Конспект урока "Информатика"

СОДЕРЖАНИЕ

1. Информация и информатика.

Информация есть информация –

не материя и не энергия.

Норберт Винер

Развитие человеческого общества в целом связано с накоплением и обменом информации. Тысячи лет люди в процессе накопления и распространения информации использовали только свою память и речь. Информация, которую человек накопил за свою жизнь, биологическим путём не наследуется. После смерти человека она исчезает бесследно одновременно с разрушением клеток мозга. Вот почему уже в древности люди стремились сохранить собранную информацию на века.

Потребность выразить и запомнить информацию привела к появлению речи, письменности, изобразительного искусства, книгопечатания. Появление телеграфа, телефона, радио, телевидения позволило передавать огромные потоки информации. Значение информации в нашей жизни трудно переоценить - ее можно причислить к основным ресурсам общества наряду с сырьем и энергией.

Информацию можно: создавать, передавать, воспринимать, иcпользовать, запоминать, принимать, копировать, формализовать, распространять, преобразовывать, комбинировать, обрабатывать, делить на части, упрощать, собирать, хранить, искать, измерять, разрушать, и др.

Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

Информация обладает следующими свойствами, характеризующими ее качественные признаки: достоверность, полнота, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и др.

Современный мир производит огромное количество информации. Очевидно, что ограничить этот поток невозможно. Единственная надежда выжить – научиться уверенно плавать в океане информации.

Для того чтобы человек мог быстро ориентироваться в огромном потоке информации, ему необходимы надёжные и неутомимые помощники, которые должны накапливать её, сортировать и перерабатывать в соответствии с запросами потребителя, выдавать ему нужную информацию в систематизированном и удобном для использования виде. Такими "квалифицированными" и не знающими усталости помощниками человека в мире информации стали компьютеры. Компьютеризация дает людям быстрый доступ к источникам информации, избавляет их от рутинной работы, обеспечивает высокий уровень автоматизации обработки информации в производственной и социальной сферах.

Образуются межрегиональные и международные системы связи, которые позволяют обмениваться информацией на больших территориях за минимальные сроки. Наиболее известная такая система — сеть Internet. Растет количество людей, профессионально занятых сбором, хранением и обработкой информации.

В информационном обществе изменятся не только производство, но и весь уклад жизни, система ценностей. По сравнению с индустриальным обществом, где все направлено на производство и потребление товаров, в информационном обществе производятся и потребляются интеллект, знания, что приводит к увеличению доли умственного труда. От человека потребуется способность к творчеству, возрастет спрос на знания.

Материальной и технологической базой информационного общества станут различного рода системы на базе компьютерной техники и компьютерных сетей, информационной технологии, телекоммуникационных систем.

Область знаний, которую сейчас называют информатикой, является очень широкой. Термин "информатика" введен во Франции в середине 60-х лет XX века и образован из двух слов: информация и автоматика. Тогда в англоязычных странах вошел в употребление термин "Computer Science" (компьютерная наука) для обозначения науки о преобразовании информации с использованием вычислительной техники. Теперь эти термины являются синонимами.

Существуют десятки определений самого термина "информатика". Их дают философы, математики, программисты.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием "информатика" область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров. Информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее. Её можно представить как единство трех взаимосвязанных частей – технических средств (hardware), программных средств (software) и алгоритмических средств (brainware).

Каждая наука имеет свой предмет для изучения. Информатика имеет свой предмет для изучения и работы с ним, этот предмет называется информация. Методы ее изучения — это способы и технологии получения, хранения, передачи и обработки информации, а инструмент для работы с информацией — компьютер.

Итак, предмет информатики — это информация. Методы ее изучения — это способы и технологии получения, хранения, передачи и обработки информации, а инструмент для работы с информацией — компьютер.

Информация — фундаментальное понятие, поэтому определить его исчерпывающим образом через какие-то более простые понятия невозможно. Можно лишь, обращаясь к различным аспектам этого понятия, пояснить его смысл. В широком смысле информация — это отражение реального мира, выражаемое в виде сигналов и знаков. Сигналы отражают физические характеристики различных процессов и объектов.

В интуитивном, житейском смысле под информацией мы понимаем совокупность интересующих нас сведений, знаний и т.д. При этом подразумевается, что существует источник информации и её потребитель. От источника к потребителю информация передаётся с помощью сообщения. Сообщение может содержать слова, выражения или знаки, смысл и значение которых заранее известны адресату.

С тремя составляющими информационных процессов — хранением, передачей и обработкой информации — люди начали иметь дело давно, задолго до появления компьютеров. Человеку почти непрерывно приходится заниматься обработкой информации.

Вот несколько примеров:

• получение новой информации из данной путем математических вычислений или логических рассуждений (например, решение математической задачи, раскрытие следователем преступления по собранным уликам);

• изменение формы представления информации без изменения ее содержания (например, перевод текста с одного языка на другой, шифровка (кодирование) текста);

• упорядочение (сортировка) информации (например, упорядочение списка класса в алфавитном порядке по фамилиям учеников, упорядочение расписания поездов по времени отправления);

• поиск нужной информации в некотором информационном массиве (например, поиск номера телефона в телефонной книге, поиск перевода иностранного слова в словаре, поиск сведений о рейсе самолета в расписании аэропорта).

Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств: важность, достоверность, своевременность, ценность, доступность, актуальность, полнота и т.д.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.

Информация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Адекватность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.

Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.

Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной.

Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по-разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.

Информация — это настолько общее и глубокое понятие, что его нельзя объяснить одной фразой. В это слово вкладывается различный смысл в технике, науке и в житейских ситуациях.

В обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п. "Информировать" в этом смысле означает "сообщить нечто, неизвестное раньше".

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

Информация может существовать в самых разнообразных формах:

- в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

- в виде световых или звуковых сигналов;

- в виде радиоволн;

- в виде электрических и нервных импульсов;

- в виде магнитных записей;

- в виде жестов и мимики;

- в виде запахов и вкусовых ощущений;

- в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами. Всякое событие, всякое явление служит источником информации.

Информацию можно: создавать, передавать, воспринимать, иcпользовать, запоминать, принимать, копировать, формализовать, распространять, преобразовывать, комбинировать, обрабатывать, делить на части, упрощать, собирать, хранить, искать, измерять, разрушать, и др.

Все эти процессы, связанные с определенными операциями над информацией, называются информационными процессами.

Информация обладает следующими свойствами, характеризующими ее качественные признаки: достоверность, полнота, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и др.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.

Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.

Информация полна, если её достаточно для понимания и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.

Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.

Если ценная и своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной.

Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

Информацию по одному и тому же вопросу можно изложить кратко (сжато, без несущественных деталей) или пространно (подробно, многословно). Краткость информации необходима в справочниках, энциклопедиях, учебниках, всевозможных инструкциях.

Обработка информации – получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов.

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.

Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых алгоритмов.

Живые организмы и растения обрабатывают информацию с помощью своих органов и систем.

Информационные ресурсы – это идеи человечества и указания по их реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.

Это книги, статьи, патенты, диссертации, научно-исследовательская и опытно-конструкторская документация, технические переводы, данные о передовом производственном опыте и др.

Информационные ресурсы (в отличие от всех других видов ресурсов — трудовых, энергетических, минеральных и т.д.) тем быстрее растут, чем больше их расходуют.

Информационная технология — это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации.

Человечество занималось обработкой информации тысячи лет. Первые информационные технологии основывались на использовании счётов и письменности. Около пятидесяти лет назад началось исключительно быстрое развитие этих технологий, что в первую очередь связано с появлением компьютеров.

В настоящее время термин "информационная технология" употребляется в связи с использованием компьютеров для обработки информации. Информационные технологии охватывают всю вычислительную технику и технику связи и, отчасти, — бытовую электронику, телевидение и радиовещание.

Они находят применение в промышленности, торговле, управлении, банковской системе, образовании, здравоохранении, медицине и науке, транспорте и связи, сельском хозяйстве, системе социального обеспечения, служат подспорьем людям различных профессий и домохозяйкам.

Народы развитых стран осознают, что совершенствование информационных технологий представляет самую важную, хотя дорогостоящую и трудную задачу.

Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Цель информатизации — улучшение качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда.

Информатизация — это сложный социальный процесс, связанный со значительными изменениями в образе жизни населения. Он требует серьёзных усилий на многих направлениях, включая ликвидацию компьютерной неграмотности, формирование культуры использования новых информационных технологий и др.

2. Кодирование и измерение информации.

Существует несколько взглядов на то, что принято считать информацией. Один взгляд, и его, по-видимому придерживается большая часть специалистов и неспециалистов сводится к тому, что существует как бы два сорта информации:

1) информация техническая, которая передаётся по телеграфным линиям и отображается на экранах радиолокаторов. Количество такой информации может быть точно вычислено, и процессы, происходящие с такой информацией, подчиняются физическим законам.

2) информация семантическая, то есть смысловая. Это та самая информация, которая содержится, к примеру, в литературном произведении. Для такой информации предлагаются различные количественные оценки и даже строятся математические теории. Но общее мнение скорее сводится к тому, что оценки здесь весьма условны и приблизительны и алгеброй гармонию всё-таки не проверишь.

Второй взгляд состоит в том, что информация - это физическая величина, такая же, как, например, энергия или скорость. Определённым образом и в определённых условиях информация равным образом описывает как процессы, происходящие в естественных физических системах, так и процессы в системах, искусственно созданных.

Как всегда, при наличии двух резко противоположных мнений существует и третье, примиряющее. Сторонники третьего подхода считают, что информация едина, но вот количественные оценки должны быть разными.

Отдельно нужно измерять количество информации, причём количество информации - строгая оценка, относительно которой можно развивать единую строгую теорию. Кроме количества информации, следует измерять ещё и ценность. А вот с ценностью информации происходит то же самое, что и с понятием семантической информации. С одной стороны, вроде её можно вычислить, а с другой стороны, все эти вычисления справедливы лишь в ограниченном числе случаев. И вообще, кто может точно вычислить, скажем, ценность крупного научного открытия или количество информации, которое содержится, к примеру, в тексте романа "Война и мир", во фресках Рафаэля или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро.

Понимая информацию как один из основных стратегических ресурсов общества, необходимо уметь его оценивать как с качественной, так и с количественной стороны. На этом пути существуют большие проблемы из-за нематериальной природы этого ресурса и субъективности восприятия конкретной информации различными индивидуумами человеческого общества.

2.1. Вероятностный подход к измерению информации.

Определить понятие “количество информации” довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода. В конце 40-х годов XX века один из основателей кибернетики, американский математик Клод Шенон, предложил вероятностный подход к измерению количества информации.

Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний человека в два раза, несет для него 1 единицу информации. В качестве элементарной единицы измерения количества информации принят 1 бит.

Пусть в некотором сообщении содержатся сведения о том, что произошло одно из N равновероятных событий. Тогда количество информации, заключенное в этом сообщении , - х бит и число N связаны формулой Хартли

x=log₂N.

Например, сообщение о результате бросания монеты (количество равновероятных исходов равно 2) содержит х=1 бит информации (2^х= 2). Пусть в барабане для розыгрыша лотереи содержится 32 шара. Сколько информации содержит сообщение о первом выпавшем номере ? Поскольку появление любого из 32 шаров равновероятно, то 2^х= 32 и х=5 бит. Рассмотрим еще один пример. При бросании игральной кости используют кубик с шестью гранями. Сколько бит информации получает каждый игрок при бросании кубика ? Так как выпадение каждой грани равновероятно, то 2^х= 6, откуда х=log₂6  2,585 бит.

Определим теперь, являются ли равновероятными сообщения"первой выйдет из дверей здания женщина" и "первым выйдет из дверей здания мужчина". Однозначно ответить на этот вопрос нельзя. Все зависит от того, о каком именно здании идет речь. Если это, например, станция метро, то вероятность выйти из дверей первым одинакова для мужчины и женщины, а если это военная казарма, то для мужчины эта вероятность значительно выше, чем для женщины.

Для задач такого рода американский учёный Клод Шеннон предложил в 1948 г. другую формулу определения количества информации, учитывающую возможную неодинаковую вероятность сообщений в наборе.

где p_i — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений

Легко заметить, что если вероятности p_iравны, то каждая из них равна 1/N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.

В качестве примера определим количество информации, связанное с появлением каждого символа в сообщениях, записанных на русском языке. Будем считать, что русский алфавит состоит из 33 букв и знака “пробел” для разделения слов. По формуле Хартли x=log₂34  5,09 бит. Однако в словах различные буквы встречаются неодинаково часто. Вероятности частоты употребления различных букв вычисляются на основе анализа очень больших по объему текстов. Если это учесть, то по формуле Шеннона получимH=4,72. Вычисления показывают, что при равновероятных событиях мы получаем большее количество информации, чем при неравновероятных событиях.

При вычислении вероятности наступления какого-то события часто приходится вычислить количество различных исходов проведения опытов. При этом используют различные формулы комбинаторики – раздела дискретной математики, в котором решаются задачи выбора и расположения элементов некоторого множества в соответствии с некоторыми правилами.

Задача 1. На вершину горы ведет 7 дорог. Сколькими способами турист может подняться на гору и спуститься с нее если подъем и спуск осуществляется разными путями ?

Задача 2. В группе 30 человек. Необходимо выбрать старосту и профорга. Сколькими способами можно это сделать ?

Задача 3. Сколько существует трехзначных чисел с разными цифрами ?

Задача 4. Сколькими способами можно разместить на полке 4 книги ?

Правило произведения. Если из некоторого конечного множества

1-й объект можно выбрать k₁ способами,

2-й объект можно выбрать k₂ способами,

n-й объект можно выбрать k_n способами.

Тогда произвольный набор, перечисленных n объектов, из данного множества можно выбрать k₁k₂… k_n способами.

Для нахождения числа различных перестановок из n элементов используют формулу P_n = n! Например, из цифр 3,5,7 можно составить 6 перестановок: 357, 375, 537, 573, 753, 735.

Задача 5. Сколько шестизначных чисел, кратных пяти, можно составить из цифр 1,2,3,4,5,6 при условии, что в числе цифры не повторяются ?

Задача 6. Сколькими способами могут расположиться в турнирной таблице 10 команд, если известно, что никакие две команды не набрали поровну очков ?

Пусть имеется некоторое множество, содержащееn элементов. Все элементы такого множества можно занумеровать, т.е. каждому элементу поставить в соответствие одно из натуральных чисел 1,2,…, n. Такие множества называются упорядоченными.

Любой упорядоченный набор из k элементов n-элементного множества называют размещениемиз n элементов по k. Все эти подмножества отличаются друг от друга или составом элементов, или порядком их распределения. Но число элементов во всех этих подмножествах равно k.

