Информатика : информационные технологии

№ 1264

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Кафедра инженерной кибернетики

Информатика

Информационные технологии

Учебное пособие

Рекомендовано редакционноиздательским
советом университета

Москва   Издательский Дом МИСиС
2009

 

УДК 004.7 
 
И74 

Р е ц е н з е н т  
канд. техн. наук, доц. А.П.  Смирнов 

Авторы: Г.И. Светозарова, О.В. Андреева, Г.С. Крынецкая, 
А.С. Кожаринов 

И74  
Информатика: Информационные технологии: Учеб. пособие / 
Г.И. Светозарова, О.В. Андреева, Г.С. Крынецкая, А.С. Кожаринов. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2009. – 144 с. 

Рассматриваются основные аспекты компьютерных технологий, включая 
программное обеспечение, использование пакетов программ для реализации 
информационных технологий, разработку алгоритмов и современные технологии программирования, а также вопросы объектно-ориентированного программирования, технологии компьютерного моделирования и коммуникационные технологии. 
Соответствует учебным планам и программе курса «Информатика», а 
также требованиям Государственного образовательного стандарта. 
Предназначено для студентов I курса всех специальностей, а также для 
всех, кто интересуется информационными технологиями.  

© Государственный технологический  
университет «Московский институт 
стали и сплавов» (МИСиС), 2009 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие..............................................................................................4 
1. Программные средства реализации информационных 
процессов. Базы данных........................................................................5 
1.1. Понятие системного и служебного (сервисного) 
программного обеспечения: назначение, возможности, 
структура. ..............................................................................................5 
1.2. Файловая структура операционных систем. 
Операции с файлами.............................................................................8 
1.3. Технологии обработки графической информации...................16 
1.4. Средства электронных презентаций ..........................................26 
1.5. Основы баз данных и баз знаний ...............................................44 
2. Алгоритмизация и программирование. Технологии 
программирования. Языки программирования высокого 
уровня .....................................................................................................51 
2.1. Объектно-ориентированное программирование ......................51 
2.2. Интегрированные среды программирования ..........................56 
2.3. Понятие о структурном программировании .............................59 
2.4. Эволюция, классификация и основные понятия 
языков программирования.................................................................75 
3. Локальные и глобальные сети ЭВМ. Методы защиты 
информации...........................................................................................83 
3.1. Локальные вычислительные сети ..............................................83 
3.2. Основные сетевые службы, приложения сети Интернет.......102 
3.3. Защита информации в сети Интернет......................................108 
4. сновы моделирования....................................................................113 
4.1. Понятие модели и моделирования...........................................113 
4.2. Основные классы моделей и видов моделирования...............118 
4.3. Информационные модели.........................................................130 
Библиографический список .............................................................134 
Приложение. Примеры вопросов для интернет-экзамена...............135 
 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Курс «Информатика» включает в себя шесть основных разделов: 
1. Общая характеристика информационных процессов. 
2. Технические средства реализации информационных процессов. 
3. Программные средства реализации информационных процессов. 
4. Модели решения вычислительных задач. 
5. Алгоритмизация и программирование. 
6. Глобальные и локальные компьютерные сети. 
Разделы 1–2 рассматриваются в учебном пособии М.С. Бесфамильного «Информатика: Технические средства информационных 
процессов». В настоящем пособии рассматриваются разделы 3–6. 
Подготовленные пособия дополняют и расширяют лекционный 
курс, в котором в связи с его ограниченным объемом не могут быть 
подробно освещены все аспекты информатики. 
Для контроля знаний по курсу предусмотрены следующие мероприятия: тестирование по лекциям, тестирование и контрольные работы по лабораторным занятиям, зачеты и экзамены. Кроме этого, в конце обучения проводится Интернет-экзамен по всем разделам курса. 
Освоение материала лекционного курса, выполнение заданий в 
процессе обучения и изучение настоящего пособия и пособия, упомянутого выше, позволит успешно выполнить все контрольные мероприятия, включая Интернет-экзамен. В приложении приводятся 
примеры вопросов, предлагаемых на Интернет-экзамене, по разделам, рассмотренным в настоящем пособии. 

1. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ 
ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ. БАЗЫ ДАННЫХ 

1.1. Понятие системного и служебного 
(сервисного) программного обеспечения: 
назначение, возможности, структура 

Программное обеспечение (ПО) делится на три части: системное, 
программное обеспечение инструментальное (языки программирования) и прикладное (рис. 1.1).  

