Обработка данных в табличном процессоре

Обработка данных в табличном процессоре

 

 

Раздел 4. Программное обеспечение информационных процессов

 

Ростов-на-Дону

УДК 681.517.07

Методическое указание по дисциплине «Информатика» для бакалавров 1, 2-го курсов ДТИ, ИИЭС. Ч.1. Обработка данных в табличном процессоре. Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 32 с.

 

Приведены задания, вырабатывающие навыки ввода данных в ячейки, работу с уровнями ячейки электронной таблицы (адрес, содержимое, значение, форматы данных), редактирование данных, работа с текстом (форматирование текста в ячейках, выравнивание текста, объединение ячеек). Показаны графические возможности табличного процессора, некоторые матричные операции – все действия подробно изложены в лабораторных работах.

Электронная версия методических указаний находится в библиотеке, ауд. 224.

УДК 681.517.07

 

Составитель:	канд.физ.-мат.наук, доц. Л.А.Кладенок
Рецензенты:	канд.физ.-мат.наук, доц. С.А.Никитин канд.физ.-мат.наук, доц. В.В.Шамраева

 

 

Редактор Т.М. Климчук

Доп. план 2011 г., поз. 186

Подписано в печать 1.07.11. Формат 60´84/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л. 2,4. Тираж 20 экз. Заказ 388.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

Ó Ростовский государственный
строительный университет, 2011

Лабораторная работа
по теме «Построение кривых второго порядка»

Цель работы: научиться создавать таблицы в MS Excel, использовать копирование и автозаполнение, работать с формулами и функциями, строить графики.

 

Кривые второго порядка на плоскости

К кривым второго порядка, рассматриваемым в курсе аналитической геометрии, относятся парабола, гипербола, окружность и эллипс. Любая кривая второго порядка в общем виде описывается уравнением второй степени с двумя переменными:

Ах² + 2Вху + Су² + 2Dx + 2Ey + F = 0. (1)

Хотя бы один из коэффициентов А, В и С не должен быть равен нулю. Указанные выше кривые второго порядка являются частными случаями данного уравнения.

 

Окружность

 

Общее уравнение окружности имеет следующий вид:

Ах² + Ay² + 2Dx + 2Ey + F=0. (2)

Окружностью называется множество точек плоскости, находящихся на одинаковом расстоянии от одной, называемой центром.

Обычно общее уравнение (2) приводят к виду нормальных уравнений окружности:

х² + у² = R² — уравнение окружности с центром в начале координат и радиусом R. (х - а)² + (у - b)² = R² — уравнение окружности с центром (а; b).

Задача построения окружности по сравнению с параболой и гиперболой имеет небольшие отличия, связанные с приведением уравнений к виду y=f(x).

Пример 1. В качестве примера рассмотрим построение окружности в диапазоне х Î [ -4; 4 ] с шагом h = 0,25.

 

Решение

Этап 1. Математическая часть.

Уравнение окружности необходимо разрешить относительно y: .

Открываем чистый рабочий лист (команда Вставка ► Лист).

Этап 2. Ввод данных.

Составляем таблицу данных (х и у). Пусть первый столбец – это значения х, а второй соответствующие показатели у. Для этого в ячейку А1 вводим слово Аргумент, в ячейку В1 — слово Окружность +, в ячейку С1 — слово Окружность –.

В ячейку А2 вводится первое значение аргумента — левая граница диапазона
(-4). В ячейку A3 – второе значение аргумента — левая граница диапазона плюс шаг построения (-3,75). Затем, выделив блок ячеек А2:АЗ, автозаполнением получаем все значения аргумента до появления 4 в желтом окошке-подсказке (за правый нижний угол блока протягиваем до ячейки А34).

