Информатика: Рабочая программа, задание на контрольную работу, задание на курсовую работу, задания на выполнение лабораторных работ

Министерство образования Российской Федерации Северо-Западный заочный политехнический институт

Кафедра процессов управления и информационных систем

Информатика Рабочая программа

Факультет информатики и систем управления Специальность 220100 вычислительные машины, комплексы, системы и сети Направление 654600 – информатика и вычислительная техника

Санкт-Петербург 2000

Утверждено редакционно-издательским советом института УДК 681.3 Информатика: Рабочая программа, задание на контрольную работу, задание на курсовую работу, задания на выполнение лабораторных работ.- СПб.: СЗПИ, 2000 -ХХс. Методический комплекс предназначен для студентов первого курса, обучающихся по специальности 220100 вычислительные машины, комплексы, системы и сети и направлению 654600 – информатика. Программа разработана на основе государственного стандарта высшего профессионального образования, утвержденного зам. министра образования Российской Федерации 27 марта 2000 г. и методических указаний по курсу "Информатика", разработанных на факультете автоматики и вычислительной техники Санкт-Петербургского Государственного электротехнического университета. Рассмотрено на заседании кафедры ПУИС "Х" декабря 2000г., одобрено методической комиссией факультета информатики и систем управления "ХХ" января 2001г. Рецензенты: кафедра процессов управления и информационных систем СЗПИ (и.о. зав.кафедрой, д.т.н., проф. Анкудинов Г.И.), декан факультета

автоматики

и

вычислительной

техники

Санкт-

Петербургского Государственного электротехнического университета д.т.н., профессор Герасимов И.В. Составитель: Д.В.Чалов, канд. техн. наук, доц.

ПРЕДИСЛОВИЕ Цель данной дисциплины состоит в ознакомлении студентов с концептуальными основами информатики, в изучении основ информационных процессов и в получении необходимых навыков работы на ПЭВМ. Информатика входит в цикл общих естественно-научных дисциплин. Она является вводным курсом, предваряющим более глубокое изучение общепрофессиональных дисциплин. Курс предполагает изучение объектной и предметной областей информатики, ее метода и важнейших понятийных структур, связи информатики с другими науками и техникой, выявление роли информатики в формировании и развитии научного мировоззрения. В результате изучения курса студенты должны: 1. Знать предмет и основные методы информатики, закономерности протекания информационных процессов, принципы работы технических и программных средств в информационных системах, основные положения теории информации, основные методы анализа информационных процессов в сложных технических системах, математические модели информационных систем и процессов в технике. 2. Уметь пользоваться технической литературой в изучаемой предметной области, вести дискуссию в предметных областях (обосновывать выбор средств для решения конкретных задач), решать типовые задачи по обработке текстовой, числовой, табличной, графической аудио- и видео информации в рамках учебных задач. 3. Иметь представление о теоретических и прикладных проблемах информатики как области знания и практической деятельности

человека, связанных с информационными процессами в природе, обществе и технике и методах их решения.

Р а б о ч а я

п р о г р а м м а

(объем курса 154 часа) ВВЕДЕНИЕ (2 часа) Понятие информатики. История развития информатики. Информатика как научное направление и сфера интеллектуальной деятельности человека, связанной с применением компьютеров. Структурирование предметной области информатики. Информатика как ветвь высокой технологии. Предмет курса, его цели и задачи, связь с другими дисциплинами. Место информатики в ряду других фундаментальных наук. Организация учебного процесса. Рекомендуемая литература. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ (45 часов) 1.1. Основные понятия теории информации (15 часов) Общие сведения об информации. Виды информации, способы ее представления и восприятия. Обобщение понятия информации на основе категории отображения. Четырехзвенная схема формирования информации: источник, канал, приемник, решающее устройство (подсистема анализа и решения). Основные подходы к оценке количества информации. Информация и энтропия. Аддитивная мера Хартли. Статистическая мера информации Шеннона. Единицы информации. Семантические, прагматические и другие характеристики информации.

