Информационные технологии в профессиональной деятельности

СРЕДНЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Серия основана в 2001 году






Е.Л. Федотова


ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ




Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по группе специальностей «Информатика и вычислительная техника»




znanium.com
электронно-библиотечная система

Москва
ИД «ФОРУМ» - ИНФРА-М
2024

УДК  004(075.32) 
ББК 32.973я723 
 
Ф34
Р е ц е н з е н т ы:
А.В. Барышев, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и программного обеспечения вычислительной техники 
МГИЭТ (ТУ);
Л.И. Матына, кандидат технических наук, директор Колледжа 
электроники и информатики 
Федотова Е.Л.
Ф34  
Информационные технологии в профессиональной деятельности : учебное пособие / Е.Л. Федотова. — Москва : ИД «ФОРУМ» : 
ИНФРА-М, 2024. — 367 с. — (Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-8199-0752-8 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013597-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106258-6 (ИНФРА-М, online)
Приведены базовые понятия в области информации, информационных 
технологий и систем, основные принципы, методы и свойства информационных и коммуникационных технологий. Рассмотрены прикладное 
программное обеспечение и информационные ресурсы, интегрированные 
информационные системы. Особое внимание уделено интеллектуальным 
информационным технологиям — одному из наиболее перспективных 
и быстро развивающихся научных и прикладных направлений информатики.
Для студентов средних специальных учебных заведений, изучающих 
дисциплины «Информационные технологии», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», обучающихся по специальности 11.02.13 «Твердотельная электроника», а также для преподавателей 
и специалистов, работающих в данных предметных областях.
УДК 004(075.32) 
ББК 32.973я723 
ISBN 978-5-8199-0752-8 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013597-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106258-6 (ИНФРА-М, online)
© Федотова Е.Л., 2015
© ИД «ФОРУМ», 2015

Предисловие
В рамках российской государственной информационной политики созданы все предпосылки для формирования единого информационного пространства России, а также для ее вхождения
в мировое информационное пространство. Важным фактором
является обеспечение информационной безопасности личности,
общества и государства, формирование демократически ориентированного массового сознания, становление отрасли информационных услуг, расширение правового поля регулирования общественных отношений, в том числе связанных с получением,
распространением и использованием информации. Все это вызывает острую потребность в квалифицированных специалистах,
обладающих знаниями в области современных информационных
технологий, владеющих навыками работы с компьютером, умеющих формировать собственное информационное пространство, используя современные информационно-коммуникационные
средства.
Разработка и внедрение в процесс обучения информационно-компьютерных технологий, кардинальное техническое переоснащение высших учебных заведений, совершенствование методов преподавания и форм учебной работы со студентами потребовали координации и системного согласования обширного
потока информации, с которой студенты сталкиваются в процессе обучения. Переход к рыночным отношениям в нашей стране
и научно-технический прогресс ускорили темпы внедрения последних достижений в области информатизации во все сферы
социально-экономической жизни России.
Болонский процесс стимулировал те преобразования в сфере
высшего образования России, которые стали характерными для
европейского общества, усилил или вызвал к жизни смену подходов к оценке уровня образованности.
Содержание образовательной подготовки будущих специалистов в области информационных технологий имеет сложную и

Предисловие
многокомпонентную структуру, отличается большим разнообразием изучаемых объектов, явлений и процессов.
Данное учебно-методическое пособие преследует цель помочь современному студенту научиться объединять теорию и
практику,
понимать
важность
абстракции
и
моделирования,
приобретать знания в области информатики. Пособие состоит из
восьми глав, содержание которых полностью соответствует требованиям государственного образовательного стандарта по специальности 2001 «Микроэлектроника и твердотельная электроника». В нем рассмотрены базовые понятия информационных
технологий, приведены основные принципы, методы и свойства
информационных и коммуникационных технологий, прикладное программное обеспечение и информационные ресурсы в
профессиональной деятельности, интегрированные информационные системы. Особое внимание уделено исследованию интеллектуальных информационных технологий как одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся научных и прикладных областей информатики.
Теоретические сведения дополнены примерами и иллюстрациями, в конце каждой главы даны контрольные вопросы, позволяющие определить качество усвоения материала. Основное
отличие данного пособия от аналогичных изданий заключается в
широте охвата предметной области. Материал пособия прошел
апробацию в Московском государственном институте электронной техники (Техническом университете), Колледже электроники и информатики.
Для студентов средних специальных учебных заведений, изучающих дисциплины «Информационные технологии», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», обучающихся по специальности 2001 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и других специальностей технического
профиля, а также для преподавателей и специалистов, работающих в данных предметных областях.

