close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

AnodinaAndrievskya

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
ГУ
А
Е. М. Анодина-Андриевская
П
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
би
бл
ио
т
ек
а
ОСНОВЫ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Учебное пособие
Санкт-Петербург
2015
УДК004.9(075)
ББК 32.81я73
А69
Рецензенты:
доктор технических наук М. Я. Марусина;
кандидат технических наук В. И. Исаков
ГУ
А
П
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
Анодина-Андриевская, Е. М.
А69 Основы информационных технологий: учеб. пособие / Е. М. Анодина-Андриевская. – СПб.: ГУАП, 2015. – 68 с.
ISBN 978-5-8088-1056-3
ек
а
Учебное пособие содержит теоретический материал по дисциплинам «Информационные технологии» и «Компьютерные технологии в приборостроении».
Предназначено для студентов, обучающихся по направлениям
20010068 «Приборостроение» и 21100062 «Конструирование и технология электронных средств».
УДК 004.9(075)
ББК 32.81я73
би
бл
ио
т
Учебное издание
Анодина-Андриевская Елена Михайловна
ОСНОВЫ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Учебное пособие
Редактор А. В. Подчепаева
Компьютерная верстка С. Б. Мацапуры
Сдано в набор 11.10.15. Подписано к печати 23.12.15.
Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 3,9.
Уч.-изд. л. 4,2. Тираж 100 экз. Заказ № 538.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
ISBN 978-5-8088-1056-3
©
©
Анодина-Андриевская Е. М., 2015
Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2015
ПРЕДИСЛОВИЕ
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Информационные технологии служат для автоматизации процессов создания, переработки, хранения, передачи и накопления
информации.
Учебное пособие посвящено основным понятиям информационных технологий.
Целями данного учебного пособия являются:
− изложение основных понятий и современных подходов к информационным технологиям;
− описание аппаратного и программного обеспечения компьютерной техники;
− представление основ программирования на языках высокого
уровня;
− демонстрация возможностей систем автоматизации в современных информационных технологиях.
В учебном пособии подробно рассмотрены основные понятия
программирования на языках С/С++:
− основы построения программы;
− ввод и вывод данных;
− операции и операторы, реализующие последовательные, ветвящиеся и циклические алгоритмы;
− функции графического режима.
Кроме того, в пособии представлены основные приемы работы
с текстовыми редакторами, табличными процессорами и системами автоматизации математических расчетов (на примере системы
MatLab).
3
1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ
1.1. Технология: понятие, свойства,
компонентная структура
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Информационные технологии являются технологическим фундаментом информационного общества. Их научное осмысление базируется на теоретической платформе общей технологии. Технология
– сложное и многозначное понятие. В переводе с греческого: techne –
искусство, мастерство, умение; logos – слово, понятие, учение. В дословном переводе – это знание (учение) о мастерстве, умении.
Технология как практическая деятельность представляет собою
совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.
Технология как наука – это научное описание способов производства с целью определения и использования на практике наиболее эффективных и экономичных производственных процессов.
В подобном толковании область применения понятия «технология» ограничена сферой материального производства, преимущественно промышленного.
В промышленном производстве принято понимать под технологией совокупность взаимосвязанных производственных процессов,
а также систему правил и документов, регламентирующих производственную деятельность.
Цель промышленной технологии – повышение качества продукции, сокращение сроков ее изготовления и снижение себестоимости.
Промышленная технология обеспечивает преобразование исходного
сырья в востребованную обществом продукцию посредством специфических методов и средств производства. В современной (расширительной) трактовке технология может быть определена:
− как целесообразная практическая деятельность – совокупность ресурсов, средств, приемов их использования и способов организации деятельности, обеспечивающих исполнителю воспроизводство определенных продуктов и услуг или достижение иных
значимых результатов с заранее заданными параметрами;
− как научное (теоретическое и прикладное) знание, характеризующее эффективные способы деятельности (производства продуктов и услуг);
− как учебная дисциплина, ориентированная на освоение технологических знаний и умений.
4
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Технология как практическая деятельность обладает рядом
атрибутов (отличительных признаков):
− целесообразность – достижение планируемого результата с оптимальными затратами;
− процессуальность – алгоритмическое представление деятельности в виде последовательностей процессов и операций;
− организованность – структурная и функциональная упорядоченность, управляемость;
− нормализованность – регламентация процессов деятельности,
установление требований к конечным результатам;
− воспроизводимость – гарантированность результата при соблюдении технологических предписаний;
− системность – целостность, взаимосвязь технологических подсистем;
− эффективность – адекватность результатов затратам.
Современная технология включает в себя ряд базовых компонентов:
− инструментальный – технические средства: инструменты, машины, устройства, приборы, аппаратура, технологические линии
и производственные участки;
− социальный – люди, задействованные в производстве и располагающие профессиональными знаниями, опытом и квалификацией;
− информационный – научные знания, технологические принципы, приемы и правила, оформленные в виде предписаний, норм и
нормативов, технологической документации и других регламентов;
− организационный – комплекс мероприятий, связанных с поиском, анализом, разработкой, внедрением, адаптацией, модернизацией технологических решений, с управлением технологическими процессами.
Технология – категория процессуальная. Она ориентирована на
разработку и использование эффективных и экономичных процессов. Это достигается путем:
− предварительного проектирования будущей деятельности;
− расчленения процесса на отдельные составляющие;
− координации и поэтапного осуществления действий;
− надежного ресурсного обеспечения;
− однозначного выполнения требований и предписаний.
Технологизация различных отраслей нематериального производства, социальной деятельности позволяет алгоритмизировать
процесс, отработать нормативные модели его реализации и обеспечить гарантированный результат.
5
1.2. Технологическая система:
структура, принципы функционирования
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Технология как организованная практическая деятельность системна по своей природе, характеризуется устойчивыми связями как
внутренними (между структурными компонентами), так и внешними (с окружающей средой). Любое налаженное производство (материальное и нематериальное) являет собой технологическую систему.
Технологическая система – это совокупность функционально
взаимосвязанных предметов труда, средств технологического оснащения и исполнителей, реализующих в регламентированных условиях производство продуктов и услуг с заданными свойствами.
Структуру технологической системы образуют основные элементы (предмет труда, продукт производства) и подсистемы (процессы, ресурсы и средства производства, подсистема управления),
а также производственные связи между ними (рис. 1).
Из внешней среды в технологическую систему поступает исходное сырье, которое в процессе производства превращается в предмет труда. Предметами труда могут стать любые объекты реальной
действительности (природные ресурсы, продукты человеческой деятельности, энергия, информация и др.), на которые направлены
трудовые усилия. В процессе производства – основной подсистеме
технологической системы – осуществляется преобразование предмета труда, изменение количественных и качественных параметров (формы, структуры, свойств и т. п.). Результатом процесса
производства становится конечный продукт с определенным навходной
контроль
выходной
контроль
Подсистема управления
Предмет труда
Подсистема
технологических
процессов
Продукция
Подсистема ресурсного обеспечения
Рис. 1. Структура технологической системы
6
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
бором заданных свойств. Именно он в качестве готовой продукции
или услуги поступает во внешнюю среду и, будучи востребованным, становится предметом потребления.
В структуре технологической системы различают обеспечивающие подсистемы – ресурсы и средства производства. Ресурсы – это
имеющиеся в наличии запасы и средства, которые могут быть использованы при необходимости.
