Информатика

Е. Л. Федотова, А. А. Федотов
ИНФОРМАТИКА
КУРС ЛЕКЦИЙ
Рекомендовано Учебно-методическим Советом
Московского государственного института электронной техники
(Технический университет)
в качестве учебного пособия для студентов,
обучающихся по специальности «Биотехнические
и медицинские системы и аппараты», «Системы
автоматизированного проектирования»,
«Микроэлектроника и твердотельная электроника»,
«Нанотехнология в электронике» и др.
Москва
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2018

УДК 004(075.8)
ФЗ
Издание не подлежит маркировке
ББК 32.973я73
¹ 436-ФЗ
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11
Ф34
Рецензенты:
доктор технических наук, профессор кафедры информационных технологий
Института искусств и информационных технологий О. И. Лисов;
доктор технических наук, профессор кафедры информатики
и программного обеспечения вычислительных систем Московского
государственного института электронной техники Л. Г. Гагарина;
доктор педагогических наук, директор центра
образования ¹ 2045 Л. Ю. Круглова
Федотова Е.Л.
пособие  
Ф34
Информатика.  Курс  лекций :  у
 чеб.  
/  Е.Л.  Федотова,
— М. : ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. — 480 с. —
А.А. Федотов. 
(Высшее образование).
ISBN 978-5-8199-0448-0 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-004571-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102696-0 (ИНФРА-М, online)
Приведены базовые понятия в области информатики, описаны основные категории аппаратных и программных средств вычислительной техники, базовые принципы построения архитектур вычислительных систем.
Рассмотрены структурная организация данных и основы алгоритмизации,
виды программного обеспечения, классификации информационных технологий и систем, современные системы автоматизации документооборота и делопроизводства, основы построения систем искусственного интеллекта, геоинформационных систем, систем виртуальной реальности, а
также основы информационной безопасности.
Пособие предназначено для студентов высших технических учебных
заведений, изучающих дисциплину «Информатика», для преподавателей
и специалистов, работающих в этой сфере, а также для лиц, изучающих
данную предметную область самостоятельно.
УДК 004(075.8)
ББК 32.973я73
© Федотова Е. Л.,
Федотов А. А., 2016
ISBN 978-5-8199-0448-0 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 978-5-16-004571-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102696-0 (ИНФРА-М, online)
© ИД «ФОРУМ», 2016

Предисловие
Модернизация
высшего
профессионального
образования
оказывает влияние на организацию всей системы совершенствования образовательного процесса вуза, стимулирует поиски новых методов, средств, форм обучения, заставляет пересматривать
содержание и ценностные приоритеты высшего профессионального образования.
Основанием модернизации современной системы высшего
профессионального образования стала концепция образования
ЮНЕСКО «Образование на протяжении всей жизни»1. В качестве факторов, влияющих на модернизацию, называются глобализация, демократизация, информатизация, поляризация, регионализация образования и проблема формирования у студентов чувства национальной самоидентификации.
Развитие и включение в образовательные процессы синергетических представлений об открытости, изменяемости и необратимости мира, целостности и взаимосвязанности человека, природы и общества обусловливают переход от нормативного к открытому обучению, в центре которого находится человек с его
неповторимостью как постоянный источник стихийности, неупорядоченности, непредсказуемости и в то же время — источник развития, нелинейного сталирующего роста.
В условиях глобализации и ускорения научно-технического
развития с их новыми поставщиками образования, новыми учащимися и новыми формами обучения студентоцентрированное
обучение и мобильность помогут студентам сформировать компетенции, необходимые им на меняющемся рынке труда, и позволят стать активными и ответственными гражданами; возникает необходимость постоянно реформировать учебные программы, обеспечивать возможность высококачественных, гибких и
1 «Обучение на протяжении всей жизни» — на пути к реализации
целей программы ЮНЕСКО «Образование для всех». Пятая международная конференция, София, Болгария, 6—9 ноября 2002 г.