Например, пусть Х={a,b,c}. Тогда по одному элементу можно образовать три размещения: (a), (b), (c); по два – шесть размещений: (a,b), (b,a), (a,c), (c,a), (b,c), (c,b). Для определения числа размещений из n элементов по k используют формулу

=n(n-1)…(n – k +1) =

Задача 7. В турнире принимают участие 8 команд. Сколько различных предсказаний относительно распределения трех первых мест можно сделать ?

Задача 8. В семестре изучаются 14 предметов. Сколькими способами можно составить расписание занятий на понедельник, если в этот день недели должно быть 5 различных предметов ?

Задача 9. Набирая номер телефона, абонент забыл две последние цифры и, помня лишь, что эти цифры различны, стал набирать их наудачу. Сколько вариантов ему надо перебрать, чтобы набрать нужный номер ?

Задача 10. Назовите все возможные комбинации из двух различных нот (всего нот семь: до, ре, ми, фа, соль, ля, си).

Иногда возникает необходимость не учитывать порядок элементов, входящих в размещение. Например, необходимо составить различные произведения из чисел 3,5,7. Таких произведений будет всего три: 35, 37, 57, так как 35=53 и мы порядок не учитываем.

Количествоk-элементных подмножеств n-элементного множества называют сочетаниями и обозначают . Порядок элементов в подмножестве не имеет значения. Обратите внимание: отличие от : в сочетаниях не могут быть два одинаковых подмножества {a,b} и {b,a}.Два различных сочетания отличаются составом входящих в них элементов. Например, ниже выписаны всевозможные сочетания, составленные из 5 элементов 1,2,3,4 и 5 по 3 (столькими способами Вы можете выбрать 3 книги из 5): 123, 124, 125, 134, 135, 145, 234, 235, 245, 345

Число сочетаний из n элементов по k равно

Задача 11. Сколько экзаменационных комиссий, состоящих из 7 членов, можно образовать из 14 преподавателей ?

Задача 12. В турнире принимали участие n шахматистов, и каждые 2 шахматиста встретились 1 раз. Сколько партий было сыграно ?

Задача 13. Поезд находится на одном из восьми путей. Сколько бит информации содержит сообщение о том, где находится поезд ?

Задача 14. Сколько бит информации получает игрок о масти при случайном вытаскивании карты из колоды ?

Задача 15. Тетрадь лежит на одной из двух полок - верхней или нижней. Сколько бит несет в себе сообщение, что она лежит на нижней полке?

Задача 16. Шарик находится в одной из 32 урн. Сколько единиц информации будет содержать сообщение о том, где он находится?

Задача 17. После реализации одного из равновозможных событий получили количество информации равное 10 бит. Какое количество возможных событий было первоначально ?

Задача 18.   Какое количество информации получит первый игрок после первого хода второго игрока в игре "крестики - нолики" на поле 4 х 4 ?

2.2. Символьный подход к измерению информации

Рассмотрим алфавитный подход к измерению информации. Обычно информация хранится, передается, обрабатывается в символьной (знаковой) форме. Такой подход позволяет определить количество информации в тексте и является объективным, т.е. не зависит от субъекта (человека), воспринимающего текст.

Одна и та же информация может быть представлена в разной форме, с помощью различных знаковых систем. Язык – это определенная знаковая система представления информации. Существуют естественные (разговорные) языки и формальные языки (нотная грамота, язык математики, язык мимики и жестов, дорожные знаки и т.д.).

Конечный упорядоченный набор знаков, используемых для передачи информации, называется алфавитом. Последовательность символов алфавита - словом. Сообщение, как правило, представляет собой последовательность слов. Довольно часто передаваемая информация кодируется. Кодирование информации – переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, обработки или передачи.

Способ кодирования зависит от цели, ради которой оно осуществляется: сокращение записи, засекречивание (шифровка) информации, удобство обработки и т.д.

Правило отображения одного алфавита на другой называется кодом, а сама процедура - перекодировкой сообщения. Например, при передаче сообщения по телеграфному каналу используется азбука Морзе. При этом каждой букве алфавита ставится в соответствие определённая последовательность точек и тире (А    ; Я      и т.д.).

В технических устройствах хранения, передачи и обработки информации для её кодирования часто используют алфавиты, содержащие лишь два различных символа. Например, “плюс”, ”минус” (+, -) или 1 и 0. Наличие всего двух символов значительно упрощает электрические схемы с электронными переключателями, которые принимают только два состояния - они либо проводят ток, либо нет. Алфавит из двух символов 1 и 0 называют двоичным и говорят о двоичном представлении информации (кодировании информации в двоичном коде). При таком представлении буквы, цифры и любые другие символы изображаются двоичными словами - последовательностями из нулей и единиц.

Как известно, в качестве единицы измерения количества информации принят 1 бит (англ.bit — binary,digit — двоичная цифра). Бит — один символ двоичного алфавита: 0 или 1. Наряду с битом получила распространение укрупнённая единица - байт, равный 8 битам. Из битов складывается все многообразие данных, которые обрабатывает компьютер. Комбинируя восемь нулей и единиц различными способами, можно получить 256 различных комбинаций. Этого количества достаточно, чтобы каждому символу поставить в соответствие свою неповторимую комбинацию из восьми нулей и единиц. Эти комбинации определяются кодовой таблицей ASCII (American Standart Code for Information Interchange - американский стандартный код для обмена информацией).

Одним байтом кодируется любой печатный знак (буква, цифра, любой другой символ). Например, число 7 выражается байтом 00000111; буква L 01001100; знак "плюс" имеет двоичный код 00101011. Байт — один символ, который представляет комбинацию из 8 бит.

Порядковый номер символа в таблице ASCII называют десятичным кодом этого символа. Чтобы его определить

необходимо сложить номер строки с номером столбца, которые соответствуют выбранному символу. Например, десятичный код цифры 7 равен 55 (7+48), а символа % - 37 (5+32). Таким образом, каждый символ имеет десятичный и двоичный код. Первые 32 символа являются управляющими и предназначены, в основном, для передачи различных команд.  

В кодовой таблице ASCII первые 128 символов (с номерами от 0 до 127) являются стандартными: буквы латинского алфавита, цифры, знаки препинания и другие (специальные) символы. Остальные (128 кодов) используются для кодировки букв национальных алфавитов.

Буквы располагаются в алфавитном порядке, а цифры по возрастанию значений. Например, буква i имеет десятичный код 105. Что зашифровано последовательностью десятичных кодов: 108 105 110 107 ?

Для расшифровки не нужно обращаться к таблице, вспомним лишь порядок букв латинского алфавита: …i j k l m n o …(соответственно, коды этих букв будут от 105 до 111). Поэтому это будет слово "link".

Заметим, что между десятичным кодом строчной буквы латинского алфавита и соответствующей кодом заглавной буквы разница равна 32. Если букве "c" соответствует десятичный код 99, то код буквы "C" будет 67=99-32.

К сожалению, в настоящее время существуют несколько различных кодировок кириллицы (КОИ8-Р, Windows, MS-DOS, Macintosh), что вызывает дополнительные трудности при работе с русскоязычными документами. Хронологически одним из первых стандартов кодирования русских букв на компьютерах был КОИ8 ("Код обмена информацией, 8-битный"). Эта кодировка применялась еще в 70-ые годы на компьютерах серии ЕС ЭВМ, а с середины 80-х стала использоваться в первых русифицированных версиях операционной системы UNIX. Наиболее распространенной в настоящее время является кодировка Microsoft Windows, обозначаемая сокращением CP1251 ("CP" означает "Code Page", "кодовая страница").

От начала 90-ых годов, времени господства операционной системы MS DOS, остается кодировка CP866. В конце 90-ых годов появился новый международный стандарт Unicode, который отводит под один символ не один байт, а два, и поэтому с его помощью можно закодировать не 256, а 65536 различных символов. Полная спецификация стандарта Unicode включает в себя все существующие, вымершие и искусственно созданные алфавиты мира, а также множество математических, музыкальных, химических и прочих символов.

Если алфавит состоит из двух символов (1 и 0), то вероятности их появления равны 0,5 и количество информации одного такого символа будет H=log₂2=1 бит.

Т.о. количество информации (в битах), заключенное в двоичном слове, равно числу двоичных знаков в нем.

В битах формально можно измерить любую информацию, которая содержится, например, на экране монитора или на странице книги. Естественно, что при этом совершенно не учитываются смысловое содержание информации. Например, в слове "информатика" 11 букв, а значит 11 байт.

Широко используются более крупные единицы информации:

• 1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2¹⁰ байт,

• 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰ байт,

• 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

• 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт

Одна дискета может хранить 1,5 Мбайта, CD диск имеет ёмкость около 700 Мбайт.

При двоичном кодировании для характеристики скорости передачи информации используется единица скорости телеграфирования 1бод = 1бит/c. Названа в честь французского изобретателя кодировки символов для телетайпов Эмиля Бодо. Используются более крупные единицы:

• Килобит в секунду, кбит/с — единица измерения скорости передачи информации, равная 1000 бит в секунду.

• Мегабит в секунду, 1 Мбит/с = 10⁶ = 1000000 (миллион) бит информации, переданные от источника к получателю за одну секунду.

3. Некоторые сведения о системах счисления.

Все данные и программы, хранящиеся в памяти компьютера, имеют вид двоичного кода. Мы уже знаем, что для представления текстовой (символьной) информации используется алфавит из 256 символов. Один символ из такого алфавита несет 8 бит информации, а значит двоичный код каждого символа в компьютерном тексте занимает 1 байт памяти. Числовая информация в памяти компьютера также представляется в двоичном виде.

Язык чисел, как и обычный язык, имеет свой алфавит. Способ записи чисел с помощью заданного набора специальных знаков (цифр) называется системой счисления.

Существуют позиционные и непозиционные системы счисления.

Внепозиционных системах вес цифры (т.е. тот вклад, который она вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа. Так, в римской системе счисления в числе ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен просто десяти.

Впозиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр, изображающих число. Например, в 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 выражения

700 + 50 + 7 + 0,7 = 710² + 510¹ + 710⁰ + 710^-1 = 757,7.

Любая позиционная система счисления характеризуется своим основанием. Основание позиционной системы счисления — это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе. Вот несколько примеров позиционных систем и их алфавитов:

Еслиn – основание системы не большее десяти, то в алфавите используются n первых арабских цифр. Если основание превышает 10, то в качестве дополнительных цифр выступают буквы латинского алфавита по порядку.

Общепринятой в современном мире является десятичная позиционная система исчисления, которая из Индии через арабские страны пришла в Европу. Основанием системы является число десять. Практически на всем земном шаре пользуются числовым языком, алфавит которого состоит из десяти арабских цифр от 0 до 9.

За основание системы можно принять любое натуральное число — два, три, четыре и т.д. Следовательно, возможно бесчисленное множество позиционных систем: двоичная, троичная, четверичная и т.д. Запись чисел в каждой из систем счисления с основаниемq означает сокращенную запись выражения

a_n-1 q^n-1 + a_n-2 q^n-2+ ... + a₁ q¹ + a₀ q⁰ + a_-1 q^-1 + ... + a_-m q^-m,

гдеa_i – цифры системы счисления; n и m – число целых и дробных разрядов, соответственно. Пусть число 102 записано в троичной системе счисления.

Тогда (102)₃=13²+03¹+23⁰. Выполнив действия, получим значение троичного числа в десятичной системе счисления. Т.е. (102)₃= (11)₁₀.

В компьютере информация представляется в двоичном виде (в битовой форме). Для перевода десятичного числа в двоичную систему счисления необходимо представить его в виде суммы степеней числа 2. Например,

(76)₁₀= 64 + 8 + 4 = 2⁶+ 2³+ 2²= (1001100)₂.

Можно воспользоваться последовательным делением на 2 с выделением остатка. Например, переведем число 58 в троичную систему счисления. После знака равенства записывается целая часть частного, а в скобках указывается остаток.

58 : 3 = 19(1)

19 : 3 = 6(1)

6 : 3 = 2(0)

2 : 3 = 0(2) 

Окончательный результат такой: 58=2011₃.

(201,25)=2⁷+2⁶+2³+2⁰+2^-2=(11001001,01)₂
Для перевода дроби в двоичную систему счисления преобразуют отдельно ее целую и дробную части. Причем дробная часть должна представляться суммой

a2^-1 + b2^-2 + c2^-3 + ...

где a,b,c,... неизвестные коэффициенты, принимающие значения либо 0, либо 1, которые и надо найти. Применяют алгоритм умножения на 2. Например, для перевода 0,375 в двоичную систему счисления, имеем:

20,375 = 0,75 (целая часть равна 0)

20,75 = 1,5 (целая часть равна 1)

20,5 = 1,0 (целая часть равна 1)

Этот процесс продолжается до тех пор, пока дробная часть не окажется равной нулю. Тогда имеем (0,375)₁₀= (0,011)₂. Проверьте, что (0,625)₁₀ = 0,101₂

Заметим, что этот процесс может оказаться и бесконечным. Например, число 0,1 при переводе в двоичную систему счисления примет вид (0,1)₁₀= (0,00011001100...)₂. Переведем число 0,123 в пятеричную систему счисления.

Далее пойдет повторение двух последних цифр. Результат получился таким:

0,123=0,030(14)₅.

В компьютерах используют двоичную систему потому, что она имеет ряд преимуществ перед другими системами:

• для ее реализации нужны технические устройства с двумя устойчивыми состояниями (есть ток — нет тока), а не с десятью, — как в десятичной;

• представление информации посредством только двух состояний надежно и помехоустойчиво;

• двоичная арифметика намного проще десятичной.

Недостаток двоичной системы — быстрый рост числа разрядов, необходимых для записи чисел.

Рассмотрим пример смешанной системы счисления -двоично-десятичной системы счисления.

В ней десятичное число записывается путем замены каждой цифры на 4-разрядный двоичный код. Таблица соответствия для двоично-десятичной системы следующая:

В этой таблице каждой десятичной цифре поставлено в соответствие равное ей четырехзначное двоичное число (нули слева – незначащие). Например, десятичное число 58236,37 в двоично-десятичной форме запишется так: 101 10001 0010 0011 0101,0011 0111_2-10 . Первый слева ноль у целого числа является незначащей цифрой, поэтому его можно не писать.

Для обратного преобразования из двоично-десятичной формы в десятичное число нужно разбить на четверки все знаки двоичного кода: от запятой влево – в целой части и вправо – в дробной части. Затем каждую четверку двоичных цифр заменить на соответствующую десятичную цифру. Например:

11 1000 0010 1001 0011,0101 1001 1000 _2-10 → 3823,598

Отметим важное обстоятельство: между данными десятичным и двоично-десятичным числом нельзя поставить знак равенства. Двоично-десятичное представление – это всего лишь двоичный код для представления десятичного числа, но никак не равное ему значение в двоичной системе счисления. Выполнение арифметических вычислений над десятичными числами, представленными в двоично-десятичной форме, весьма затруднительны. Тем не менее, в истории ЭВМ известны такие примеры. В первой ЭВМ под названием ENIAC использовалась двоично-десятичная система.