Существует четыре группы ресурсов производства:
− природные – естественные силы, вещества, энергоносители,
используемые для удовлетворения материальных и духовных потребностей людей;
− материальные – созданные человеком материалы, вещества,
полуфабрикаты, детали, средства производства;
− трудовые – люди, обладающие определенным культурно-образовательным уровнем, профессиональными знаниями и квалификацией;
− финансовые – денежные средства, выделяемые на производственные нужды.
Технологические средства – это часть материальных ресурсов.
С их помощью осуществляется воздействие на предметы труда. Это
прежде всего техническое оснащение (машины и оборудование, инструменты и приспособления), а также производственные здания
и сооружения, технологические линии и участки. Отдельные виды
производства используют специфические средства. Ресурсы и часть
средств поступают в технологическую систему из внешней среды.
Некоторые обеспечивающие средства (технические, программные
и др.) могут вырабатываться внутри технологической системы на
собственной ресурсной базе.
Рациональную организацию и эффективное функционирование
технологической системы обеспечивает подсистема управления.
Она осуществляет входной контроль сырья и ресурсов, текущий
контроль производства и итоговый контроль качества продукции.
Из окружающей среды в подсистему управления поступает информация о потребностях и спросе на производимую продукцию
и услуги, а также регламентирующая информация (нормативы,
стандарты, технологическая документация). На ее основе регулируется деятельность технологической системы, обеспечивается
устойчивое взаимодействие между ее элементами и подсистемами,
осуществляется прогноз развития.
Целевая функция любой технологической системы заключается
в преобразовании некоторого входного потока (сырья) в выходной (ко7
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
нечный продукт). При этом совершаемые в системе преобразования
(характер и содержание процессов деятельности) зависят от ее природы, состава и структуры, целей создания и задач функционирования.
Организованность технологических систем выражается в принципах их функционирования и развития, среди них:
− принцип функциональной специализации – выделение специфических трудовых функций и их закрепление за отдельными исполнителями – характеризует разделение труда, является показателем уровня развития производства;
− принцип интеграции – объединение элементов с одинаковой
конечной функцией – характеризует общую тенденцию интеграции технологий, ориентации отдельных производств на широкий
ассортимент продукции, предоставление комплексных услуг;
− принцип координации и субординации функций (производственных целей). Конечная цель любой технологической системы
– производство качественного продукта (услуги) с наименьшими
затратами. В достижении обшей цели каждая подсистема (ресурсов, средств, процессов, управления) выполняет специфические
функции (ресурсного обеспечения, выбора адекватных средств производства, соблюдения технологических предписаний, согласования и контроля функционирования всех подсистем). Целостность
технологической системы обеспечивается лишь в том случае, если
между подсистемами одного структурного уровня налажены связи
координации (согласования), а между подсистемами разных уровней – связи субординации (подчинения);
− принцип структурно-функциональной мобильности характеризует необходимость потенциальных изменений в системе (обновление ресурсной базы, технических средств, профессиональных
методов и приемов, повышение квалификации персонала), динамизм структурных связей, сменяемость функций элементов и подсистем;
− принцип унификации – ориентация на типовые технологические решения, приведение к единообразию процессов, средств и результатов труда;
− принцип стандартизации – установление единых норм и требований к сырью, полуфабрикатам, материалам, производственным процессам, готовой продукции;
− принцип социальной экспансии – стратегия количественного
роста производства, расширения ассортимента продукции, повышения ее привлекательности, завоевания новых рынков сбыта –
обязательное условие самосохранения и устойчивого развития.
8
ГУ
А
П
Жизненный цикл технологической системы складывается из
нескольких этапов:
1) исследование;
2) экспериментальная разработка;
3) проектирование;
4) апробация и внедрение;
5) распространение и использование (эксплуатация);
6) замена технологической системы.
Любая технологическая система ориентирована на преобразование исходных материалов в продукты и услуги, необходимые
обществу, с наименьшими для данных условий и времени затратами. Достижение этой цели требует сохранения целостности технологической системы (устойчивой структуры) и повышения уровня
ее организованности.
ек
а
1.3. Технология как наука
би
бл
ио
т
Стремительное развитие и усложнение технологий конкретных
сфер производственной и социальной деятельности со всей очевидностью требуют серьезного научного анализа и осмысления. Таким
образом, наряду с естественно-научным, общественно-научным
знанием, формируется специфическое технологическое знание.
В ряду своих многочисленных толкований технология определяется как научное описание производства, его методология, научная и учебная дисциплина, характеризующая принципы и правила
построения производственных процессов.
В содержании технологического знания доминируют понятийная и алгоритмическая составляющие. Понятийные знания характеризуют технологический тезаурус, терминологию, базовые
принципы функционирования технологических систем. Алгоритмические (процедурные) знания определяют порядок, методы и
средства решения конкретных технологических задач, эффективные способы достижения желаемого результата. В структуре технологического знания преобладают сведения прикладного характера, практической направленности.
Научно обоснованная технология обеспечивает оптимальный
характер практической деятельности и оценивается как особый интеллектуальный продукт («know-how»), который осваивается без
значительных затруднений. Технологическое знание служит связующим звеном между научными идеями и их практическим во9
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
площением (внедрением в производство). Его регламентирующий,
нормативный характер находит выражение в форме предписаний и
проектов. Технология как наука, ориентированная на создание системы норм и правил эффективного и экономичного производства,
обеспечивает строгую воспроизводимость результатов. Условный
критерий технологического совершенствования – отношение результатов к затратам.
Технология как прикладная наука предлагает метод нормализации – создания комплекса технологических норм и правил эффективного и экономичного производства. Рецептурные знания
(количественно-качественные параметры ресурсов, средств, процессов и продуктов производства) составляют неотъемлемую часть
технологической науки. Она изучает также способы организации
технологических систем.
Основателем технологии как самостоятельной науки принято
считать И. Бекмана (1739–1811). Исторически первоначально научному осмыслению была подвергнута промышленная технология, которая имела предметом изучения процессы производства
признанной обществом продукции. Ее цель – постижение сущности процессов производства, изучение их взаимосвязей и закономерностей развития. Среди решаемых задач: научное обоснование
и практическое внедрение наиболее эффективных и экономичных
производственных процессов; выявление природных, социальных
и технологических закономерностей протекания производственных процессов; выбор и разработка технического оснащения и технологических средств производственных процессов; формирование
учебных технологических дисциплин и др.
Специфически технологическим исследовательским методом
является операционный анализ (расчленение процесса на составляющие его операции), а также связанные с ним методы технологического проектирования (разработки регламента процесса).
Промышленная технология имеет развитую систему терминов,
закрепленную государственными стандартами: Единая система
технологической документации (ЕСТД) и Технологическая подготовка производства (ТПП).
Выработанные промышленной технологией термины и понятия, специфические методы исследования, базовые теоретические
положения и вскрытые закономерности производственных процессов постепенно приобретает статус общенаучных.
Базовой теорией технологии как науки об эффективных и экономичных производственных процессах является теория технологиче10
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
ских систем. Она обладает большим познавательным эффектом. В ходе
продолжительных эмпирических наблюдений и теоретического анализа установлено, что реальная технология (технологическая система)
в процессе эволюции проходит три основные стадии развития:
1) период формирования основных принципов и накопления необходимых материально-технических средств;
2) период интенсивного ускоряющегося развития;
3) период замедляющейся эволюции по приближению к предельным физическим и технологическим параметрам.
На протяжении эволюционного развития технологии чередуются фазы ее дифференциации (разделения труда) и интеграции (создания крупных технологических комплексов). Технология сама
создает средства для своей эволюции.
