Москва - Санкт-Петербург - Нижний Новгород - Воронеж

Ростов-на-Дону - Екатеринбург - Самара - Новосибирск

Киев - Харьков - Минск

ББК 32.973.233я7 УДК 004.3(075) М15

Макарова Н. В., Волков В. Б.

М15 Информатика: Учебник для вузов.— СПб.: Питер, 2011. — 576 с: ил.

ISBN 978-5-496-00001-7

В учебнике в соответствии с требованиями государственных образовательных стандартов в трех разделах представлен материал по основным направлениям информатики. В разделе «Информатика как область интеграции знаний» дается представление о роли информации в развитии общества, об управлении знаниями, о логических основах построения компьютера, о методах и средствах мо­делирования, об основах построения баз данных и информационных системах, об информационной безопасности, о менеджменте информационной сферы. В разделе «Техническая база информатики» приведена информация об аппаратной части компьютера, о компьютерных сетях, рассматривается история и тенденции развития компьютерных систем. В разделе «Алгоритмическое и программное обеспечение информатики» излагаются основы теории алгоритмов и технологии программирования, приводится классификация программного обеспечения и характеристики разных классов программ­ных продуктов.

Рекомендован Учебно-методическим объединением по университетскому политехническому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров «Системный анализ и управление» и «Экономика и управ­ление».

Учебник также может быть использован для подготовки студентов следующих направлений: гу­манитарные науки, социальные науки, естественные науки, культура и искусство, образование и педагогика, здравоохранение.

ББК32.973.233я7 УДК 004.3(075)

Все права защищены. Никакая часть данной книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме без письменного разрешения владельцев авторских прав.

Информация, содержащаяся в данной книге, получена из источников, рассматриваемых издательством как надежные. Тем не менее, имея в виду возможные человеческие или технические ошибки, издательство не может гарантировать абсолютную точность и полноту приводимых сведений и не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

ISBN 978-5-496-00001 -7 © Макарова Н. В., 2011

© Волков В. Б., 2011 © ООО Издательство «Питер», 2011

Оглавление

Предисловие................................................................................................................................ 13

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ. ИНФОРМАТИКА КАК ОБЛАСТЬ ИНТЕГРАЦИИ ЗНАНИЙ.............. 15

Глава 1. Представление об информации....................................................................... 17

1.1. Понятие информации............................................................................................................ 17

1.1.1. Определение информации................................................................................................. 17

1.1.2. Информация и данные....................................................................................................... 18

1.1.3. Адекватность информации................................................................................................. 19

1.2. Меры информации................................................................................................................. 20

1.2.1. Синтаксическая мера информации.................................................................................... 20

1.2.2. Семантическая мера информации..................................................................................... 22

1.2.3. Прагматическая мера информации.................................................................................... 23

 

1.3. Качество информации........................................................................................................... 25

1.4. Информационные процессы............................................................................................... 27

1.5. Кодирование при передаче и хранении информации............................................ 29

1.6. Основы классификации и структурирования информации........................................ 31

 

1.6.1. Иерархическая система классификации........................................................................... 33

1.6.2. Фасетная система классификации..................................................................................... 35

1.6.3. Дескрипторная система классификации............................................................... 36

1.6.4. Классификация информации по разным признакам....................................................... 37

1.7. Кодирование при классификации информации......................................................... 41

1.7.1. Общие понятия.................................................................................................................. 41

1.7.2. Классификационное кодирование...................................................................................... 41

1.7.3. Регистрационное кодирование......................................................................................... 43

Вопросы для самопроверки........................................................................................................ 43

Литература..................................................................................................................................... 44

Глава 2. Роль информации в развитии общества........................................................... 45

2.1. Информатизация общества.............................................................................................. 45

2.1.1. Представление об информационном обществе............................................................... 45

2.1.2. Роль информатизации в развитии общества..................................................................... 50

2.1.3. Опыт информатизации и перспективные идеи................................................................. 53

2.1.4. Роль средств массовой информации................................................................................. 54

2.1.5. Об информационной культуре.......................................................................................... 55

2.2. Информационный потенциал общества......................................................................... 57

2.2.1. Информационные ресурсы................................................................................................ 57

