Раздел 1. Информатика и современные информационные технологии Основные понятия и определения

13.74M

Category:

informatics

Информатика_Презентация_к_лекциям

1. Раздел 1. Информатика и современные информационные технологии Основные понятия и определения

Информатика - это междисциплинарная, методологическая наука об
информационных процессах, о моделях, об алгоритмах и
алгоритмизации, о программах и программировании, об исполнителях
алгоритмов и различных исполняющих системах об их использовании в
обществе, в природе, в познании.
Основные направления:
• pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
• теоpия инфоpмации;
• методы искусственного интеллекта;
• системный анализ;
• методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
• средства телекоммуникации;
• разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку,
образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды
хозяйственной и общественной деятельности.

2.

Карта всех интернет-кабелей
(Фото: Международный союз электросвязи)

3.

Информация - набор символов, графических образов или звуковых
сигналов, несущих определенную смысловую нагрузку
1) информация приносит сведения, об окружающем мире которых в
рассматриваемой точке не было до ее получения;
2) информация не материальна, но она проявляется в форме материальных
носителей дискретных знаков или первичных сигналов;
3) знаки и первичные сигналы несут информацию только для получателя
способного их распознать.
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.

4.

Как передаётся информация?
Данные и их интерпретация
(1) - "тpидцать семь с половиной";
(2) - "2 + 2 = 4";
(3) - "Петpов стал директором".
Интерпретация - процесс превращения данных в информацию,
процесс придания им смысла.
Информационные ресурсы – это идеи человечества и указания по их
реализации, накопленные в форме, позволяющей их воспроизводство.
Информационная технология — это совокупность методов и устройств,
используемых людьми для обработки информации.

5.

Историческая справка
Блез Паскаль
1642 г. Французский ученый Блез Паскаль
приступил к созданию арифметической
машины — механического устройства с
шестернями, колёсами, зубчатыми рейками и
т.п. Она умела "запоминать" числа и
выполнять элементарные арифметические
операции.
Перфокарта
1804 г. Французский инженер Жаккар изобрёл перфокарты
для управления автоматическим ткацким станком.
1834 г. Английский ученый Чарльз Бэббидж составил
проект "аналитической" машины, в которую входили:
устройства ввода и вывода информации, запоминающее
устройство для хранения чисел, устройство, способное
выполнять арифметические операции, и устройство,
управляющее последовательностью действий машины.
Команды вводились с помощью перфокарт. Проект не был
реализован.
Чарльз Бэббидж

6.

Фрагмент аналитической машины Бэббиджа
в Лондонском музее науки
1876 г. Английский инженер
Александр Белл изобрёл телефон.

7.

Перфоратор (пантограф)
Г.Холлерита, 1897 г.
1890 г. Американский
инженер Герман Холлерит
создал статистический
табулятор.
1892 г. Американский
инженер У. Барроуз выпустил
первый коммерческий
сумматор.
1897 г. Английский физик Дж. Томсон
сконструировал электронно-лучевую
трубку.
Табулирующая машина
Холлерита
1901 г. Итальянский физик Гульельмо
Маркони установил радиосвязь между
Европой и Америкой.

8.

1904-1906 гг. Сконструированы электронные диод и триод.
1936 г. Алан Тьюринг и независимо от него Э. Пост выдвинули и
разработали концепцию абстрактной вычислительной машины.
Они доказали принципиальную возможность решения автоматами
любой проблемы при условии возможности её алгоритмизации
1938 г. Немецкий инженер Конрад Цузе построил первый чисто
механический компьютер.
Конрад Цузе
Вычислительная машина Z4,
1942-1945

9.

1938 г. Американский математик и инженер Клод Шеннон
показал возможность применения аппарата математической
логики для синтеза и анализа релейно-контактных
переключательных схем.
1939 г. Американец болгарского происхождения Джон
Атанасофф создал прототип вычислительной машины на базе
двоичных элементов.
Экземпляр ABC

10.