Достигнув предельных для данных условий и времени параметров развития, технология подчиняется закону критического уровня: переход на принципиально новый этап технологического освоения действительности требует новых фундаментальных знаний
и экспериментальных исследований, открытия дополнительных
источников энергии, развития новых средств связи, поиска путей
эффективного решения экологических проблем и т. п.
Создание новых конкурирующих технологий не означает, что
они обязательно заменят своих предшественников. Традиционные
технологии могут перейти в разряд дополняющих. Так, внедрение
новых видов телефонной связи – сотовая, мобильная, пейджинговая – не исключает активное использование традиционной, а бурное развитие электронных средств массовой информации – существование печатных каналов ее (информации) распространения.
В качестве поддерживающих технологий выступают так называемые «инфраструктурные» технологии: энергообеспечения, ресурсосбережения, обеспечения транспортными средствами, связью и
др. Современные технологии достаточно дороги: стоимость технологии изготовления конечного продукта (вещества, материала) несопоставимо дороже стоимости исходных ресурсов.
Основные положения теории технологических систем актуальны для моделирования технологии любого вида деятельности. Теоретическое и практическое значение имеют научные принципы:
− эвристического (не поддающегося полной формализации) характера технологических задач;
− одновременной разработки всех технологических подсистем;
− иерархического управления технологическими системами;
− многокритериальной оценки их эффективности.
11
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
В познавательном плане технологическая модель позволяет
уточнить наши представления о структуре изучаемого объекта,
характере внутренних и внешних связей; адаптировать принципы
функционирования и развития технологических систем к конкретным сферам общественного производства и социальной деятельности. В прагматическом (прикладном) значении технологическая
модель играет роль стандарта – эталона деятельности и ее результата, являясь рабочим представлением цели, средством управления,
организации практических действий.
Являясь прикладной наукой, технология адаптирует достижения естественных, технических, общественных наук к практическим нуждам производственной и социальной деятельности. С другой стороны, изменение ресурсной базы, развитие технических
средств требует адекватных технологических решений. Недаром
современный этап научно-технической революции характеризуется появлением наукоемких технологий в промышленности, появлением «высоких технологий» в науке, управлении, информационной деятельности.
12
2. ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ:
ПОНЯТИЙНАЯ И СТРУКТУРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
2.1. Информационные революции.
Краткая характеристика
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Каждый из этих технологических уровней становился возможным благодаря происходившей в соответствующий исторический
период информационной революции. В настоящее время выделяют
шесть основных информационных революций за всю историю развития человеческого общества [2].
Первая информационная революция связывается с появлением
языка и членораздельной человеческой речи. Ведь именно развитие языка оказало колоссальное влияние на развитие сознания людей, а его использование в их практической деятельности стало информационной основой создания первых технологий, т. е. знаний и
навыков рациональной организации этой деятельности.
Ситуация коренным образом изменилась, когда люди научились отчуждать знания и фиксировать их на материальных носителях в виде рисунков, чертежей, условных знаков, многие из которых сохранились до настоящего времени. Именно поэтому вторую
информационную революцию большинство современных исследователей связывают с изобретением письменности. Это изобретение
позволило не только обеспечить сохранность уже накопленных человеческим обществом знаний, но и повысить достоверность этих
знаний, создать условия для их существенно более широкого, чем
ранее, распространения. Это был крупнейший шаг в развитии цивилизации, последствия которого мы ощущаем до настоящего
времени. Существенным образом изменилась и информационная
среда общества, стали возможными новые виды информационных
коммуникаций между людьми с помощью обмена письменными сообщениями. Появление письменности послужило мощным фактором для накопления и распространения знаний в области организации многих производственных и социальных процессов. Фиксация
этого опыта в виде рукописных документов, чертежей и рисунков
представляла собой процесс зарождения «технологии» – нового понятия в области развития цивилизации, которому суждено было
сыграть решающую роль в процессе ее дальнейшего развития.
Третья информационная революция началась в эпоху возрождения и связана с изобретением книгопечатания, которое следует
признать одной из первых эффективных информационных техно13
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
логий. Широкое внедрение этого изобретения в социальную практику привело к первому информационному взрыву. Под воздействием быстро возрастающего спроса на печатные издания появились и стали быстро совершенствоваться технологии для подготовки и издания различного рода печатной продукции. Типографии
стали одним из распространенных видов промышленных предприятий. Высшей точкой развития третьей информационной революции является появление печатных средств массовой информации.
Четвертая информационная революция началась в XIX веке,
когда были изобретены и стали все более широко распространяться
такие новые средства информационной коммуникации, как радио,
телефон и телевидение.
Пятая информационная революция началась в 50-е годы
XX века, т. е. с того времени, когда в социальной практике стали
использоваться средства цифровой вычислительной техники. Применение этих средств для обработки научной, экономической и социальной информации кардинальным образом изменило возможности человека по активизации и эффективному использованию
информационных ресурсов. Особенно бурное развитие этот процесс
получил в последние двадцать лет, когда были сконструированы
и стали широко выпускаться промышленностью персональные
компьютеры. Их появление произвело подлинный переворот в информационной сфере общества, во многом изменило психологию и
практику научной, педагогической и производственной деятельности людей. Самое важное и принципиально новое качество, которое
принесла человечеству пятая информационная революция, заключается в том, что впервые за всю историю развития цивилизации
человек получил высокоэффективное средство для усиления своей
интеллектуальной деятельности.
Информатизация общества оказывает революционное воздействие на все сферы жизнедеятельности общества, кардинально изменяет условия жизни и деятельности людей, их культуру, стереотип поведения, образ мыслей.
Информационные революции всегда являлись теми критическими точками всемирной истории, после которых начинались качественно иные этапы развития цивилизации. Именно они являлись
главными причинами появления и развития принципиально новых
технологий, распространение которых приводило затем к радикальным изменениям и самого общества, которое переходило на новый уровень своего социально-экономического развития. Так было
всегда, и так это происходит сегодня, когда человечество пережива14
2.2. Информационная технология:
многозначность понятия
П
ет очередную, шестую по счету, информационную революцию. В то
же время сегодняшняя информационная революция имеет свои отличительные черты и особенности, которые, безусловно, заслуживают самого пристального и объективного научного анализа [1].
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
Информационная деятельность – специфический вид человеческой (преимущественно интеллектуальной) деятельности, выделившейся в процессе исторического развития.
Информационная деятельность – это деятельность, обеспечивающая сбор, создание, обработку, организацию, хранение, поиск,
распространение и использование информации.
Именно востребованная обществом информация (текстовая,
числовая, графическая, звуковая, видео, анимационная) служит
объектом и результатом информационной деятельности.
Информация (в ее социальном значении) – воспринимаемые
человеком и (или) специальными устройствами сведения о лицах,
предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах.
Информация может существовать в форме сигнала (светового,
звукового, электрического и др.), информационного сообщения
(текстового, графического, речевого, визуального, аудиовизуального и др.), формализованных данных (символов, показателей, параметров и др.). Информация, зафиксированная на материальном
носителе любым доступным человеку способом, является документированной.
В процессе поиска, восприятия и усвоения информации человек
осуществляет над ней некоторые действия – преобразования. Эти
преобразования могут носить формальный характер либо касаться
содержания информационного сообщения. В зависимости от характера решаемых задач и квалификации исполнителя информационная деятельность может:
− являться основным видом профессиональной деятельности, осуществляться информационными работниками, обладающими специальной подготовкой, информационными знаниями и умениями;
− обеспечивать выполнение субъектом профессиональных функций;
− осуществляться в режиме информационного самообслуживания.