Вводим значения верхней полуокружности. В ячейку В2 необходимо ввести ее уравнение, разрешенное относительно . Для этого табличный курсор необходимо поставить в ячейку В2 и на панели инструментов Стандартная нажать кнопку Вставка®Функции (f_x). В появившемся диалоговом окне Мастер функций (шаг 1 из 2) слева в поле Категория указаны виды функций – Математические. Справа в поле Функция выбираем функцию Корень. Нажимаем кнопку ОК. Появляется диалоговое окно Корень. В рабочее поле вводим подкоренное выражение: 16 - $А2 * $А2. Нажимаем кнопку ОК. В ячейке В2 появляется 0. Теперь необходимо скопировать функцию из ячейки В2. Автозаполнением копируем эту формулу в диапазон В2:В34.

Далее вводим значения нижней полуокружности. В ячейку С2 необходимо ввести ее уравнение, разрешенное относительно . Для этого табличный курсор необходимо поставить в ячейку С2 и набрать «= –». На панели инструментов Стандартная нажать кнопку Вставка функции (f_x). В появившемся диалоговом окне Мастер функций (шаг 1 из 2) слева в поле Категория указаны виды функций – Математические. Справа в поле Функция выбираем функцию Корень. Нажимаем кнопку ОК. Появляется диалоговое окно Корень. В рабочее поле вводим подкоренное выражение: 16 - $А2 * $А2. Нажимаем кнопку ОК. В ячейке С2 появляется 0. Теперь необходимо скопировать функцию из ячейки С2. Автозаполнением копируем эту формулу в диапазон С2:С34.

В результате должна быть получена таблица данных для построения верхней и нижней полуокружности.

Этап 4. Указание диапазона.

В появившемся диалоговом окне Мастер диаграмм (шаг 2 из 4): источник данных диаграммы необходимо выбрать вкладку Диапазон данных и в поле Диапазон указать интервал данных. Для этого с помощью клавиши Delete необходимо очистить рабочее поле Диапазон и, убедившись, что в нем остался только мигающий курсор, навести указатель мыши на левую верхнюю ячейку данных (В2), нажать левую кнопку мыши и не отпуская ее, протянуть указатель мыши к правой нижней ячейке, содержащей выносимые на диаграмму данные (С34), затем отпустить левую кнопку мыши. Выделится диапазон B2:C34.

Далее необходимо указать в Строках или Столбцах расположены ряды данных. Переключатель Ряды в с помощью указателя мыши следует установить в положение столбцах (черная точка должна стоять около слова Столбцах).

 

Этап 5. Ввод подписей по оси X.

В диалоговом окне Мастер диаграмм (шаг 2 из 4): источник данных диаграммы необходимо выбрать вкладку Ряд (щелкнув на ней указателем мыши) и в поле Подписи оси X указать диапазон подписей (в примере — Аргумент). Для этого следует активизировать поле Подписи оси X, щелкнув в нем указателем мыши, и, наведя указатель мыши на левую верхнюю ячейку подписей (А2), нажать левую кнопку мыши и, не отпуская ее, протянуть указатель мыши к нижней ячейке, содержащей выносимые на ось X подписи (А34), затем отпустить левую кнопку мыши. В окне ввода появится диапазон А2:А34. Нажать кнопку Далее.

 

Рис. 1. Диаграмма окружности

 

Парабола

Параболой называется множество всех точек, расстояния от которых до данной точки, называемой фокусом, и до данной прямой, называемой директрисой, равны (рис.2).

Уравнение параболы получается из уравнения кривой второго порядка (1). Если коэффициент В = О, а также один из коэффициентов А или С равен нулю, для определенности пусть А = О, С ¹ 0, то есть:

Су² + Dx + Ey + F = 0. (3)

Это уравнение параболы с осью симметрии, перпендикулярно оси ординат.

При А≠0, С=0 получим:

Ax²+Dx + Ey + F = 0. (4)

В данном случае это — уравнение параболы с осью симметрии, перпендикулярной оси абсцисс.