1944 г. Под руководством американского математика Говарда Айкена
создана автоматическая вычислительная машина "Марк-1" с программным
управлением.
Она была построена на электро-механических
реле, а программа обработки данных
вводилась с перфоленты.

11.

В вычислительных машинах первого поколения основными
элементами были электронные лампы.
1946 г. Американцы Дж. Эккерт и Дж. Моучли
сконструировали первый электронный цифровой
компьютер "Эниак" (Electronic Numerical Integrator and
Computer). Машина имела 20 тысяч электронных ламп
и 1,5 тысячи реле. Она работала в тысячу раз
быстрее, чем "Марк-1", выполняя за одну секунду 300
умножений или 5000 сложений.
Компьютер
"Эниак", 1946 г.

12.

1945 г. Джон фон Нейман в отчёте "Предварительный доклад о
машине Эдвак" сформулировал основные принципы работы и
компоненты современных компьютеров.
Принципы архитектуры фон Неймана
Джон фон Нейман

13.

Первый компьютер СССР
Всего в МЭСМ было
использовано порядка 6 тысяч
различных электронных ламп,
устройству требовалась
мощность в 25 кВт.
Программирование
происходило за счет ввода
данных с перфолент или в
результате набора кодов на
штекерном коммутаторе.
ЭВМ «Стрела»

14.

Появление ЭВМ
второго поколения
стало возможным
благодаря изобретению
в 1948 году
полупроводниковых
устройств транзисторов.
Для задач, требующих
большого объёма
вычислений, создана
полупроводниковая
машина БЭСМ-6 со
средним
быстродействием
1 млн. операций в 1
сек, большой ёмкостью
ЗУ и развитой системой
устройств ввода —
вывода
Быстродействующая электронная счётная машина (БЭСМ-6) 1967 г.
на элементной базе второго поколения

15.

«Днепр»
МИР-1

16.

Третье и четвертое поколение ЭВМ
В ЭВМ третьего поколения (с
середины 60-х годов ХХ века) стали
использоваться интегральные
микросхемы (чипы) - устройства,
содержащие в себе тысячи
транзисторов и других элементов, но
изготовляемые как единое целое
История ЭВМ четвертого поколения
началась в 1970 году, когда
американская фирма INTEL создала
большую интегральную схему (БИС),
содержащую в себе практически всю
основную электронику компьютера

17.

Суперкомпьютер — специализированная вычислительная машина,
значительно превосходящая по своим техническим параметрам и
скорости вычислений компьютеры общего пользования.
Cray-1

18.

Самый мощный в мире
суперкомпьютер преодолел барьер
в 10 петафлопс
K computer, расположенный в
Институте физико-химических
исследований (RIKEN) в
японском городе Кобе, первым
среди суперкомпьютеров
показал производительность
свыше 10 петафлопс.
Tianhe-1A
При сборке Тянхэ-1А было
использовано 7168 вычислительных
модулей Nvidia Tesla M2050, каждая из
которых оснащается 448 ядрами CUDA.
Также в системе-рекордсмене находятся
14336 шестиядерных компьютерных
процессоров Intel Xeon. Отмечается, что
мощность системы составляет 4,04
мегаватта.

19.

Одни из самых мощных вычислительных машин на Земле
используются во всем: от исследования лучших методов лечения
вирусов до раскрытия происхождения Вселенной.
Frontier или
OLCF-5 — первый в мире
суперкомпьютер с
эксафлопсным показателем
мощности, город Ок-Ридж
штат Теннесси.
1,102 эксафлопс (1,102 квинтиллиона операций в секунду)

20.