2.2.2. Информационные продукты и услуги............................................................................... 59

2.2.3. Рынок информационных продуктов и услуг........................................................................ 62

Оглавление

2.3. Информатика — предмет и задачи............................................................................... 70

2.3.1. Появление и развитие информатики................................................................................. 70

2.3.2. Структура информатики.................................................................................................. 72

Вопросы для самопроверки........................................................................................................ 74

Литература..................................................................................................................................... 75

Глава 3. Теоретические основы управления знаниями............................................... 76

3.1. Управление знаниями....................................................................................................... 76

3.1.1. Общее представление об управлении знаниями........................................................... 76

3.1.2. Модель жизненного цикла управления знаниями.............................................................. 79

 

3.2. Данные, информация и знания.......................................................................................... 79

3.3. Модели представления знаний....................................................................................... 81

 

3.3.1. Семантические сети............................................................................................................ 82

3.3.2. Фреймы........................................................................................................................ 84

3.3.3. Формальные логические модели........................................................................................ 85

3.4. Системы, основанные на знаниях................................................................................... 86

3.4.1. Экспертные системы.................................................................................................. 88

3.4.2. Нейронные сети.............................................................................................................. 91

3.4.3. Системы, основанные на прецедентах.............................................................................. 96

3.4.4. Системы, построенные на генетических алгоритмах......................................................... 98

3.4.5. Интеллектуальные агенты................................................................................................. 99

3.4.6. Системы добычи данных.................................................................................................. 100

3.5. Инженерия знаний............................................................................................................. 101

3.5.1. Получение знаний............................................................................................................. 102

3.5.2. Жизненный цикл и методология....................................................................................... 105

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 106

Литература................................................................................................................................... 107

Глава 4. Логические основы информатики..................................................................... 108

4.1. Представление о высказываниях и логических операциях..................................... 108

4.1.1. Понятие высказывания.................................................................................................. 108

4.1.2. Соглашения о языке алгебры высказываний................................................................... 110

4.1.3. Логические операции над высказываниями...................................................................... 110

4.2. Алгебра логики................................................................................................................... 113

4.2.1. Понятие формулы алгебры логики................................................................................... 113

4.2.2. Равносильные формулы алгебры логики....................................................................... 115

4.2.3. Основные равносильности.............................................................................................. 116

4.2.4. Равносильности, выражающие одни логические операции через другие...................... 116

4.2.5. Равносильности, выражающие основные законы алгебры логики.................................. 117

4.2.6. Решение логических задач методами алгебры логики..................................................... 117

4.2.7. Булева алгебра.................................................................................................................. 119

4.3. Построение коммутационных схем на основе алгебры логики............................... 121

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 124

Литература................................................................................................................................... 124

Глава 5. Информационные системы и технологии..................................................... 125

5.1. Основные сведения об информационных системах................................................. 126

5.1.1. Понятие информационной системы.............................................................................. 126

5.1.2. Этапы развития информационных систем...................................................................... 126

5.1.3. Процессы в информационной системе............................................................................ 127

5.1.4. Результаты внедрения информационных систем........................................................... 128

5.1.5. Роль структуры управления в информационной системе.............................................. 128

5.1.6. Персонал и прочие элементы организации..................................................................... 131

5.1.7. Примеры информационных систем................................................................................. 132

Оглавление

5.2. Структура и классификация информационных систем........................................... 133

5.2.1. Структура информационной системы.............................................................................. 133

5.2.2. Классификация информационных систем по признаку

структурированности задач.............................................................................................. 138

5.2.3. Классификация информационных систем по функциональному признаку

и уровням управления...................................................................................................... 141

5.2.4. Прочие варианты классификации информационных систем........................................ 147

5.3. Основные сведения об информационных технологиях............................................ 149

5.3.1. Понятие информационной технологии............................................................................ 149

5.3.2. Инструментарий информационной технологии............................................................... 150

5.3.3. Соотношение между информационными технологиями и системами.......................... 151

5.3.4. Составляющие информационной технологии................................................................. 152

5.3.5. Использование информационных технологий................................................................. 153

5.4. Виды информационных технологий.......................................................................... 155

5.4.1. Информационная технология обработки данных........................................................... 155