Информационный ресурс и его составляющие. Отличительные особенности информационного ресурса (в сравнении с вещественным и энергетическим). 1.2. Аналоговая и дискретная информация (10 часов) Общие сведения о носителях информации и сигналах. Две формы представления информации непрерывная (аналоговая) и дискретная (символьная, цифровая). Переход от одной формы представления информации к другой. Преобразование непрерывной информации в дискретную: квантование по уровню и дискретизация по времени. Шаг квантования и погрешность преобразования. Теорема Котельникова. Общие сведения о кодировании и декодировании числовой и текстовой информации. Криптографическое кодирование. Эффективное кодирование. Метод Шеннона-Фано. Информационные основы контроля работы цифровых автоматов. Систематические коды. Контроль по четности, нечетности, по Хеммингу. 1.3. Арифметические и логические основы информатики Представление информации в цифровых автоматах (ЦА) и компьютерах. Позиционные и двоично-кодированные системы счисления. Методы перевода чисел. Представление чисел с фиксированной и плавающей запятой. Двоичная арифметика. Коды: прямой, обратный, дополнительный, модифицированный. Выполнение арифметических операций с числами с фиксированной и плавающей запятой.

Логика как математический фундамент информатики. Структура логики. Основные понятия и определения алгебры логики, сущность алгебраического подхода. Элементарные логические функции и способы их задания. Основные законы алгебры логики и их применение. Технические аналоги булевых функций. Примеры использования алгебры логики для построения комбинационных схем. 1.4. Модели и моделирование (10 часов) Моделирование

как неотъемлемый этап целенаправленной

деятельности. Познавательные и прагматические модели. Другие виды моделей. Языки моделирования. Соответствие между моделью и объектом моделирования. Схема основного метода информатики: предметная область (информационная модель), естественный язык (концептуальная модель), смысл (семантическая модель), формальный язык (логическая модель), алгоритм (алгоритмическая модель), программа, смысл (интерпретация), предметная область (прагматика). Иерархическая система моделей, используемых для описания процессов обработки информации на ЭВМ. 1.5. Алгоритмические основы информатики, типы и структуры данных Интуитивное понятие алгоритма, роль алгоритмов в современном мире. Источники возникновения алгоритмов. Порядок алгоритмизации вычислительных процессов. Основные типы алгоритмических структур. Формы записи алгоритмов. Основные свойства алгоритмов. Понятие о трассировке и тестировании алгоритмов.

Основные теоретические модели алгоритмов: рекурсивные функции, абстрактные машины Тьюринга, нормальные алгоритмы Маркова. Типы данных. Значение типов данных в программировании. Общая структура типов данных. Простые и структурированные типы. Файлы, основные свойства и особенности организации. Динамические типы данных: стеки, очереди, списки. 1.6. Лингвистические основы информатики Общие сведения о знаках, символах, знаковых системах, языках и грамматиках. Обозначение и интерпретация – важнейшие понятия символьных структур. Полнота и замкнутость символьных структур. Язык как средство общения. Семиотика – наука об осмысленных знаковых системах. Синтаксис, семантика и прагматика языка как символьной системы. Формальные грамматики и их применение. Метаязык БэкусаНаура. 1.7. Представление знаний Способы представления знаний. Процедурные и декларативные знания. Языки представления знаний. Основные типы формальных моделей представления знаний. Формализация знаний. Семантические сети. Достоинства и недостатки семантических сетей. Лингвистические, логические, теоретико-множественные и квантифицированные семантические отношения. Фрейм как струк-

тура данных. Организация доступа к знаниям. Обобщенная структура банка знаний. Экспертные системы. 1.8. Системотехнические основы информатики Кибернетический подход к анализу окружающей действительности. Понятие сложной системы. Основные свойства сложных систем. Понятие цели. Декомпозиция цели. Основные методы структурирования систем. Морфологические, функциональные и процессные аспекты описания сложных систем. Системы управления. Принцип обратной связи. Организационное и технологическое управление. Иерархическая структура управления. Человеко-машинные системы. Общность информационных основ процессов управления в живой природе, обществе, технике. 2. ОСНОВЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ (80 часов) 2.1. Информационная среда и информационная система (10 часов) Информационная среда как единая система факторов, воздействующих на информационные процессы в течение всего их жизненного цикла. Понятие эргатехноценоза. Иерархия функций информационной системы (ИС). Многоуровневое описание ИС. Уровень представления задач: объекты информационной модели, функции их преобразования (меню, экранные формы, печатные формы, графики, диаграммы, картины и т.д.). Уровень обработки: объекты модели данных, функции их преобразования (функции сортировки, обработки фильтрации и т.п.). Уровень