15
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Таким образом, в структуре информационной деятельности
можно выделить две относительно самостоятельные сферы:
− информационное производство;
− информационное самообслуживание.
Информационное производство – область профессиональной
деятельности по удовлетворению потребностей общества в информации путем ее создания, переработки, организации и распространения. Целью информационного производства является формирование информационного ресурса общества и организация доступа к нему.
Оставаясь многозначным понятием, информационная технология может быть определена:
− в прикладном значении (применительно к сфере информационного производства) – как способ производства информационных
продуктов и услуг требуемого качества и количества с оптимальными для данных условий и времени затратами;
− в расширительном толковании – как совокупность рациональных методов и средств информационной деятельности, обеспечивающих гарантированный результат.
На самом общем уровне технологические представления об информационном производстве можно выразить следующей схемой
(рис. 2).
К сфере информационного производства могут быть отнесены
предприятия, учреждения, организации и службы, предметом деятельности которых является информация, а конечным продуктом – информационные продукты и услуги. Современному информационному производству присущи тенденции дифференциации
(специализация на отдельных видах деятельности) и интеграции
(создание многопрофильных информационных комплексов). Информационное производство опирается на солидную материальную
базу. Техническое оснащение информационного производства обеспечивается развитой индустрией информационной техники: компьютеров, потребительской электроники, средств связи, офисного,
полиграфического, коммуникационного оборудования, систем обеДокументированная
информация.
Запросы
пользователей
Производственный
информационный
процесс
Информационный
продукт
(информационная
услуга)
Рис. 2. Общая схема информационного производства
16
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
спечения бизнеса, управления, образования и т. п. Созданы предпосылки для перехода к индустриальным (применяемым в массовых
масштабах, машинным) способам поиска, обработки и передачи
информации. Обеспечить эффективное информационное взаимодействие людей, их доступ к мировым информационным ресурсам
и удовлетворение потребностей в информационных продуктах и услугах призвана информационная индустрия.
Информационная индустрия – отрасль экономики, связанная
с созданием, переработкой, организацией и распространением всех
видов информации, производством необходимых для этого программно-технических средств.
Таким образом, информационная индустрия является многономенклатурной отраслью экономики, которая производит:
− технические средства;
− носители информации;
− телекоммуникационное и сетевое оборудование;
− информацию в виде текстовых, графических, звуковых, аудиовизуальных, тактильных, мультимедийных документов и организованных информационных массивов;
− программное обеспечение, позволяющее пользователям манипулировать данными, получать доступ и работать с большими массивами информации;
− стандарты, межсетевые протоколы и соглашения, обеспечивающие унификацию информационного производства, взаимодействие между информационными системами и сетями, защиту
информации от несанкционированного доступа, искажения или
уничтожения.
Информационная технология представляет собою совокупность
методов, производственных процессов и программно-технических
средств, объединенных в технологический комплекс, обеспечивающий сбор, создание, хранение, накопление, обработку, поиск, вывод, копирование, передачу и распространение информации.
Единство понятий «технология» и «информационная технология» заключается, прежде всего, в том, что в основе и той и другой
лежит процесс, под которым понимается определенная совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели.
При этом любой технологический процесс должен определяться
выбранной человеком стратегией и реализовываться с помощью совокупности различных методов и средств.
Методами информационных технологий являются методы обработки и передачи информации.
17
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Средства информационных технологий – это технические, программные, информационные и другие средства, при помощи которых реализуется информационная технология.
В целом можно выделить основные особенности информационных технологий:
− целью информационного технологического процесса является
получение информации;
− предметом технологического процесса (предметом обработки)
являются данные;
− средства, которые осуществляют технологический процесс –
это разнообразные вычислительные комплексы (программные, аппаратные, программно-аппаратные);
− процессы обработки данных разделяются на операции в соответствии с выбранной предметной областью;
− управляющие воздействия на процессы осуществляются руководящим составом организации;
− критериями оптимальности информационного технологического процесса являются своевременность доставки информации
пользователям, ее надежность, достоверность и полнота.
Информационная технология направлена на целесообразное
использование информационных ресурсов и снабжение ими всех
элементов организационной структуры. Информационные ресурсы являются исходным «сырьем» для системы управления любой
организации, учреждения, предприятия, а конечным продуктом
является принятое решение. Принятие решения в большинстве
случаев осуществляется в условиях недостатка информации, поэтому степень использования информационных ресурсов во многом
определяет эффективность работы организации.
Таким образом, основная цель автоматизированной информационной технологии – получать посредством переработки первичных
данных информацию нового качества, на основе которой вырабатываются оптимальные управленческие решения.
Основная цель информационной технологии достигается за счет:
− интеграции информации;
− обеспечения актуальности и непротиворечивости данных;
− использования современных технических средств для внедрения и функционирования качественно новых форм информационной поддержки деятельности аппарата управления.
Информационная технология справляется с существенным увеличением объемов перерабатываемой информации, ведет к сокращению сроков ее обработки и является наиболее важной составля18
ек
а
ГУ
А
П
ющей процесса использования информационных ресурсов в управлении.
Автоматизированная информационная технология непосредственно связана с особенностями функционирования предприятия
или организации.
Выбор стратегии организации автоматизированной информационной технологии определяется следующими факторами:
− областью функционирования предприятия или организации;
− типом предприятия или организации;
− производственно-хозяйственной или иной деятельностью;
− принятой моделью управления организацией или предприятием;
− новыми задачами в управлении;
− существующей информационной инфраструктурой и т. д.
В информационном и технологизированном обществе производство и потребление информации является важнейшим видом деятельности; возрастает значимость информационной составляющей
в структуре ресурсного обеспечения различных сфер человеческой
деятельности; информационные технологии и техника определяют
прогрессивное развитие производственных процессов.
би
бл
ио
т
2.3. Системная характеристика
информационной технологии
Информационная технология является сложной и комплексной
системой, охватывающей разнообразный круг проблем, явлений,
подходов и т. п. Поэтому для раскрытия сущности, состава, содержания и т. п. информационных технологий имеет смысл использовать принципы и методы системного подхода [3, 4, 5, 6].
Системный подход – это методология исследования, конструирования, прогнозирования систем разных типов и классов. Главным методологическим ядром системного подхода является система. Под системой понимают взаимосвязанную совокупность элементов, преследующих общую для них цель.
Реализация системного подхода в описании информационных
технологий предполагает использование принципа целостности,
в соответствии с которым при системном подходе выделяются определенные аспекты или подходы [6].
Сущностный подход заключается в раскрытии сущности системы, качественной специфики, присущих ей системных качеств.
19
ГУ
А
П
Выявление сущности системы – наиболее сложный этап познания существенных признаков информационной технологии, которые отличают ее от других объектов и систем.
В настоящее время особую актуальность имеет и продолжает развиваться высокими темпами информатика и ее составная
часть – информационная технология.
Понятие информационной технологии является относительно
новым в теории и практике информатики. Очевидно, что это понятие является производным от понятий «информация» и «технология». В связи с этим будет уместно определиться с семантикой
данных терминов, затем осмыслить понятие «информационная
технология». Определения понятия «Информационная технология» представлены в табл. 1.
Таблица 1
Определение понятия «Информационная технология»
Определение
би
бл
ио
т
ек
а
Автоматизированная информационная технология
(АИТ) – системно организованная для решения задач
управления совокупность методов и средств реализации операций сбора, регистрации, передачи, накопления, поиска, обработки и защиты информации на базе
применения развитого программного обеспечения,
используемых средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых информация
предлагается клиентам
Автоматизированная информационная технология
состоит из технических устройств, чаще всего из
компьютеров, коммуникационной техники, средств
организационной техники, программного обеспечения, организационно-методических материалов,
персонала, объединенных в технологическую цепочку.