Современные компьютеры производят вычисления в двоичной системе счисления. Однако для представления компьютерной информации нередко используются двоично-восьмеричная и двоично-шестнадцатеричная системы.

Двоично-восьмеричная система.В следующей таблице представлено соответствие между восьмеричными цифрами (OCT) и трехзначными двоичными (BIN) числами (двоичными триадами), равными по значению этим цифрам.

Записать восьмеричное число в двоично-восьмеричном виде – это значит заменить каждую восьмеричную цифру на соответствующую двоичную триаду. Например: 3517,2₈→11 101 001 111,010_2-8.

А теперь переведем данное восьмеричное число в двоичную систему счисления. Для этого сначала его переведем в десятичную систему, а потом из десятичной в двоичную систему счисления. Вот что получается:

3517,2₈ = 1871,25=11101001111,01 ₂

Но это тот же самый двоичный код, что записан выше в двоично-восьмеричной системе! Мы пришли к следующему результату:двоично-восьмеричное число равно значению данного восьмеричного числа в двоичной системе счисления.

Отсюда следует, что перевод чисел из восьмеричной системы счисления в двоичную производится перекодировкой по двоично-восьмеричной таблице путем замены каждой восьмеричной цифры на соответствующую двоичную триаду. А для перевода числа из двоичной системы в восьмеричную его цифры надо разбить на триады (начиная от запятой) и заменить каждую триаду на соответствующую восьмеричную цифру.

Двоично-шестнадцатеричная система счисления. В следующей таблице представлено соответствие между шестнадцатеричными (HEX) цифрами и четырехзначными двоичными числами (двоичными тетрадами), равными по значению этим цифрам.

Записать шестнадцатеричное число в двоично-шестнадцатеричном виде – это значит заменить каждую шестнадцатеричную цифру на соответствующую двоичную тетраду. Например: С81F,1D₁₆→ 1100 1000 0001 1111,0001 1101_2-16

Переведем данное шестнадцатеричное число сначала в десятичную систему счисления, а затем в двоичную систему. Получим:

С81F,1D₁₆= 51231,875 = 1100 1000 0001 1111,0001 1101₂

Получился тот же самый двоичный код, что записан выше в двоично-шестнадцатеричной системе! Рассмотренный пример привел к следующему результату:двоично-шестнадцатеричное число равно значению данного шестнадцатеричного числа в двоичной системе счисления.

Следовательно, для перевода числа из шестнадцатеричной системы счисления в двоичную достаточно выполнить перекодировку по двоично-шестнадцатеричной таблице путем замены каждой шестнадцатеричной цифры на соответствующую двоичную тетраду. А для перевода числа из двоичной системы в шестнадцатеричную его цифры надо разбить на тетрады (начиная от запятой) и заменить каждую тетраду на соответствующую шестнадцатеричную цифру.

Восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления используют для компактного представления содержимого памяти компьютера, а также ее адресации. Восьмеричное представление сжимает двоичный код в три раза, а шестнадцатеричное представление – в четыре раза.

Задача. Перевести число 1369,75 в двоичную, восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления.

Наиболее рациональный способ решения задачи следующий. Нужно перевести это число в одну из трех систем с основанием 2, 8 или 16, а затем, используя связь между ними через смешанное представление, выполнить перевод в две другие системы путем перекодировки по таблицам 2-8 и 2-16.

1) Переведем число в восьмеричную систему путем последовательного деления на 8 целой части и последовательного умножения на 8 дробной части числа. Получим:

1369,75=2531,6₈

2) Путем перекодировки по двоично-восьмеричной таблице переведем это число в двоичную систему счисления:

2531,6₈=10 101 011 001,110₂

3) Разделив цифры двоичного числа на тетрады (влево и вправо от запятой), переведем двоичное число в шестнадцатеричную систему, используя двоично-шестнадцатеричную таблицу:

0101 0101 1001,1100₂=559,С₁₆

Все арифметические действия в компьютере выполняются в двоичной системе счисления. Законы двоичной арифметики очень просты:

Перенос в старший разряд единицы возникает, если результат сложения цифр одноименных разрядов больше 1.

Например,

Цифрами сверху обозначены значения, переносимые при сложении в соседний слева разряд. Проверьте результаты действий: a) 1110₂ + 101₂ = 10011₂ ;

б) 101₂  11₂ = 1111₂.

Заметим, что хотя Вам не потребуется записывать числа в рассмотренных системах счисления, однако, в литературе используют такую форму представления, причём без специальных оговорок.

4. Представление чисел в компьютере

4.1. Представление целых чисел в компьютере

Представление чисел в памяти компьютера имеет специфическую особенность, связанную с тем, что в памяти ПК они должны располагаться в байтах – минимальных по размеру ячейках памяти.

Целые числа могут представляться в компьютере со знаком или без знака.

Целые числа без знака обычно занимают в памяти один байт (8-разрядная ячейка) или два байта (16-разрядная ячейка). Диапазон значений в первом случае от 00000000₂ до 11111111₂ (от 0₁₀ до 255₁₀) , а в двухбайтовом формате — от 00000000 00000000₂ до 11111111 11111111₂ (от 0₁₀ до 65535₁₀)

Чтобы получить внутреннее представление целого положительного числа N, хранящегося в k-разрядном машинном слове, необходимо:

1. перевести число N в двоичную систему счисления;

2. полученный результат дополнить слева незначащими нулями до k разрядов.

Например, для целого числа 1607 в двухбайтовой ячейке внутреннее представление N=(1607)₁₀=(11001000111)_2.будет следующим 0000 0110 0100 0111. Шестнадцатеричная форма внутреннего представления числаN будет 0647.

Разряды нумеруются справа налево, начиная с нуля. Примеры:

а) число 72₁₀ = 1001000₂ в однобайтовом формате:

б) это же число в двухбайтовом формате: 72₁₀ = 0000000001001000₂

Целые числа со знаком обычно занимают в памяти компьютера один, два или четыре байта, при этом самый левый (старший) разряд (знаковый разряд) содержит информацию о знаке числа. Знак “плюс” кодируется нулем, а “минус” — единицей.

Диапазоны значений целых чисел со знаком

Рассмотрим особенности записи целых чисел со знаком на примере однобайтового формата, при котором для знака отводится один разряд, а для цифр абсолютной величины – семь разрядов.

В компьютерной технике применяются три формы записи (кодирования) целых чисел со знаком: прямой код,  обратный код,   дополнительный код.

Последние две формы применяются особенно широко, так как позволяют упростить конструкцию арифметико-логического устройства компьютера путем замены разнообразных арифметических операций cложения.

Положительные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах изображаются одинаково  —  двоичными кодами с цифрой 0 в знаковом разряде. Например,
число (1)₁₀=(1)₂

 знак числа

Отрицательные числа в прямом, обратном и дополнительном кодах имеют разное изображение.

1.Прямой код. В знаковый разряд помещается цифра 1, а в разряды цифровой части числа — двоичный код его абсолютной величины.
Например, прямой код числа -1
 

 знак числа

2.Обратный код. Получается инвертированием всех цифр двоичного кода абсолютной величины числа, включая разряд знака: нули заменяются единицами, а единицы — нулями. Например, обратный код числа -1
 

 знак числа

3.Дополнительный код. Получается образованием обратного кода с последующим прибавлением единицы к его младшему разряду. Например, дополнительный код числа -1

Определение.Дополнительный код отрицательного числа А, хранящегося в n ячейках, равен 2ⁿ-│А│

Для перевода дополнительного кода в десятичное число необходимо выполнить алгоритм:

1)  Инвертировать дополнительный код;

2)  Прибавить к полученному коду 1 и получить модуль отрицательного числа;

3)  Перевести в десятичное число и приписать знак отрицательного числа.

Например, получим десятичное представление числа по его дополнительному коду 10010111₂

Решение.

1) Инвертируем дополнительный код 10010111_2. Получим 01101000 – обратный код. 2) Прибавим к полученному числу 1. Получим число 01101001. 3) Переведем полученную запись числа из двоичной в 10-ю форму. Получим число 105.

Перед полученным числом поставим знак «-» Ответ: -105

Обычноотрицательные десятичные числа при вводе в машину автоматически преобразуются в обратный или дополнительный двоичный код и в таком виде хранятся, перемещаются и участвуют в операциях. При выводе таких чисел из машины происходит обратное преобразование в отрицательные десятичные числа. В большинстве компьютеров операция вычитания не используется. Вместо нее производится сложение обратных или дополнительных кодов уменьшаемого и вычитаемого. Это позволяет существенно упростить конструкцию АЛУ.

4.2. Арифметические действия над целыми числами

Рассмотрим кратко вопрос о выполнении арифметических действий над целыми числами. При сложении чисел А и В имеют место четыре основных случая:

1. А и В положительные. При суммировании складываются все разряды, включая разряд знака. Так как знаковые разряды положительных слагаемых равны нулю, разряд знака суммы тоже равен нулю. Например:
0 0000011 (А=3) + 0 0000111 (В=7) = 0 0001010 (10)₁₀

Получен правильный результат

2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например: 3+(-10)=-7  0 0000011 (прямой код) + 1 1110101 (обратный код числа

-10) = 1 1111000 (обратный код числа -7)
Получен правильный результат в обратном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются: 1 0000111 = –7₁₀.

3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например: 10+(-3)=7  0 0001010 (прямой код) + 1 1111100 (обратный код числа

-3) = 1 0000110 Компьютер исправляет полученный первоначально неправильный результат (6 вместо 7). Переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы и выдает правильный результат 7.

4. А и В отрицательные. Например: (-3)+(-7)=-10  1 1111100 (обратный код -3) + 1 1111000 (обратный код числа -7) = 1 1110100.
Полученный первоначально неправильный результат (обратный код числа –11₁₀ вместо обратного кода числа –10₁₀) компьютер исправляет переносом единицы из знакового разряда в младший разряд суммы. При переводе результата в прямой код биты цифровой части числа инвертируются: 1 0001010 = –10₁₀.

Сложение целых чисел может быть организовано с использованием дополнительных кодов. Здесь также имеют место рассмотренные выше случаи:

1. А и В положительные. Здесь нет отличий от случая 1, рассмотренного для обратного кода.

2. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине больше, чем А. Например: 3+(-10)=-7  0 0000011 (прямой код) + 1 1110110 (дополнительный код числа -10) = 1 1111001 (дополнительный код числа -7)
Получен правильный результат в дополнительном коде. При переводе в прямой код биты цифровой части результата инвертируются и к младшему разряду прибавляется единица: 1 0000110 + 1 = 1 0000111 = –7₁₀.

3. А положительное, B отрицательное и по абсолютной величине меньше, чем А. Например: 10+(-3)=7  0 0001010 (прямой код) + 1 1111101 (дополнительный код числа -3) = 0 0000111. Получен правильный результат. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.

4. А и В отрицательные. Например: : (-3)+(-7)=-10  1 1111101 (дополнительный код -3) + 1 1111001 (дополнительный код числа -7) = 1 1110110
Получен правильный результат в дополнительном коде. Единицу переноса из знакового разряда компьютер отбрасывает.

Сравнение рассмотренных форм кодирования целых чисел со знаком показывает:

• на преобразование отрицательного числа в обратный код компьютер затрачивает меньше времени, чем на преобразование в дополнительный код, так как последнее состоит из двух шагов — образования обратного кода и прибавления единицы к его младшему разряду;

• время выполнения сложения для дополнительных кодов чисел меньше, чем для их обратных кодов, потому что в таком сложении нет переноса единицы из знакового разряда в младший разряд результата.

При сложении может возникнуть ситуация, когда старшие разряды результата операции не помещаются в отведенной для него области памяти. Такая ситуация называется переполнением разрядной сетки формата числа. Для обнаружения переполнения и оповещения о возникшей ошибке в компьютере используются специальные средства.

Во многих компьютерах умножение производится как последовательность сложений и сдвигов. Для этого в АЛУ имеется регистр, называемый накапливающим сумматором, который до начала выполнения операции содержит число ноль. В процессе выполнения операции в нем поочередно размещаются множимое и результаты промежуточных сложений, а по завершении операции — окончательный результат.

Другой регистр АЛУ, участвующий в выполнении этой операции, вначале содержит множитель. Затем по мере выполнения сложений содержащееся в нем число уменьшается, пока не достигнет нулевого значения.

Деление для компьютера является трудной операцией. Обычно оно реализуется путем многократного прибавления к делимому дополнительного кода делителя.

4.3. Представление вещественных чисел в компьютере

Система вещественных чисел в математических вычислениях предполагается непрерывной и бесконечной, т.е. не имеющей ограничений на диапазон и точность представления чисел. Однако в компьютерах числа хранятся в регистрах и ячейках памяти с ограниченным количеством разрядов. В следствие этого система вещественных чисел, представимых в машине, является дискретной (прерывной) и конечной. При написании вещественных чисел в программах вместо привычной запятой принято ставить точку.

В ПК числа могут быть представлены в одной из двух форм:

1) с фиксированной точкой – в естественной форме (0.00345 – правильная дробь, 1.23456 – неправильная дробь)

2) с плавающей точкой (запятой) (555,55 = 55555•10^-2= 0,55555•10³)

Для отображения вещественных чисел, которые могут быть как очень маленькими, так и очень большими, используется форма записи чисел с порядком основания системы счисления. Любое число А может быть представлено в экспоненциальной форме:

А = m • qⁿ,

где m – мантисса числа,q – основание системы счисления.,n – порядок числа.

Например,0,55555•10³Чтобы привести к какому-тостандарту в представлении чисел с плавающей запятой условились представлять числа в нормализованной форме. При этом мантисса отвечает условию:

она должна быть правильной дробью и иметь после запятой цифру, отличную от нуля.

1/n  | m | < 1

Например, 555,55 – естественная форма;

0,55555•10^{3 -} нормализованная форма (

0,55555 > 1/3  0,3333… и 0,55555 < 1).

Это касается и отрицательных чисел, т.к. мантисса в условии взята по модулю.

Дробные числа занимают в памяти 4 байта (обычная точность) или 8 байтов (двойная точность).

Для записи таких чисел выделяются разряды для хранения:

• знака мантиссы,

• знака порядка,

• порядка числа

• мантиссы.

• в старшем бите 1-го байта хранится знак порядка числа ( 0 – плюc, 1 – минус);

• 7 бит 1-го байта содержат порядок;

• в следующих трех байтах, хранятся значащие цифры мантиссы и её знака
(24 разряда).

Машинный порядок.

Рассмотрим внутреннее представление вещественного числа в 4-х байтовой ячейке памяти. В ячейке должна содержаться следующая информация о числе: знак числа, порядок и значащие цифры мантиссы.