Программное 
обеспечение 

Системное
Инструментальное
Прикладное

Операционные

системы  

Автоматизация 
программирования

Программыоболочки 

Утилиты 

Трансляторы 

Компиляторы 

Интерпретаторы

Редакторы 

Basic 

Pascal 

С++  

Delphi 

Обработка текстов 

Обработка таблиц 

Обработка баз 
данных 

Работа с графикой 

Узкая ориентация 

Системы 
программирования

 

Рис. 1.1. Структура программного обеспечения компьютера 

К системному ПО относятся все программные средства, обеспечивающие организацию работы компьютера и управления его ресурсами: операционные системы, системные утилиты и др. 
Операционная система (ОС) – это комплекс специальных программных средств, предназначенных для управления загрузкой, запуском и выполнением других (пользовательских) программ, а также 
для планирования и управления вычислительными ресурсами ЭВМ. 
Операционная система является обязательным компонентом ПО, без 
нее компьютер работать не будет. 

В состав системного ПО входят также служебные (сервисные) 
программные средства. Их характеризует то, что, с одной стороны, 
они не входят в состав операционных систем, а с другой – предназначены для реализации служебных функций по управлению компьютером. Иными словами, сервисные программы – это вспомогательные инструменты, расширяющие и дополняющие функциональность 
операционных систем. Сервисные программы позволяют производить действия с устройствами компьютера (например, драйверы∗ 
внешних устройств), его памятью и файлами (например, архиваторы 
и антивирусные программы). Другими словами, сервисное программное обеспечение – это совокупность программных продуктов, 
предоставляющих пользователю дополнительные услуги в работе с 
компьютером и расширяющих возможности операционных систем. 
По функциональным возможностям сервисные средства можно подразделить на: 
• улучшающие пользовательский интерфейс; 
• защищающие данные от разрушения и несанкционированного 
доступа; 
• восстанавливающие данные; 
• ускоряющие обмен данными между диском и оперативным запоминающим устройством (ОЗУ); 
• средства архивации и разархивации; 
• антивирусные средства. 
По способу организации и реализации сервисные средства могут 
быть представлены: оболочками, утилитами и автономными программами. Разница между оболочками и утилитами зачастую выражается лишь в универсальности первых и специализации вторых.  
Системные утилиты (вспомогательные программы) облегчают 
работу пользователя при проверке, наладке и настройке персонального компьютера (ПК). Существует два альтернативных направления 
использования таких программ: интеграция с ОС и автономное функционирование. Первое, наиболее значительное, направление составляют так называемые системные утилиты, среди которых можно условно выделить следующие:  
■ сервисные, предназначенные для эффективной работы с периферийными устройствами и файлами в среде ОС;  

_________ 
∗ Драйвер – это программа, которая позволяет обеспечивать связь между ОС 
и внешним устройством. 

■ тестовые, предназначенные для оценки и диагностики параметров аппаратных и программных средств;  
■ утилиты загрузки шрифтов национального языка, в качестве дополнительных (к английскому) при работе с устройствами вводавывода (клавиатура, принтер и т.п.); 
■ интерфейсные оболочки данной ОС;  
■ антивирусы и т.д.  
Далее перечислены основные утилиты: 
• программы контроля, тестирования и диагностики, которые 
используются для проверки правильности функционирования устройств компьютера и для обнаружения неисправностей в процессе 
эксплуатации; указывают причину и место неисправности;  
• программы-драйверы, которые расширяют возможности операционной системы по управлению устройствами ввода-вывода, оперативной памятью и т.д.; с помощью драйверов возможно подключение к компьютеру новых устройств или нестандартное использование имеющихся;  
• программы-упаковщики (архиваторы), которые позволяют записывать информацию на дисках более плотно, а также объединять 
копии нескольких файлов в один архивный файл;  
• антивирусные программы, предназначенные для предотвращения заражения компьютерными вирусами∗ и ликвидации последствий заражения вирусами;  
• программы оптимизации и контроля качества дискового пространства;  
• программы восстановления информации, форматирования, 
защиты данных;  
• коммуникационные программы, организующие обмен информацией между компьютерами;  
• программы для управления памятью, обеспечивающие более 
гибкое использование оперативной памяти;  
• программы для записи информации на CD-ROM, CD-R и многие другие.  
Часть утилит входит в состав операционной системы, а другая 
часть функционирует независимо от нее, т.е. автономно. 

_________ 
∗ Компьютерный вирус – это специально написанная небольшая по размерам 
программа, которая может «приписывать» себя к другим программам для выполнения каких-либо вредных действий: портит файлы, «засоряет» оперативную память и 
т.д. 