Уравнения (3) и (4) представляют собой общие уравнения параболы. Каноническими уравнениями параболы являются:

у² = 2рх, где р — параметр параболы, расстояние от фокуса до директрисы, для кривой с горизонтально расположенной осью;

х² = 2ру — для параболы с вертикально расположенной осью. Схематичное изображение параболы представлено на рис.2.

Рис. 2. Схематическое изображение параболы

Для построения параболы в MS Excel уравнение параболы должно быть приведено к виду y=f(x) (разрешено относительно переменной y). Построение диаграммы параболы осуществляется по тем же шагам, что и построение окружности.

Задание 1. Построить параболу x²=12y в диапазоне x Î [ -4; 4 ] с шагом h = 0.5

Задание 2. Построить параболу y²=8x в диапазоне x Î [ -4; 4 ] с шагом h = 0.5

 

Гипербола

 

Кривая второго порядка (1) называется гиперболой, если коэффициенты A и С имеют противоположные знаки, то есть АС < 0.

Характеристическое свойство гиперболы выражается в том, что она является множеством точек, разность расстояний от которых до двух данных точек
(F₁, F₂), называемых фокусами, есть величина постоянная, меньшая расстояния между фокусами (рис.3).

Каноническое уравнение гиперболы имеет вид:

Здесь с — расстояние от начала координат до фокусов, а — расстояние от начала координат до вершин гиперболы.

— эксцентриситет,

— асимптоты гиперболы.

Рис. 3. Схематическое изображение гиперболы

В простейшем случае уравнение гиперболы имеет вид .

Задание 3. Построить гиперболу для x Î [ -10; 10 ]. Шаг рассчитать самостоятельно, количество точек разбиения отрезка n= 20. (, x_i = a + i*h или x_i+1=x_i+h)

Задание 4. Построить гиперболу для x Î [ 0,1; 5,05 ] при n= 20.

 

Эллипс

Кривая второго порядка (1) называется эллипсом, если коэффициенты A и С имеют одинаковые знаки, то есть АС > 0. Если коэффициент В также равен нулю, то это эллипс с осями, параллельными координатным осям. Если, кроме того, коэффициенты D = Е = 0, то центр эллипса находится в начале координат.

Обычно в качестве определения эллипса используют его характеристическое свойство: эллипсом называется множество точек плоскости, сумма расстояний от которых до двух данных, называемых фокусами, есть величина постоянная, большая расстояния между фокусами.

Каноническое уравнение эллипса может быть получено из его определения.

Обозначим постоянную сумму расстояний от фокусов до точек эллипса 2а, а расстояние между фокусами — 2с.

Систему координат введем следующим образом: ось х проходит через фокусы, ось у — через середину отрезка F₁F₂ (рис. 4).

Рис. 4. Расположение фокусов и точки на эллипсе (a>c)

 

Каноническое уравнение эллипса .

Эксцентриситетом эллипса называется величина .

Так как а>с, то , то есть для эллипса, если коэффициент В=0. эксцентриситет e<1. Схематичное изображение эллипса представлено на рис.5.

Рис. 5. Схематичное изображение эллипса

Построение эллипса в MS Excel аналогично построению окружности.

Задание 5. Построить эллипс диапазон и шаг выбрать самостоятельно.

Лабораторная работа №2
по теме «Построение поверхностей второго порядка»

Цель работы: закрепить полученные знания при выполнении лабораторной работы №1. Научится использовать абсолютные ссылки, строить Поверхности второго порядка в пространстве.

Гиперболоид

 

Существует два вида гиперболоидов: однополостные и двухполостные.

Однополостным гиперболоидом называется поверхность, которая в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяется уравнением

. (6)

Однополостным гиперболоид имеет вид бесконечной трубки, расширяющейся в обе стороны от горловины.

Двухполостным гиперболоидом называется поверхность, определяемая уравнением

. (7)

Двухполостньй гиперболоид представляет собой поверхность, состоящую из двух отдельных полостей, каждая из которых имеет вид бесконечной выпуклой чаши.