Эта цепочка обеспечивает сбор, передачу, накопление,
хранение, обработку, использование и распространение информации.
Если рассматривать весь жизненный цикл информационной системы, то под автоматизированными информационными технологиями понимают совокупность
методологий и технологий проектирования информационных систем, базовых программных, аппаратных и
коммуникационных платформ, обеспечивающих весь
жизненный цикл информационных систем и их отдельных компонентов от проектирования до утилизации
20
Источник
Г. А. Титоренко
[7]
В. В. Годин,
И. К. Корнеев
[8]
Окончание табл. 1
Источник
Ю. Г. Данилевский и др. [9]
П
Определение
Информационная технология – это, во-первых, совокупность процессов циркуляции и переработки
информации и, во-вторых, описание этих процессов.
Объектами переработки и циркуляции являются информация, данные. В качестве составных частей описаний могут выступать технологические маршруты и
сценарии процессов переработки информации
Информационная технология – это «приемы, способы
и методы применения средств вычислительной техники при выполнении функций сбора, хранения, обработки, передачи и использования данных
Информационная технология – это представленное
в проектной форме (т. е. в формализованном виде, пригодном для практического использования) концентрированное выражение научных знаний и практического
опыта, позволяющее рациональным образом организовать тот или иной достаточно часто повторяющийся
информационный процесс. При этом достигается экономия затрат труда, энергии или материальных ресурсов, необходимых для реализации данного процесса.
Именно поэтому сегодня представляется исключительно актуальной и важной проблема формирования
информационной технологии как самостоятельной
научной дисциплины о методах создания высокоэффективных информационных технологий (в обычном,
узком понимании этого термина), т. е. своего рода теории и методологии проектирования информационных
технологий
ГУ
А
ГОСТ 34.003-90
би
бл
ио
т
ек
а
К. К. Колин [2,
10]
Анализ приведенных определений понятия «информационная
технология» позволяет выделить ряд существенных признаков.
1. Процессный характер информационной технологии проявляется в том, что сущность технологии связана с преобразованием
свойств, формы, содержания и тому подобной информации, вопервых, и, во-вторых, с процессом ее организации.
2. Формализованный характер информационной технологии
представляется в различных формализованных формах: в виде
проекта, алгоритмов и программ, различного рода математических
моделей и др.
3. Ориентация на практику. Благодаря запросам практики информационные процессы стали реализовываться в форме технологий.
21
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
4. Концентрация в себе научных знаний и опыта реализации информационных процессов.
5. Получение эффективности, достижение конечного результата – неотъемлемые характеристики информационной технологии.
Главным критерием социальной эффективности информационной
технологии выступает свободное время человека. Информационная
технология обеспечивает экономию затрат труда, энергии, ресурсов.
6. Обеспечение заданного пользователем уровня качества реализации информационных процессов.
Важной составляющей понятия «информационная технология»
является понятие «информация». В последнее время термин «информация» приобретает все большую популярность и привлекает
к себе внимание многих ученых и специалистов. Однако, несмотря
на это, единый взгляд на познание сущности «информация» в настоящее время не выработан.
Основные свойства информации:
− сущностные свойства;
− динамические свойства;
− прагматические свойства.
Сущностные свойства информации:
1) неотрывность информации от ее носителя. Носителем называют материальный объект, предназначенный для хранения и передачи информации;
2) языковая природа информации. Любая информация представлена на определенном языке (в неживой природе в качестве
языка выступает структура);
3) независимость информации от носителя и языка. Несмотря
на то, что информация неотрывна от носителя и имеет языковую
природу, смысл ее не изменяется при фиксировании на разные носители и использовании различных языков;
4) семантический характер – информация всегда несет определенное значение, смысл;
5) дискретность информации проявляется в возможности представления ее различными способами;
6) непрерывность информации – она состоит из определенных дискретных элементов, которые отражают ее семантическую сущность.
Динамические свойства информации:
1) рост информации проявляется в увеличении ее объема через
определенные промежутки времени;
2) рассеяние информации – распределение ее по темам, источникам и т. п;
22
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
3) старение информации – это снижение спроса на информацию
через определенное время.
Прагматические свойства информации:
1) актуальность – способность информации сохранять свою ценность;
2) достоверность информации позволяет в наибольшей степени
истинно отражать реальный объект, осуществлять передачу информации без искажения смысла;
3) ценность информации проявляется в способности достигать
поставленные цели наилучшим способом;
4) полезность – пригодность к практическому использованию;
5) защищенность информации – уровень несанкционированного
использования. В техническом аспекте защищенность проявляется
в недоступности информации, в социальном – конфиденциальности.
В социальной среде информация часто проявляется в форме сообщения, данных, семантической информации и знания.
Информация, предназначенная для передачи, называется сообщением. Сообщение представляется в виде знаков и символов на
определенном языке и носителе.
Данные – это организованные по определенным правилам знаки (символы) для представления различных изменений состояний
окружающей нас действительности. Представляя информацию
в виде данных, потребитель не учитывает ее содержание (смысл).
Семантический аспект рассмотрения информации связывают
с организацией данных, которые способны изменять состояние потребителя информации на осведомленное (информированное), т. е.
несущее определенный смысл. Состояние потребителя информации характеризуется семантической структурой, которая называется тезаурусом. При получении информации тезаурус может изменяться, и степень этого изменения характеризует воспринятое
количество информации. Такую информацию будем называть семантической информацией.
Интерпретация полученных данных, семантической информации предполагает использование познавательных процессов более
высокого уровня – это анализ, синтез, систематизация, классификация и т. п., в результате которых наступает понимание и способность распространять его на различные ситуации. В этом случае
принято говорить, что потребитель обладает знанием.
Таким образом, термин «информация» используется как обобщенное понятие, включающее различные формы ее проявления
и функционирования – в виде сообщений и данных, сведений и
23
ГУ
А
П
семантической информации, знаний. Все они между собой тесно
взаимосвязаны, и выделить их можно только условно. Поэтому
в дальнейшем мы будем использовать термин «информация» в рассмотренном смысле.
Элементный аспект предполагает описание состава системы,
количественную и качественную характеристику частей, компонентов, их координацию и субординацию, приоритетную (лидирующую) часть системы.
Информационная технология как наука и целенаправленная
деятельность по переработке информации делится на технологическую и обеспечивающую части (рис. 3).
Объектом исследований информационной технологии как научной дисциплины являются информационные технологии (в узком
ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
ек
а
НАУКА
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
ПОДСИСТЕМА
ТЕОРИЯ
Данные, семантическая
информация, знания
би
бл
ио
т
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ИНФОРМАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
МЕТОДОЛОГИЯ
Технологические
принципы и методы
преобразования
Информационный
ресурс, продукт
Средства обеспечения
Техническое, программное, информационное, правовое,
организационно-методическое и т. д.
Рис. 3. Модель информационной технологии
24
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
понимании этого термина), т. е. способы рациональной организации информационных процессов. Предметом исследований должны стать теоретические основы и методы создания информационных технологий, а также их проектирование и эффективная реализация [10].