Данные и их структура
Примеры типов данных:
Тип данных
Описание
Текстовый
Текст или числа, не требующие проведения расчетов,
например, номера телефонов. Число символов не должно
превышать 255.
МЕМО
Числовой
Счётчик
Логический
Денежный
Дата/Время
OLE
Гиперсвязь
Тип MEMO предназначается для хранения больших
текстовых данных. Длина поля MEMO может достигать
64000 символов.
Числовой тип данных содержит множество подтипов. От
выбора подтипа (размера) данных числового типа зависит
точность вычислений.
Уникальные, последовательно возрастающие (на 1), или
псевдослучайные числа, автоматически вводящиеся при
добавлении каждой новой записи в таблицу. Значения
полей этого типа нельзя устанавливать принудительно.
Логические значения, а также поля, которые могут
содержать одно из двух возможных значений
("Истина/Ложь", "Да/Нет" или "Вкл/Выкл").
Денежные значения и числовые данные, используемые в
математических расчетах, проводящихся с точностью до
15 знаков в целой части и до 4 знаков в дробной части.
Дата и время хранятся в специальном фиксированном
числовом формате
Включает рисунок, звукозапись и некоторые другие типы
данных.
Содержит адреса Web-страниц, которые могут быть Webстраницами Internet или локально храниться на
персональном компьютере или в сети. Нажатие кнопкой
мыши на поле этого типа приводит к запуску Webбраузера и показу соответствующей Web-страницы.

21.

Системы счисления
Система счисления — это способ записи чисел с помощью
заданного набора специальных знаков (цифр).
В непозиционных системах вес цифры (т.е. тот вклад, который она
вносит в значение числа) не зависит от ее позиции в записи числа.
В римской системе счисления в числе ХХХII (тридцать два) вес цифры Х в любой позиции равен
десяти
В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в
зависимости от ее положения (позиции) в последовательности цифр,
изображающих число
700 + 50 + 7 + 0,7 = 7•102 + 5•101 + 7•100 + 7•10-1 = 757,7.
Основание позиционной системы счисления — это количество различных
знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе
an qn + an-1 qn-1+ ... + a0 q0 + am-1 q-1 + am-2 q-2 + ... + am q-m,

22.

Представление текстовой информации в ЭВМ и ее объем
Объем информации, необходимый для запоминания одного из
двух символов - 0 или 1, называется 1 бит (англ. binary digit двоичная единица)
Количество
Возможные
символов
варианты
2
0 1
3-4
00 01 10 11
5-8
000 001 010 011
100 101 110 111
9 - 16
0000 0001 0010 0011
…
17 - 32
33 - 64
65 - 128
129 - 256
257 - 512
513 - 1024
Количество
бит
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Для кодирования одного привычного
человеку символа в ЭВМ
используется 8 бит, что позволяет
закодировать 256 различных
символов
Стандартный набор из 256 символов
называется ASCII
Пример двоичных кодов для символов ASCII:
1 БАЙТ = 8 БИТ
A - 01000001,
1 КИЛОБАЙТ = 1024 БАЙТА
B - 01000010,
1 МЕГАБАЙТ = 1024 КИЛОБАЙТА
C - 01000011,
1 ГИГАБАЙТ = 1024 МЕГАБАЙТА
D - 01000100,
1 ТЕРАБАЙТ = 1024 ГИГАБАЙТА
и т.д.
Объем информации,
необходимый для
запоминания одного
символа ASCII
называется 1 байт

23.

Представление графической информации в ЭВМ
Компьютерная графика
Растровая (пиксельная)
Векторная
Примеры изображения
Файлы
растрового
типа
Файлы векторного типа
Тип
Приложение
*.jpg, *.bmp ,
*.tif , *.gif ,
*.msp , *.img
*.cdr
Corel Draw
*.dwg
AutoCad
Компас

24.

Принципы цифрового представления
звуковой информации
MIDI, WAV, МРЗ

25.

Единицы хранения данных
Логический диск - это либо весь диск, либо часть диска,
предназначенная для хранения определенного объема
информации
На диске образуется система папок, имеющая
древовидную структуру
Наименьшая единица хранения информации
– файл
студент.doc
имя файла
Полное имя файла:
тип информации

26.

Раздел 2. Современные персональные компьютеры
Основные функциональные части ЭВМ
Электронно-вычислительная машина (ЭВМ) или компьютер (англ.
computer - вычислитель) - устройство для автоматизированной
обработки информации
Основные принципы устройства ЭВМ

27.