коммуникационный: протоколы коммуникаций, функции доступа к данным, драйверы периферийных устройств. Уровень физический: организация данных на физических носителях, способы доступа и защиты. Уровень технический: средства вычислительной техники, устройства ввода-вывода, запоминающие устройства, каналы передачи данных. Понятие виртуальных ИС. Типовые функциональные схемы ИС (для традиционной и новой информационных технологий). 2.2. Технологические аспекты решения задач в системе "Человек-ЭВМ" (10 часов) Определение процесса решения проблемной задачи в рамках информационной среды, отвечающей требованиям современных информационных технологий. Спецификация задачи. Языки спецификаций (полнота, точность, понятность, непротиворечивость и др.). Подходы к способам определения семантики спецификаций: а) процедурный и непроцедурный; б) операционный, денотационный и аксиоматический; в) интенсиональный и экстенсиональный. Процедурные методы обработки информации. Ориентация языков процедурного типа на фон Неймановскую модель компьютера. Декларативные языки и методы обработки информации. Несоответствие принципов фон Неймана технологии обработки знаний. Логический вывод. Алгоритм и исчисление. Решение задач методом поиска в пространстве состояний. Решение задач методом редукции. Метод ключевых состояний и ключевых операторов. Метод анализа средств и целей. Решение задач методом дедуктивного вывода.

Архитектура прикладных автоматизированных систем обработки информации. Роль унифицированного интерфейса с пользователем. 2.3. Функциональная организация компьютеров (10 часов) Понятие архитектуры ЭВМ. Многоуровневая архитектура ЭВМ. Классификация ЭВМ по способу функциональной организации (поток данных поток команд). Классификация ЭВМ по принципу управления вычислительным процессом (управление фиксированной последовательностью команд, управление потоком данных, управление запросами). Классификация ЭВМ по уровню их "интеллекта" (уровень развития операционной среды, уровень знаний в ЭВМ, уровень языков общения между пользователем и ЭВМ). Основные архитектурно-функциональные принципы построения цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Основные свойства архитектуры ЭВМ общего назначения (универсальность, совместимость, агрегативный принцип, соответствие стандартам комплексирования и т.д.). Взаимодействие функциональных блоков при исполнении команд. Персональные ЭВМ и их особенности. Архитектурные особенности машин пятого поколения. 2.4. Архитектура аппаратных средств ЭВМ и систем (20 часов) Общие сведения о передаче информации, каналах передачи информации, их структуре и характеристиках. Виды и характеристики сигналов. Спектры сигналов. Модуляция и кодирование.

Согласование каналов с источниками информации. Методы повышения помехоустойчивости передачи и приема. Пропускная способность каналов связи. Современные технические средства обмена данных и каналообразующей аппаратуры. Ввод-вывод информации. Технические средства и их характеристики. Контроллеры периферийных устройств. Система портов ввода-вывода и их использование. Обработка информации. Цифровые и аналоговые вычислительные машины. Персональные ЭВМ. Распределенная обработка данных. Основные типы информационно-вычислительных сетей и их особенности. Сетевые технологии обработки данных. Общая характеристика интерфейсов и современные подходы к их организации. Интерфейс и протокол. Их назначение. Стандартизация архитектуры и протоколов "открытых систем". Процессоры и микропроцессоры. Регистровая модель процессора. Регистры общего назначения, регистр команд, указатель стека, счетчик команд. Шины данных, адреса и управления. Примеры выполнения команд. Вспомогательные системы процессора. Хранение информации. Архитектура подсистемы памяти. Многоуровневая организация памяти ЭВМ. Физическое и логическое разделение памяти. Способы организации доступа к памяти. Структура адресной памяти с произвольным обращением. 2.5. Системное программное обеспечение ЭВМ (10 часов) Общие сведения о многоуровневой модели организации программной части вычислительной системы. Рассмотрение каждого уровня как некоторой виртуальной машины, спецификация которой определяется интерфейсом.

