План:

1. Поняття, зміст, об’єкт, предмет і завдання інформатики як науки

2. Інформація. Види та її властивості. Дані. Одиниці вимірювання інформації

3. Кодування інформації. Системи числення

4. Етапи розвитку обчислювальної техніки. Покоління комп’ютерів

Література:

1. Інформатика. Навч. посібник. / Ю. В. Форкун, Н. А. Длугунович. – Львів : «Новий Світ-2000», 2012. – 464 с.

2. Інформатика: Комп’ютерна техніка. Комп’ютерні технології. Посіб. / За ред. О.І.Пушкаря. – К., 2001. – 696 с.

3. Карпенко С. Г., Попов В. В., Тарнавський Ю. А., Шпортюк Г. А. Інформаційні системи і технології: Навч. посіб. для студ. вищ. навч. закл. — К.: МАУП, 2004. – 192 c.

4. Карпенко С. Г., Іванов Є. С. Основи інформатики та інформаційних технологій. — К.: МАУП, 2002. – 284 c.

5. Наливайко Н. Я. Інформатика. Навч. посібник. - К. : Центр учбової літератури, 2011. – 576 с.

6. Трайнев В.А. Новые информационные коммуникационные технологии в образовании / В.А. Трайнев, В.Ю. Теплышев, И.В. Трайнев. - М.: «Дашков и К», 2008. – 320 с.

7. Фигурнов В. Э. IBM PC для пользователей. - Изд. 7. - М.: ИНФРА-М, 2001. - 456c.

8. Шестопалов Є.А. Інформатика, базовий курс. Посібник, книга 1. 2004. – 288 с.

1. Поняття, зміст, об’єкт, предмет і завдання інформатики як науки

Термін «інформатика» почав використовуватися у вітчизняній науково-технічній літературі на початку 80-х рр. і швидко набув широкої популярності. Спочатку він зародився у Франції у середині 60-х рр. ХХ ст. (від фр. informatique) і використовується в країнах Європи для позначення області наукових знань, пов’язаних з автоматизацією обробки інформації за допомогою електронних обчислювальних машин (ЕОМ). У англомовних країнах для цієї мети використовується термін «computer science» (обчислювальна наука).

Виділення інформатики як самостійну галузі людської діяльності в першу чергу пов’язано з розвитком комп’ютерної техніки, причому основна заслуга в цьому належить мікропроцесорній техніці, поява якої у середині 70-х рр. послужила початком другої електронної революції. З того часу елементною базою обчислювальної машини стають інтегральні схеми і мікропроцесори, а галузь, пов’язана із створенням і використанням комп’ютерів, одержала могутній імпульс в своєму розвитку.

У 1978 р. міжнародний науковий конгрес офіційно закріпив за поняттям «інформатика» напрямки, пов’язані з розробкою, створенням, використанням і матеріально-технічним обслуговуванням систем обробки інформації, включаючи комп’ютери і їх програмне забезпечення, а також організаційні, комерційні, адміністративні і соціально-політичні аспекти комп’ютеризації, тобто масове впровадження комп’ютерної техніки у всі галузі життя людей.

Існує безліч означень інформатики, що пов’язано з багатогранністю її функцій, можливостей, засобів і методів. Узагальнюючи опубліковані в літературі з інформатики визначення цього терміну, пропонуємо наступне трактування.

Інформатика – це дисципліна, що вивчає використання комп’ютерної техніки та структуру і загальні властивості інформації, а також закономірності і методи її створення, зберігання, пошуку, перетворення, передачі і застосування в різних сферах людської діяльності.

Часто виникає плутанина понять «інформатика» і «кібернетика». Спробуємо роз’яснити їх схожість і відмінність.

Кібернетика - це наука про загальні принципи управління в різних системах: технічних, біологічних, соціальних і ін.

Інформатика вивчає процеси перетворення і створення нової інформації ширше, практично не розв’язуючи задачі управління різними об’єктами, як це робить кібернетика. Інформатика з’явилася завдяки розвитку комп’ютерної техніки, базується на ній і абсолютно немислима без неї. Кібернетика розвивається сама по собі і, активно використовуючи досягнення комп’ютерної техніки, абсолютно від неї не залежить, оскільки будує різні моделі управління об’єктами.