Глава 1
ИНФОРМАЦИЯ, ИНФОРМАЦИОННОЕ
ОБЩЕСТВО И ИНФОРМАТИЗАЦИЯ
Информация — это фундаментальное научное понятие. Оно
широко используется и в науке, и в повседневной жизни. 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).
Техноцентрический 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). Недетерминированный подход состоит в отказе от определения информации на том основании, что это понятие является
фундаментальным.
Информатика как научная дисциплина определяет методологические
принципы
информационного
моделирования
окружающей действительности и манипулирования такими моделями с помощью средств вычислительной техники. Она занимается исследованием информации, ее свойств, критериев и структур
в естественных и искусственных информационных коммуникациях, предусматривает изучение принципов, моделей, алгоритмов хранения, преобразования, анализа и синтеза информации,
а также их программную и априорную реализацию.
Сегодня цивилизация находится в стадии формирования информационного общества — особого общества, основными характеристиками которого являются:

 наличие информационной инфраструктуры, состоящей из
трансграничных информационно-коммуникационных се

Глава 1. Информация, информационное общество...
тей и распределенных в них информационных ресурсов как
запасов знаний;

 массовое применение персональных компьютеров, подключенных к трансграничным информационно-коммуникационным сетям.
Компьютерные информационные технологии имеют постоянно возрастающее значение для жизни общества и развития
экономики, что обеспечивает условия развития информатизации
во всем мире.
1.1. Основные понятия информации и информационных
технологий
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.
История развития цивилизации связана с преобразованием
общественных отношений, вызванных кардинальными изменениями, произошедшими в сфере обработки информации.
В основе понятия «информатизация общества» лежит понятие «информация». В конце 1950-х гг., когда американским инженером Р. Хартли была сделана попытка ввести количественную меру информации, передаваемой по каналам связи, возникла информалогия — наука о процессах и задачах передачи,
распределения, обработки и преобразования информации.
Создатель статистической теории информации К. Шеннон
обобщил результат Р. Хартли и его предшественников. Теория
информации К. Шеннона позволяла ставить и решать задачи об
оптимальном кодировании передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности каналов связи. В работах
Хартли и Шеннона информация рассматривается лишь в своей
внешней оболочке, представленной отношениями сигналов, знаков и сообщений друг другу, т. е. синтаксическими отношениями. Количественная мера Хартли — Шеннона не претендует на
оценку содержательной (семантической) или ценностной, полезной (прагматической) стороны передаваемого сообщения.

1.1. Основные понятия информации и информационных технологий
7
Новый этап теоретического расширения понятия «информация» связан с кибернетикой (греч. kiber — над, nautus — моряк,
кормчий, управляющий рулем, отсюда — искусство управления) — наукой об управлении и связи в живых организмах, обществе и машинах, технических системах. Впервые термин «кибернетика» встречается в работах древнегреческого философа
Платона (около 427—347 до н. э.), в которых он обозначил правила управления обществом.
Через
две
с
лишним
тысячи
лет
французский
физик
А. И. Ампер (1775—1836) в своей работе «Опыт философских
наук» (1834) термин «кибернетика» также применил к науке об
управлении обществом.
Понадобилось еще 200 лет развития естественных и гуманитарных наук, для того чтобы в 1940-х гг. термин «кибернетика»
наполнился
современным
содержанием.
Н. Винер
применил
этот термин в своей книге «Кибернетика или управление и связь
в животном и машине» (1948). Основное внимание Винер обратил на информационную сущность управления, наличие движения информации в контуре управления, прямую и обратную
связь в управлении живыми организмами и техническими системами (рис. 1.1).
Появление в 1948 г. работы Винера было представлено на
Западе некоторыми журналистами как сенсация. О кибернетике, вопреки мнению самого Винера, писали как о новой универсальной науке, якобы способной заменить философию, объясняющую процессы развития в природе и обществе. Все это
наряду с недостаточной осведомленностью отечественных философов с первоисточниками из области теории кибернетики привело к необоснованному
отрицанию кибернетики в нашей стране как самостоятельной науки.
Развитая в работах Винера кибернетическая концепция предполагает, что
процесс управления в упомянутых системах является процессом переработки
(преобразования) некоторым центральным устройством информации, получаемой от источников первичной информации
(сенсорных
рецепторов)
и
Рис. 1.1. Н. Винер
передачи в те участки системы, где она
(1894—1964)