Уравнения (6) и (7) называются каноническими уравнениями гиперболоидов.

Для построения гиперболоида в Ехсеl канонические уравнения (6) или (7) необходимо разрешить относительно переменной z (представить в виде ).

Пример 2. Построить верхнюю часть двухполостного гиперболоида , лежащую в диапазонах: х Î[-5; 5], y Î[-3; 3] с шагом h=0.5 для обеих переменных.

Решение

Этап 1. Математическая часть. Из уравнения необходимо выразить переменную z: , т.к. в задании необходимо построить только верхнюю часть гиперболоида, то мы оставляем только положительный корень: .

Этап 2. Ввод данных.

Введем значения переменной x в столбец A. Для этого в ячейку A2 вводим первое значение аргумента – левая граница диапазона (-5). В ячейку A3 — второе значение аргумента – левая граница диапазона плюс шаг (-4,5). Выделяем блок ячеек A2:A3, автозаполнением получаем все значения аргумента.

Значения переменной у вводим в строку 1. Для этого в ячейку В1 вводится первое значение переменной — левая граница диапазона (-3). В ячейку С1 — второе значение переменной — левая граница диапазона плюс шаг построения (-2,5). Затем, выделив блок ячеек В1:С1, автозаполнением получаем все значения аргумента.

Далее вводим значения переменной z. Для этого табличный курсор необходимо поместить в ячейку В2 и на панели инструментов Стандартная нажать кнопку Вставка функции (f_x). В появившемся диалоговом окне Мастер функций (шаг 1 из 2) в поле Категория → Математические. В поле Функция выбираем функцию Корень. Нажимаем кнопку ОК. Появляется диалоговое окно Корень. В рабочее поле вводим подкоренное выражение: 1 + $А2^2/16 + B$1^2/9. Нажимаем кнопку ОК. В ячейке В2 появляется 1.8875. Теперь необходимо установить курсор на ячейке B2, курсором мышки нажать в поле Редактор формул и умножить формулу на 5. Нажать Enter. Курсор останется на ячейке В2: в поле ввода появится формула =5*Корень(1 + $А2^2/16 + B$1^2/9); в ячейке В2 – значение 9,4373. Автозаполнением копируем эту формулу вниз в диапазон В2:В22. Затем автозаполнением протягиванием вправо копируем эту формулу вначале в диапазон В2:N22 (рис.6).

Рис.6

 

Этап 4. Указание диапазона.

В появившемся диалоговом окне Мастер диаграмм (шаг 2 из 4): Источник данных диаграммы необходимо выбрать вкладку Диапазон данных и в поле Диапазон мышью указать интервал данных В2:N22.

Далее необходимо указать в строках или столбцах расположены ряды данных. Это определит ориентацию осей х и у. В примере переключатель Ряды в с помощью указателя мыши установим в положение столбцах.

Этап 5. Ввод подписей по оси X.

Выбираем вкладку Ряд и в поле Подписи оси X указываем диапазон подписей. Для этого следует активизировать данное поле, щелкнув в нем указателем мыши, и ввести в него диапазон подписей оси х — А2:А22.

Вводим значения подписей оси у. Для этого в рабочем поле Ряд выбираем первую запись Ряд1 и в рабочее поле Имя, активизировав его указателем мыши, вводим значение первой переменной у В1. Затем в поле Ряд выбираем вторую запись — Ряд2 и в рабочее поле Имя вводим второе значение переменной у С1. Повторяем таким образом до последней записи — Ряд13. После появления требуемых записей необходимо нажать кнопку Далее.

Рис. 7. Диаграмма верхней части двуполостного гиперболоида

Этап 7. Завершение.

В четвертом окне Мастер диаграмм (шаг 4 из 4) требуется выбрать место расположения диаграммы на отдельном листе Диаграмма1 или имеющемся Лист1. По умолчанию переключатель будет стоять «имеющемся Лист1». В нашем случае оставляем по умолчанию. Нажимаем кнопку Готово.