Об’єктом інформатики виступають автоматизовані інформаційні системи різного класу, засновані на ЕОМ та телекомунікаційній техніці різного призначення. Розглядаються всі сторони їх розробки, проектування, створення, аналізу та використання на практиці.

Предмет інформатики як науки складають апаратне і програмне забезпечення засобів обчислювальної техніки, засоби взаємодії апаратного і програмного забезпечення, засоби взаємодії людини з апаратними і програмними засобами.

Основним завданням інформатики як науки є систематизація прийомів та методів роботи з апаратними та програмними засобами обчислювальної техніки. Мета систематизації полягає у тому, щоб виділити, впровадити та розвинути передові, найбільш ефективні технології автоматизації етапів роботи з даними, а також методично забезпечити нові технологічні дослідження.

2. Інформація. Види та її властивості. Дані. Одиниці вимірювання інформації

Слово «інформація», відоме у наш час кожному, було введено в постійне вживання в середині ХХ ст. Клодом Шенноном. У вузькому технічному сенсі поняття вживалося в теорії зв’язку або передачі кодів, що одержала назву «теорія інформації». В даний час цей термін має значно глибший зміст. Наслідок необхідності усвідомленої організації процесів руху і обробки того, що має загальну назву «інформація» (від лат. Informatio – роз’яснення, інформування, виклад) і є основним поняттям інформатики. Не дивлячись на значний розвиток цієї науки і її складових частин, однозначного і всіма прийнятого визначення інформації немає.

Інформація – це настільки загальне і глибоке поняття, що його не можна пояснити однією фразою. У цей термін вкладають різний сенс в науці, техніці і життєвих ситуаціях.

Інформація – це сукупність знань про фактичні дані і залежності між ними; зміст, який надається даним за допомогою певних упереджень; дані, що підлягають введенню в комп’ютер, обробляються на ньому і подаються користувачу; закони, методи і способи нагромадження, обробки і передачі інформації за допомогою комп’ютерів та інших технічних пристроїв.

В рамках дисципліни «Інформатика» оперують наступним визначенням: «Інформація – відомості про об’єкти і явища навколишнього середовища, їх параметри, властивості і стан, які зменшують ступінь невизначеності і неповноти знань, що є про них».

Інформатика розглядає інформацію як концептуально пов’язані між собою знання, відомості, що змінюють наші уявлення про явище або об’єкт навколишнього світу. Ці знання можна розділити на дві категорії: знання фактів («Я знаю, що…» - декларативні знання) і знання правил («Я знаю, як…» - процедурні знання). Для того, щоб правильно визначити свої дії в конкретній ситуації, необхідні і ті, і інші.

Інформація може існувати в найрізноманітніших формах: у вигляді текстів, малюнків, креслень, фотографій, світлових або звукових сигналів, радіохвиль, електричних і нервових імпульсів, магнітних записів, жестів і міміки, запахів і смакових відчуттів, хромосом, за допомогою яких передаються у спадок ознаки і властивості організмів, і т.д.

Класифікація видів інформації подана в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1

Види інформації

Разом з поняттям «інформація» в інформатиці часто вживається поняття «дані», які можна розглядати:

1) як ознаки або зафіксовані спостереження, які з якихось причин не використовуються, а тільки зберігаються;

2) інформація, представлена у вигляді, придатному для обробки автоматичними засобами при можливій участі людини;

3) факти, поняття або команди, представлені у формалізованому вигляді, що дозволяє здійснювати їх передачу, інтерпретацію або обробку як вручну, так і за допомогою систем автоматизації.

