Курс лекций Часть I автор: Крапивина И. В. Валуйки 2008

Вид материала

Курс лекций

Содержание Теоретические основы информации Раздел i. информация Теория кодирования. Теория информации. Теория графов. Теория множеств. Логика и др. Теория алгоритмов. Кодирование данных. Интерфейсы. Вспомогательные программы. Инструментальное программное обеспечение Прикладное программное обеспечение Программное обеспечение 1.2. Информация и физический мир Понятие информации 1.3. Непрерывная и дискретная информация Раздел ii. измерение информации. Алфавитный подход 2.2. Единицы измерения информации 2.3. Вероятностный подход к измерению информации Вопросы для самоконтроля Раздел iii. представление информации 3.2. Позиционные и непозиционные системы счисления Система счисления ... Полное содержание

Подобный материал:

• Г. Валуйки Белгородской области, 647.06kb.
• Курс лекций часть 2 Тюмень 2006 удк 159 01 Михеева Е. М., Фалько Г. В. Психология:, 2034.37kb.
• Курс лекций для студентов идпо специальностей «Юриспруденция», 3911.79kb.
• Курс лекций для студентов идпо специальностей «Юриспруденция», 2986.57kb.
• Курс лекций Часть II учебное пособие рпк «Политехник» Волгоград, 1175.06kb.
• Курс лекций Часть 2 Составитель: кандидат экономических наук Г. Н. Кудрявцева Электроизолятор, 1210.68kb.
• М. К. Мамардашвили Современная европейская философия (XX век) Курс лекций, 421.49kb.
• Краткий курс лекций по медицинской паразитологии Часть Клещи, 643.33kb.
• Курс лекций по дисциплине история экономических учений москва 2008, 5434.7kb.
• Курс лекций москва  2008, 1185.38kb.

Валуйский педагогический колледж


Основы теории информации


Курс лекций


Часть I


Автор: Крапивина И. В.


Валуйки 2008


Рекомендовано к изданию научно-методическим советом педагогического колледжа


Автор: Крапивина И. В.


Учебное пособие адресовано студентам и преподавателям математических специальностей педагогических колледжей. Оно имеет практическую ценность для учителей школ, лицеев, гимназий с целью повышения их профессионального мастерства и формирования творческого начала.


Валуйки 2008

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИИ


Нет столь великой вещи, которую не превзошла бы еще большая.

Козьма Прутков

Введение

Практически в каждой науке есть фундамент, без которого ее прикладные аспекты лишены основ. Для математики такой фундамент составляют теория множеств, теория чисел, математическая логика и некоторые другие разделы; для физики — это основные законы классической и квантовой механики, статистической физики, релятивистской теории; для химии — периодический закон, его теоретические основы и т.д. Можно, конечно, научиться считать и пользоваться калькулятором, даже не подозревая о существовании указанных выше разделов математики, делать химические анализы без понимания существа химических законов, но при этом не следует думать, что ты знаешь математику или химию. Примерно то же с информатикой: можно изучить несколько программ и даже освоить некоторое ремесло, но это отнюдь не вся информатика, точнее, даже не самая главная и интересная ее часть.

Теоретические основы информатики — пока не вполне сложившийся, устоявшийся раздел науки. Он возникает на наших глазах, что делает его особенно интересным: нечасто мы наблюдаем и даже можем участвовать в рождении новой науки! Как и теоретические разделы других наук теоретическая информатика формируется в основном под влиянием потребностей обучения информатике.

Теоретическая информатика - наука математизированная. Она складывается из ряда разделов математики, которые прежде казались мало связанными друг с другом: теорий автоматов и алгоритмов, математической логики, теории формальных языков и грамматик, реляционной алгебры, теории информации и др. Она старается методами точного анализа ответить на основные вопросы, возникающие при хранении и обработке информации, например, вопрос о количестве информации, сосредоточенной в той или иной информационной системе, наиболее рациональной ее организации для хранения или поиска, а также о существовании и свойствах алгоритмов преобразования информации. Конструкторы устройств хранения данных проявляют чудеса изобретательности, увеличивая объем и плотность хранения данных на дисках, но в основе этой деятельности лежат теория информации и теория кодирования. Для решения прикладных задач существуют замечательные программы, но для того, чтобы грамотно поставить прикладную задачу, привести ее к виду, который подвластен компьютеру, нужно знать основы информационного и математического моделирования и т.д. Только освоив эти разделы информатики, можно считать себя специалистом в этой науке. Другое дело — с какой глубиной осваивать; многие разделы теоретической информатики достаточно сложны и требуют основательной математической подготовки.