На текущем листе должна появиться следующая диаграмма (рис. 7).

Этап 8. Переименование листа. Навести курсор на закладку Лист1, правой клавишей мыши (ПКМ) вызвать контекстное меню, выбрать пункт Переименовать, удалить старое название листа и с клавиатуры набрать новое Дв_гиперболоид, нажать Enter.

 

Задание 6. Построить верхнюю часть однополосного гиперболоида , лежащую в диапазонах: х Î[-10; 10] с шагом h=0.5, y Î[-5; 5] с шагом h=0.25.

Задание 7. Построить верхнюю часть двухполостного гиперболоида , лежащую в диапазонах: х Î[-10; 10] с шагом h=0.5, y Î[-5; 5] с шагом h=0.25.

 

Эллипсоид

Эллипсоидом называется поверхность, которая в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяется уравнением:

. (8)

Это уравнение называется каноническим уравнением эллипсоида.

Эллипсоид представляет собой замкнутую овальную поверхность, обладающую тремя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии.

Для построения эллипсоида в Ехсеl каноническое уравнение (8) необходимо разрешить относительно переменной z (представить в виде z=f(x,y)).

Задание 8. Построить верхнюю часть эллипсоида , лежащую в диапазонах: х Î[-4; 4], y Î[-3; 3] с шагом h=0.5 для обеих переменных.

 

Параболоид

Существует два вида параболоидов: эллиптические и гиперболические.

Эллиптическим параболоидом называется поверхность, которая в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяется уравнением:

. (9)

Эллиптический параболоид имеет вид бесконечной выпуклой чаши. Он обладает двумя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии. Точка, с которой совмещено начало координат, называется вершиной эллиптического параболоида; числа р и q называются его параметрами.

Гиперболическим параболоидом называется поверхность, определяемая уравнением

. (10)

Гиперболический параболоид имеет форму седла. Он обладает двумя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии. Точка, с которой совмещено начало координат, называется вершиной гиперболического параболоида: числа р и q называются его параметрами.

Задание 9. Построить эллиптический параболоид . Диапазон изменения переменных: х Î[-15; 15] с шагом h=0.5, y Î[-5; 5] с шагом h=1.

Задание 10. Построить гиперболический параболоид . Диапазон изменения переменных: х Î[-10; 10] с шагом h=0.5, y Î[-5; 5] с шагом h=1.

 

Конус второго порядка

 

Конусом второго порядка называется поверхность, которая в некоторой системе декартовых прямоугольных координат определяется уравнением

. (11)

Конус образован прямыми линиями (образующими), проходящими через начало координат (вершина конуса). Сечение конуса плоскостью, не проходящей через начало координат, дает эллипс.

В Ехсе1 построение конуса второго порядка аналогично построению других поверхностей, рассмотренных ранее.

Задание 11. Построить нижнюю часть конуса . Диапазон изменения переменных: х Î[-10; 10] с шагом h=0.5, y Î[-7; 7] с шагом h=1.

 

Лабораторная работа №3

Матричные операции в Excel

I. Умножение матрицы на число. Матрицу умножить на число 9.

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2, число 9 в ячейку С1

2) Выделить диапазон D1:E2 под новую матрицу

3) В Строке формул набрать =С1*A1:B2

4) Нажать, удерживая, комбинация клавиш Ctrl+Shift+Enter, в диапазоне D1:E2 появится матрица

II. Вычисление определителя матрицы. Вычислить определитель матрицы .

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2

2) Выделить ячейку G1

3) В основном меню Вставка®Функция® ®Математические®МОПРЕД

4) В появившемся диалоговом окне при помощи мышки ввести диапазон A1:B2

5) Нажать Enter, в ячейке G1 появится посчитанный определитель матрицы 4.