Основні операції обробки даних:

Ö збір даних – накопичення інформації з метою забезпечення достатньої повноти для прийняття рішення;

Ö формалізація даних – приведення даних, що надходять із різних джерел до однакової форми;

Ö фільтрація даних – усунення зайвих даних, які не потрібні для прийняття рішень;

Ö сортування даних – впорядкування даних за заданою ознакою з метою зручності використання;

Ö архівація даних – збереження даних у зручній та доступній формі;

Ö захист даних – комплекс дій, що скеровані на запобігання втрат, відтворення та модифікації даних;

Ö транспортування даних – прийом та передача даних між віддаленими користувачами інформаційного процесу. Джерело даних прийнято називати сервером, а споживача клієнтом;

Ö перетворення даних – перетворення даних з однієї форми в іншу, або з однієї структури в іншу, або зміна типу носія.

У теорії інформації біт – кількість інформації, необхідна для розрізнення двох рівноймовірних повідомлень; а в обчислювальній техніці бітом називають найменшу «порцію» пам’яті, необхідну для зберігання одного з двох знаків «0» і «1», використовуваних для внутрішньомашинного подання даних і команд. Це дуже дрібна одиниця вимірювання, на практиці частіше застосовується одиниця – байт, що рівна 8 бітам, необхідних для того, щоб закодувати будь-який з 256 символів алфавіту клавіатури комп’ютера (256 = 2⁸).

Широко використовуються також одиниці інформації:

1 кілобайт (кбайт) = 2¹⁰ = 1024 байт;

1 Мегабайт (Мбайт) = 2²⁰ = 1024 кбайт;

1 Гігабайт (Гбайт) = 2³⁰ = 1024 Мбайт;

1 Терабайт (Тбайт) = 2⁴⁰ = 1024 Гбайт;

1 Петабайт (Пбайт) = 2⁵⁰ = 1024 Тбайт.

Найважливіші властивості інформації:

1) достовірність,

2) повнота,

3) доступність,

4) актуальність,

5) цінність,

6) змістовність,

7) своєчасність,

8) захищеність.

3. Кодування інформації

Щоб передати інформацію, її необхідно певним чином закодувати відповідно до природи каналу передачі. Наприклад, розмова по телефону автоматично кодується в електричні сигнали, щоб вони могли по мережі дійти до співрозмовника і там перетворитися у звукові сигнали.

Джерело à Кодування à Канал передачі à Декодування à Приймач

Кодування – це перетворення інформації без зміни її змісту в інший вигляд за допомогою певного коду.

Код – це набір правил перетворення для кодування.

Прикладом учнівського кодування є такий прийом: виписується алфавіт і всі букви нумеруються за порядком. Тепер можна писати зашиф­ровану записку, де букви замінені відповідними числами.

У комп’ютері носіями інформації є електричні або магнітні сигнали, які можуть мати лише два значення: 0 – вимкнуто (нема струму, розмагнічено) або 1 – увімкнуто (є струм, намагнічено). За допомогою таких 0 і 1 кодують будь-яку інформацію, яку обробляє комп’ютер.

Якщо застосувати згаданий метод, то цифр 0 і 1 вистачить на позна­чення лише двох символів. Можна застосувати кодування комбінацією із кількох 0 і 1. Якщо взяти по два знаки (00, 01, 10, 11), це дозволить кодувати вже 4 символи. Тризначний код дає 8 комбінацій, чотиризначний – 16. Цього мало для зображення літер різних національних алфавітів, цифр і розділових знаків, спеціальних символів тощо.

Для кодування інформації в комп’ютерах використовується восьмизначний двійковий код.

Такої кількості символів вистачає для відображення літер, цифр, розділових і спеціальних знаків, а також графічних елементів. Малюнки і звуки зображуються тими ж комбінаціями, але перед ними стоїть спеціаль­ний знак, який вказує на характер інформації.

Усі символи, які використовуються в комп’ютері, заносяться в таб­лицю і нумеруються десятковими числами, які перетворюються у двійко­вий код із 8 знаків 0 і 1 – виходить кодова таблиця символів.

Наприклад, в комп’ютерах серед інших застосовується восьмизнач­ний код АSСII, розрахований на 256 символів. Для кожного символу – це послідовність з 8-ми цифр 0 і 1, яка визначає певний символ.