Глава 1. Информация, информационное общество...
воспринимается ее элементами как приказ для выполнения того
или иного действия.
Развитие кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в области математики, механики,
автоматического управления, вычислительной техники и физиологии высшей нервной деятельности.
Материальной базой реализации управления с использованием методов кибернетики является электронная вычислительная техника.
К
наиболее
ранним
прообразам
современных
цифровых
электронно-вычислительных машин (ЭВМ) относится «аналитическая машина» английского математика Ч. Беббиджа (рис. 1.2).
В первой половине XIX в. он разработал проект машины для автоматического решения задач, в котором гениально предвосхитил идею современных кибернетических машин. Машина Беббиджа содержала арифметическое устройство
(«мельницу»)
и
память
для
хранения чисел («склад»), т. е. основные
элементы современных ЭВМ.
Исследователи творчества Беббиджа
отмечают, что особую роль в разработке
проекта «Аналитической машины» сыграла графиня Огаста Ада Лавлейс —
дочь известного поэта лорда Байрона
(рис.
1.3).
Именно
ей
принадлежала
Рис. 1.2. Ч. Беббидж
(1792—1871)
идея использования перфорированных
карт для программирования вычислительных операций. А. Лавлейс написала
первую в истории человечества компьютерную программу — алгоритм, представляющий
собой
список
операций
для вычисления чисел Бернулли. В середине 1970-х гг. Министерство обороны США (Пентагон) официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных
сил — Ada.
Основы
теории
автоматического
регулирования и устойчивости систем
регулирования
содержались
в
трудах
Рис. 1.3. А. Лавлейс
(1815—1852)
выдающегося
русского
математика
и

1.1. Основные понятия информации и информационных технологий
9
механика Ивана Алексеевича Вышнеградского (рис. 1.4), разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин.
Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были
решены одним из крупнейших математиков, Александром Михайловичем Ляпуновым (рис. 1.5), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики.
Работы по теории колебаний, выполненные коллективом
ученых под руководством известного советского физика и математика Александра Александровича Андронова (рис. 1.6), послужили основой для решения ряда нелинейных задач теории
автоматического регулирования. А. А. Андронов ввел в теорию
автоматического управления понятия и методы фазового пространства.
Рис. 1.4. И. А. ВышнеРис. 1.5. А. М. ЛяпуРис. 1.6. А. А. Андроградский (1831—1895)
нов (1857—1918)
нов (1901—1952)
Большой вклад в развитие кибернетики и вычислительной техники сделан английским математиком А. Тьюрингом
(рис. 1.7). Выдающийся специалист в области теории вероятностей и математической логики, Тьюринг известен как создатель
теории универсальных автоматов и абстрактной схемы автомата,
принципиально пригодного для реализации любого алгоритма.
Этот автомат с бесконечной памятью получил широкую известность как «машина Тьюринга» (1936 г.). После Второй мировой
войны Тьюринг разработал первую английскую ЭВМ, занимался

Глава 1. Информация, информационное общество...
вопросами программирования и обучения машин, а в последние годы жизни —
математическими вопросами биологии.
Исключительное значение для развития кибернетики имели работы американского ученого (венгра по национальности)
Джона
фон
Неймана
—
одного из самых выдающихся и разносторонних
ученых
ХХ
в.
(рис.
1.8).
Рис. 1.7. А. Тьюринг
Он внес фундаментальный вклад в область теории множеств, функционального анализа, квантовой механики, статистической
физики,
математической
(1912—1954)
логики теории автоматов и вычислительной техники. Благодаря его трудам
получили развитие новые идеи в области этих научных направлений. Дж. фон
Нейман в середине 1940-х гг. разработал
первую цифровую ЭВМ в США. Он —
создатель
новой
математической
науРис. 1.8. Дж. фон Нейман
(1903—1957)
ки — теории игр, непосредственно связанной с теоретической кибернетикой.
Им разработаны пути построения сколь
угодно надежных систем из ненадежных
элементов и доказана теорема о способности достаточно непростых автоматов
к самовоспроизведению и к синтезу более сложных автоматов.
Теоретическая кибернетика, подобно
математике, является, по существу, абстрактной наукой. Ее задача — разработка научного аппарата и методов исследования систем управления независимо от их конкретной природы. В теоретическую кибернетику вошли и получили дальнейшее развитие
такие разделы прикладной математики, как теория информации
и теория алгоритмов, теория игр, исследование операций и др.
Ряд проблем теоретической кибернетики разработан уже непосредственно в недрах этого научного направления, а именно:
теория логических сетей, теория автоматов, формальных языков
и грамматик, теория преобразователей информации и т. д. Теоретическая кибернетика включает также общеметодологические
и философские проблемы этой науки.