III. Сложение и вычитание матриц.

III.1. Даны матрицы и . Найти С=А+В.

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2, ввести матрицу в диапазон D1:E2

2) Выделить диапазон G1:H2 под новую матрицу

3) В Строке формул набрать =A1:B2+D1:E2

4) Нажать, удерживая, комбинация клавиш Ctrl+Shift+Enter, в диапазоне G1:H2 появится матрица

III.2. Получить матрицу С, вычитанием матрицы из .

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2, ввести матрицу B в диапазон D1:E2

2) В Строке формул при помощи мыши ввести =A1:B2-G1:H2

3) Нажать, удерживая, комбинация клавиш Ctrl+Shift+Enter, в диапазоне D1:E2 появится матрица

IV. Нахождение обратной матрицы. Получить обратную матрицу A^-1, .

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2

2) Выделить диапазон D4:E5 под новую матрицу

3) В основном меню Вставка®Функция®Математические®МОБР

4) В появившемся диалогом окне в поле Массив ввести диапазон А1:В2

5) Нажать, удерживая, комбинация клавиш Ctrl+Shift+Enter, в диапазоне D4:E5 появится матрица

V. Умножение матриц. Получить матрицу С, умножив матрицы и , т.е. С=А*В.

1) Ввести матрицу А в диапазон А1:В2, ввести матрицу В в диапазон D1:E2

2) Выделить диапазон А4:В5 под новую матрицу

3) В основном меню Вставка®Функция ® ®Математические®МУМНОЖ

4) В появившемся диалогом окне в поле Массив1 ввести диапазон А1:В2, в поле Массив2 ввести диапазон D1:E2

5) Нажать, удерживая, комбинация клавиш Ctrl+Shift+Enter, в диапазоне A4:B5 появится матрица

Пример 3. Решить систему линейных алгебраических уравнений матричным методом: .

Оформление на компьютере:

 

Глоссарий

1. Объект и предмет информатики

Информатика – научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Первоначально информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют создавать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

Объектом информатики являются как сами электронно-вычислительные машины (ЭВМ), так и основанные на них и телекоммуникационной технике информационные системы (ИС) различного класса и назначения.

Информационная система – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Электронно-вычислительная машина (ЭВМ, компьютер) – устройство или комплекс устройств, предназначенных для обработки информации.

Информатика изучает все стороны разработки, проектирования, создания, анализа и использования ЭВМ на практике.

Информационные технологии (ИТ) – это машинизированные способы обработки информации, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС).

Одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие «информационные ресурсы», толкование и обсуждение которого велось, когда начали говорить о переходе к информационному обществу.

Информационные ресурсы (ИР) – совокупность накопленной информации, зафиксированной на материальных носителях в любой форме, обеспечивающей ее передачу во времени и пространстве для решения научных, производственных, управленческих и других задач.

Средство превращения знаний в информационный ресурс общества – это информационные технологии, ставшие новым движущим фактором и главной ценностью современного общества. Но возникли и сложные проблемы, относящиеся к роли, механизму функционирования, социальным последствиям использования ИР. Для их решения и появилась новая наука — информатика.

Предметом информатики как фундаментальной науки является информационный ресурсы – его сущность, законы функционирования, механизмы взаимодействия с другими ресурсами общества и воздействия на социальный прогресс.

Таким образом, предмет информатики является информационный ресурс как симбиоз знания и информации. Он выступает в качестве предмета новой науки с содержательной, формально-математической и технической стороны. Необходимо разграничивать предмет информатики как фундаментальной науки, ее объект и инструментарий, основанные на ЭВМ — вычислительные системы, программы, сети связи и т.д. Без ЭВМ нет информатики, но нельзя объявлять информатику наукой об ЭВМ. Конечно, практическая необходимость в информатике возникла в связи с появлением и активным использованием ЭВМ. Но в процессе развития основным понятием информатики стал информационный ресурс, его социальная полезность и отдача.

