Информатика. Базовый курс — Акулов О.А., Медведев Н.В.

Коренное отличие информатики от других технических дисциплин, изучаемых в высшей школе, состоит в том, что ее предмет изучения меняется ускоренными тем- пами. Сегодня количество компьютеров в мире превышает 500 миллионов единиц,

при этом каждая вычислительная система по-своему уникальна. Найти две системы с одинаковыми аппаратными и

программными конфигурациями весьма сложно

, и потому для эффективной эксплуатации вычислительной техники от специалистов требуется достаточно широкий уровень знаний и практических навыков.

Вместе с тем, в количественном отношении темп численного роста вычислитель- ных систем заметно превышает темп подготовки специалистов, способных эффек- тивно работать с ними. При этом в среднем один раз в полтора года удваиваются основные технические параметры аппаратных средств, один раз в два-три года меняются поколения программного обеспечения и один раз в пять-семь лет меня- ется база стандартов, интерфейсов и протоколов.

Таким образом, кардинальным отличием информатики от других технических дисциплин является тот факт, что ее предметная область изменяется чрезвычайно динамично. Все, кто причастен к преподаванию информатики в высшей школе,

хорошо знают, как часто приходится менять содержание учебных планов, рабочих программ, учебно-методической документации. Далеко не всегда удается обеспе- чить соответствие материально-технической базы учебного процесса текущему состоянию предметной области. И даже своевременное реагирование на научно- технические достижения не всегда позволяет обеспечить уровень знаний и навы- ков выпускника, адекватный потребностям сферы материального производства и коммерческого рынка, — настолько динамичны процессы в области информаци- онных технологий.

Ныне информатика сталкивается с парадоксальным фактом. Ее основная задача состоит в преодолении общечеловеческого кризисного явления, называемого «ин- формационным бумом», путем внедрения средств и методов, автоматизирующих операции с данными. Однако даже в собственной предметной области информатика

Введение 9

испытывает такой информационный бум, какого не знает ни одна другая область человеческой деятельности. Например, мировой ассортимент изданий, имеющих прямое отношение к информатике (не считая периодических и электронных), соста- вляет порядка десяти тысяч томов в год и

полностью обновляется не реже

, чем раз в два года.

Анализируя вышеуказанные особенности информатики, авторы данного пособия приходят к выводу, что для преподавания информатики в сложившихся условиях необходимо расширенное взаимодействие между учебными программами обще- технических и специальных дисциплин и учебной программой курса информати- ки. Основные принципы, вытекающие из такого подхода, включают непрерывность и системность образования, а также раннюю профессиональную ориентацию.

Непрерывность образования.

Практические приемы работы со средствами вычис- лительной техники закрепляются не только при изучении информатики, но и в течение всего периода обучения. Они используются при проведении учебных заня- тий по самым разным дисциплинам.

Системность образования.

В едином методическом подходе, основанном на сис- теме

задача — средство — методы

—

приемы,

происходит перекрестное взаимо- действие изучаемых дисциплин. Конкретная дисциплина поставляет комплекс

задача

—

методы,

а информатика обеспечивает комплекс

средства — приемы.
Ранняя профессиональная ориентация.

В системе высшего технического образо- вания действует многоуровневая иерархическая система, основанная на том, что знания студента по общетехническим дисциплинам, как правило, реализуются в практические навыки опосредованно, то есть через дисциплины специального цикла,

базирующиеся на общетехнических. Информатика —

одна из немногих общетех- нических дисциплин

, развивающая такие практические навыки, которые востре- буются напрямую и немедленно, сразу после включения молодого специалиста в профессиональную деятельность.

Свою работу над книгой авторы подчинили реализации указанных принципов.

Этому подчинены структура и содержание пособия. В целом книга состоит из двадцати глав, содержащих достаточно полные сведения о современном состоянии аппарат- ных и программных средств вычислительной техники.

Главы 1, 2, 8,15 являются теоретическими и обеспечивают единую методическую базу как для изучения информатики, так и для взаимодействия различных учеб- ных дисциплин на платформе информатики.

Главы 9-14, 16, 18 представляют единую технологическую базу для взаимодей- ствия информатики и других предметных дисциплин. Средства, рассмотренные здесь, могут быть использованы при подготовке домашних заданий, контрольных,

курсовых и дипломных работ, при обработке результатов экспериментов, сборе исходной информации для самостоятельных исследований, при выполнении гра- фических работ, математическом моделировании физических и технических про- цессов и при математическом обосновании разрабатываемых проектов.

10 Введение

Главы 3-7, 10, 12, 13, 16, 17, 19, 20 служат тем же задачам, но являются дополни- тельным средством ранней профессиональной ориентации. Сведения и навыки,

полученные в ходе их изучения, могут быть востребованы немедленно после вклю- чения выпускника в практическую деятельность. Эти разделы позволяют обеспе- чить общую уверенность студента в востребованности его знаний по окончании учебного заведения, независимо от обстоятельств и особенностей конкретного тру- доустройства.

Главы, имеющие теоретическое и методообразующее содержание, завершаются списком контрольных вопросов, которые могут обсуждаться на лекционных и се- минарских занятиях. Главы,

имеющие практическое содержание

, завершаются упражнениями и исследовательскими работами. Предполагается, что практические упражнения носят инструктивно-методический характер и выполняются под руко- водством преподавателя (лаборанта), а исследовательские работы имеют творче- ский характер и комплексное содержание. Они предназначены для самостоятель- ной работы и предполагают подготовку итогового отчета. Различие между этими видами занятий отражено в балансе отводимого на них времени.

Исходя из структуры и содержания книги, авторы рассчитывают на то, что она будет полезна следующим категориям читателей:

• студентам технических специальностей вузов, изучающим информатику как самостоятельную дисциплину;

• преподавательскому составу, осуществляющему теоретическую и практиче- скую подготовку студентов по дисциплине «Информатика»;

• преподавателям иных дисциплин, использующим персональные компьютеры в качестве технического средства обучения и (или) средства подготовки учебно- методических материалов (бумажных и электронных) по своей предметной области;

• лицам, самостоятельно изучающим или осваивающим аппаратные и программ- ные средства вычислительной техники.

Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к

физическим телам,

либо к

физическим полям.

Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.

Все виды

энергообмена

сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств — это явление называется

регистрацией сигналов.

Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами — при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть образуются данные.

Данные

—

это зарегистрированные сигналы.

Данные и методы

Обратим внимание на то, что

данные несут в себе информацию

о событиях, произо- шедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов,

возникших в результате этих событий. Однако данные не тождественны информа- ции. Наблюдая излучения далеких звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обсто- ятельств. Рассмотрим ряд примеров.

Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы заме- ряем величину ее перемещения за время забега — это регистрация данных. Однако информацию о времени преодоления дистанции мы пока не получаем. Для того чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени забега, необ-

12 Глава 1. Информация и информатика ходимо наличие

метода

пересчета одной физической величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также знать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения.

Если вместо механического секундомера используется электронный, суть дела не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация коли- чества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения.

Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует — он реализован специальными электронными компонентами и работает автоматически,

без нашего участия.

Прослушивая

передачу радиостанции на незнакомом языке

, мы получаем данные,

но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразова- ния данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем под- бора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладаю- щего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.

Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, веду- щейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки полу- чаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди,

не

имеющие дефектов зрения

, априорно владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с

. интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что

метод известен по контексту,

то есть данные, составляющие инфор- мацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому «телезрителю» контекстный метод неизвестен и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.)