Первоочередные задачи теории информационных технологий:
− разработка методов структуризации и классификации информационных технологий различного вида и назначения по их характерным признакам;
− разработка критериев эффективности информационных технологий, методов их оптимизации и сравнительной количественной оценки;
− определение перспективных направлений развития информационных технологий на ближайшие годы, а также научных методов, которые должны лежать в их основе;
− определение принципов построения перспективных средств
для реализации высокоэффективных информационных технологий нового поколения.
В технологическую подсистему входят компоненты, осуществляющие преобразования информации в соответствии с характеристиками, разработанными теорией информационных технологий.
Это объект преобразования (операнд) – данные, семантическая
информация, знания, технологический принцип (способ) преобразования, действия над операндом, структура технологического
информационного процесса, конечный результат (операнд с требуемыми свойствами).
Средства обеспечения информационной технологии представлены методами, техническими средствами (аппаратные средства
ЭВМ, оргтехника и др.), алгоритмическими и программными средствами, информационным и методическим обеспечением, компьютерными сетями и телекоммуникациями, персоналом и др.
2.4. Свойства и основные направления развития
информационной технологии
Информационная технология предполагает умение грамотно
работать с информацией, программными продуктами и вычислительной техникой. Эффективность функционирования информационной технологии определяется ее основными свойствами, представленными ниже.
25
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
1. Целесообразность состоит в повышении эффективности производства за счет внедрения современных средств вычислительной
техники, распределенных баз данных, различных вычислительных сетей, что позволяет обеспечить эффективную циркуляцию и
переработку информации.
2. Наличие компонентов и структуры. Функциональные компоненты – это конкретное содержание процессов циркуляции и обработки данных (информационная база ИТ).
Структура информационной технологии – это внутренняя организация, представляющая собой взаимосвязанные компоненты ИТ.
В состав информационной технологии должны входить:
− комплекс технических средств (КТС), состоящий из средств
вычислительной, коммуникационной и организационной техники;
− программные средства, состоящие из общего (системного),
прикладного (программ для решения функциональных задач специалистов) и инструментального программного обеспечения (алгоритмических языков, систем программирования, языков спецификаций, технологии программирования и т. д.);
− система организационно-методического обеспечения, включающая нормативно-методические и инструктивные материалы по
организации работы управленческого и технического персонала
конкретной ИТ.
3. Взаимодействие с внешней средой предполагает организацию
взаимосвязи информационной технологии с объектами управления, внешними предприятиями, организациями, включая потребителей и поставщиков продукции, финансово-кредитные органы
и т. д. Взаимодействие информационных технологий различных
объектов организуется посредством программных и технических
средств автоматизации.
4. Целостность. Информационная технология является целостной системой, способной решать задачи, не свойственные ни одному из ее компонентов.
5. Развитие во времени – это обеспечение динамичности развития информационной технологии, возможность ее модернизации и
модификации, изменение структуры, включение новых компонентов, возможность решения новых задач и т. д.
26
3. АППАРАТНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНИКИ
3.1. Основные блоки компьютера
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Как правило, персональные компьютеры состоят из системного
блока и внешних устройств.
В системном блоке располагаются основные узлы компьютера:
− электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройств);
− блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;
− накопители на магнитных дисках.
Микропроцессор – это электронная схема, выполняющая вычисления и обработку информации.
Важным элементом компьютера является оперативная память.
Из оперативной памяти процессор берет программы и исходные
данные для обработки, в нее он записывает полученные результаты.
Постоянная память содержит данные, доступные только для
чтения. В постоянной памяти хранятся программы для проверки оборудования компьютера, загрузки операционной системы и
выполнения базовых функций по обслуживанию устройств компьютера. Содержимое постоянной памяти называется BIOS (Basic
Input-Output System).
Микропроцессор, оперативная память, BIOS, шина (шины) данных располагаются на материнской плате. Там же, как правило,
располагаются контроллеры – электронные схемы, управляющие
устройствами компьютера. Если контроллеры входят в состав материнской платы, они называются встроенными или интегрированными. Некоторые контроллеры располагаются на отдельных электронных платах – платах контроллеров, которые вставляются в слоты.
Кроме того, в состав системного блока входят внутренние накопители с различными типами носителей.
Для занесения (ввода) данных или сигналов в компьютер служат устройства ввода, которые подразделяются на следующие категории:
− аудио-, видео- и механические устройства;
− непрерывные устройства ввода (к примеру, «мышь», позиция
которой изменяется достаточно быстро и постоянно, что может рассматриваться как непрерывный ввод);
27
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
− устройства для пространственного использования, такие как
двухмерная мышь или трехмерный навигатор.
Основным устройством ввода текстовых символов и последовательностей (команд) в компьютер остается клавиатура. Она представляет собой комплект расположенных в определенном порядке
клавиш (кнопок). Каждая клавиша клавиатуры представляет собой крышку миниатюрного переключателя. Содержащийся в клавиатуре микропроцессор отслеживает состояние переключателей и
при нажатии или отпускании клавиш посылает в компьютер соответствующее сообщение (прерывание).
По своему назначению клавиши на клавиатуре условно делятся
на шесть групп:
− алфавитно-цифровые;
− функциональные;
− цифровая панель;
− управления курсором;
− специальные;
− модификаторы.
К алфавитно-цифровому блоку относятся клавиши для ввода
букв, цифр, знаков пунктуации и арифметических действий, а также специальных символов.
На клавиатуре располагается блок функциональных клавиш –
от «F1» до «F12». Функции этих клавиш определяются в зависимости от системного или прикладного программного обеспечения:
программой конфигурации материнской платы и, в последующем,
запущенной операционной системой.
Основное назначение клавиш цифровой панели – дублирование
функций клавиш алфавитно-цифрового блока в части ввода цифр
и арифметических операторов. Клавиши этой панели более удобны
для ввода цифр и арифметических операторов, нежели клавиши
алфавитно-цифрового блока.
Клавиши управления курсором – восемь клавиш на клавиатуре компьютера: «↑», «↓», «←», «→», «Home», «End», «Page Up» и
«Page Down». На цифровой клавиатуре эти клавиши совмещены
с цифрами 1…9.
К специальным клавишам относятся:
− «Esс» – клавиша отмены команды;
− «Print Screen» или «Prt Sc» – клавиша для выполнения снимков экрана;
− «Scroll Lock» используется некоторыми программами для фиксации курсора на одном месте и пролистывания всего документа;
28
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
− «Pause» («Break») – клавиша временной остановки программы.
К числу клавиш-модификаторов относятся клавиши «⇧Shift»,
«Ctrl», «Caps Lock», «Alt» и «AltGr» (правый Alt). Они предназначены для изменения (модификации) действий других клавиш.
Как правило, функциональные клавиши расположены в верхней части клавиатуры. Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся клавиши управления
курсором, а у самого правого края клавиатуры – цифровая панель,
которая может выполняться съемной.
К устройствам ввода графической информации относятся:
− сканер;
− видео- и веб-камера;
− цифровой фотоаппарат;
− плата видеозахвата.
Сканер – устройство, выполняющее преобразование в цифровой
формат расположенного на плоском носителе изображения. Наиболее часто используются ручные, рулонные, планшетные и проекционные сканеры. Принцип работы сканера заключается в том,
что поверхность изображения освещается перемещающимся лучом света, а светочувствительный прибор воспринимает отраженный свет, интенсивность которого зависит от яркости освещенного участка изображения, и преобразовывает его в электрический
сигнал. Полученный электрический сигнал преобразовывается
из аналоговой в цифровую форму и в виде цифровой характеристики яркости точки поступает в компьютер. Вводимое с помощью сканера изображение может использоваться непосредственно
как текст. Для распознавания текста используются специальные
программы.