Понятие вычислительного процесса. Примеры команд и операторов управления процессами. Управление оперативной памятью. Управление периферийными устройствами. Прохождение заданий. Работа с данными. Управление системой. Краткая характеристика современных операционных систем. Однопользовательская однозадачная операционная система MS DOS. Многопользовательские

многозадачные

операционные

системы

Windows и UNIX. MS-DOS: принципы построения и функционирования. Понятие файловой системы. Основные команды DOS. Конфигурирование DOS. Основы работы с операционной системой Windows. Основные объекты Windows. Управление Windows. Операции с файлами и папками. Настройка ОС Windows. 2.6. Сервисное, инструментальное и прикладное программное обеспечение (20 часов) Понятие и назначение интерфейсных систем (Windows), оболочек ОС (Shell, Norton Commander), утилит (комплект утилит Norton Commander). Общие сведения об оболочке Norton Commander. Принципы работы в среде Norton Commander. Основные элементы, правила работы и особенности Norton Commander. Инструментальные системы. Классификация. Назначение и основные функции. Антивирусные средства, архиваторы. Текстовые и графические редакторы их назначение и особенности. Текстовый процессор Word Основные понятия, команды главного меню, приемы работы: набор и редактирование текста, форматирование и работа с фрагментами, итоговое оформление документов.

Понятие табличного процессора. Программы обработки электронных таблиц (ЭТ) Табличный процессор Excel. Технология работы в среде Excel: создание ЭТ, управление ЭТ, вычисления в ЭТ, графическое представление данных. Системы управления базами данных (СУБД). Основные понятия. Проектирование баз данных. Технология обработки данных средствами СУБД. Основы компьютерной коммуникации. Получение информации из Интернета. Работа с программами Internet Explorer и Outlook Express. Интегрированная система, как совокупность функциональных компонентов. Прикладное программное обеспечение. Пакеты прикладных программ для научных и инженерно-экономических расчетов. 3. ГУМАНИТАРНЫЕ,

ПРАВОВЫЕ

И

ЭКОНОМИЧЕ-

СКИЕ АСПЕКТЫ ИНФОРМАТИКИ (24 часа) 3.1 Роль информатики в современном обществе (8 часов) Автоматизация информационных процессов в обществе на основе новых информационных технологий. Социальная, экономическая и научно-техническая информация. Особенности информации как продукта труда. Информационные продукты и услуги. Рынок информационных продуктов и услуг. Информационное обслуживание. Основные классы информационных систем: системы массового информационного обслуживания, административно-управленческой связи, индивидуальной коммуникации и связи, научно-технической информации, информационно-справочные системы.

Роль информационных ресурсов и новых информационных технологий в современном обществе. Мировоззренческие аспекты информационных технологий. Особенности профессиональной деятельности в области информатики. Проблемы, стоящие на пути реализации общественных функций информатики. Актуальные проблемы, связанные с человеческим фактором. 3.2. Гуманитарные аспекты когнитивных систем (8 часов) Когнитивная психология, ее предметная область, связь с проблематикой исследований в области искусственного интеллекта. Психолингвистика и компьютерная лингвистика. Понятие когнитивной системы. Методы и процедуры извлечения знаний. Парадигмальное и личностное знание. Характеристика когнитивного цикла. Стадии этого цикла: идентификация, концептуализация, формализация, реализация, тестирование. Когнитологические процедуры: неформальное интервью, анализ хода рассуждения, анализ протоколов, решения задач, опрос на основе анкеты, интерактивный автоматизированный опрос и др. Примеры применения этих процедур для извлечения личностного знания. Основные направления развития когнитологических методов. 3.3. Интеллектуальная собственность и вопросы ее правовой эащиты (4 часа) Понятие интеллектуальной собственности. Специфика компьютерных программ как интеллектуального продукта. Правовые аспекты развития и применения информационных технологий. Компь-