У комп’ютер заноситься та обробляється текстова інформація, цілі і дійсні числа, логічні і графічні побудови, малюнки і музика. І всі вони представлені у вигляді комбінацій із восьми «0» і «1» – байтами. Яка б інформація в комп’ютері не була (голос диктора або зображення героїні «мильної опери»), вона завжди кодується байтами.

Визначимо головну відмінність між книгою і занесеним в комп’ютер текстом. Вона полягає в тому, що коли ми відкриваємо книгу, то бачимо зображення символів, сформованих дрібними крихтами друкарської фарби. А якщо ж «відкриємо» пам’ять комп’ютера, то «побачимо» коди літер, складених із 0 і 1. Звичайний текст зображується в комп’ютері послідовністю кодів. Тобто замість кожної літери тексту зберігається її номер за кодовою таблицею. І тільки при виведенні літер у зовнішнє середовище (на папір або екран монітора) проводиться формування звичних зорових образів літер.

Витяг з кодової таблиці символів АSCII

Системи числення

Основним поняттям арифметичних основ ЕОМ є поняття системи числення.

Під системою числення (СЧ) розуміють сукупність засобів для запису і відображення чисел (цифри, знаки, символи), їх поіменування та правила виконання арифметичних дій.

За способом запису цифр (символів, знаків) у числах розрізняють два типи СЧ: позиційні (ПСЧ), непозиційні (НПСЧ).

Серед відомих ПЗС в ЕОМ використовуються: двійкова (2СЧ), вісімкова (8СЧ), шістнадцяткова (16СЧ).

Будь-яке число у позиційній системі числення можна подати спрощеною (розгорнутою) формою:

Ч_(о) = Ц_n * Оⁿ + Ц _n-1* О^n-1 +...+ Ц₁ * О¹ + Ц₀ * O⁰ + Ц_-1 * О^-1 + ...+ Ц_m*О^m,

де Ч_(О) – число у позиційній (О) системі числення;

0 – основа системи числення;

N – кількість розрядів цілої частини;

т – кількість розрядів дробової частини числа.

Правила міжсистемних переведень чисел

Правило 1. Переведення чисел із будь-якої ПСЧ у десяткову: Х_(О) àX₍₁₀₎.

Для цього використовується розгорнута форма запису чисел як основного правила, основним призначенням якого є перевірка правильності міжсистемних переведень.

Правило 2. Переведення цілих чисел із десяткової системи числення в інші: Х₍₁₀₎ àХ₍₀₎.

Для переведення цілого десяткового числа в будь-яку іншу СЧ необхідно виконати послідовне ділення його на основу нової СЧ.

Ділення виконується послідовно до отримання частки від ділення меншої за значенням від основи нової системи.

Число у новій СЧ формується із залишків від кожного етапу ділення, починаючи з останньої частки (знизу догори).

Правило 3. Переведення правильних дробових чисел

Для переведення правильного дробового десяткового числа в будь-яку іншу СЧ необхідно виконати послідовне множення його дробової частини на основу нової СЧ.

Розряди цілих частин отриманих добутків є послідовними цифрами числа в новій системі. Число формується згори вниз.

Множення завершується при отриманні нульового значення у дробовій частині добутку або зупиняється при отриманні результату заданої точності.

Правило 4. Двійково-вісімкові переведення: Х₍₂₎ à Х₍₈₎; Х₍₈₎ à Х₍₂₎

Для переведення чисел із двійкової системи у вісімкову необхідно у двійковому числі направо і наліво від коми виділити тріади, після чого кожна тріада подається вісімковою цифрою, яку слід вибирати із таблиці відповідності двійкових і вісімкових чисел.

Для переведення чисел із вісімкової системи у двійкову необхідно кожну цифру вісімкового числа подати трьома двійковими цифрами (тріадами ), які слід вибирати із таблиці відповідності двійкових і вісімкових чисел.

Правило 5. Двійково-шістнадцяткові переведення: Х₍₂₎ à Х₍₁₆₎; Х₍₁₆₎ à Х₍₂₎

Для переведення чисел із двійкової системи у шістнадцяткову необхідно у двійковому числі направо і наліво від коми виділити тетради, після чого кожна тетрада подається шістнадцятковою цифрою, яку слід вибирати із таблиці відповідності двійкових і шістнадцяткових чисел.