Предисловие
индивидуализированных образовательных траекторий, а также
повышать качество преподавания учебных дисциплин.
Особую роль в повышении качества образования призвана
сыграть его информатизация, понимаемая как создание педагогически
спроектированной
информационно-образовательной
среды высшего учебного заведения, подключенной к мировому
образовательному пространству и удовлетворяющей культурно-образовательные потребности современного специалиста.
Компетентностный подход к обучению специалистов становится основным средством фундаментализации образования на
современном этапе образования, позволяющим формировать общие виды деятельности у будущего специалиста, направленные
на «объяснения мира» в контексте изучаемого учебного предмета
или дисциплины.
Обучение в вузе нацелено на подготовку творческих выпускников, способных функционировать в обществе знаний и в полном объеме пользоваться преимуществами обучения в течение
всей жизни путем избрания соответствующих образовательных
траекторий.
Применение методов информатики и кибернетики как наук,
изучающих проблемы производства и обращения информации и
проблемы управления в информационной сфере, объясняется
необходимостью изучения физических особенностей и свойств
объектов информационных отношений — информации, информационных технологий и средств их обеспечения, информационных процессов и информационной безопасности.
Цель данного учебного пособия — помочь современному студенту научиться объединять теорию и практику в области профессиональной
подготовки,
понимать
важность
абстракции
и моделирования, приобретать знания в области информатики
и современных информационных технологий и систем, представлять научную картину мира в информационной парадигме, уметь
использовать аудиовизуальные, компьютерные и видеокомпьютерные технологии.
Пособие состоит из семнадцати лекций. В нем рассмотрены
базовые понятия в области информации, информатизации, информатики, информационных технологий и систем, синергетический подход в информатике и кибернетике, приведены основные принципы, методы и свойства информационных и коммуникационных технологий, обсуждаются прикладное программное

Предисловие
5
обеспечение и информационные ресурсы в профессионально-прикладной
деятельности,
прикладные
информационные
системы, системы искусственного интеллекта, системы виртуальной реальности, интернет-технологии, технология мультимедиа,
проблемы формирования профессионального информационного
пространства, вопросы информационной безопасности и защиты
информации и пр.
Актуальной задачей на сегодняшний день для крупных предприятий и корпораций в информационном плане является обеспечение надежного управления всем объемом разнородных данных, которые порождаются, хранятся и используются в различных информационных системах, существующих на предприятии
и связанных с информационной поддержкой продукции в течение ее жизненного цикла. Разнообразие задач, решаемых с помощью информационных систем, привело к появлению множества разнотипных систем, отличающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.
Пособие предназначено для студентов высших учебных заведений, изучающих дисциплину «Информатика», обучающихся
по специальности 200104 «Микроэлектроника и твердотельная
электроника», 010803 «Микроэлектроника и полупроводниковые
приборы», 210100 «Электроника и микроэлектроника», 230104
«Системы автоматизированного проектирования» и других специальностей технического профиля, желающих изучить базовые
основы информатики и современных информационных технологий, а также для преподавателей и специалистов, работающих в
данных предметных областях.
В конце каждой лекции даны контрольные вопросы, позволяющие определить качество усвоения материала.
Основное отличие данного пособия от аналогичных изданий
заключается в широте охвата предметной области. Материал
прошел апробацию в Московском государственном институте
электронной техники (Техническом университете), Московском
городском педагогическом университете, Институте государственного управления, права и инновационных технологий, Московском институте управления, Институте искусств и информационных технологий.