В старшем бите 1-го байта хранится знак числа: 0 обозначает плюс, 1 — минус. Оставшиеся 7 бит первого байта содержатмашинный порядок. В следующих трех байтах хранятся зна­чащие цифры мантиссы (24 разряда).

В семи двоичных разрядах помещаются двоичные числа в диапазоне от 0000000 до 1111111. Значит, машинный порядок изменяется в диапазоне от 0 до 127 (в десятичной системе счисления). Всего 128 значений. Порядок (в математическом понимании), очевидно, может быть как положительным так и отрицательным. Разумно эти 128 значений разделить поровну между положительными и отрицательными значениями порядка: от -64 до 63.

Машинный порядок смещен относительно математичес­кого и имеет только положительные значения. Смещение вы­бирается так, чтобы минимальному математическому зна­чению порядка соответствовал нуль.

Связь между машинным порядком (Мр)и математическим(р) в рассматриваемом случае выражается формулой: Мр = р + 64.

Полученная формула записана в десятичной системе. В дво­ичной системе формула имеет вид: Мр₂ = р₂ + 100 0000₂.

• Внутреннее представление вещественного числа.

Алгоритм записи внутреннего представления вещественного числа:

1) перевести модуль данного числа в двоичную систему счис­ления с 24 значащими цифрами;

2) нормализовать двоичное число;

3) найти машинный порядок в двоичной системе счисления;

4) учитывая знак числа, выписать его представление в 4-х байтовом машинном слове.

• Формула для вычисления количества вещественных чисел, точно представимых в памяти компьютера: N = 2^t х (U - L + 1) + 1.

Здесьt — количество дво­ичных разрядов мантиссы; U — максимальное значение мате­матического порядка; L — минимальное значение порядка.

Для рассмотренного нами варианта (t = 24, U = 63, L = - 64).Получается количество вещественных чисел, представимых в памяти компьютера с обычной точностью

N = 2 146 683 548.

Рассмотрим примеры.

1. Определить максимальное число и его точность для формата чисел обычной точности, если для хранения порядка и его знака отводится 8 разрядов, а для хранения мантиссы и ее знака 24 разряда.

Решение: Для формата чисел обычной точности выделяется 4 байт или 32 бит.

Максимальное значение порядка числа составит 1111111₂= 127₁₀, и, следователь-но, максимальное значение числа составит:

2¹²⁷ = 1,7014118346046923173168730371588×10³⁸

Точность вычислений определяется количеством разрядов, отведенных для хранения мантиссы чисел. 32-8=24 бит на знак мантиссы и мантиссу. Максимальное значение положительной мантиссы равно:

2²³- 1 ≈ 2²³ = 2^{(10 х 2,3)} ≈ 1000^2,3 = 10^{(3 х 2,3)} ≈ 10⁷

Таким образом, максимальное значение чисел обычной точности с учетом возможной точности вычислений составит 1,701411×10³⁸ (количество значащих цифр десятичного числа в данном случае ограничено 7 разрядами).

Ответ: 1,701411×10³⁸

2. Определим максимальное число и его точность для формата чисел двойной точности, если для хранения порядка и его знака отводится 11 разрядов, а для хранения мантиссы и ее знака 53 разряда.

Решение:

Так как на хранение порядка и его знака отводится 11 разрядов, то на один порядок отводится 10 разрядов. Тогда максимальное значение порядка 1111111111₂=1023₁₀

Следовательно, максимальное значение числа составит

2¹⁰²³ = 8,988465674311579538646525953945* 10³⁰⁷

Точность вычислений определяется количеством разрядов, отведенных для хранения мантиссы чисел.

Так как для хранения мантиссы и ее знака отводится 53 разряда, то на саму мантиссу отводится 52 знака и максимальное значение положительной мантиссы равно 2⁵²–1  2⁵² =2^(10*5.2)  (2¹⁰) ^5,2  1000^5,2=10^(3*5,2) =10^15,6

Максимальное значение числа двойной точности с учетом возможной точности вычислений составит 8,98846567431157 * 10³⁰⁷
(количество значащих цифр десятичного числа в данном случае ограничено 15-16 разрядами).

Ответ: 8,98846567431157 * 10³⁰⁷

3. Запишем внутреннее представление числа 250,1875 в форме с плавающей точкой.

Решение.

1) Переведем его в двоичную систему счисления с 24 зна­чащими цифрами:

250,1875₁₀ = 11111010, 0011000000000000₂.

2) Запишем в форме нормализованного двоичного числа с плавающей точкой:

0,111110100011000000000000  10₂¹⁰⁰⁰.

Здесь мантисса, основание системы счисления (2₁₀ = 10₂) и порядок (8₁₀ = 1000₂) записаны в двоичной системе.

3) Вычислим машинный порядок в двоичной системе счис­ления: Мр₂ = р₂ + 100 0000₂.

Мр₂ = 1000 + 100 0000 = 100 1000.

4) Запишем представление числа в 4-х байтовой ячейке па­мяти с учетом знака числа:

Шестнадцатеричная форма: 48FA3000.

Ответ: внутреннее представление числа 250,1875 равно

01001000 11111010 00110000 00000000

Шестнадцатеричная форма: 48FA3000.

4. Минимальное значение математического порядка в десятич­ной системе счисления равно (-1024). Чему равно смещение?

Решение:

Машинный порядок смещен относительно математичес­кого и имеет только положительные значения.Смещение вы­бирается так, чтобы минимальному математическому зна­чению порядка соответствовал нуль.

Связь между машинным порядком (Мр)и математическим(р) в рассматриваемом случае выражается формулой: Мр = р + 64, где 64 - смещение для представления в 64 байтовой ячейке памяти. Если представить это на шкале, то имеем:

- 64063

В данной задаче Минимальное значение математического порядка в десятич­ной системе счисления равно (-1024).

На шкале это можно представить так:

- 10240 1023

Легко видеть, смещение равно 1024.Ответ: 1024.

4.4. Арифметические операции с числами в формате с плавающей запятой.

Использование смещенной формы позволяет производить операции над порядками, как над беззнаковыми числами, что упрощает операции сравнения, сложения и вычитания порядков, а также упрощает операцию сравнения самих нормализованных чисел.

Алгоритм сложения и вычитания чисел в формате с плавающей запятой:

1. Провести выравнивание порядков

2. Сложить или вычесть мантиссы.

3. Привести полученное число к стандартному формату с плавающей запятой путем нормализации.

Процедура выравнивания порядков: порядок меньшего (по модулю) числа увеличивается до величины порядка большего (по модулю) числа. Чтобы величина числа не изменилась, мантисса уменьшается в такое же количество раз (сдвигается в ячейке памяти вправо на количество разрядов, равное разности порядков чисел).

Процедура нормализации: сдвиг мантиссы влево или вправо так, чтобы ее первая значащая цифра попала в первый разряд после запятой.

• Алгоритм умножения чисел в формате с плавающей запятой:

1.Сложить порядки

2. Перемножить мантиссы

• Алгоритм деления чисел в формате с плавающей запятой:

1. Из порядка делимого вычесть порядок делителя

2. Мантиссу делимого делить на мантиссу делителя.

Рассмотрим несколько примеров.

1. Произвести сложение чисел 0,1×2³и 0,1×2⁵в формате с плавающей запятой.

Решение. Произведем выравнивание порядков и сложение мантисс:

0,1×2^{3 =} Х×2⁵ , Х=(0,1×2³)/ 2⁵=0,1×2^-2=0,001

             0,001×2⁵

⁺0,100×2⁵

              0,101×2⁵ Ответ: 0,101×2⁵

2. Произвести умножение чисел 0,1×2³и 0,1×2⁵в формате с плавающей запятой.

Решение: После умножения будет получено число 0,01×2⁸, которое после нормализации примет вид 0,1×2⁷. Ответ: 0,1×2⁷.

3. Произвести сложение, вычитание, умножение и деление чисел 0,1×2²и 0,1×2^-2 в формате с плавающей запятой.

Решение: Произведем выравнивание порядков и сложение мантисс:

0,1×2^-2 = Х × 2², Х = ( 0,1×2^-2 )/ 2²= 0,1×2^-4 = 0,00001

        0,10000 ×2²

⁺0,00001×2²

          0,10001×2⁵

Произведем вычитание мантисс и процедуру нормализации:

        0,10000 ×2²

^-0,00001×2²

          0,01111×2² = 0,1111×2¹

Используем алгоритм умножения: сложим порядки и перемножим мантиссы.

0,10000 ×2²

^х0,00001×2²

 0,000001 ×2⁴ , нормализуем ответ 0,1×2^-1

Используем алгоритм деления чисел в формате с плавающей запятой: из порядка делимого вычесть порядок делителя, мантиссу делимого делить на мантиссу делителя.

0,10000 ×2²

^:0,00001×2²

  10 000 ×2⁰, нормализуем ответ 0,1×2⁵

Ответ: 0,10001×2⁵; 0,1111×2¹; 0,1×2^-1 ; 0,1×2⁵

Заключительные замечания

Чем больше разрядов отводится под запись мантиссы, тем выше точность представления числа. Чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего отличного от нуля числа до наибольшего числа, представимого в машине при заданном формате.

Стандартные форматы представления вещественных чисел:

1)одинарный  —  32-разрядное нормализованное число со знаком, 8-разрядным смещенным порядком и 24-разрядной мантиссой (старший бит мантиссы, всегда равный 1, не хранится в памяти, и размер поля, выделенного для хранения мантиссы, составляет только 23 разряда).

2)двойной  —  64-разрядное нормализованное число со знаком, 11-разрядным смещенным порядком и 53-разрядной мантиссой (старший бит мантиссы не хранится, размер поля, выделенного для хранения мантиссы, составляет 52 разряда).

3)расширенный  —  80-разрядное число со знаком, 15-разрядным смещенным порядком и 64-разрядной мантиссой. Позволяет хранить ненормализованные числа.

Следует отметить, что вещественный формат сm-разрядной мантиссой позволяет абсолютно точно представлять m-разрядные целые числа, т. е. любое двоичное целое число, содержащее не более m разрядов, может быть без искажений преобразовано в вещественный формат.

Вещественные числа в компьютерах различных типов записываются по-разному. При этом компьютер обычно предоставляет программисту возможность выбора из нескольких числовых форматов наиболее подходящего для конкретной задачи — с использованием четырех, шести, восьми или десяти байтов.

В качестве примера приведем характеристики форматов вещественных чисел, используемых в персональных компьютерах:

Из этой таблицы видно, что форма представления чисел с плавающей точкой позволяет записывать числа с высокой точностью и из весьма широкого диапазона. При хранении числа с плавающей точкой отводятся разряды для мантиссы, порядка, знака числа и знака порядка:

• чем больше разрядов отводится под запись мантиссы, тем выше точность представления числа.

• чем больше разрядов занимает порядок, тем шире диапазон от наименьшего отличного от нуля числа до наибольшего числа, представимого в машине при заданном формате.

5. Представление графической информации

Сегодня невозможно представить работу на компьютере без графических изображений (рисунков, чертежей, фотографий, видеокадров и т.д.) Наименьший элемент изображения на экране (точка на экране) называется пикселем (от английского "picture element"). Разрешающая способность экрана задается произведениемMN, где М – число точек по горизонтали, N - число точек по вертикали (число строк). Количество цветов, воспроизводимых на экране дисплея К, и число бит, отводимых в памяти компьютера (видеопамяти) под каждый пиксель N, связаны формулой K=2^N. Для черно-белого изображения K=2. Следовательно, 2^N=2. Отсюда N = 1бит на пиксель (точка на экране либо светится, либо не светится).

На экране с разрешающей способностью 640200 возможно лишь черно-белое изображение. Тогда видеопамять, как минимум, должна вмещать одну страницу изображения и иметь объем 6402001=128000бит =16000 байт.

Д ля изображения любого символа используется прямоугольная область экрана (матрица символа). Например, на рисунке приведено изображение символа с матрицей 814. Для кодирования изображения требуется 814=72 бита (1 бит на пиксель). Пусть “1” обозначает закрашенный пиксель, а “0” – не закрашенный. Представим содержимое видеопамяти можно представить в виде битовой матрицы размера 148.

Все многообразие красок на экране получается путем смешивания трех базовых цветов: красного, синего и зеленого. Код цвета пикселя содержит информацию о

00011100

00111100

01101100

11001100

10001100

00001100

00001100

00001100

00001100

00001100

00001100

00111111

доле каждого базового цвета. Если все три составляющие имеют одинаковую интенсивность (яркость), то из их сочетаний можно получить 8 различных цветов (2³). Таблица 1 показывает кодировку 8 - цветной палитры с помощью трехразрядного двоичного кода. В ней наличие базового цвета обозначено единицей, а отсутствие нулем. Например, код розового цвета 101. Это значит, что розовый цвет получается смешением красной и синей красок.

Большое количество цветов получается при раздельном управлении интенсивностью базовых цветов. Шестнадцатицветная палитра получается при использовании 4-х разрядной кодировки пикселя: к трем битам базовых цветов добавляется один бит интенсивности. Этот бит управляет яркостью всех трех цветов одновременно. Например, если в 8-цветной палитре код 100 обозначает красный цвет, то в 16-цветной палитре: 0100 – красный, 1100 – ярко-красный цвет; 0110 – коричневый, 1110 – ярко – коричневый.

Если для формирования каждого базового цвета используется 256 оттенков (на один пиксель выделяется 24 бита памяти), то на экране может быть отображено 256256256=16777216 цветов. Это позволяет воспроизводить на экране компьютера естественные цвета.

Точечный (растровый - “растр” – прямоугольная сетка на экране) способ записи изображения позволяет хранить и воспроизводить любые изображения, но имеет недостатки:

• Изображение при увеличении или деформации становится зернистым.

• Такое изображение занимает в памяти компьютера очень большой объём.

При векторном подходе изображение рассматривается как совокупность простых элементов: прямых линий, дуг окружностей, эллипсов, прямоугольников и т.д., которые называют графическими примитивами. Векторный способ хранения изображения заключается в том, что изображение в виде графических примитивов, описываемых математическими формулами в системе графических координат, связанных с экраном. Начало таких координат расположено в верхнем левом углу экрана. Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось Х направлена слева направо; ось Y – сверху вниз. Сама формула занимает мало места в памяти компьютера, и при запуске соответствующие программы преобразовывают эту формулу в изображение.

Этот способ имеет следующие достоинства:

• Очень экономичен. Векторное изображение может изменять свои размеры без потери качества

• При изменении параметров картинка будет меняться, т. е. каждая формула содержит не одну, а сотни картинок, что позволяет создавать двигающиеся изображение. Недостатком векторного способа является сложность некоторых формул для построения фотореалистичного изображения.