Аппаратное обеспечение
Архитектура - описание сложной системы, состоящей из
множества элементов, как единого целого.
Архитектурой компьютера называется его описание на некотором
общем уровне, включающее описание пользовательских возможностей
программирования, системы команд, системы адресации, организации
памяти и т.д.
Архитектура определяет принципы действия, информационные связи и
взаимное соединение основных логических узлов компьютера:
процессора, оперативного ЗУ, внешних ЗУ и периферийных устройств.
Материнская
плата

28.

Технические характеристики
1) Тип процессора.
2) Тактовая частота.
3) Разрядность - объем информации,
передаваемый по шине за
ATTO 3490 Intel Celeron 430/DDR2 1024 Mb/SVGA/HDD
160Gb/Multi/ATX корпус черно-серебристый//FDD
1 машинный такт.
ATTO 3393 AMD || X2 215/DDR2 1024Mb/SVGA/HDD
4) Объем оперативной памяти.
5) Характеристики периферийных 250Gb/Multi/ATX корпус черно-серебристый//LAN,FDD
ATTO 5113 Multimedia Intel DualCore 5200/DDR2 2048Mb/SVGA
устройств.
512Mb nVidia 9400GT/HDD 500Gb/Multi/ATX к
ATTO 5114 Gamer's AMD || X2 215/DDR2 2048Mb/SVGA 512Mb
nVidia 220/HDD 320Gb/Multi/ATX корпус 400W//К
Внутренняя и внешняя память

29.

Периферийные устройства

30.

Периферийные устройства: устройства вывода
Принтеры:
Мониторы:
струйный
CRT
Устройства связи
лазерный
LCD
Звук:
МФУ

31.

Программное обеспечение
Программа – особый вид информации в виде двоичных кодов
(нулей и единиц), воспринимаемых процессором как команды к
выполнению каких-то действий
Программы, которые
остаются в
оперативной памяти
после загрузки на
все время работы
компьютера
называются
резидентными
Прикладные программы - программы,
предназначенные для решения задач
пользователя
Системные
программы программы,
обеспечивающие
работу компьютера,
компьютерных
сетей и прочих
устройств

32.

Операционные системы - программы, управляющие работой
компьютера
MS-DOS, UNIX, WINDOWS'
Сетевые системы - программы, обеспечивающие работу
компьютерных сетей
Novell Netware, LANtastic
Программы-оболочки - программы, предназначенные для создания
пользователю удобных условий работы
Norton Commander, DOS-Navigator, WINDOWS 3.1
Сервисные программы (утилиты) предназначены для выполнения
различных вспомогательных операций - проверки исправности
оборудования, архивации файлов, борьбы с вирусами, форматирования
дисков
Norton Utilities
БАЗА ДАННЫХ - упорядоченное описание группы однотипных объектов
СУБД: MS Access, Paradox, BD2, dBASE, InterBase, FoxPro

33.

База данных (БД) — это набор информации, которая хранится
упорядоченно в электронном виде.
Свойства базы данных
1. Быстродействие
2. Простота получения и обновления данных
3. Независимость структуры
Изменения в любом количестве и качестве информации не должны влиять
на структуру базы данных.
4. Стандартизация
5. Безопасность данных
6. Интегрированность
7. Многопользовательский доступ
Реляционная модель данных — способ организации данных
с использованием таблиц. В реляционной модели с помощью таблиц
данные представляются в удобной и структурированной форме
для хранения, доступа и управления. Каждая таблица — отдельный
объект, каждая строка в таблице (или кортеж) соответствует конкретной
записи или экземпляру этого типа, а столбцы (или атрибуты) определяют
характеристики этой сущности.

34.