5.4.2. Информационная технология управления....................................................................... 157

5.4.3. Автоматизация офиса..................................................................................................... 159

5.4.4. Информационная технология поддержки принятия решений........................................ 161

5.4.5. Информационная технология экспертных систем......................................................... 164

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 166

Литература................................................................................................................................... 167

Глава 6. Теория баз данных................................................................................................. 169

6.1. Общие понятия..................................................................................................................... 169

6.1.1. Компоненты среды функционирования СУБД................................................................. 171

6.1.2. Классификация СУБД....................................................................................................... 173

6.1.3. Функции СУБД................................................................................................................... 176

6.2. Модели данных..................................................................................................................... 178

6.2.1. Классификация моделей данных...................................................................................... 178

6.2.2. Термины и определения................................................................................................ 180

6.2.3. Модель «сущность-связь»................................................................................................. 181

6.3. Реляционные базы данных............................................................................................... 185

6.3.1. Реляционная модель данных......................................................................................... 185

6.3.2. Правила Кодда................................................................................................................ 186

6.3.3. Ключи и связи.................................................................................................................. 188

6.3.4. Ссылочная целостность................................................................................................... 190

6.3.5. Нормализация данных..................................................................................................... 190

6.3.6. Язык SQL........................................................................................................................... 192

6.3.7. Преимущества и недостатки реляционной модели...................................................... 194

6.4. Постреляционные модели и базы данных................................................................ 196

6.4.1. Основные понятия OODM.............................................................................................. 197

6.4.2. Преимущества OODM.................................................................................................... 197

6.4.3. Недостатки OODM......................................................................................................... 198

6.5. Проектирование баз данных..........,................................................................................. 198

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 200

Литература................................................................................................................................... 201

Глава 7. Основы моделирования....................................................................................... 202

7.1. Представление о назначении и особенностях моделирования.......................... 202

7.1.1. Понятия модели и моделирования................................................................................ 202

7.1.2. Компьютерное моделирование....................................................................................... 204

7.1.3. Параметры модели........................................................................................................... 205

7.2. Классификация моделей.................................................................................................... 207

7.2.1. Классификация моделей по назначению......................................................................... 207

7.2.2. Классификация моделей по уровню моделирования....................................................... 208

6 Оглавление

7.2.3. Классификация моделей по принадлежности к иерархическому уровню........................ 209

7.2.4. Классификация моделей по характеру взаимоотношений со средой............................. 210

7.2.5. Классификация моделей по способу представления свойств объекта........................... 210

7.2.6. Классификация моделей по причинной обусловленности............................................ 211

7.2.7. Классификация моделей по отношению ко времени....................................................... 212

7.2.8. Классификация моделей по сфере применения............................................................. 212

7.2.9. Классификация моделей по методологии применения................................................... 213

7.2.10. Классификация моделей по способу представления 214

7.3. Основные этапы компьютерного моделирования...................................................... 216

7.3.1. Постановка задачи и анализ объекта моделирования.................................................... 217

7.3.2. Разработка (формализация и синтез) модели................................................................. 218

7.3.3. Проведение компьютерного эксперимента.......................................................... 218

7.3.4. Анализ результатов моделирования................................................................................ 219

7.4. Основы имитационного моделирования.................................................................... 219

7.4.1. Особенности имитационного моделирования................................................................. 220

7.4.2. Подходы к имитационному моделированию.................................................................. 221

7.4.3. Этапы имитационного моделирования........................................................................... 222

7.5. Программные среды моделирования............................................................................ 224

7.5.1. Характеристика систем имитационного моделирования............................. 224

7.5.2. AnyLogic — универсальная среда имитационного моделирования................................. 227

7.5.3. Моделирование бизнес-процессов......................................................................... 228

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 232

Литература................................................................................................................................... 234

Глава 8. Информационная безопасность........................................................................ 235

8.1. Основные положения, понятия и определения.......................................................... 236

8.2. Виды угроз в информационной сфере......................................................................... 237

8.3. Внутренние и внешние источники угроз........................................................................ 239

8.4. Организационно-правовое обеспечение информационной безопасности........ 240

8.5. Государственная система правового обеспечения защиты информации

в Российской Федерации.................................................................................................. 241