Видеокамера представляет собою устройство, предназначенное
для преобразования оптического изображения, получаемого при
помощи объектива на мишени вакуумной передающей трубки или
на светочувствительной матрице в телевизионный видеосигнал
или цифровой поток видеоданных.
Веб-камера – это малоразмерная цифровая видео- или фотокамера, способная в реальном времени фиксировать изображения,
предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет. Вебкамеры, доставляющие изображения через Интернет, закачивают
изображения на веб-сервер либо по запросу, либо непрерывно, либо
через регулярные промежутки времени. Это достигается путем
подключения камеры к компьютеру или благодаря возможностям
самой камеры.
29
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Цифровой фотоаппарат использует для записи оптического изображения полупроводниковую фотоматрицу и цифровое запоминающее устройство. Аналоговые сигналы с матрицы с помощью
аналого-цифрового преобразователя преобразуются в цифровые
файлы и записываются на накопитель в фотоаппарате или другом
внешнем устройстве.
Плата видеозахвата представляет собою электронное устройство
для преобразования аналогового видеосигнала в цифровой видеопоток. Как правило, оно состоит из одного или нескольких аналогоцифровых преобразователей и может обрабатывать сигнал от одного или нескольких аналоговых источников.
К устройствам ввода звуковой информации относятся микрофон
и цифровой диктофон. Микрофон преобразует звуковые колебания
в колебания электрического тока. Диктофон служит для преобразования звуковой информации в цифровой код, с последующим ее
хранением в виде цифровых кодов.
К указательным (координатным) устройствам относятся:
− «мышь»;
− трекбол;
− тачпад;
− световое перо;
− графический планшет;
− сенсорный экран.
«Мышь» представляет собою механический манипулятор, преобразующий движение в управляющий сигнал.
«Мышь» воспринимает свое перемещение в рабочей плоскости
и передает эту информацию компьютеру. Программа, работающая
на компьютере, в ответ на перемещение «мыши» производит действие, отвечающее направлению и расстоянию этого перемещения.
В дополнение к датчику перемещения «мышь» имеет одну и более
кнопок, а также дополнительные детали управления, действие которых обычно связывается с текущим положением курсора.
Трекбол функционально представляет собой перевернутую механическую (шариковую) «мышь». Шар находится сверху или сбоку, и пользователь может вращать его ладонью или пальцами, при
этом не перемещая корпус устройства.
Тачпад или сенсорная панель используется для считывания и
ввода информации. Сенсорная панель содержит пакет печатных
плат. На слоях каждой печатной платы расположены плоские спиральные индуктивно-емкостные элементы, соединенные в последовательные цепочки по строкам и столбцам матрицы. Матрицы
30
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
всех печатных плат совмещены друг с другом. Между смежными
поверхностями печатных плат размещен изоляционный слой. Выходы строк (столбцов) i-печатной платы соединены с входами строк
(столбцов) (i+1)-й печатной платы, причем входы строк и столбцов
матрицы первой в пакете печатной платы являются входами сенсорной панели, выходами которой являются выходы строк и столбцов матрицы последней в пакете печатной платы. Тачпад обычно
используется для управления указателем путем перемещения
пальца по поверхности устройства. Работа тачпадов основана на измерении емкости пальца или измерении емкости между сенсорами.
Емкостные сенсоры расположены вдоль вертикальной и горизонтальной осей тачпада, что позволяет определить положение пальца
с нужной точностью.
Световое перо имеет вид шариковой ручки или карандаша, соединенного проводом с одним из портов ввода-вывода (или видеоадаптером) компьютера. Ввод данных с помощью светового пера заключается в прикосновениях или проведении линий пером по поверхности экрана монитора с использованием кнопок, имеющихся
на пере. В наконечнике пера установлен фотоэлемент, замеряющий
яркость свечения экрана в точке соприкосновения и регистрирующий момент наибольшей яркости, соответствующий моменту прохода электронного луча. Координаты экрана, куда в этот момент
направлен луч, снимаются с видеоадаптера (или приблизительно
вычисляются по времени от какого-нибудь синхронного события,
например от прерывания по началу обратного хода луча). В идеальном случае перо является частью видеоадаптера, и в нужный
момент координаты записываются в специальный регистр, доступный программному обеспечению. Если перо не направлено на
экран (или направлено в его нерабочую часть), то положение пера
считается неопределенным, что также может быть использовано программой.
Графический планшет – это устройство для ввода рисунков от
руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского
планшета, чувствительного к нажатию или близости пера.
Сенсорный экран— устройство ввода информации, представляющее собой экран, реагирующий на прикосновения к нему.
К устройствам отображения и вывода визуальной информации
относятся мониторы, принтеры, плоттеры.
Монитор (дисплей) компьютера предназначен для вывода на
экран текстовой и графической информации. Изображение на экране дисплея состоит из прямоугольной матрицы пикселов. Каждый
31
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
пиксел имеет такие атрибуты, как цвет и яркость. Число строк и
столбцов матрицы называется разрешением изображения.
Принтером называется внешнее устройство компьютерной техники, предназначенное для вывода информации на твердый носитель в символьном или графическом виде.
По способу вывода изображения принтеры делятся на две группы: символьные (посимвольные, построчные, постраничные) и
графические. Символьные принтеры могут выводить информацию
в виде отдельных символов по мере их поступления в печатающее
устройство. В посимвольных принтерах за один цикл печати формируется один знак. В построчных принтерах за один цикл печати
формируется одна строка. Постраничные принтеры за один цикл
печати формируют одну страницу. Графические принтеры выводят
информацию в виде отдельных точек или линий.
По способу регистрации изображения принтеры делятся на
ударные и безударные.
Принтеры ударного действия формируют изображение путем
удара по красящей ленте пишущим элементом. Эти принтеры подразделяются на литерные и матричные. Литерные принтеры выводят информацию в виде символов, нанесенных на специальные
рычаги или литерные колеса.Матричные принтеры выводят информацию в виде символов, сформированных из отдельных точек.
К принтерам безударного действия относятся электрографические, термические и струйные принтеры. Электрографические
принтеры формируют изображение с использованием промежуточных носителей, чувствительных к электрическому воздействию,
электростатическому и магнитному полям. Термические принтеры
используют термочувствительную бумагу, которая изменяет свой
цвет под действием тепловых лучей. У струйных принтеров жидкий краситель находится в печатающей головке. Головка имеет
отверстия, через которые краситель не может вылиться из-за сил
поверхностного натяжения. Внутри головки находится терморезистор, который при подаче на него импульса тока разогревает краситель, увеличивая его испарение. Пары красителя через отверстия
в головке попадают на бумагу в виде капель.
Плоттеры и графопостроители выводят текстовую и графическую информацию в виде точек или линий.
Выбор конкретного вида печатающего устройства определяется
исходя из конкретных задач пользователя.
К устройства для вывода звуковой информации относятся встроенный динамик, колонки и наушники.
32
3.2. Программное обеспечение
компьютерной техники
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Программное обеспечение компьютерной техники подразделяется на системное и прикладное.
К системному программному обеспечению относятся программные компоненты, обеспечивающие многоцелевое применение компьютеров: операционные системы, драйверы, программы-оболочки и вспомогательные программы. Операционные системы служат
для управления компьютером, запуска программ, обеспечения защиты данных, выполнения различных сервисных функций по запросам пользователя. Драйверы устройств служат для управления
устройствами компьютера. Программы-оболочки обеспечивают
удобный и наглядный способ общения с компьютером. К вспомогательным программам относятся программы резервирования, антивирусные программы, программы-архиваторы и т. д.