Системное программное обеспечение
Операционная система - резидентная программа, автоматически
запускающаяся после включения питания, управляющая работой всех
устройств компьютера, осуществляющая диалог с пользователем и
выполнение его команд, запускающая на исполнение другие программы.
Операционные системы
MS-DOS и WINDOWS'
состоят из двух частей:
1. базовая система ввода
и вывода - BIOS (англ.
basic input-output system)
2. основная часть операционной системы
представляет собой набор файлов, находящихся
на системном диске
Функции операционной системы
• ввод-вывод и управление данными;
• планирование и организация процесса обработки программ;
• распределение ресурсов (оперативной памяти и кэша, процессора, внешних устройств);
• всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
• передача информации между различными внутренними устройствами;
• программная поддержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры,
дисковых накопителей, принтера и др.).

35.

Раздел 3. Современные компьютерные сети
Компьютерная сеть (англ. net) - совокупность ЭВМ и других
устройств, соединенных линиями связи и обменивающихся
информацией между собой в соответствии с определенными
правилами - протоколом
КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕЙ
1) По протяженности линий связи:
Локальные (протяженность линий связи - до нескольких километров).
Региональные. Это сети, охватывающие город, область, район, страну. Как
правило, это ведомственные сети, например, военные или полицейские.
Глобальные. Это сети, охватывающие несколько стран, континентов или
весь мир.
2) По топологии (способу соединения элементов)
3) По способу управления различают сети:
Централизованные, в которых для управления и обеспечения доступа
пользователей к ресурсам сети выделяют специальные компьютеры серверы. Сервер - это обыкновенный, но достаточно мощный компьютер, на
котором устанавливается специальное программное обеспечение.
Децентрализованные (одноранговые), в которых все компьютеры
участвуют в управлении сетью на равных правах.

36.

Локальные компьютерные сети

37.

Типовые уровни сетевой архитектуры
Интерфейс — совокупность стандартов на виды сервиса,
предоставляемые в точках доступа к сервису
Данные, передаваемые через интерфейс за один сеанс проходят
Модель SNA семь уровней сетевой архитектуры
семиуровневая модель
построения сетей,
была разработана в
1974 г. компанией IBM.
Международная организация
по стандартизации (ISO)
разработала базовую модель
взаимодействия открытых
систем – OSI (Open system
interconnection)
Уровень 7 – прикладной - с помощью специальных приложений операционной системы Windows
создается исходный документ для последующей передачи по компьютерной сети.
Уровень 6 – представительский - операционная система фиксирует местонахождение созданного
документа и обеспечивает его взаимодействие со следующим, сеансовым уровнем.
Уровень 5 – сеансовый - взаимодействие с компьютерной сетью - проверяется право пользователя на
«выход» в сеть и передается документ на следующий, транспортный уровень.
Уровень 4 – транспортный - документ преобразуется в форму, принятую для передачи данных в
используемой сети (например, разбивается на пакеты).
Уровень 3 – сетевой - каждый нарезанный пакет получает адрес, по которому он должен быть
доставлен независимо от других пакетов.
Уровень 2 – канальный - модулирование передаваемых данных перед непосредственной их
передачей по каналу связи.
Уровень 1 – физический - непосредственная передача данных по каналам связи.

38.

Интернет
Протоколом называется набор стандартов и правил взаимодействия в
компьютерных сетях
Протокол TCP (TRANSMISSION CONTROL PROTOCOL) – это протокол транспортного
уровня. Он определяет форму передачи данных в современных компьютерных сетях.
Согласно протоколу ТСР отправляемые данные «нарезаются» на компьютере
отправителя на отдельные небольшие пакеты, после чего каждый пакет маркируется
таким образом, чтобы в нем были данные, необходимые для правильной сборки всего
документа на персональном компьютере получателя.
Протокол IP (INTERNET PROTOCOL) – это протокол сетевого уровня. Он определяет
направление передачи данных по сетевому адресу, имеющемуся в каждом пакете.
Исходя из этого данный протокол называется еще адресным протоколом. Суть этого
протокола заключается в том, что каждый узел современной компьютерной сети
должен иметь свой уникальный адрес (IP-адрес).
Оба протокола ТСР и IP тесно связаны друг с другом и поэтому они
называются стеком протоколов ТСР/IP.
Протокол HTTP (HYPER TEXT TRANSFER PROTOCOL – протокол передачи
гипертекста) является одним из самых популярных протоколов. Этот протокол
обслуживает службу WWW (WORD WIDE WEB – Всемирная паутина).
Протокол FTP (FILE TRANSFER PROTOKOL) – протокол передачи файлов.