Лекция 1
ИНФОРМАТИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВА
1.1. Роль информации в истории развития
цивилизации
Информация — это фундаментальное научное понятие. Оно
широко используется и в науке, и в повседневной жизни.
В настоящее время не существует единого определения термина «информация». В различных областях знания данное понятие описывается своим специфическим набором признаков. Например, «информация» может трактоваться как совокупность
данных, зафиксированных на материальном носителе, сохраняемых и распространяемых во времени и пространстве.
Информация (от лат. Informatio — осведомление, разъяснение, изложение, от лат. informare — придавать форму) в широком
смысле — абстрактное понятие, имеющее множество значений
в зависимости от контекста. В узком смысле этого слова — сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления.
Можно выделить три подхода к определению понятия «информация»: антропоцентрический, техноцентрический и недетерминированный
Антропоцентрический подход состоит в том, что информацию
отождествляют со сведениями или фактами, которые могут быть
получены и усвоены, т. е. преобразованы в знания (например, такой подход применяется в российском законодательстве). Недостатки антропоцентрического подхода заключаются в том, что в
его рамках невозможно найти адекватного объяснения генетической информации живой природы и абстрактной информации,
не имеющей соответствующего отображения в природе и обще

1.1. Роль информации в истории развития цивилизации
7
стве. С такой информацией имеют дело теология, идеалистическая философия, некоторые разделы математики. Антропоцентрический подход до последнего времени широко применялся в
области правовых и общественных наук. Однако в связи с широким внедрением вычислительной техники (ВТ) и информатики
все чаще раскрываются его недостатки. Например, подход к информации только как к сведениям не позволяет адекватно интерпретировать такие информационные объекты, как компьютерные программы. В пассивном состоянии (в момент создания,
распространения) компьютерная программа — это действительно
набор сведений. Их можно просмотреть, размножить, распечатать, т. е. перевести в другую форму, а также усвоить как знания.
В активном состоянии, при работе на компьютере, т. е. во время
взаимодействия с аппаратным методом, компьютерная программа — это не совокупность сведений, а совокупность команд, т. е.
это программный метод.
Техноцентрический подход заключается в том, что информацию представляют как данные, которые не во всех случаях можно
считать информацией (например, в Интернете одни и те же данные, передаваемые сервером, могут интерпретироваться клиентом как разная информация в зависимости от того, какими аппаратно-программными методами он располагает и как они настроены). По компьютерным сетям передаются только данные,
компьютеры обрабатывают только данные, в базах данных хранятся тоже только данные. Станут ли эти данные информацией и
если да, то какой, — зависит не только от данных, но и от многочисленных аппаратных, программных и естественных методов.
Одни и те же данные, хранящиеся в базе, могут интерпретироваться как различная информация в результате специального
программного средства СУБД (системы управления базой данных). На примере средств криптографии и средств для работы с
электронно-цифровой подписью мы увидим, что данные становятся информацией только у тех лиц, которые обладают соответствующими правами. В российском законодательстве мы не находим явных признаков техноцентрического подхода, но они имеются в законодательствах других государств, например Германии.
В частности, такие понятия, как «информация», «доступ к информации», «модификация информации», во всех случаях, когда речь
идет об эксплуатации технических систем, представляются как
«данные», «доступ к данным», «модификация данных».

Лекция 1. Информатизация общества
Недетерминированный подход состоит в отказе от определения
информации на том основании, что это понятие является фундаментальным, как, например, материя и энергия. В частности, мы
не найдем определения информации в «Законе о государственной тайне» и в «Законе о средствах массовой информации», хотя
и в том, и в другом правовом акте это понятие используется.
Отсутствие определения использованного понятия — это не
недосмотр законодателя. Во многих случаях отказ от определения информации является традиционным. В лучшем случае информацию рассматривают как содержательную часть данных,
интерпретируемых человеком (синтез антропоцентрического и
техноцентрического подходов).
Следовательно, информация — это совокупность знаний о
фактических данных и зависимостях между ними. Выделяют три
фазы существования информации:

 ассимилированная информация (представление сообщений
в сознании человека, наложенное на систему его понятий и
оценок);

 документированная информация (сведения, зафиксированные в знаковой форме на физическом носителе);

 передаваемая информация (сведения, рассматриваемые в
момент передачи информации от источника к приемнику).
В дальнейшем будем рассматривать только документированную и передаваемую информацию.
Итак, информация — это новые сведения, позволяющие
улучшить процессы, связанные с преобразованием вещества,
энергии и самой информации. Информация неотделима от процесса информирования, поэтому необходимо рассматривать источник информации и потребителей информации. Информацией
являются сведения, расширяющие запас знаний конечного потребителя.
В практическом смысле, понятном каждому, определение
информации дал С. И. Ожегов1:
информация — это:
1. Сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах.
2. Сообщения, осведомляющие о положении дел, о состоянии чего-либо.
1 Ожегов С. И. Словарь русского языка. 22-е изд., 1990.