РАЗДЕЛ I. ИНФОРМАЦИЯ


1.1. Предмет и структура информатики

Термин информатика получил распространение с середины 80-х гг. прошлого века. Он состоит из корня inform - «информация» и суффикса matics - «наука о...». Таким образом, информатика - это наука об информации. В англоязычных странах термин не прижил­ся, информатика там называется Computer Science - наука о компь­ютерах.

Информатика - молодая, быстро развивающаяся наука, поэто­му строгого И точного определения ее предмета пока не сформули­ровано. В одних источниках информатика определяется как наука, изучающая алгоритмы, т.е. процедуры, позволяющие за конечное число шагов преобразовать исходные данные в конечный результат, в других - на первый план выставляется изучение компьютерных тех­нологий. Наиболее устоявшимися посылками в определении пред­мета информатики в настоящее время являются указания на изуче­ние информационных процессов (т.е. сбора, хранения, обработки, передачи данных) с применением компьютерных технологий. При таком подходе наиболее точным, по нашему мнению, является сле­дующее определение:

Информатика - это наука, изучающая:

• методы реализации информационных процессов средствами вычис­лительной техники (СЕТ);
  
• состав, структуру, общие принципы функционирования СВТ;
  
• принципы управления СВТ.
  

Из определения следует, что информатика - прикладная наука, использующая научные достижения многих наук. Кроме того, инфор­матика - практическая наука, которая не только занимается описа­тельным изучением перечисленных вопросов, но и во многих случа­ях предлагает способы их решения. В этом смысле информатика тех­нологична и часто смыкается с информационными технологиями.

Методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информации, статистикой, теорией кодирования, математической логикой, документоведением и т.д. В этом разделе изучаются вопросы:

• представление различных типов данных (числа, символы, текст, звук, графика, видео и т.д.) в виде, удобном для обработки СВТ (кодирование данных);
  
• форматы представления данных (предполагается, что одни и те же данные могут быть представлены разными способами);
  
• теоретические проблемы сжатия данных;
  
• структуры данных, т.е. способы хранения с целью удобного дос­тупа к данным.
  

В изучении состава, структуры, принципов функционирования средств вычислительной техники используются научные положения из электроники, автоматики, кибернетики. В целом этот раздел ин­форматики известен как аппаратное обеспечение (АО) информацион­ных процессов. В этом разделе изучаются:

• основы построения элементов цифровых устройств;
  
• основные принципы функционирования цифровых вычисли­тельных устройств;
  
• архитектура СВТ — основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных;
  
• приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем;
  
• приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей.
  

В разработке методов управления средствами вычислительной техники (а средствами цифровой вычислительной техники управля­ют программы, указывающие последовательность действий, которые должно выполнить СВТ) используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, теории игр. Этот раз­дел информатики известен как программное обеспечение (ПО) СВТ. В этом разделе изучаются:

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспече­ния;
  
• средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс;
  
• программное обеспечение СВТ (ПО).
  

Обобщая сказанное, можно предложить следующую структурную схему:

			ИНФОРМАТИКА
		Информацион-			Аппаратное		Программное
' Теоретический уровень		ные процессы			обеспечение		обеспечение
		Теория кодирования. Теория информации. Теория графов. Теория множеств. Логика и др.			Логика. Электроника. Автоматика. Кибернетика и др.		Теория алгоритмов. Логика. Теория графов. Теория игр. Лингвистика и др.
		Кодирование данных. Форматы данных. Сжатие данных. Структуры данных и др.			Синтез цифровых устройств. Архитектура СВТ. Аппараты и приборы вычислительных v систем. Аппараты и приборы компьютерных сетей
Практический уровень							Интерфейсы. Вспомогательные программы. Системы программирования. Прикладные программные продукты