39.

Для поиска нужной информации в сети используется адрес ресурса
(URL - адрес, англ. Uniform Resource Locator), содержащий имя
протокола, по которому нужно обращаться к требуемой информации,
адрес сервера и имя файла на этом сервере
Поисковые сервера:
Новости:
Yandex.ru
lenta.ru
Rambler.ru
rbc.ru
mail.ru
Sarbc.ru
Сервисы:
www
E-mail
Конференция или форум
Chat
Google.ru
icq
Aport.ru
natafgr@rambler.ru

40.

Защита информации
Компьютерный вирус - небольшая программа, которая без ведома
пользователя, приписывая себя к другим программам, проникает на диск
через приносимые на компьютер диски или по компьютерной сети,
распространяется на нем и производит какие-то вредные действия
Классификация антивирусов
Евгений Касперский в 1992 году использовал следующую классификацию антивирусов в зависимости
от их принципа действия (определяющего функциональность):
Сканеры (устаревший вариант — «полифаги») — определяют наличие вируса по базе сигнатур,
хранящей сигнатуры (или их контрольные суммы) вирусов. Их эффективность определяется
актуальностью вирусной базы и наличием эвристического анализатора.
Ревизоры (класс, близкий к IDS) — запоминают состояние файловой системы, что делает в
дальнейшем возможным анализ изменений.
Сторожа (мониторы) — отслеживают потенциально опасные операции, выдавая пользователю
соответствующий запрос на разрешение/запрещение операции.
Вакцины — изменяют прививаемый файл таким образом, чтобы вирус, против которого делается
прививка, уже считал файл заражённым. В современных (с 2007 года) условиях, когда количество
возможных вирусов измеряется сотнями тысяч, этот подход неприменим.

41.

Защита от компьютерных вирусов
· резервирование (копирование FAT, ежедневное ведение
архивов измененных файлов);
· профилактика (раздельное хранение вновь полученных
программ и эксплуатирующихся, хранение неиспользуемых программ в
архивах, использование специального диска для записи новых
программ);
· ревизия (анализ вновь полученных программ специальными
средствами и их запуск в контролируемой среде, систематическая
проверка ВООТ-сектора используемых дискет и содержимого системных
файлов (прежде всего сommand.com) и др.);
· фильтрация (использование специальных сервисных программ для
разбиения диска на зоны с установленным атрибутом read only,);
· вакцинация (специальная обработка файлов, дисков, каталогов,
запуск специальных резидентных программ-вакцин, имитирующих
сочетание условий, которые используются данным типом вируса для
определения, заражена уже программа, диск, ЭВМ или нет, т.е.
обманывающих вирус);
· лечение (дезактивацию конкретного вируса с помощью специальной
программы или восстановление первоначального состояния программ
путем удаления всех экземпляров вируса в каждом из зараженных
файлов или дисков).

42.

43.

44.

45.

46.

Информационные технологии в здравоохранении
1. Улучшение качества диагностики и лечения
2. Оптимизация работы медицинских учреждений
3. Ускорение научных исследований
4. Повышение доступности медицинской помощи
5. Улучшение взаимодействия между пациентами и
медицинскими учреждениями
Классификация медицинских информационных систем
1. Информационно-справочные: предоставляют доступ к медицинской
информации и базам данных
2. Консультативно-диагностические: используются для диагностики и
поддержки принятия решений
3. Приборно-компьютерные: автоматизируют диагностические и
лечебные процессы
4. Автоматизированные рабочие места специалистов: автоматизируют
процессы работы и помогают в принятии медицинских решений