Двійкова арифметика. Під час розв’язування задачі на ЕОМ весь хід обчислень подається послідовністю найпростіших, в основному арифметичних операцій: додавання і віднімання, множення і ділення, а також логічних операцій.

Арифметичні дії над числами, подані у будь-якій позиційній СЧ, виконуються беручи до уваги їх числове значення в десятковій системі, але із записом результату у своїй системі.

Правила двійкової арифметики

Арифметичні дії над двійковими числами виконуються так, як над десятковими числами із записом проміжних і кінцевих результатів у двійковій СЧ.

Додавання. Для виконання додавання використовують наступні правила.

Приклади:

Приклади:

Ділення. Перед виконанням операції ділення зручно перетворити дробові числа в цілі шляхом перенесення коми вправо в діленому і дільнику на однакову кількість розрядів.

4. Етапи розвитку обчислювальної техніки. Покоління комп’ютерів

Історія розвитку обчислювальної техніки

Ідею автоматичної цифрової ЕОМ використав у 1937 р. доцент Дж. Атанасов (США) і в 1939 р. створює свій настільний (персональний) комп’ютер.

Але реалізацією і впровадженням цієї ідеї учені Дж. Фон Нейман, Г. Гольдстейн і Беркс зайнялися тільки в 1946 р.

Робота над обчислювальними машинами була перервана на час другої світової війни і відновлена тільки в кінці 1942 р.

Перший комп’ютер під назвою ENIAC був створений на замовлення міністерства оборони США в 1945 р. групою інженерів під керівництвом Джона Маушлі і Джона Преспера Еккерта.

Маса ENIAC була 30 т. Вона містила 18 тисяч радіоламп, через вели­ку кількість випромінюваного тепла вимагала потужних кондиціонерів, швидкодія – 5000 операцій за секунду. Програму роботи набирали вручну перемикачами і кабелями на спеціальному полі. Комп’ютер працював ненадійно, кожної години виходив з ладу. Але на ньому були виконані найскладніші на той час розрахунки.

Американський математик Джон фон Нейман запропонував запису­вати програму в електронну пам’ять комп’ютера для її виконання. Досить з архіву занести програму в пам’ять – і комп’ютер готовий до роботи. Оскільки електронна пам’ять працює швидше, виконання програми із пам’яті різко збільшило швидкодію комп’ютера.

Джон фон Нейман запропонував також використовувати двійкову систему числення для виконання обчислень і запису команд програми. Це значно спростило будову пристроїв і дозволило звести будь-яку арифме­тичну або логічну дію до виконання додавання двійкових чисел у відпо­відних кодах.

Перший комп’ютер із програмою в пам’яті одержав назву EDSAC. Він був створений в Кембріджському університеті (Англія) в 1946 р. У них була 5-блокова структура (структура фон Неймана): вхідний пристрій - для введення даних, вихідний пристрій – для видали результатів рішення задачі і операцій над даними, запам’ятовуючий пристрій - для зберігання інформації, пристрій управління - для організації управління і взаємодії вузлів ЕОМ, та арифметичний пристрій - для основних арифметичних дій, логічних операцій, властивих алгебрі логіки.

З того часу в усіх комп’ютерах інформація, що обробляється, і необхідні для цього програми знаходяться в оперативній пам’яті.

Основоположником обчислювальної техніки в СРСР і на Україні був академік Сергій Олексійович Лебедєв. Під його керівництвом в Електро­технічному інституті в Києві у 1951 році був створений перший в СРСР комп’ютер з назвою МЭСМ (малая электронно-счетная машина). Пізніше, уже в Московському інституті точної механіки і обчислювальної техніки С. О. Лебедєв керував створенням найшвидкодіючої (1 мільйон операцій за секунду) у світі на той час великої електронно-обчислювальної машини БЭCM-6(1952 piк).