ютерное право. Основные положения законодательства Российской Федерации о правовой охране программ для ЭВМ и баз данных. Проблемы вхождения российского рынка программной продукции в международный рынок. Международный взаимообмен программным обеспечением. Общая характеристика международных лицензионных требований в сфере программного обеспечения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ (1 час) Современные тенденции развития информатики. Мировоззренческая, научно-методологическая и социально-экономическая роль информатики на различных этапах ее развития и в настоящий период. Перспективы перехода к информационному обществу. ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Анкудинов Г.И., Николаев В.И., Чалов Д.В. Информатика: конспект лекций. СПб.:СЗПИ, 1995. (на дискете) 2. Информатика. Энциклопедический словарь для начинающих. Под ред. Д.А.Поспелова., М, Педагогика-Пресс, 1994. 3. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Издание 6-е пере раб. и доп. М.: ИНФРА-М, 1995. Дополнительная: 1. Анкудинов Г.И. Прикладная теория цифровых автоматов: Конспект лекций. Вып.1.-Л.: СЗПИ, 1991, 72 с. 2. Бауэр Ф.Л., Гооз Г. Информатика. Вводный курс. В 2-х ч. Пер. с нем. М.: Мир, 1990 3. Богумирский Б.С. Руководство пользователей ПЭВМ: в 2-х ч. СПб.: Ассоц. OILCO, 1992.

4. Мультимедиа: под редакцией Петренко А.И. К.: Торгово издательское бюро ВНV, 1994.-272 с. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ (16 часов) 1. Изучение операционной системы MS DOS (2 часа) Ввод, запуск и выполнение команд. Редактирование вводимых команд. Работа с файлами (копирование, переименова ние, поиск, просмотр, удаление и восстановление) Работа с ка талогами. Вывод содержимого файла на экран, принтер. Работа с дисками. Проверка дискет, их форматирование. 2. Программаоболочка Norton Commander (2 часа) Запуск программы и выход из нее. Изучение меню команд пользователя. Получение помощи. Назначение и использование функциональных клавиш. Управление панелями и анализ их содер жимого. Работа с файлами, каталогами, дисками. Поиск, выбор, упорядочение, редактирование файлов. Создание, копирование, перемещение и переименование, удаление файлов и каталогов. Настройка конфигурации программы-оболочки. 3. Обработка текстов на ПЭВМ (4 часа) Изучение меню команд пользователя. Создание, сохранение текста в файле и чтение из него. Перемещение курсора по тексту. Редактирование текста. Форматирование текста. Копи рование и перемещение строчных и прямоугольных фрагментов. Работа с окнами. Проверка лексики. Использование различных шрифтов. Контекстный поиск и замена. Текстовый и графичес кий режимы работы. Разбивка текста на страницы. Файл конфи гурации. Использование макроопределений. Печать текстов. 4. Изучение технологии обработки данных средствами СУБД (4 часа) Запуск системы и выход из нее. Создание структуры запи сей базы данных (БД). Ввод и вывод записей БД. Редактирование БД. Вставка и удаление записей. Модификация структуры. Упоря доче-

ние, поиск и выборка данных. Обработка числовых и сим вольных данных. Использование командных файлов. 5. Вычисление в среде Суперкалк (4 часа) Запуск системы и выход из нее. Изучение дисплейного окна электронной таблицы (ЭТ) и панели диалога. Изучение функцио нальных клавиш и основных режимов работы. Создание ЭТ. Редак тирование ЭТ. Выполнение "слэш команд". Вычисления в ЭТ. Запись таблицы на диск и считывание ее с диска. Форматирова ние таблицы. Вывод таблицы на печать. Графическое представле ние исходных данных. ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ (12 часов) 1. Изучение технического и программного обеспечения информационных процессов 4 часа 2. Изучение информационных технологий 4 часа 3. Кодирование и преобразование информации 2 часа 4. Моделирование информационных процессов и расчет основных характеристик 2 часа