1.1. Роль информации в истории развития цивилизации
9
До середины 20-х годов ХХ в. под информацией (в переводе
с лат. — ознакомление, разъяснение, изложение) действительно
понимались «сообщения и сведения», передаваемые людьми
устным, письменным или другим способом. Впервые в научный обиход это понятие ввел в 1929 г. физик Д. Сциллард
для характеристики уровня организации термодинамической
системы.
Свойства информации. Качество информации — степень ее
соответствия нуждам потребителей. Свойства информации являются относительными, так как зависят от нужд потребителя информации. Выделяют следующие свойства, характеризующие качество информации:

 объективность информации характеризует ее независимость от чьего-либо мнения или сознания, а также от методов получения. Более объективна та информация, в которую методы получения и обработки вносят меньший элемент субъективности;

 полнота — информацию можно считать полной, когда она
содержит минимальный, но достаточный для принятия
правильного решения набор показателей. Как неполная,
так и избыточная информация снижает эффективность
принимаемых на ее основании решений;

 достоверность — свойство информации быть правильно
воспринятой. Объективная информация всегда достоверна,
но достоверная информация может быть как объективной,
так и субъективной;

 адекватность — степень соответствия реальному объективному состоянию дела;

 доступность информации — мера возможности получить ту
или иную информацию;

 актуальность информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени;

 эмоциональность — свойство информации вызывать различные эмоции у людей. Это свойство информации используют производители медиаинформации. Чем сильнее
вызываемые эмоции, тем больше вероятности обращения
внимания и запоминания информации.
С середины ХХ в. информация определяется как общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом; передачу призна

Лекция 1. Информатизация общества
ков от клетки к клетке, от организма к организму (генетическая
информация).
Также научное определение информации дается, если предположить, что информация — это динамический объект, не существующий в природе сам по себе, а образующийся в ходе взаимодействия данных и методов. Он существует ровно столько,
сколько длится это взаимодействие, а все остальное время пребывает в виде данных.
Информация на пути от источника к потребителю проходит
через ряд преобразователей — кодирующие и декодирующие
устройства, вычислительную машину, обрабатывающую информацию по определенному алгоритму, и т. д.
На промежуточных стадиях преобразования смысловые свойства сообщений отступают на второй план ввиду отдаленности
потребителя, поэтому понятие «информация» заменяется более
общим понятием «данные». Данные представляют собой набор
утверждений, фактов и/или чисел, лексически и синтаксически
взаимосвязанных.
Информация — продукт взаимодействия данных и методов,
рассмотренный в контексте этого взаимодействия. В этом определении не говорится о форме, в которой представлены данные, она
может быть абсолютно любой. Если данные графические, а метод
взаимодействия — наблюдение, то образуется визуальная информация. Если данные текстовые или речевые, а метод их потребления — чтение или прослушивание, образуется текстовая информация.
Контекстный метод — это такой метод, который является
общепринятым для работы с данными определенного типа. Этот
метод должен быть известен как создателю данных, так и потребителю информации. Для иллюстраций (графических данных)
контекстным является метод наблюдения, основанный на зрении, — графическая или визуальная информация. Для текстовых
данных подразумевается контекстный метод чтения, основанный на зрении и на знании языка и азбуки. Для данных, представленных радиоволнами, контекстными являются аппаратные
методы преобразования данных и потребления информации с
помощью радиоприемника или телевизора — телевизионная информация, информационная программа, информационный выпуск и т. п. Для данных, представленных в числовой форме и
хранящихся в виде сигналов, зарегистрированных на магнитных