8.6. Угрозы в информационных системах........................................................................... 243

8.6.1. Нарушения конфиденциальности................................................................................. 243

8.6.2. Нарушения достоверности.............................................................................................. 244

8.6.3. Нарушения целостности................................................................................................ 244

8.6.4. Нарушения доступности................................................................................................ 244

8.6.5. Классификация угроз информации.................................................................................. 244

8.7. Защита информации в информационных системах.................................................. 246

8.7.1. Требования к защите информации................................................................................ 246

8.7.2. Способы и средства защиты информации...................................................................... 249

8.7.3. Системы защиты информации........................................................................................ 251

8.8. Государственные стандарты по информационной безопасности.................... 253

8.8.1. Стандарты общего назначения........................................................................................ 253

8.8.2. Стандарты по криптографической защите...................................................................... 256

8.8.3. Стандарты информационной безопасности в кредитно-финансовой сфере................ 256

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 257

Литература................................................................................................................................... 257

Глава 9. Менеджмент информационной сферы........................................................... 259

9.1. Становление информационного менеджмента.......................................................... 260

9.2. Основные понятия информационного менеджмента................................................ 261

9.3. Международные и российские стандарты в сфере информационного
менеджмента......................................................................................................................... 265

 

9.3.1. Стандарт ITIL..................................................................................................................... 265

9.3.2. Стандарт CobiT................................................................................................................. 268

Оглавление

9.3.3. Стандарт MOF................................................................................................................... 269

9.3.4. Стандарт ISO 20000:2005 и его отечественная адаптация —

ГОСТ Р ИСО/МЭК 20000.................................................................................................. 270

9.3.5. Стандарт ISO/IEC 38500:2008........................................................................................... 272

9.4. Информационный менеджмент как управление
информационно-технологическими услугами.............................................................. 273

9.5. Информационный менеджмент как товар (аутсорсинг)............................................ 275

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 277

Литература................................................................................................................................... 278

ЧАСТЬ ВТОРАЯ. ТЕХНИЧЕСКАЯ БАЗА ИНФОРМАТИКИ............................................. 279

Глава 10. Аппаратная часть компьютера.................................................................. 281

10.1. Обобщенная структура компьютера............................................................................. 281

10.2. Устройства ввода................................................................................................................ 284

10.3. Устройства вывода............................................................................................................. 288

 

10.3.1. Мониторы........................................................................................................................ 288

10.3.2. Принтеры........................................................................................................................ 291

10.3.3. Устройства вывода звука................................................................................................. 294

10.3.4. Другие устройства вывода.............................................................................................. 295

 

10.4. Материнская плата............................................................................................................ 296

10.5. Память компьютера........................................................................................................... 296

 

10.5.1. Внутрипроцессорная память........................................................................................ 297

10.5.2. Оперативная память....................................................................................................... 299

10.5.3. Постоянная память......................................................................................................... 300

10.5.4. Дисковая память и флэш-память.................................................................................... 300

10.6. Центральный процессор.................................................................................................. 301

10.6.1. Классификация процессоров.......................................................................................... 301

10.6.2. Работа центрального процессора.................................................................................. 302

10.6.3. Структура центрального процессора............................................................................. 303

10.6.4. Пути повышения производительности центрального процессора................................ 305

10.7. Системный блок.................................................................................................................. 306

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 308

Литература................................................................................................................................... 309

Глава 11. Представление данных в компьютере........................................................ 310

11.1. Форма представления данных в компьютере.......................................................... 310

11.1.1. Общее представление.................................................................................................... 310

11.1.2. Числовые данные............................................................................................................ 312

11.1.3. Символьные данные....................................................................................................... 314

11.1.4. Мультимедийные данные............................................................................................. 317

11.1.5. Служебные данные........................................................................................................ 320

11.2. Системы счисления......................................................................................................... 320

11.2.1. Определение и классификация..................................................................................... 320

11.2.2. Перевод из одной Р-ичной системы счисления в другую.............................................. 323

11.2.3. Выполнение арифметических операций....................................................................... 326

Вопросы для самопроверки...................................................................................................... 328

Литература................................................................................................................................... 329