Заключительные замечания

Графические изображения, хранящиеся в аналоговой (непрерывной) форме на бумаге, фото- и кинопленке, могут быть преобразованы в цифровой компьютерный формат путем пространственной дискретизации. Это реализуется путем сканирования, результатом которого является растровое изображение. Растровое изображение состоит из отдельных точек (пикселей), каждая из которых может иметь свой цвет.
Качество растрового изображения определяется его разрешением (количеством точек по вертикали и по горизонтали) и используемой палитрой цветов (16, 256, 65536 цветов и более).
Можно определить какое количество бит информации необходимо выделить для хранения цвета точки (глубину цвета I) для каждой палитры цветов (N - количество отображаемых цветов) по формуле N=2^I.
Например, найдем объем видеопамяти компьютера, который необходим для реализации графического режима монитора с разрешающей способностью 1024*768 точек и палитрой из 65536 цветов (High Color).
Глубина цвета составляет:
I = log₂65 536 = 16 бит; rоличество точек изображения равно:1024*768 = 786 432.
Требуемый объем видеопамяти равен:
16 бит *786 432 = 12 582 912 бит = 1,2 Мбайта
Важнейшими характеристиками монитора являются размеры его экрана, которые задаются величиной его диагонали в дюймах (15", 17", 21" и т.д.) и размером точки экрана (0,25 мм или 0,28 мм), а разрешающая способность экрана монитора задается количеством точек по вертикали и горизонтали (640 на 480, 800 на 600 и т.д.). Следовательно, для каждого монитора существует физически максимально возможная разрешающая способность экрана.

Для того чтобы на экране монитора формировалось изображение, информация о цвете каждой его точки должна храниться в видеопамяти компьютера. Найдем необходимый объем видеопамяти для графического режима 800 на 600 точек, глубина цвета - 16 бит (2 байта) на точку.
Решение:
1. Всего точек на экране: 800 * 600 = 4,8 *10⁵
2. Необходимый объем видеопамяти:
2 байта * 4,8 *10⁵ = 0,96 *10⁶ байт " 0,9 Мбайт

Современные компьютеры обрабатывают и выводят на экран "живое видео". Видеоизображение формируется из отдельных кадров, которые сменяют друг друга с частотой 25 Гц (25 кадров за секунду).

6. Логические основы компьютеров

Компьютер состоит из элементов, связанных между собой и взаимодействующих во время его работы. Каждый элемент выполняет определенную операцию. Машинные элементы делятся на логические, запоминающие и вспомогательные. Логические элементы обеспечивают выполнение арифметических и логических операций; запоминающие элементы предназначаются для хранения информации, а вспомогательные элементы предназначаются для формирования стандартных сигналов и согласования работы всех элементов.

Информация, которую обрабатывает компьютер, может быть представлена в виде высказываний, в которых что-либо утверждается или отрицается. Высказывание — это любое предложение, в отношении которого имеет смысл утверждение об его истинности или ложности. При этом считается, что высказывание не может быть одновременно и истинным, и ложным. Примеры высказываний: "Май — весенний месяц" — это истинное утверждение; "2+3=6" — ложное утверждение. Разумеется, не всякое предложение является логическим высказыванием. Например, "Вася — самый высокий человек" — это утверждение может быть как истинным, так и ложным.

Наука, в которой с помощью формальных правил определяет истинность или ложность высказывания называется логикой. В алгебре логики все высказывания обозначаются буквами а, b, с и т. д., что позволяет манипулировать ими подобно тому, как в математике манипулируют обычными переменными, принимающие лишь два значения ИСТИНА (true) или ЛОЖЬ (false).

Переменные и функции, принимающие значение 0 (false) или 1 (true) носят название логических или булевских по имени английского математика Джорджа Буля (1815-1864), основателя математической логики.

При записи тех или иных логических выражений используется специальный язык, который принят в математической логике

О перация И имеет результат "истина" только в том случае, если оба ее операнда истинны. Схемы, реализующие эти операции, называют логическими элементами, и обозначаются на схемах:

Отрицание (дополнение или инверсия)

обозначают NOT_х или

Логическое И

(конъюнкция или логическое умножение)

Обозначают хANDyили xy или xy

Логическое ИЛИ

(дизъюнкция или логическое сложение)

Обозначают х ORy или x+ y или xy

Операции И, ИЛИ, НЕ образуют полную систему логических операций, из которой можно построить сколь угодно сложное логическое выражение. В вычислительной технике также часто используется операция исключающее ИЛИ (XOR), которая отличается от обыкновенного ИЛИ только при x=1 и y=1. Операция XOR фактически сравнивает на совпадение два двоичных разряда. Хотя теоретически основными базовыми логическими операциями всегда называют именно И, ИЛИ, НЕ, на практике по технологическим причинам в качестве основного логического элемента используется элемент И-НЕ. На базе элементов И-НЕ могут быть скомпонованы все базовые логические элементы (И, ИЛИ, НЕ), а значит и любые другие, более сложные.

Для любой операции, определенной в алгебре логики существуют таблицы истинности – таблицы, в которых приведены значения операции в зависимости от значений высказываний над которыми выполняется данная операция. Выше приведены таблицы истинности для функций NOT,AND,OR.

Приоритет выполнения операций в логических выражениях без скобок следующий: отрицание (NOT), конъюнкция (AND), дизъюнкция (OR).

Для формулы, которая содержит две переменные, таких наборов значений переменных всего четыре: (0, 0),  (0, 1),  (1, 0),  (1, 1).

Пусть, например, функция z(x,y) задана таблицей истинности.

Проверьте, что связь между выходом z и входами x и y можно записать следующим образом: , где     читается как   "инверсия x и y".   Эта функция реализует элемент И—НЕ условное обозначение которого представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Элемент И—НЕРис. 2. Элемент ИЛИ—НЕ

Согласно определению, таблица истинности логической формулы (функции) выражает соответствие между всевозможными наборами значений переменных и значениями формулы (функции).

Удобной формой записи при нахождении значений формулы является таблица, содержащая кроме значений переменных и значений формулы также и значения промежуточных формул.

Примеры.

,

Из таблицы видно, что при всех наборах значений переменных x и y формулапринимает значение 1, то есть является тождественно истинной.

Из таблицы видно, что при всех наборах значений переменных x и y формула принимает значение 0, то есть является тождественно ложной.

В вычислительных машинах коды нуля и единицы представляются электрическими сигналами, имеющими два различных состояния. Наиболее распространенными способами физического представления информации являются импульсный и потенциальный:

При импульсном способе отображения код единицы идентифицируется наличием электрического импульса, код нуля — его отсутствием (впрочем, может быть и наоборот). Импульс характеризуется амплитудой и длительностью, причемдлительность должна быть меньше временного такта машины.

При потенциальном способе отображения код единицы — это высокий уровень напряжения, а код нуля — отсутствие сигнала или низкий его уровень. Уровень напряжения не меняется в течение всего такта работы машины. Форма и амплитуда сигнала при этом во внимание не принимаются, а фиксируется лишь самфакт наличия или отсутствия потенциала.

Был найден технический способ реализации логических операций посредством использования так называемых логическихвентилей, которые строятся главным образом из транзисторов — переключательных устройств, способных либо проводить электрический ток (истина), либо препятствовать его прохождению (ложь). На вход каждого вентиля поступают электрические сигналы высокого и низкого уровней напряжения, которые он интерпретирует, в зависимости от своей функции, и выдает один выходной сигнал также либо высокого, либо низкого напряжения.

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию. Работа логических элементов описывается с помощью таблиц истинности. Например, в вентиле НЕ (NOT)транзисторы соединены таким образом, что реализуется операция инвертирования: принимая сигнал низкого уровня, вентиль вырабатывает сигнал высокого уровня и наоборот.

Все логические схемы компьютера, предназначенные для выполнения различных операций (в том числе арифметических) над информацией, могут быть построены путем соединения в различные комбинации вентилей трех типов: И, ИЛИ, НЕ. На рисунке показана схема полусумматора, который складывает два одноразрядных двоичных числа и выдает один разряд их суммы и одноразрядный перенос.

Таким образом, одноразрядный двоичный сумматор есть устройство с тремя входами и двумя выходами, работа которого может быть описана следующей таблицей истинности:

Если требуется складывать двоичные слова длиной два и более бит, то можно использовать последовательное соединение таких сумматоров, причём для двух соседних сумматоров выход переноса одного сумматора является входом для другого. Совокупность таких сумматоров позволяет вычислять сумму многоразрядных двоичных чисел.

Совершенствование технологии изготовления транзисторов позволило уменьшить электронные схемы до микроскопических размеров. Это привело к созданию интегральных микросхем (ИС). Наиболее сложные современные ИС имеют размер несколько см и содержат до нескольких миллионов компонент. Благодаря этому вычислительные машины стали более дешевыми, универсальными, малогабаритными, надежными и более быстродействующими, т. к. теперь электрическим импульсам приходится преодолевать меньшие расстояния.

Вышесказанное обусловило то, что для анализа и синтеза схем в компьютере при алгоритмизации и программировании решения задач широко используется математический аппарат алгебры логики, оперирующий также с двумя понятиями «истина» или «ложь».

При составлении различных логических выражений используют следующие операции сравнения: равно (=), больше (>), меньше (<), больше или равно (), меньше или равно (), не равно ().

Если в одном выражении встречаются арифметические операции и операцииcравнения, то они выполняются в порядке их перечисления. Например, логическое выражение x² + y² < 1 AND y>0 будет истинно, если точка (x,y) принадлежит полукругу.

7. Технические средства реализации информационных процессов

Люди учились считать, используя собственные пальцы. Когда этого оказалось недостаточно, возникли простейшие счетные приспособления. На Руси незаменимым инструментом торговцев и чиновников были счеты, которыми умели пользоваться просто виртуозно. С территории нашей страны этот простой и полезный прибор проник и в Западную Европу с остатками наполеоновской армии, разгромленной в России в 1812 году...

Первым механизирующим счет устройством была счетная машина, построенная в 1642 году выдающимся французским ученым Блезом Паскалем. Механический компьютер Паскаля содержал набор вертикально установленных колес с нанесенными на них цифрами от 0 до 9. Если такое колесо совершало полный оборот, оно сцеплялось с соседним колесом и поворачивало его наодно деление. Число колес определяло число разрядов. В 1673 году немецкий философ и математик Лейбниц создал механическое счетное устройство, которое не только складывало и вычитало, но и умножало и делило. Машина Лейбница имела зубчатые числовые колеса девяти различных длин и вычисления производились за счет сцепления колес. Именно несколько видоизмененные колеса Лейбница стали основой массовых счетных приборов — арифмометров, которыми широко пользовались не только в XIX веке, но и сравнительно недавно ваши дедушки и бабушки.

Есть в истории вычислительной техники ученые, чьи имена связаны с наиболее значительными открытиями в этой области. Среди них английский математик XIX века Чарльз Бэббидж, которого часто называют «отцом современной вычислительной техники».

В 1823 году Бэббидж начал работать над своей вычислительной машиной. Она должна была состоять из двух частей: вычисляющей и печатающей. Компьютер предназначался для помощи британскому морскому ведомству в составлении различных мореходных таблиц. Машина не была закончена, но, создавая ее, Бэббидж выдвинул идеи, без которых не было бы и современных компьютеров. Он пришел к выводу, что компьютер должен иметь устройство, где будут храниться числа, предназначенные для вычислений.

Одновременно там же должны находиться и указания (команды) машине о том, что с этими числами делать. Следующие одна за другой команды получили название программы работы компьютера, а устройство для хранения всей перечисленной информации назвали памятью машины.

Однако хранение чисел даже вместе с программой — только полдела. Главное, машина должна с этими числами производить указанные в программе операции: например, складывать их или делить, а может, возводить в степень. Рассуждая так, Бэббидж понял, что наиболее успешно это можно делать, только если в машине будет специальный вычислительный блок — процессор. Как мы скоро увидим, именно по такому принципу устроены современные компьютеры.

Первым программистом была англичанка Ада Ловлейс, в честь которой уже в наше время был назван язык программирования Аda.

История вычислительной техники уникальна прежде всего фантастическими темпами развития. Еще 5О лет назад в мире вообще не было ни одного компьютера. Слово "компьютер" (вычислитель) не имело никакого отношения к машине. Оно относилось к человеку, который в силу своей профессии должен был производить определенные расчеты, вычисления.

Первое поколение ЭВМ (1945-1955 гг.) имело базовую систему элементов на электронных лампах. Одна из первых ЭВМ была создана в 1946 году в США. Она весила около 3О тонн и имела скорость вычислений порядка 1000 операций в секунду. Размер ламповых ЭВМ составлял десятки квадратных метров, потребляемая мощность составляла до сотен киловатт. Такая мощность приводила к перегреву элементов.

Второе поколение ЭВМ (1955-1965 гг.) имело базовую систему элементов на транзисторах, которые были изобретены в 1948 г. Они отличались от электронных ламп малыми размерами и малой потребляемой мощностью. Было повышено быстродействие компьютеров до миллионов операций в секунду.

Третье поколение ЭВМ (1965-1980 гг.) было построено на интегральных схемах (ИС). Мощности, потребляемые компьютером уменьшилось до сотен ватт, а быстродействие удалось довести до десятков миллионов операций в секунду.

Четвертое поколение ЭВМ (с 1980 г.) было построено на больших и сверхбольших интегральных схемах.

В августе 1981 года корпорация IBM (International Business Machines) сообщила о выпуске самой компактной и недорогой компьютерной системы - IBM Personal Computer - для применения в бизнесе, школе и дома стоимостью 1565$. Новизна этого сообщения состояла в том, что тогда впервые было произнесено столь привычное сегодня словосочетание "Personal Computer" (PC).

Сегодня историю развития информационных технологий можно условно разделить на два этапа - "до" и "после" возникновения персональных компьютеров (ПК). Если до 80-х годов вычислительная техника развивалась без опоры на рынок (ЭВМ были отделены от массового пользователя - с ними работали только специалисты), то сегодня компьютер из инструмента для больших организаций стал орудием каждого. Это связано с тем, что за последние годы работать с ПК стало намного проще. Они становятся полезными широкому кругу людей и изменили сам характер трудовой деятельности.

Компьютер - это электронное устройство, которое выполняет операции ввода информации, хранения и обработки ее по определенной программе, вывод полученных результатов в форме, пригодной для восприятия человеком.

Вычислительные устройства, использующие непрерывную форму представления информации, называются аналоговыми вычислительными машинами (АВМ).

Вычислительные устройства, использующие дискретную форму представления информации, называются цифровыми вычислительными машинами (ЦВМ).

Для обработки информации компьютер должен иметь устройство, выполняющее основные арифметические и логические операции над числовыми данными. Такие устройства называются арифметико-логическими устройствами (АЛУ). В основе АЛУ лежит устройство, реализующее арифметическую операцию сложения двух целых чисел. Остальные арифметические операции реализуются с помощью представления чисел в дополнительном коде.