Покоління комп’ютерів

У кінці 30-х - початку 40-х рр. XX століття до створення багатофункціональної обчислювальної машини приступили одночасно в США, Великобританії, Німеччині і СРСР - то були моделі першого покоління ЕОМ. Технічною базою тієї техніки служили ламповий діод - створений в 1904 р. Дж. Флемінгом (Великобританія), тріод - запропонований в 1906 р. Лі де Форестом (США), і ламповий трігер - винайдений в 1918 р. Бонч-Бруєвичем (СРСР).

Стрімкий розвиток і вдосконалення ЕОМ йшло двома напрямами: електромеханічному - на основі використання реле, і цифровому - із застосуванням електронних схем.

Друге покоління ЕОМ функціонувало в період з 1965 р. до кінця 1970-х рр. Машини цього покоління мали розширену і вдосконалену архітектуру, якісне програмне забезпечення, інтерфейс для спілкування людини з ЕОМ.

Третє покоління комп’ютерної техніки представляють машини серії IBM-360, IBM-370 (США) і M-10 (СРСР), засновані на інтегральних мікросхемах з високою швидкодією (швидкість обробки інформації) і сумісністю машинних мов.

Четверте покоління ЕОМ базується вже на великих інтегральних мікросхемах (БІС) (оперативна і постійна пам’ять) із застосуванням мікропроцесорів (пристроїв, що містять в одному кремнієвому кристалі до 2 250 транзисторів) - середина 1970-х - кінець 1980-х рр.

ЕОМ п’ятого покоління розробляються з початку 1990-х рр. до теперішнього часу і використовують операційну систему, зручний для користувача інтерфейс на природній мові, об’ємне програмне забезпечення, що включає різноманітні бази даних.

Розробка подальших поколінь комп’ютерів ведеться з використанням великих інтегральних схем підвищеного ступеня інтеграції, можливості оптоелектроніки (лазерів, голографії).

Вирішуються абсолютно інші завдання, ніж при розробці колишніх ЕОМ. Якщо перед розробниками ЕОМ з I по IV покоління стояли завдання збільшення продуктивності в області числових розрахунків, досягнення більшої пам’яті, то основним завданням розробників ЕОМ V покоління є вже створення штучного інтелекту (можливість робити логічні висновки з представлених фактів), розвиток «інтелектуалізації» комп’ютерів - усунення бар’єру сприймати інформацію з рукописного або друкарського тексту, з бланків, людського голосу, впізнавати користувача за голосом, здійснювати переклад з однієї мови на іншу.

Контрольні питання:

1. Що таке «інформатика»?

2. У чому різниця між термінами «інформатика» та «кібернетика»?

3. Яке застосування інформатики як науки?

4. З яких основних частин складається інформатика?

5. Що є об’єктом інформатики?

6. Що є предметом інформатики?

7. Які основні завдання інформатики?

8. Що таке «інформація»?

9. Що таке «інформаційні об’єкти»?

10. Дайте класифікацію видів інформації.

11. Що таке «дані»?

12. Назвіть основні операції обробки даних.

13. Яку ви знаєте міру інформації?

14. Охарактеризуйте поняття синтаксичної міри інформації.

15. Що таке «об’єм інформації»?

16. Що таке «біт»?

17. Що таке «байт»?

18. Які ви знаєте одиниці інформації?

19. Охарактеризуйте поняття семантичної міри інформації.

20. Охарактеризуйте поняття прагматичної міри інформації.

21. Назвіть одиниці вимірювання інформації.

22. Що таке «якість інформації»?

23. Схарактеризуйте властивості інформації.

24. Що ви розумієте під поняттям «кодування інформації»?

25. Що таке «код»?

26. Що ви розумієте під поняттям «система числення», і які системи числення ви знаєте?

27. Які ви знаєте типи систем числення?

28. Якою формулою можна подати будь-яке число у позиційній системі числення?

29. Які ви знаєте правила міжсистемних переведень чисел?

30. Охарактеризуйте історію розвитку обчислювальної техніки.

31. Назвіть та схарактеризуйте покоління комп’ютерів.

32. Які ви знаєте основні етапи розвитку ЕОМ?

33. Назвіть класифікацію обчислювальних пристроїв.