тоже называется полноцветным (True Color) (табл. 2).
Таблица 2
| Глубина цвета | Число отображаемых цветов (N) |
| 24 = 16 | |
| 28 = 256 | |
| 16 (High Color) | 216 = 65 536 |
| 24 (True Color) | 224 = 16 777 216 |
| 32 (True Color) | 232 = 4 294 967 296 |
2.4. Кодирование звуковой информации
Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека; чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).
Непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.
Качество передаваемой информации при этом будет зависеть:
– от разрядности преобразования, т.е. числа двоичных разрядов, которые будут использованы при кодировании соответствующего уровня;
– частоты дискретизации – частоты, с которой аналоговый сигнал будет преобразован в цифровую форму с помощью одной из систем счисления.
Дискретизация –процесс разбиения сигнала на отдельные составляющие, взятые в определенные тактовые моменты времени через четко определенные тактовые интервалы времени [14].
Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний. Следовательно, чем большее число уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание. Звуковые карты обеспечивают, например, 16-битную глубину кодирования звука, обеспечивая
216 = 65 536 уровней сигнала.
Качество кодирования зависит еще и от числа точек измерения уровня сигнала за 1 с, т.е. частоты дискретизации (это значение изменяется от 8 000 до 48 000 кГц).
Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 с при высоком качестве звука (16 бит,
48 кГц). Для этого число бит на одну выборку необходимо умножить на число выборок в 1 с и умножить на 2 (стереорежим):
16 бит ´ 48 000 ´ 2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт.
Информационный объем звукового файла длительностью 1 мин приблизительно равен 11 Мбайт.
2.5. Файловая структура, единицы
и способы измерения данных
Существует множество систем представления данных. Наименьшей единицей такого представления является бит (двоичный разряд).
В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами. Именно 8 бит требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256 = 28).
Группа из двух взаимосвязанных байтов в информатике называется словом.
Более крупная единица измерения – килобайт (Кбайт), который равен 210 байт (1024 байт).
Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт
………………………………………………
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт.
Количество информации можно измерить по формуле
A = –log2 (k),
где k = n / N – средняя частота;
n – число повторений одного объекта;
N – число всей совокупности.
Пример. Буква «а» в некотором тексте встречается 15 раз, общее количество букв в тексте 300.
Решение:
k = 15/300 = 0,05
–log2 0,05 = 4,32 бит.
Ответ: буква «а» занимает в тексте 4,32 бит.
При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ.
Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру в виде адресных данных.
В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу.
В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним [22].
Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая называется файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов, через которые он проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).
Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.
В Интернете также не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами, так как в масштабах Всемирной сети каждый компьютер имеет уникальный адрес.
 |
Лекция 3
Арифметические основы компьютера
3.1. Понятия о системах счисления
Система счисления – это совокупность знаков и правил отображения чисел. Основание системы счисления – количество знаков, используемых для изображения чисел. Основание системы счисления показывает, во сколько раз единица данного разряда больше единицы предыдущего разряда.
Существуют непозиционные и позиционные системы счисления.
В непозиционных системах счисления вес цифры не зависит от ее позиции в записи числа.
Непозиционные системы – системы, алфавит которых содержит неограниченное количество символов, причем количественный эквивалент любой цифры постоянен и зависит только от ее начертания. Позиция цифр в числе значения не имеет. Так, в римской системе счисления в числе XXXII (тридцать два) вес цифры X в любой позиции равен десяти.
Непозиционные системы строятся по принципу аддитивности (англ. Add – сумма) – количественный эквивалент числа определяется как сумма цифр.
В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в десятичном числе 757,7 первая семерка означает 7 сотен, вторая – 7 единиц, а третья – 7 десятых долей единицы. Сама же запись числа 757,7 означает сокращенную запись суммы 700 + 50 + 7 + 0,7 = 7 ´ 102 + 5 ´ 101 + 7 ´ 100 + + 7 ´ 10-1 = 757,7.
Вес цифры числа равен степени, где основание степени равно основанию системы счисления, а показатель – номеру позиции цифры в числе.
Развернутая форма записи числа равна сумме произведений цифры числа на ее вес и служит для перевода чисел из любой системы счисления в десятичную.
Основанием системе счисления может служить любое натуральное число: 2, 3, 4 и т.д., т.е. возможно бесчисленное множество позиционных систем.
Десятичная система счисления называется арабской.
Число 60 является основанием древней вавилонской шестидесятеричной системы счисления, к которой восходит деление часа на 60 мин и угла на 360 °. Традицию считать дюжинами (в году 12 мес., в сутках два периода по 12 ч, в футе 12 дюймов) распространили англосаксы (двенадцатеричная система счисления). В Китае широко использовалась пятеричная система счисления (табл. 3).
Таблица 3