Впервые принцип вычислительной машины с автоматическим выполнением команд предложил американский ученый фон Нейман. Он описал основные узлы, которые должна содержать такая машина. Этот принцип получил название фон-неймановской вычислительной машины.

Машина фон Неймана состояла из памяти, АЛУ, устройства ввода-вывода и устройства управления. Большинство компьютерных систем в настоящее время построено именно по этому принципу.

Архитектура ПК — это общее описание структуры и функций компьютера на уровне, достаточном для понимания принципов его работы. Основные компоненты архитектуры компьютера — процессор, внутренняя (основная) память, внешняя память, устройства ввода, устройства вывода.

Центральный процессор — это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, заданные программой, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Современные процессоры выполняются в видемикропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собойинтегральную схему — тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристалл-пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Память компьютера делится на внутреннюю и внешнюю. Внутренняя память ПК включает в себя оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).

В ОЗУ хранятся исполняемая в данный момент программа и данные, с которыми она непосредственно работает. ОЗУ — это память, используемая как для чтения, так и для записи информации. При отключении электропитания информация в ОЗУ исчезает (энергозависимость). Основные характеристики оперативной памяти: объем памяти и время доступа. Время доступа показывает, сколько времени необходимо для обращения к ячейкам памяти, чем меньше, тем лучше.

ПЗУ — быстрая, энергонезависимая память. ПЗУ — это память, предназначенная только для чтения. Информация заносится в нее один раз (обычно в заводских условиях) и сохраняется постоянно (при включенном и выключенном компьютере). В ПЗУ хранится программа первоначальной загрузки ЭВМ, программы контроля оборудования и другая информация.

Практически все модели современных ПК имеют магистральный тип архитектуры: информационная связь между устройствами компьютера осуществляется черезинформационную магистраль (другое название — общая шина). Магистраль — это кабель, состоящий из множества проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) — адреса памяти или внешних устройств, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали — шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал готовности устройства к работе, сигнал к началу работы устройства и др.). Количество одновременно передаваемых по шине бит называется разрядностью шины. Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине (как письмо сопровождается адресом на конверте). Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес (номер) периферийного устройства.

Внешняя память - это память, реализованная в виде устройств с разными принципами хранения информации и типами носителя, предназначенная для долговременного хранения информации. В частности, в внешней памяти хранится все программное обеспечение компьютера. Физически, внешняя память реализована в виде накопителей.

Самыми распространенными являются накопители на магнитных дисках, которые делятся на накопители нажестких магнитных дисках (НЖМД), накопители на гибких магнитных дисках (НГМД), накопители на оптических дисках, такие как накопители CD-ROM и DVD-ROM. В настоящее время большое распространение получил новый тип памяти – флэш-память, которая представляет собой микросхему перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства с неограниченным числом циклов перезаписи.

НЖМД - это основное устройство для долговременного хранения больших объемов данных и программ. Другие названия: жесткий диск, винчестер, HDD (Hard Disk Drive). Внешне, винчестер представляет собой плоскую, герметически закрытую коробку, внутри которой находятся на общей оси находятся несколько жестких алюминиевых или стеклянных пластинок круглой формы. Поверхность любого из дисков покрыта тонким ферромагнитным слоем (вещество, которое реагирует на внешнее магнитное поле), собственно на нем хранятся записанные данные. При этом запись проводится на обе поверхности каждой пластины (кроме крайних) с помощью блока специальных магнитных головок. Каждая головка находится над рабочей поверхностью диска на расстоянии 0,5-0,13 мкм. Пакет дисков вращается непрерывно и с большой частотой (4500-10000 об/мин), поэтому механический контакт головок и дисков недопустим. В накопителе может быть до десяти дисков. Существует огромное количество разных моделей жестких дисков многих фирм. Жесткий диск можно разбить на логические диски. Это удобно, поскольку наличие нескольких логических дисков упрощает структуризацию данных, хранящихся на жестком диске.

Гибкие носители для НГМД выпускают в виде дискет (другое название флоппи-диск), которые используются, в основном, для оперативного переноса небольших объемов информации с одного компьютера на другой. Основными параметрами дискеты является технологический размер (в дюймах) и полная емкость. В настоящее время стандартом являются дискеты размером 3,5 дюйма, имеющие емкость 1,44 Мбайта.

Аббревиатура CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory) переводится как постоянное запоминающее устройство на основе компакт-дисков. Принцип действия этого устройства состоит в считывании цифровых данных с помощью лазерного луча, который отражается от поверхности диска. В качестве носителя информации используется обычный компакт-диск CD. Цифровая запись на компакт-диск отличается от записи на магнитные диски высокой плотностью, поэтому стандартный CD имеет емкость порядка 700 Мбайт. Основной недостаток стандартных CD-ROM - невозможность записывания данных, но существуют устройства однократной записи CD-R и многоразовой записи CD-RW.

НакопительDVD (DigitalVideoDisk) отличается от CD-ROM тем, что на одной стороне DVD-диска может быть записано до 4,7 Гбайт, а на двух - до 9,4 Гбайт.

Процесс взаимодействия пользователя с ПК непременно включает процедуры ввода входных данных и получение результатов обработки этих данных. Поэтому, обязательными составляющими типичной конфигурации ПК являются разнообразные устройства ввода-вывода, среди которых можно выделить стандартные устройства, без которых современный процесс диалога вообще невозможен, и периферийные, т.е дополнительные. К стандартным устройствам ввода-вывода относятся монитор, клавиатура и манипулятор "мышка".

Монитор (дисплей) - это стандартное устройство вывода, предназначенное для визуального отображения текстовых и графических данных. В зависимости от принципа действия, мониторы делятся на: мониторы с электронно-лучевой трубкой и дисплеи на жидких кристаллах.

С точки зрения пользователя, основными характеристиками монитора являются размер по диагонали и разрешающая способность. Экран монитора измеряется по диагонали в дюймах. Размеры колеблются от 9 дюймов (23 см) до 42 дюймов (106 см). Чем больше экран, тем дороже монитор. Распространенными являются размеры 14, 15, 17, 19 и 21 дюйма.

В графическом режиме работы изображение на экране монитора состоит из точек (пикселей). Количество точек по горизонтали и вертикали, которые монитор способный воссоздать четко и раздельно называется его разрешающей способностью. Выражение "разрешающая способность 800х600" означает, что монитор может выводить 600 горизонтальных строк по 800 точек в каждой. Стандартными являются такие режимы разрешающей способности: 800х600, 1024х768, 1152х864 и выше. Чем больше разрешающая способность, тем лучше качество изображения. Качество изображения также связанно с размером экрана.

Клавиатура - это стандартное клавишное устройство ввода, предназначенное для ввода алфавитно-цифровых данных и команд управления. Клавиатуры имеют по 101-104 клавише. Набор клавиш клавиатуры разбит на несколько функциональных групп: алфавитно-цифровые; функциональные; управления курсором; служебные; клавиши дополнительной панели.

Мышка - это устройство управления манипуляторного типа. Она имеет вид небольшой пластмассовой коробочки с двумя (или тремя) клавишами. Перемещение мышки по поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта, который называется курсор мышки, по экрану монитора. В отличие от клавиатуры, мышка не является стандартным устройством управления, поэтому для работы с ней требуется наличие специальной системной программы - драйвера мышки.

Существует понятие базовой конфигурации компьютера, которую можно считать типичной:

• системный блок;

• монитор;

• клавиатура;

• мышка.

Системный блок - основная составляющая ПК. Устройства, находящиеся в нем называют внутренними, а устройства, подсоединенные извне называют внешними. Внешние дополнительные устройства, предназначенные для ввода и вывода информации называются также периферийными.

Основные узлы системного блока:

• электрические платы, руководящие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств и т.п.);

• накопитель на жестком диске (винчестер), предназначенный для чтения или записи информации;

• накопители (дисководы) для гибких магнитных дисков (дискет).

Периферийные или внешние устройства расширяют возможности компьютера. Прежде всего - это принтеры, плоттеры, модемы, сканеры и т.д. Понятие "периферийные устройства" довольно условное. К их числу можно отнести, например, накопитель на компакт-дисках, если он выполнен в виде самостоятельного блока и соединен специальным кабелем к внешнему разъему системного блока. И наоборот, модем может быть внутренним, то есть конструктивно выполненным как плата расширения, и тогда нет оснований относить его к периферийным устройствам.

В современном ПК реализован принцип открытой архитектуры. Этот принцип позволяет менять состав устройств (модулей) ПК. К информационной магистрали могут подключаться дополнительные периферийные устройства, одни модели устройств могут заменяться на другие. Возможно увеличение внутренней памяти, замена микропроцессора на более совершенный. Аппаратное подключение периферийного устройства к магистрали осуществляется через специальный блок — контроллер (другое название — адаптер). Программное управление работой устройства производится с помощью специальной программы — драйвера устройства.

Современную архитектуру компьютера определяют следующие принципы:

1. Принцип программного управления. Из него следует, что программа состоит из набора команд, которые выполняются процессором автоматически друг за другом в определенной последовательности. Выборка программы из памяти осуществляется с помощью счетчика команд. Команды программы расположены в памяти друг за другом, тем самым организуется выборка цепочки команд из последовательно расположенных ячеек памяти.

Если же нужно после выполнения команды перейти не к следующей, а к какой-то другой, используются команды условного или безусловного переходов, которые заносят в счетчик команд номер ячейки памяти, содержащей следующую команду. Выборка команд из памяти прекращается после достижения и выполнения команды“STOP”.

Таким образом, процессор исполняет программу автоматически, без вмешательства человека.

2. Принцип однородности памяти. Программы и данные хранятся в одной и той же памяти. Поэтому компьютер не различает, что хранится в данной ячейке памяти — число, текст или команда. Над командами можно выполнять такие же действия, как и над данными. Это открывает целый ряд возможностей. Например, программа в процессе своего выполнения также может подвергаться переработке, что позволяет задавать в самой программе правила получения некоторых ее частей (так в программе организуется выполнение циклов и подпрограмм).

3. Принцип произвольного доступа к памяти. В соответствии с этим принципом, элементы программ и данных могут записываться в произвольное место оперативной памяти, что позволяет обратиться по любому заданному адресу (к конкретному участку памяти) без просмотра предыдущих.

Описанный принцип построения ЭВМ носит название архитектуры фон Неймана - американского ученого венгерского происхождения Джона фон Неймана, который ее предложил (1945 г.).

Качество компьютера характеризуется многими показателями. Это и набор команд, которые компьютер способный понимать, и скорость работы (быстродействие) центрального процессора, количество периферийных устройств ввода-вывода, присоединяемых к компьютеру одновременно и т.д. Главным показателем является быстродействие - количество операций, какую процессор способен выполнить за единицу времени.

8. Программное обеспечение компьютеров

Подпрограммным обеспечением (Software) понимается совокупность программ, выполняемых вычислительной системой. Компьютер без программных средств - "груда железа". Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области применения. Все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютерах программах.

Программное обеспечение – неотъемлемая часть компьютерной системы. Оно является логическим продолжением технических средств. Сфера применения компьютера определяется созданным для него ПО. Программное обеспечение современных компьютеров включает миллионы программ — от игровых до научных. В первом приближении все программы, работающие на компьютере, можно условно разделить на три категории:

1. прикладные программы, непосредственно обеспечивающие выполнение необходимых пользователям работ;

2. системные программы, выполняющие различные вспомогательные функции:

3. инструментальные программные системы, облегчающие процесс создания новых программ для компьютера.

При построении классификации ПО нужно учитывать тот факт, что стремительное развитие вычислительной техники и расширение сферы приложения компьютеров резко ускорили процесс эволюции программного обеспечения. Если раньше можно было по пальцам перечислить основные категории ПО — операционные системы, трансляторы, пакеты прикладных программ, то сейчас ситуация коренным образом изменилась. Появились нетрадиционные программы, классифицировать которые по устоявшимся критериям очень трудно, а то и просто невозможно.

На сегодняшний день можно сказать, что более или менее определённо сложились следующие группы программного обеспечения:

• операционные системыиоболочки;

• инструментальные системы;

• интегрированные пакеты программ;

• динамические электронные таблицы;

• системы машинной графики;

• системы управления базами данных (СУБД);

• прикладное программное обеспечение.

Разумеется, эту классификацию нельзя считать исчерпывающей, но она более или менее наглядно отражает направления совершенствования и развития программного обеспечения.

Системные программы выполняются вместе с прикладными и служат для управления ресурсами компьютера — центральным процессором, памятью, вводом-выводом. Это программы общего пользования, которые предназначены для всех пользователей компьютера. Системное программное обеспечение разрабатывается так, чтобы компьютер мог эффективно выполнять прикладные программы.

Среди десятков тысяч системных программ особое место занимают операционные системы, которые обеспечивают управление ресурсами компьютера с целью их эффективного использования. Операционная система (ОС) - это программа, которая управляет компьютером, поддерживает работу всех программ и их взаимодействие с аппаратурой. Без нее компьютер просто не будет работать. ОС скрывает от пользователя сложные и ненужные ему подробности выполнения программы. ОС выполняет роль связующего звена между аппаратурой компьютера (hardware), с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны.

Операционная система обычно хранится во внешней памяти компьютера — на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот процесс называется загрузкой операционной системы. В функции операционной системы входит:

• тестирование оборудования;

• осуществление диалога с пользователем;

• ввод-вывод и управление данными;

• планирование и организация процесса обработки программ;

• распределение ресурсов;

• запуск программ на выполнение;

• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;

• передача информации между различными внутренними устройствами;

• программная поддержка работы периферийных устройств

В различных моделях компьютеров используют операционные системы с разной архитектурой и возможностями. Для их работы требуются разные ресурсы. Они предоставляют разную степень сервиса для программирования и работы с готовыми программами.

Важнейшей функцией ОС является работа с файлами. В файлах на внешних носителях хранится все: программы, данные, сама ОС. Средствами ОС создается файловая система — определенная структура файлов на внешних носителях. Все действия с файлами производятся пользователем с помощью ОС.

Для общения ОС с пользователем используется специальный командный язык OC. На персональных компьютерах общение происходит в режиме диалога. ОС в определенной форме выводит на экран приглашение пользователю, пользователь в ответ вводит с клавиатуры команду, предписывающую совершить определенное действие (запустить программу, вывести содержимое каталога диска, уничтожить файл и пр.). ОС обеспечивает выполнение этой команды и снова возвращается к диалогу с пользователем.

При каждом запуске компьютера в его память с диска считываются файлы DOS. После загрузки DOS на экране появляется приглашение к вводу команд С:\>_

DOS всегда устанавливает в качестве текущего тот дисковод, символ которого указан в приглашении. Команды вводятся с клавиатуры и представляют собой последовательность символов. Окончание набора фиксируется нажатием клавиши Enter. Если Вы неверно набрали команду, DOS выдаст сообщение: Bad command or file name (неверная команда или имя файла). В ответ необходимо повторить ввод.