1.2. Файловая структура операционных систем. 
Операции с файлами 

Понятие операционной системы 

Операционная система – это комплекс взаимосвязанных системных программ, назначением которых является организация взаимодействия пользователя с компьютером и выполнение всех других 
программ.  
Операционная система является связующим звеном между аппаратурой компьютера, с одной стороны, и выполняемыми программами, а также пользователем, с другой стороны. ОС обычно хранится 
во внешней памяти компьютера – на диске. При включении компьютера она считывается с дисковой памяти и размещается в ОЗУ. Этот 
процесс называется загрузкой операционной системы.  
Таким образом, операционная система представляет собой комплекс программных средств, который загружается при включении 
компьютера и обеспечивает: 
• загрузку в оперативную память и выполнение всех программ;  
• управление ресурсами компьютера (оперативной памятью, процессорным временем, файловой системой, внешними устройствами);  
• диалог пользователя с компьютером, предоставляя удобный 
способ взаимодействия (интерфейс). 
Интерфейс – это совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие устройств, программ и человека. В зависимости от субъектов взаимодействия интерфейс определяют как пользовательский, аппаратный, программный. Например, интерфейс между пользователем и программно-аппаратными средствами компьютера 
называют пользовательским интерфейсом, а между аппаратным и программным обеспечением – аппаратно-программным интерфейсом. 
В функции операционной системы входит:  
• осуществление диалога с пользователем;  
• ввод-вывод данных и управление ими;  
• планирование и организация процесса обработки программ;  
• распределение ресурсов (оперативной и кэш-памяти, процессора, внешних устройств);  
• запуск программ на выполнение;  
• всевозможные вспомогательные операции;  
• передача информации между различными внутренними устройствами;  

• программная поддержка работы периферийных устройств 
(дисплея, клавиатуры, дисковых накопителей, принтера и др.).  
Операционную систему можно назвать программным продолжением устройства управления компьютера. Она скрывает от пользователя сложные ненужные подробности взаимодействия с аппаратурой, 
образуя прослойку между ними. В результате этого люди освобождаются от очень трудоемкой работы по организации взаимодействия 
с аппаратурой компьютера. 
Операционная система для персонального компьютера, ориентированного на профессиональное применение, должна содержать следующие основные компоненты:  
• программы управления вводом-выводом;  
• программы, управляющие файловой системой и планирующие 
задания для компьютера;  
• процессор командного языка, который принимает, анализирует 
и выполняет команды, адресованные операционной системе.  
Каждая операционная система имеет свой командный язык, который позволяет пользователю выполнять те или иные действия:  
• обращаться к каталогу;  
• выполнять разметку внешних носителей;  
• запускать программы и др. 
Анализ и исполнение команд пользователя, включая загрузку готовых программ из файлов в оперативную память и их запуск, осуществляет командный процессор операционной системы.  
Для управления внешними устройствами компьютера используются специальные системные программы – драйверы. Драйверы 
стандартных устройств образуют в совокупности базовую систему 
ввода-вывода (BIOS), которая обычно заносится в постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) компьютера. 

Файловая система ОС 

Файл (file) – это место постоянного хранения информации: программ, данных для их работы, текстов, закодированных изображений, звуков и др.  
Файловая система – это средство для организации хранения 
файлов на каком-либо носителе.  
Файлы физически реализуются как участки памяти на внешних 
носителях – магнитных дисках, CD-ROM и др.  
Каждый файл занимает некоторое количество блоков дисковой 
памяти. Обычная длина блока – 512 байт.  

Обслуживает файлы специальный модуль операционной системы, 
называемый драйвером файловой системы. Каждый файл имеет имя, 
зарегистрированное в каталоге (папке) – оглавлении файлов.  
В различных файловых системах файлы могут описываться различными наборами параметров и характеристик. 
Основным атрибутом файла является его имя. Имя файла – это 
символьная строка, длина которой зависит от конкретной файловой 
системы. Так, в файловой системе FAT (File Allocation Table), используемой в MS DOS, длина имени файла не может превышать 11 
символов, 3 из которых предназначены для расширения. В ОС UNIX 
System V под имя файла отводится 14 символов, а в файловой системе NTFS (New Technology File System) для Windows NT – 255 символов. От файловой системы также зависит, какие символы могут использоваться в имени файла. Поскольку существуют различные файловые системы, перед разработчиками встает проблема обеспечения 
их совместимости. Например, система, позволяющая присваивать 
файлам длинные имена, должна уметь корректно преобразовывать их 
в короткие. К сожалению, пока не удалось решить проблему использования единственного имени файла в различных файловых системах. В первую очередь, это связано с различием наборов разрешенных символов в различных системах. 
В так называемых DOS-совместимых системах к файлу обращаются с помощью полного имени, которое состоит из пути последовательности имен каталогов, в которых содержится файл, разделенных 
символом «\»; собственно имени файла и расширения, которое является необязательным элементом и, как правило, информирует о типе 
данных, хранящихся в файле (некоторые стандартные типы файлов и 
их расширения приведены в таблице). Расширение отделяется от 
имени точкой. В качестве примера может быть приведено следующее 
имя файла: 

 
C:\DIR1\DIR2\DIR3\NAME.EXT 

Каталог доступен пользователю через командный язык операционной системы. Его можно просматривать, переименовывать зарегистрированные в нем файлы, переносить их содержимое на новое место и удалять. Он может иметь может иметь собственное имя и храниться в другом каталоге наряду с обычными файлами: так образуются иерархические файловые структуры. Пример такой структуры 
приведен на рис. 1.2.