Перечислим наиболее важные реализации информационных технологий:

Автоматизированные системы управления (АСУ) – комплекс технических и программных средств, которые во взаимодействии с человеком организуют управление объектами в производстве или общественной сфере. Например, в образовании используются системы АСУ-ВУЗ.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) – например, такая система управляет работой станка с числовым программным управлением (ЧПУ), процессом запуска космического аппарата и т.д.

Автоматизированная система научных исследований (АСНИ) – программно-аппаратный комплекс, в котором научные приборы сопряжены с компьютером, вводят в него данные измерений автоматически, а компьютер производит обработку этих данных и представление их в наиболее удобной для исследователя форме.

Автоматизированная обучающая система (АОС) – системы, помогающие учащимся осваивать новый материал, производящие контроль знаний, помогающие преподавателям готовить учебные материалы и т.д.

Система автоматизированного проектирования (САПР) – программно-аппаратный комплекс, который во взаимодействии с человеком (конструктором, инженером-проектировщиком, архитектором и т.д.) позволяет максимально эффективно проектировать механизмы, здания, узлы сложных агрегатов и др.

Упомянем также диагностические системы в медицине, системы организации продажи билетов, системы ведения бухгалтерско-финансовой деятельности, системы обеспечения редакционно-издательской деятельности – спектр применения информационных технологий чрезвычайно широк.

1.2. Структура современной информатики

Каждая из составных частей информатики может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике – все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.

Теоретическая информатика – часть информатики, состоящая из ряда математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает в себя разделы: теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.

Вычислительная техника – раздел информатики, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне так называемой архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области – неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.

Программирование – раздел информатики, связанный с разработкой систем программного обеспечения. Здесь отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка операционных систем (пример – операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – системы обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.

Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. В связи с этим возникла проблема поиска, сортировки и обработки огромных потоков информации, для этого необходимо принципиальные теоретические обоснования. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне — справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер 09.

Искусственный интеллект – область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Как научить компьютер мыслить подобно человеку? Поскольку мы далеко не все знаем о том, как мыслит человек, исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления разработок в этой области – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие. От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы, как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое общение и станет более эффективным.

2. Структура программного обеспечения

2.1. Разновидности программ для компьютеров

ЭВМ – это универсальные устройства для обработки информации. В отличие от телефона, магнитофона или телевизора, осуществляющих только заранее заложенные в них функции, персональные компьютеры выполняют любые действия по обработке информации. Для этого необходимо составить для компьютера на понятном ему языке точную и подробную последовательность инструкций (т.е. программу), как надо обрабатывать информацию. Сам по себе компьютер не обладает знаниями ни в одной области своего применения, все эти знания сосредоточены в выполняемых на компьютере программах.

Меняя программы для компьютера, можно превратить его в рабочее место бухгалтера, конструктора или юриста, редактировать на нем документы, верстать газету или играть в какую-нибудь игру. При своем выполнении программы могут использовать различные устройства компьютера для ввода и вывода данных, подобно тому, как человеческий мозг пользуется органами чувств для получения и передачи информации.

Таким образом, для эффективного использования компьютера необходимо знать назначение и свойства необходимых при работе с ним программ.

Разделить программы работы на компьютере можно на три категории:

o системные;

o прикладные;

o инструментальные системы (системы программирования).

 

2.2. Системные программы

Системные программы – это программы, обеспечивающие взаимодействие человека с компьютером, делающие эффективным взаимодействие различных устройств компьютера, выполняющие проверку работоспособности устройств компьютера, различные действия с информацией. Число всех разновидностей системных программ очень велико, кратко рассмотрим основные из них.

Операционная система (ОС) – программные средства, обеспечивающие управление выполнением программ и способные реализовать функции управления вводом-выводом, управления данными и т.д.

Операционная система осуществляет диалог с пользователем, управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т.д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.