Рассмотрим основные команды DOS работы с файлами и каталогами. Команды набираются как прописными, так и строчными буквами. В качестве разделителя при написании командной строки используется символ пробела.

Команда MD (создает новый каталог). Например, MD SONY - создание подкаталога SONY в текущем каталоге.

Команда CD (изменяет текущий каталог). Например, CD A:\TOK - переход в подкаталог TOK корневого каталога диска A:

Команда CD.. - переход в родительский каталог.

Команда DIR (выводит содержимое каталога). Например, DIR - вывести содержимое текущего каталога;

DIR C:\ - вывести содержимое корневого каталога диска С:

Команда TYPE (выводит содержимое файла). Например, TYPE bai.bas - просмотр содержимого файла bai.bas из текущего каталога.

Команда REN (изменяет имя файла). Например, REN AAA.doc BBB.doc - переименование файла AAA.doc в текущем каталоге. Новое имя файла будет BBB.doc.

Команда COPY (делает копию файла). Например, COPY A:\OPAL.doc - копирование файла из корневого каталога диска A: в текущий каталог.

Команда DEL (удаляет файл). Например, DEL bai.bas - удалить файл bai.bas из текущего каталога.

Команда RD (удаляет каталог). Например, RD SONY - удаление подкаталога SONY в текущем каталоге.

Удалить можно только каталог, не содержащий файлов и каталогов. Нельзя удалить текущий каталог. Для его удаления необходимо перейти в вышележащий каталог, например, командой CD..

Если нужно сменить текущий дисковод, то следует ввести имя дисковода. Например, при С:\>A: новым текущим дисководом будет A: Если нужно вновь вернуться к дисководу С: то следует записать A:\>C:

При работе с MS-DOS последняя исполненная команда запоминается и может быть вызвана нажатием клавиши F3.

Важным классом системных программ являются программы вспомогательного назначения — утилиты (лат. utilitas — польза) и оболочки — программы, созданные для упрощения работы с ОС. Они преобразуют неудобный командный пользовательский интерфейс в дружественный графический интерфейс или интерфейс типа "меню". Они либо расширяют и дополняют соответствующие возможности операционной системы, либо решают самостоятельные важные задачи. Кратко опишем некоторые из них:

• программы контроля, тестирования и диагностики, которые используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе эксплуатации; указывают причину и место неисправности;

• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;

• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять копии нескольких файлов в один архивный файл;

• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами и ликвидации последствий заражения вирусами;

• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства ;

• программы восстановления информации, форматирования, защиты данных ;

• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;

• программы для управления памятью, обеспечивающие более гибкое использование оперативной памяти;

• программы для записи CD-ROM и многие другие.

• диспетчеры файлов (файловые менеджеры). С их помощью выполняется большинство операций по обслуживанию файловой структуры: копирование, перемещение, переименование файлов, создание каталогов, уничтожение объектов, поиск файлов и навигация в файловой структуре.

• программы инсталляции (установки). Предназначены для контроля за добавлением в текущую программную конфигурацию нового программного обеспечения. Они следят за состоянием и изменением окружающей программной среды, отслеживают и протоколируют образование новых связей, утерянных во время уничтожения определенных программ.

• средства компьютерной безопасности. К ним относятся средства для защиты данных от несанкционированного доступа, их просмотра и изменения.

• средства просмотра и воспроизведения. Существуют универсальные средства для просмотра (в случае текста, рисунка) или воспроизведения (в случае звука или видео) данных.

Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно.

В начале 90-х годов во всем мире огромную популярность приобрела графическая оболочка MS-Windows 3.х, преимущество которой состоит в том, что она облегчает использование компьютера, и её графический интерфейс вместо набора сложных команд с клавиатуры позволяет выбирать их мышью из меню практически мгновенно. Операционная среда Windows, реализует все свойства, необходимые для производительной работы пользователя, в том числе – многозадачный режим.

Никакому другому программному продукту не уделялось столько внимания, как Windows. И внимание это вполне правомерно. Средства, такие как объектно-ориентированный интерфейс и поддержка 32-разрядных многопотоковых прикладных программ, уже долгое время служат неотъемлемой частью других операционных систем. НоWindows на основе этих хорошо испытанных и известных средств строит исключительно богатую и эффективную интегрированную вычислительную среду. Windows намного превосходит своих предшественников, по-новому определяя, какой должна быть операционная система.

Объектно-ориентированный интерфейс — это интерфейс, максимально приближенный к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода. В данном случае это означает, что пользователь работает со значками, которые он видит на экране монитора, как с объектами реального мира. Он может брать объекты, переносить с места на место, выбрасывать в урну, изменять их, не задумываясь о возможных ограничениях, налагаемых операционной системой. Объектно-ориентированный интерфейс особенно легок в освоении людьми, не имеющими опыта работы на компьютере, особенно детьми. У них нет страха сделать что-то неправильно, а есть простое желание — взять в руку и посмотреть, что это такое.

Windows — интегрированная среда, обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами и предоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа, обработки текстовой, графической. звуковой и видеоинформации. Интегрированность подразумевает также совместное использование ресурсов компьютера всеми программами.

Эта операционная система обеспечивает работу пользователя в сети, предоставляя встроенные средства поддержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместного использования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows позволяет отправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживает удаленный доступ.

Применяемый в Windows защищённый режим не позволяет прикладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежно предохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой, обеспечивает определённую устойчивость к вирусам.

Интерфейс пользователя, сконцентрированный вокруг экранной кнопки Пуск, устанавливает новый стандарт простоты пользования персональным компьютером. Для начинающих пользователей запуск и выполнение множества прикладных программ не вызовет затруднений, а пользователи с высокими запросами всегда найдут новые способы извлечь то ценное, что предоставляет эта операционная система с такими широкими возможностями настройки.

В дополнение к основным архитектурным особенностям, на которые можно рассчитывать в современной операционной системе,Windows обладает новыми 32-разрядными средствами программами для работы со всеми основными сетями персональных компьютеров и непревзойденными возможностями их настройки. К числу других стандартных средств относится электронная почта, средства работы в локальной сети, средства подключения к Internet, средства удаленного коммутируемого и прямого кабельного подключения к персональным компьютерам, средства просмотра файлов, утилиты поиска и богатый инструментарий для управления системой и административного управления.

Встроенные средства PlugandPlay (включил и работай), сложные средства распознавания установленной на компьютер аппаратуры и большой набор 32-разрядных динамически загружаемых драйверов устройств значительно облегчает настройку компьютерной системы, подключение периферийных устройств и подключение к локальным сетям.

ВWindows ликвидированы несовершенства вчерашнихPC и MS-DOS, такие как имена файлов, ограниченные 8 символами плюс 3 символа расширения.Windows позволяет задавать имена файлов длиной до 255 символов.

При разработке каждой операционной системы приходится принимать определенные решения и идти на компромиссы, но решения и компромиссы, принятые в Windows, делают эту операционную систему стандартом для значительной части компьютерного рынка.

Стоит отметить, что операционная системаWindows является открытой для расширений — программ, дополняющих возможности штатной оболочки.

Система программирования — это система для разработки новых программ на конкретном языке программирования. Современные системы программирования обычно предоставляют пользователям мощные и удобные средства разработки программ. В них входят:

• компиляторилиинтерпретатор;

• интегрированная среда разработки;

• средства создания и редактирования текстов программ;

• обширные библиотеки стандартных программи функций;

• отладочные программы, т.е. программы, помогающие находить и устранять ошибки в программе;

• "дружественная" к пользователю диалоговая среда;

• многооконный режим работы;

• мощные графические библиотеки; утилиты для работы с библиотеками;

• другие специфические особенности.

К инструментальным программным системам, с помощью которых создаются программы для компьютера, относятся системы программирования. Самыми популярными являются:Basic,Pascal,C. Во второй части курса будут рассмотрены эти программы.

Прикладная программа — это любая конкретная программа, способствующая решению какой-либо задачи в пределах данной проблемной области. Прикладные программы могут носить и общий характер, например, обеспечивать составление и печатание документов и т.п. В противоположность этому, служебные программы не вносят прямого вклада в удовлетворение конечных потребностей пользователя.

Прикладные программы могут использоваться либо автономно, то есть решать поставленную задачу без помощи других программ, либо в составе программных комплексов или пакетов. Программное обеспечение этого уровня решает конкретные задачи (производственные, творческие, развлекательные, учебные и т.д.). Между прикладным и системным программным обеспечением существует тесная взаимосвязь. Универсальность вычислительной системы, доступность прикладных программ и широта функциональных возможностей компьютера непосредственно зависят от типа имеющейся операционной системы, системных средств, помещенных в ее ядро и взаимодействии комплекса человек-программа-оборудование. Классификация прикладного программного обеспечения.

1.Текстовые редакторы. Основные функции - это ввод и редактирование текстовых данных. Для операций ввода, вывода и хранения данных текстовые редакторы используют системное программное обеспечение. С этого класса прикладных программ начинают знакомство с программным обеспечением и на нем приобретают первые привычки работы с компьютером.

2.Текстовые процессоры. Разрешают форматировать, то есть оформлять текст. Основными средствами текстовых процессоров являются средства обеспечения взаимодействия текста, графики, таблиц и других объектов, составляющих готовый документ, а также средства автоматизации процессов редактирования и форматирования. Современный стиль работы с документами имеет два подхода: работа с бумажными документами и работа с электронными документами. Приемы и методы форматирования таких документов различаются между собой, но текстовые процессоры способны эффективно обрабатывать оба вида документов.

3. Графические редакторы. Широкий класс программ, предназначенных для создания и обработки графических изображений.

4.Системы управления базами данных (СУБД). Базой данных называют большие массивы данных, организованные в табличные структуры. Основные функции СУБД:

• создание пустой структуры базы данных;

• наличие средств ее заполнения или импорта данных из таблиц другой базы;

• возможность доступа к данных, наличие средств поиска и фильтраци.

В связи с распространением сетевых технологий, от современных СУБД требуется возможность работы с отдаленными и распределенными ресурсами, которые находятся на серверах Интернета.

5.Электронные таблицы. Предоставляют комплексные средства для хранения разных типов данных и их обработки. Основной акцент смещен на преобразование данных, предоставлен широкий спектр методов для работы с числовыми данными. Основная особенность электронных таблиц состоит в автоматическом изменении содержимого всех ячеек при изменении отношений, заданных математическими или логическими формулами.

Широкое применение находят в бухгалтерском учете, анализе финансовых и торговых рынков, средствах обработки результатов экспериментов, то есть в автоматизации регулярно повторяемых вычислений больших объемов числовых данных.

6.Системы автоматизированного проектирования (CAD-системы). Предназначены для автоматизации проектно-конструкторских работ. Применяются в машиностроении, приборостроении, архитектуре. Кроме графических работ, разрешают проводить простые расчеты и выбор готовых конструктивных элементов из существующей базы данных.

Особенность CAD-систем состоит в автоматическом обеспечении на всех этапах проектирования технических условий, норм и правил. САПР являются необходимым компонентом для гибких производственных систем (ГВС) и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП).

7.Настольные издательские системы. Автоматизируют процесс верстки полиграфических изданий. Издательские системы отличаются расширенными средствами управления взаимодействия текста с параметрами страницы и графическими объектами, но имеют более слабые возможности по автоматизации ввода и редактирования текста. Их целесообразно применять к документам, которые предварительно обработаны в текстовых процессорах и графических редакторах.

8.Редакторы HTML (Web-редакторы). Особый класс редакторов, объединяющих в себе возможности текстовых и графических редакторов. Предназначены для создания и редактирования Web-страниц Интернета. Программы этого класса можно использовать при подготовке электронных документов и мультимедийних изданий.

9.Браузеры (средства просмотра Web-документов). Программные средства предназначены для просмотра электронных документов, созданных в формате HTML. Воспроизводят, кроме текста и графики, музыку, человеческий язык, радиопередачи, видеоконференции и разрешают работать с электронной почтой.

10.Системы автоматизированного перевода. Различают электронные словари и программы перевода языка.

• Электронные словари - это средства для перевода отдельных слов в документе. Используются профессиональными переводчиками, которые самостоятельно переводят текст.

• Программы автоматического перевода используют текст на одном языке и выдают текст на другом, то есть автоматизируют перевод. При автоматизированном переводе невозможно получить качественный исходный текст, поскольку все сводится к переводу отдельных лексических единиц. Но, для технического текста, этот барьер снижен.

11.Интегрированные системы делопроизводства. Средства для автоматизации рабочего места руководителя. В частности, это функции создания, редактирования и форматирования документов, централизация функций электронной почты, факсимильной и телефонной связи, диспетчеризация и мониторинг документооборота предприятия, координация работы подразделов, оптимизация административно-хозяйственной деятельности и поставка оперативной и справочной информации.

12.Бухгалтерские системы. Имеют функции текстовых, табличных редакторов и СУБД. Предназначены для автоматизации подготовки начальных бухгалтерских документов предприятия и их учета, регулярных отчетов по итогам производственной, хозяйственной и финансовой деятельности в форме, приемлемой для налоговых органов, внебюджетных фондов и органов статистического учета.

13.Финансовые аналитические системы. Используют в банковских и биржевых структурах. Разрешают контролировать и прогнозировать ситуацию на финансовых, торговых рынках и рынках сырья, выполнять анализ текущих событий, готовить отчеты.

14.Экспертные системы. Предназначены для анализа данных, содержащихся в базах знаний и выдачи результатов, при запросе пользователя. Такие системы используются, когда для принятия решения нужны широкие специальные знания. Используются в медицине, фармакологии, химии, юриспруденции. С использованием экспертных систем связана область науки, которая носит название инженерии знаний.

Инженеры знаний - это специалисты, являющиеся промежуточным звеном между разработчиками экспертных систем (программистами) и ведущими специалистами в конкретных областях науки и техники (экспертами).

15.Системы видеомонтажа. Предназначены для цифровой обработки видеоматериалов, монтажа, создания видеоэффектов, исправления дефектов, добавления звука, титров и субтитров. Отдельные категории представляют учебные, справочные и развлекательные системы и программы. Характерной особенностью являются повышенные требования к мультимедийной составляющей.

9. Компьютерные сети

Самая простая сеть (network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом принципе. Хотя идея соединения компьютеров с помощью кабеля не кажется нам особенно выдающейся, в свое время она явилась значительным достижением в области коммуникаций.

