Угринович Н. Д. У27 Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов / Н. Д.

Н.УГРИНОВИЧ

Информатика и информационные технологии

Допущено

Министерством образования Российской Федерации

в качестве учебника по информатике

для учащихся 10-11 классов

естественно-математического профиля

общеобразовательных учреждений

%

Москва

БИНОМ. Лаборатория знаний

2003

3. 
   Алфавитный подход к определению количества информации 78
   
4. 
   Формула Шеннона 79
   
5. 
   Представление и кодирование информации 82
   

1. 
   Язык как знаковая система 82
   
2. 
   Представление информации в живых организмах .... 83
   
3. 
   Кодирование информации 85
   
4. 
   Двоичное кодирование информации в компьютере. ... 86
   

2.6. Представление числовой информации с помощью

систем счисления 87

2.7. Перевод чисел в позиционных системах счисления 93

1. 
   Перевод чисел в десятичную систему счисления 93
   
2. 
   Перевод чисел из десятичной системы счисления
   

в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную. ... 93

2.7.3. Перевод чисел из двоичной системы счисления

в восьмеричную и шестнадцатеричную и обратно 97

8. 
   Арифметические операции в позиционных системах счисления 100
   
9. 
   Представление чисел в компьютере 103
   

10. 
    Двоичное кодирование текстовой информации 107
    
11. 
    Аналоговый и дискретный способы представления изображений и звука 111
    
12. 
    Двоичное кодирование графической информации. ... 112
    
13. 
    Двоичное кодирование звуковой информации 116
    
14. 
    Хранение информации 119
    

Глава 3. Основы логики и логические основы

компьютера 122

1. 
   Формы мышления 122
   
2. 
   Алгебра высказываний 125
   

1. 
   Логическое умножение (конъюнкция) 126
   
2. 
   Логическое сложение (дизъюнкция) 127
   
3. 
   Логическое отрицание (инверсия) 128
   

3. 
   Логические выражения и таблицы истинности 129
   
4. 
   Логические функции 132
   

3. 
   Логические законы и правила преобразования логических выражений 136
   

3. 
   Решение логических задач 138
   
4. 
   Логические основы устройства компьютера 140
   

1. 
   Базовые логические элементы 140
   
2. 
   Сумматор двоичных чисел 141
   
3. 
   Триггер 144
   

7.2.2. Редактирование изображений в растровом

редакторе Paint 314

7.2.3. Создание изображений в векторном редакторе,
входящем в состав текстового редактора Word 316

7.3. Система автоматизированного проектирования

КОМПАС-ЗБ 318

1. 
   Окно САПР КОМПАС-ЗБ 319
   
2. 
   Построение основных чертежных объектов 320
   

Глава 8. Компьютерные презентации 323

1. 
   Компьютерные презентации с использованием мультимедиа технологии 323
   
2. 
   Разработка презентации 324
   

1. 
   Создание презентации с помощью PowerPoint 325
   
2. 
   Рисунки и графические примитивы на слайдах 327
   
3. 
   Выбор дизайна презентации 329
   
4. 
   Редактирование и сортировка слайдов 329
   

3. 
   Использование анимации в презентации 331
   
4. 
   Интерактивная презентация 333
   

1. 
   Переходы между слайдами 333
   
2. 
   Демонстрация презентации 336
   

Глава 9. Технология обработки текстовой

информации 337

1. 
   Создание и редактирование документов 337
   
2. 
   Различные форматы текстовых файлов
   

(документов) 341

9.3. Форматирование документа 344

1. 
   Выбор параметров страницы 344
   
2. 
   Форматирование абзацев 346
   
3. 
   Списки 349
   
4. 
   Таблицы 350
   
5. 
   Форматирование символов 352
   

4. 
   Гипертекст 354
   
5. 
   Компьютерные словари и системы машинного
   

перевода текстов 356

9.6. Системы оптического распознавания документов 358

Глава 10. Технология обработки числовых данных 361

1. 
   Электронные калькуляторы 361
   
2. 
   Электронные таблицы 362
   
3. 
   Встроенные функции 366
   

1. 
   Математические функции 367
   
2. 
   Логические функции 368
   

10.4. Сортировка и поиск данных 370

Галактики

t Макротела

f ► Биологические

Молекулы системы

t Атомы

t Элементарные частицы

Объекты окружающего мира

Поднятое над поверхностью земли тело обладает механи­ческой энергией, нагретый чайник — тепловой, заряжен­ный проводник — электрической, ядра атомов — атомной.

Механическая энергия падающей воды вращает турбины гидроэлектростанций, тепловая энергия превращается в электрическую на тепловых электростанциях, атомная в электрическую — на атомных электростанциях. Электриче­ская энергия передается по проводам и с помощью электро­двигателей превращается в механическую энергию (движе­ние поездов, лифтов и так далее). Все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией.