Рождение компьютерных сетей было вызвано практической потребностью – иметь возможность для совместного использования данных. Персональный компьютер – превосходный инструмент для создания документа, подготовки таблиц, графических данных и других видов информации, но при этом Вы не можете быстро поделиться своей информацией с другими. Когда не было сетей, приходилось распечатывать каждый документ, чтобы другие пользователи могли работать с ним, или в лучшем случае – копировать информацию на дискеты. Одновременная обработка документа несколькими пользователями исключалась. Подобная схема работы называется работой в автономной среде.

Первоначально компьютерные сети были небольшими и объединяли до десяти компьютеров и один принтер. Технология ограничивала размеры сети, в том числе количество компьютеров в сети и её физическую длину. Например, в начале 1980-х годов наиболее популярный тип сетей состоял не более, чем из 30 компьютеров, а длина её кабеля не превышала 185 метров. Такие сети легко располагались в пределах одного этажа здания или небольшой организации. Для маленьких фирм подобная конструкция подходит и сегодня. Эти сети называются локальными вычислительными сетями (ЛВС или LAN).

Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых расположены обычно в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты стали заполнять рынок, перед корпорациями – для сохранения конкурентоспособности – встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы.

Сегодня, когда географические рамки компьютерных сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть (ГВС или WAN), а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч.

В настоящее время большинство организаций хранит и совместно использует в сетевой среде огромные объемы жизненно важных данных. Вот почему сети сейчас так же необходимы, как ещё совсем недавно были необходимы пишущие машинки и картотеки.

Вычислительная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных между собой с помощью каналов связи в единую систему и использующих общие ресурсы. В зависимости от средств связи и по территориальному признаку компьютерные сети делятся на:

• локальные

• региональные

• глобальные.

По способу доступа к информации сети бывают:

• открытые (общедоступные)

• закрытые (корпоративные).

Локальная сеть - это вычислительная сеть, которая объединяет абонентов, расположенных в пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четких ограничений на территориальный разброс абонентов локальной сети (2 - 2,5 км).

Региональная сеть - это вычислительная сеть, которая связывает абонентов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (десятки - сотни километров).

Глобальная сеть - это вычислительная сеть, которая объединяет абонентов, расположенных в различных странах и даже континентах.

Сервер - это компьютер, выделенный для обработки запросов от всех подсоединенных рабочих станций, предоставляющий доступ к общим сетевым ресурсам (базам данных, библиотекам программ, принтерам, факсам и т. д.).

В зависимости от разделяемых ресурсов серверы делятся на:

• файл-сервер (дисковая память)

• факс-сервер

• сервер приложений

• почтовый сервер (для организации почтовой связи) и др.

Рабочая станция (клиент) - это компьютер, с помощью которого пользователь получает доступ ко всем ресурсам сети. Компьютер, подключенный к вычислительной сети, может быть либорабочей станцией либо сервером, в зависимости от выполняемых им функций. В компьютерных сетях могут быть реализованы два способа обработки данных:

• централизованная (центральная ЭВМ или Host-компьютер, все запросы идут к ней, и обработка ведется на ней);

• распределенная "клиент-серверная" (клиентская часть программы делает запрос серверу, на нем производится обработка запроса и передача ответа клиенту).

Такое разделение в сети на клиента и сервер позволяет эффективно использовать технологию "клиент/сервер". В этом случае приложение делится на две части: клиентскую и серверную. Один или несколько мощных компьютеров сети конфигурируются как серверы приложений, на них выполняются серверные части приложений. Клиентские части выполняются на рабочих станциях, именно на них формируются запросы ксерверам приложений и обрабатываются полученные результаты.

  Технические средства, обеспечивающие передачу информации в коммуникационную среду

• сетевой адаптер (плата)

• модем (преобразователь потока битов в аналоговые сигналы и наоборот)

• концентратор (устройство, коммутирующее несколько внутренних каналов связи в один внешний)

• передающая среда - витая пара проводов, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель (идеальная передающая среда, не подверженнаядействию электромагнитных полей, скорость передачи - более 50 Мбит/c)

• каналы связи: выделенные или коммутируемые телефонные каналы,

• специальные каналы для передачи цифровой информации,

• радиоканалы и каналы спутниковой связи.

Качество коммуникационной сети характеризуется следующими параметрами:

• скоростью передачи данных

• пропускной способностью канала связи

• достоверность передачи

• надежностью канала связи и модемов

Единицы измерения:

• Скорость передачи данных измеряется в бит/сек (bps).

• Пропускная способность измеряется байт (знак)/сек.

• Достоверность измеряется количеством ошибок на знак.

Глобальная вычислительная сеть (ГВС) - это вычислительная сеть компьютеров ЛВС, которая объединяет абонентов расположенных в разных странах и даже континентах. Взаимодействие осуществляется на базе телефонной

связи, оптоволоконных линий (проводная связь) и спутниковой, радиомодемной (беспроводная связь).  

Составляющие сети - соединяются между собой посредством компьютеров, которые называются – “узлы”. Так cеть связывается воедино. В состав глобальной сети могут входить, кроме локальных сетей и компьютеров – “узлов” другие сети, например, Ethernet, Token Ring, сети на телефонных линиях, пакетные радиосети и т.п. Выделенные линии и локальные сети суть аналоги железных дорог, самолетов почты и почтовых отделений, почтальонов. С их помощью почта движется с места на место.

Узлы - аналоги почтовых отделений, где принимается решение, как перемещать данные (“пакеты”) по сети, точно так же, как почтовый узел намечает дальнейший путь почтового конверта. В основу архитектуры глобальной компьютерной сети положена модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open System Interface). Это связано с многообразием вычислительных сетей и сетевых программных средств, т.е. с проблемой объединения сетей различных архитектур.

Открытая система - это система, взаимодействующая с другими системами в соответствии с принятыми стандартами. Обмен между системами происходит по протоколам, т.е. набору правил, определяющему взаимодействие двух одноименных уровней модели OSI в различных абонентских ЭВМ. Правила, определяемые в протоколе, реализуются в программе, называемой драйвером. Эта модель имеет семиуровневую структуру:

7 - Прикладной (поддержка прикладных процессов конечного пользователя).
6 - Представительный (синтаксис данных).
5 - Сеансовый (поддержки сеанса)
4 - Транспортный
3 - Сетевой
2 - Канальный
1 - Физический

Концепция OSI предполагает стандартизацию протоколов всех уровней, однако, этому поддаются только 1 - 3 уровни, с остальными сложнее. Поэтому реально в сетях используются не все 7 уровней.

 Система адресации в Интернет

Адреса бывают цифровые и доменные (область), как правило, используются доменные, в которых присутствует имя домена и 3-х символьное обозначение организации или страны, например:

Организации

• com - коммерческий,

• gov - правительственный,

• mil - военный,

• edu - образовательный.

Страны

• ru (su)  - Россия,

• uk -Великобритания,

• de Германия и т.д.

Пример доменного адреса - microsoft.com.

Протоколы и услуги в Интернет

Основной протокол, по которому передаются данные в Интернет, называется TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol - Протокол управления передачей/межсетевой протокол. Протокол TCP/IP содержит семейство протоколов, которые определяют правила работы других уровней согласно концепции OSI, например протоколы пользовательского уровня.

Наиболее известными являются следующие протоколы:

• FTP (file transfer protocol) - протоколпередачифайлов

• HTTP (hyper text transfer protocol) - протоколпередачигипертекста

• TELNET - протокол удаленного терминального доступа

• GOFER - протокол поиска по содержанию

• USENET - телеконференции

• IRC (Internet Relay Chat) - интерактивное общение

• MAILTO - электронная почта.

Каждый из этих протоколов соответствует какой-либо услуге Интернет. Для реализации вышеперечисленных протоколов и соответствующих услуг существует мета средства, например, WWW - Всемирная паутина, включающая в себя все виды услуг и средства "навигации". Блоками ее являются WWW-серверы, для работы с этими блоками используются специальные программы-клиенты - браузеры (обозреватели).

Каждый пользователь INTERNET имеет свой сетевой адрес. Существует компания (в штате Вирджиния), которая следит за INTERNET адресами с тем, чтобы среди пользователей не появилось два одинаковых адреса.

Существует 7 основных путей использования INTERNET:

• 1. Электронная почта.

  2. Отправка и получение файлов с помощью FTP (File Transfer Protocol)

  3. Чтение и посылка текстов

  4. Поиск информации через GOPHER и WWW (World Wide Web)

  5. Удаленное управление - запуск программ на удаленном компьютере.

  6. Chat-разговор с помощью сети IRC и Электронной почты

7. Игры через INTERNET

10. Основы защиты информации

Развитие новых информационных технологий и всеобщая компьютеризация привели к тому, что информационная безопасность не только становится обязательной, она еще и одна из характеристик ИС. Существует довольно обширный класс систем обработки информации, при разработке которых фактор безопасности играет первостепенную роль (например, банковские информационные системы).

Под безопасностью ИС понимается защищенность системы от случайного или преднамеренного вмешательства в нормальный процесс ее функционирования, от попыток хищения (несанкционированного получения) информации, модификации или физического разрушения ее компонентов. Иначе говоря, это способность противодействовать различным возмущающим воздействиям на ИС.

Под угрозой безопасности информации понимаются события или действия, которые могут привести к искажению, несанкционированному использованию или даже к разрушению информационных ресурсов управляемой системы, а также программных и аппаратных средств.

Если исходить из классического рассмотрения кибернетической модели любой управляемой системы, возмущающие воздействия на нее могут носить случайный характер. Поэтому среди угроз безопасности информации следует выделять как один из видов угрозы случайные, или непреднамеренные. Их источником могут быть выход из строя аппаратных средств, неправильные действия работников ИС или ее пользователей, непреднамеренные ошибки в программном обеспечении и т.д. Такие угрозы тоже следует держать во внимании, так как ущерб от них может быть значительным. Однако в данной главе наибольшее внимание уделяется угрозам умышленным, которые, в отличие от случайных, преследуют цель нанесения ущерба управляемой системе или пользователям. Это делается нередко ради получения личной выгоды.

Человека, пытающегося нарушить работу информационной системы или получить несанкционированный доступ к информации, обычно называют взломщиком, а иногда «компьютерным пиратом» (хакером).

В своих противоправных действиях, направленных на овладение чужими секретами, взломщики стремятся найти такие источники конфиденциальной информации, которые бы давали им наиболее достоверную информацию в максимальных объемах с минимальными затратами на ее получение. С помощью различного рода уловок и множества приемов и средств подбираются пути и подходы к таким источникам. В данном случае под источником информации подразумевается материальный объект, обладающий определенными сведениями, представляющими конкретный интерес для злоумышленников или конкурентов.

Многочисленные публикации последних лет показывают, что злоупотребления информацией, циркулирующей в ИС или передаваемой по каналам связи, совершенствовались не менее интенсивно, чем меры защиты от них. В настоящее время для обеспечения защиты информации требуется не просто разработка частных механизмов защиты, а реализация системного подхода, включающего комплекс взаимосвязанных мер (использование специальных технических и программных средств, организационных мероприятий, нормативно-правовых актов, морально- этических мер противодействия и т.д.). Комплексный характер защиты проистекает из комплексных действий злоумышленников, стремящихся любыми средствами добыть важную для них информацию.

Сегодня можно утверждать, что рождается новая современная технология — технология защиты информации в компьютерных информационных системах и в сетях передачи данных. Реализация этой технологии требует увеличивающихся расходов и усилий. Однако все это позволяет избежать значительно превосходящих потерь и ущерба, которые могут возникнуть при реальном осуществлении угроз ИС и ИТ.

Методы и средства защиты информации

Создание систем информационной безопасности (СИБ) в ИС и ИТ основывается на следующих принципах:

Системный подход к построению системы защиты, означающий оптимальное сочетание взаимосвязанных организационных, программных,. аппаратных, физических и других свойств, подтвержденных практикой создания отечественных и зарубежных систем защиты и применяемых на всех этапах технологического цикла обработки информации.

Принцип непрерывного развития системы. Этот принцип, являющийся одним из основополагающих для компьютерных информационных систем, еще более актуален для СИБ. Способы реализации угроз информации в ИТ непрерывно совершенствуются, а потому обеспечение безопасности ИС не может быть одноразовым актом. Это непрерывный процесс, заключающийся в обосновании и реализации наиболее рациональных методов, способов и путей совершенствования СИБ, непрерывном контроле, выявлении ее узких и слабых мест, потенциальных каналов утечки информации и новых способов несанкционированного доступа,

Обеспечение надежности системы защиты, т. е. невозможность снижения уровня надежности при возникновении в системе сбоев, отказов, преднамеренных действий взломщика или непреднамеренных ошибок пользователей и обслуживающего персонала.

Обеспечение контроля за функционированием системы защиты, т.е. создание средств и методов контроля работоспособности механизмов защиты.

Обеспечение всевозможных средств борьбы с вредоносными программами.

Обеспечение экономической целесообразности использования системы. защиты, что выражается в превышении возможного ущерба ИС и ИТ от реализации угроз над стоимостью разработки и эксплуатации СИБ.

В результате решения проблем безопасности информации современные ИС и ИТ должны обладать следующими основными признаками:

• наличием информации различной степени конфиденциальности;

• обеспечением криптографической защиты информации различной степени конфиденциальности при передаче данных;

• обязательным управлением потоками информации, как в локальных сетях, так и при передаче по каналам связи на далекие расстояния;

• наличием механизма регистрации и учета попыток несанкционированного доступа, событий в ИС и документов, выводимых на печать;

• обязательным обеспечением целостности программного обеспечения и информации в ИТ;

• наличием средств восстановления системы защиты информации; • обязательным учетом магнитных носителей;

• наличием физической охраны средств вычислительной техники и магнитных носителей;

• наличием специальной службы информационной безопасности системы.

Литература

1. Острейковский В. А. Информатика: Учебник для вузов. М.: Высш. шк. 1999.
2. Информатика. Базовый курс: Учебник для вузов /Под ред. С. В. Симонович СПб: Питер, 1999.

3. Каймин В. А. Информатика: Учебник для вузов. М.: ИНФРА-М, 2000.

4. Информатика: Учебник для вузов / Под ред. Н. В. Макаровой 3-е изд., перераб. М.: Финансы и статистика, 2001.

5. Левин А. А. Самоучитель работы на компьютере. 5-е изд., испр. и доп. М.: Нолидж, 1999.

6. Анин Б. Ю. Защита компьютерной информации. СПб.: БХВ- Санкт-Петербург, 2000.

7. Олифер В. Г., Олифер Н. А. Компьютерные сети: Принципы, технологии, протоколы: Учеб. пособие для вузов. СПб.: Питер, 2001.

8. Ефимова О. Практикум по компьютерной технологии. - М.: ABF. 1997.

9. Основы современных компьютерных технологий. Под ред. Хомоненко А.Д.

Корона-принт, СПБ 1998 г.

10. Соболь и др. Информатика. –Ростов н/Д: Феникс, 2007.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/524956-konspekt-uroka-informatika