Вещественно-энергетическая картина мира начала скла­дываться еще в античной философии, а с XVIII века форми­ровалась в основном в рамках физической науки и химии. С середины XX века все большее внимание стало уделяться исследованию строения и функционирования сложных сис­тем (биологических, социальных и технических) в рамках биологии и других наук. Однако не все особенности таких систем оказалось возможным объяснить в рамках традици­онного вещественно-энергетического подхода.

Информационная картина мира. Строение и функциони­рование сложных систем различной природы (биологиче­ских, социальных, технических) оказалось невозможным объяснить, не рассматривая общих закономерностей инфор­мационных процессов. К концу XX века стала складываться, сначала в рамках кибернетики и биологии, а затем информа­тики, информационная картина мира. Информационная кар­тина мира рассматривает окружающий мир под особым, ин­формационным углом зрения, при этом она не противопос­тавлена вещественно-энергетической картине мира, но допол­няет и развивает ее.

Информация в природе. Второе начало термодинами­ки, один из основных законов классической физики, утвер­ждает, что если какую-либо систему «предоставить самой себе» и убрать все внешние воздействия (такую систему на­зывают «закрытой»), то эта система будет стремиться к со­стоянию термодинамического равновесия. Составляющие ее элементы «перемешиваются», разрушается их структура и наступает полный беспорядок — хаос. Энтропия системы, которая является мерой беспорядка, возрастает, а информа­ция (антиэнтропия), которая является мерой упорядоченно­сти, уменьшается. В соответствии с такой точкой зрения нашу Вселенную ждет «тепловая смерть», то есть прекраще­ние каких-либо изменений и развития.

Однако, по крайней мере, на нашей планете многое про­исходит наоборот: идет саморазвитие, эволюция живой при­роды, то есть повышение сложности и разнообразия живых систем. Жизнь является системой открытой, многообразны­ми путями в нее поступают и вещество, и энергия, и инфор­мация. Потребляя энергию солнечного излучения в процессе фотосинтеза, растения строят сложные биологические моле­кулы из простых неорганических, далее животные, поедаю­щие растения и друг друга, создают все более сложные жи­вые структуры и так далее.

Таким образом, энтропия в живой природе уменьшается, а информация (антиэнтропия) — увеличивается.

Получение и преобразование информации является усло­вием жизнедеятельности любого организма. Даже простей­шие одноклеточные организмы постоянно воспринимают и используют информацию, например, о температуре и хими­ческом составе среды для выбора наиболее благоприятных условий существования. Биологи образно говорят, что «жи­вое питается информацией», создавая, накапливая и актив­но используя ее.

Генетическая информация. Любой живой организм, в том числе человек, является носителем генетической ин­формации, которая передается по наследству. Генетическая информация хранится в каждой клетке организма в молеку­лах ДНК, которые состоят из отдельных участков (генов). Каждый ген «отвечает» за определенные особенности строе­ния и функционирования организма и определяют как его возможности, так и предрасположенность к различным на­следственным болезням.

Чем сложнее и высокоорганизованнее организм, тем боль­шее количество генов содержится в молекуле ДНК. Работы

по расшифровке структуры генома человека, который содер­жит более 20 тысяч различных генов, проводились с исполь­зованием компьютерных технологий и были в основном за­кончены в 2000 году.

Человек и информация. Человек живет в мире инфор­мации. Человек воспринимает окружающий мир (получает информацию) с помощью органов чувств. Наибольшее коли­чество информации (около 90%) человек получает с помо­щью зрения, около 9% — с помощью слуха и только 1% с помощью других органов чувств (обоняния, осязания и вку­са). Полученная человеком информация в форме зритель­ных, слуховых и других образов хранится в его памяти. Человеческое мышление можно рассматривать как про­цессы обработки информации в мозгу человека. На основе информации, полученной с помощью органов чувств, и тео­ретических знаний, приобретенных в процессе обучения, че­ловек создает информационные модели окружающего мира. Такие модели позволяют человеку ориентироваться в окру­жающем мире и принимать правильные решения для дости­жения поставленных целей.

Процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации, называют­ся информационными процессами.

Информация и общество. В процессе общения с други­ми людьми человек передает и получает информацию. Об­мен информацией между людьми может осуществляться в различных формах (письменной, устной или с помощью жес­тов). Для обмена информацией всегда используется опреде­ленный язык (русский, азбука Морзе и так далее). Для того чтобы информация была понятна, язык должен быть изве­стен всем людям, участвующим в общении. Чем большее ко­личество языков вы знаете, тем шире круг вашего общения.

История человеческого общества — это, в определенном смысле, история накопления и преобразования информации. Весь процесс познания является процессом получения, преоб­разования и накопления информации (знаний). Полученная информация хранится на носителях информации различных типов (книги, аудио- и видеокассеты и так далее), а в послед­нее время все больше на электронных носителях информации в цифровой форме (магнитные и лазерные диски и др.).

Объединение компьютеров в глобальную сеть Интернет позволило обеспечить для каждого человека потенциальную возможность быстрого доступа ко всему объему информа­ции, накопленному человечеством за всю его историю.

Информационные процессы в технике. Информаци­онные процессы характерны не только для природы, человека и общества, но и для техники. Нормальное функционирование технических устройств связано с процессами управления, ко­торые включают в себя получение, хранение, преобразование и передачу информации. В некоторых случаях главную роль в процессе управления выполняет человек (например, вождение автомобиля), в других управление берет на себя само техниче­ское устройство (например, кондиционер).

Аппаратные и программные средства информатизации. Человеком созданы специальные технические устройства, предназначенные для кодирования, обработки, хранения и пе­редачи информации в цифровой форме (компьютер, принтер, сканер, модем и др.). Совокупность таких устройств принято называть аппаратными средствами информатизации.

Универсальным устройством, предназначенным для авто­матической обработки информации, является компьютер. Управляют работой компьютера программы, которые имеют различные функции и назначение. Совокупность компью­терных программ называется программным обеспечением или программными средствами информатизации.

Информационные и коммуникационные технологии. Для создания на компьютере документа с использованием тек­стового редактора необходимо овладеть технологией обра­ботки текстовой информации, для редактирования изобра­жения с помощью графического редактора — технологией обработки графической информации, для проведения вы­числений в электронных таблицах — технологией обработ­ки числовой информации и так далее.

В процессе исследования информационных моделей при­ходится разрабатывать алгоритмы и затем кодировать их на языках программирования, то есть использовать техноло­гию программирования.

Поиск и получение необходимой информации из глобаль­ной компьютерной сети Интернет требует использования коммуникационных технологий.

В любом случае кроме использования определенных ап­паратных и программных средств необходимо знать и уметь применять определенные информационные и коммуникаци­онные технологии.

Информационное общество. В последние два десятилетия массовое производство персональных компьютеров и стре­мительный рост Интернета существенно ускорили становле­ние информационного общества в развитых странах мира.

В информационном обществе главным ресурсом являет­ся информация, именно на основе владения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффектив­но и оптимально строить любую деятельность. Большая часть населения в информационном обществе занята в сфе­ре обработки информации или использует информацион­ные и коммуникационные технологии в своей повседнев­ной производственной деятельности.

Для жизни и деятельности в информационном обществе необходимо обладать информационной культурой, т. е. зна­ниями и умениями в области информационных технологий, а также быть знакомым с юридическими и этическими нор­мами в этой сфере.

Информатика. Информационный подход к исследованию мира реализуется в рамках информатики, комплексной нау­ки об информации и информационных процессах, аппарат­ных и программных средствах информатизации, информа­ционных и коммуникационных технологиях, а также социальных аспектах процесса информатизации.

Вопросы для размышления

1. 
   Дайте краткую характеристику вещественно-энергетической картины мира.
   

1. 
   Дайте краткую характеристику информационной картины мира.
   
2. 
   Что изучает информатика?
   

Процессор		Оперативная память

Шина данных (8, 16, 32, 64 бита) Шина адреса (16, 20, 24, 32, 36 битов)

Шина	управления
Устройства ввода		Долговременная память		Устройства вывода		Сетевые устройства

Рис. 1.1. Магистрально-модульное устройство компьютера

Шина адреса. Выбор устройства или ячейки памяти, куда пересылаются или откуда считываются данные по шине данных, производит процессор. Каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес переда­ется по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении — от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).

Разрядность шины адреса определяет объем адресуемой памяти (адресное пространство), то есть количество однобай­товых ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уни­кальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти мож­но рассчитать по формуле:

N = 2 , где / — разрядность шины адреса. Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 36 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресу­емых ячеек памяти равно:

N = 2³⁶ = 68 719 476 736. Шина управления. По шине управления передаются сиг­налы, определяющие характер обмена информацией по ма­гистрали. Сигналы управления показывают, какую опера­цию — считывание или запись информации из памяти — нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами и так далее.

1.1.2. Процессор и оперативная память

Процессор. Процессор аппаратно реализуется на большой интегральной схеме (БИС). Большая интегральная схема на самом деле не является «большой» по размеру и представля­ет собой, наоборот, маленькую плоскую полупроводниковую