Прикладные программы обеспечивают специфическое применение компьютеров. Прикладной программой называется программный продукт, предназначенный для решения конкретной задачи
пользователя. К прикладному программному обеспечению относятся редакторы документов, табличные процессоры, издательские системы, графические редакторы, системы управления базами данных, системы автоматизированного проектирования и т. д.
33
4. ОСНОВЫ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ С/С++
4.1. Описание
языков программирования С/С++
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Для создания компьютерных программ используются системы
программирования (или инструментальные системы). В настоящее
время широко применяются системы программирования на языках С/С++.
В системы программирования на языках С/С++ входят:
− интегрированная среда программирования (программа, содержащая встроенный редактор текстов, подсистему работы с файлами, систему помощи, встроенный отладчик и т. д.);
− компилятор исходного текста программы;
− редактор связей;
− библиотеки заголовочных файлов;
− библиотеки функций;
− программы-утилиты.
Текст программы на языках С/С++ содержит базовые символы,
которые можно разделить на следующие группы:
− буквы латинского алфавита;
− десятичные цифры;
− знаки операций;
− скобки;
− знаки пунктуации;
− специальные символы.
Комбинации базовых символов без пробелов образуют составные символы.
Символы пробела, табуляции, перевода строки, возврата каретки относятся к пробельным символам.
Совокупность букв, цифр и знаков подчеркивания, задающая
имя переменной, название функции или ключевое слово в программе, называется идентификатором.
Ключевые слова – это предопределенные идентификаторы, используемые для составления текста программы.
Синтаксически неделимая единица текста программы, имеющая определенный смысл для компилятора, от 1 до нескольких
символов алфавита, в том числе знаки пунктуации, скобки, ключевые слова, константы и идентификаторы переменных и функций,
называется лексемой. Границами лексем служат пробельные символы или другие лексемы.
34
4.2. Структура программы на С/С++
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Программа на языке высокого уровня содержит формализованный текст, включающий описательные предложения для представления объектов программы и исполняемые предложения (операторы), реализующие алгоритм задачи.
Программа на языках С/С++ представляет собой набор функций, т. е. вспомогательных программных единиц. Одна из функций является обязательной и за ней закреплено имя main(). Для
выделения части кода используются фигурные скобки «{}», конец
инструкции отмечается точкой с запятой «;». Комментарии отмечаются знаками «/* */». В С++ возможно также использование
знаков «// ».
Структура программы:
тип main(параметры) /*имя функции, указывающей точку входа*/
{
/*блок инструкций*/
инструкция 1;
. . .
инструкция N;
return(значение);
}
«Тип» – это ключевое слово типа для возвращаемого функцией
значения или при отсутствии типа ключевое слово void (отсутствие
типа).
«Параметры» – это необязательный список формальных параметров с их типами.
Программа обычно содержит директивы препроцессора – указания для предварительной обработки текста исходного файла перед
его компиляцией. Директивой является строка, начинающаяся
с символа «#».
Директивы включения файлов позволяют подключить общие
файлы заголовков с расширением «.h», через которые осуществляется доступ к стандартным библиотекам. Формат директивы имеет
вид:
#include <имя_файла>.
Директивы подстановки имен позволяют программисту создавать собственные символические константы и макроопределения
для фрагментов исходного текста программы по формату:
#define идентификатор текст.
35
4.3. Представление данных в С/С++
ГУ
А
П
Данные, используемые в вычислительном процессе, – это константы и переменные.
Константы – неизменяемые величины в программе, определяемые их типом и формой представления.
Определение констант:
#define имя_константы значение
main()
{
би
бл
ио
т
ек
а
}
В С++ возможен следующий вариант определения констант:
main()
{
const тип1 имя_константы1=значение1;
. . .
const типN имя_константыN=значениеN;
}
Переменные – данные, значения которых могут меняться в ходе
работы программы.
Определение переменных:
main()
{
тип1 имя_переменной1_1, ..., имя_переменной1_M;
. . .
типN имя_переменнойN_1, ..., имя_переменнойN_M;
}
В С/С++ типы данных разбиваются на 4 категории:
− «пустой» тип (void);
− скалярный тип (арифметические типы, перечисления, указатели и в С++ – ссылочный тип);
− тип «функция»;
− агрегированный тип (массивы, структуры, объединения и
в С++ – классы).
Типы подразделяются на основные и производные. К основным
типам относятся void, char, int, float совместно с вариантами short,
long, signed, unsigned. Производные типы – это указатели и ссылки
на другие типы, массивы, функции, классы, структуры и объединения.
36
Таблица 2
Oбозначение
Количество
байт
Примеры использования
Константы
Переменные
char c
#define
C ‘A’
const char
f=’A’
#define
unsigned char c
C ‘A’
#define
int n
I7
short int k
1
unsigned char символьные данные
0...255
int
-32768...32767
1
short int
-32768...32767
2
unsigned int
0...65535
2
unsigned int i
4
long int j
4
unsigned long l
-2147483648...
2147483647
unsigned long 0...4294967295
ек
а
long int
2
float
3.4*Е-38... 3.4*Е+38
4
double
1.7*Е-308...
1.7*Е+308
3.4*Е-4932...
3.4*Е+4932
8
#define
PI 3.14
10
float a,b
double b,d,f
long double g
би
бл
ио
т
long double
П
символьные данные
-128...127
ГУ
А
char
Название
Наиболее распространенные типы констант и переменных в С/
С++ приведены в табл. 2.
4.4. Ввод и вывод в С/С++
Для реализации функций ввода-вывода необходимо включить
в текст программы файлы заголовков stdio.h (подключение функций стандартного ввода-вывода) и conio.h (подключение функций
консольного ввода-вывода) с помощью директивы #include:
#include < stdio.h >,
#include < conio.h >.
Стандартный ввод-вывод может быть двух видов: форматированный и неформатированный. Функции ввода и вывода приведены в табл. 3.
37
38
Примеры
использования
Функция
Назначение
Ввод
scanf
для ввода данных scanf(“%f”,&a)
(формат, данные)
Примеры
использования
Таблица 3
ек
а
для вывода на
экран строковых
литералов, констант и переменных
для вывода единичного символа
на экран
puts()
putchar()
#define C ‘A’
main()
{char l;
putchar(‘A’);
putchar(C);
putchar(l);}
#define C ‘A’
char s=’ABC’
main()
{puts(‘ABC’);
puts(C); puts(s);}
getchar()
gets()
ГУ
А
П
для ввода с клави- main()
атуры единичного {char с;
символа
int i;
c=getchar();
i=getchar();}
для ввода строки
в переменную
main()
{
char s[15];
gets(s);
}
− %o – целое число в восьмеричной системе,
− %x – целое число в шестнадцатеричной системе,
− %f – вещественное число типа float или double,
− %e – вещественное число в экспоненциальной форме,
− %g – вещественное число в наиболее короткой форме
Неформатированный ввод и вывод (файл заголовков stdio.h)
− %d – целое число,
− %u – целое число без знака,
− %c – символ,
− %s – строка,
Строка формата заключается в кавычки и может содержать любой текст и метки, называемые указателями
формата. Каждый указатель формата начинается с символа “%”, после которого стоит буква, указывающая
тип данных:
printf(“n= %d,
v= %f»,n,v)
Форматированный ввод и вывод (файл заголовков stdio.h)
Назначение
printf
для вывода дан(формат, данные) ных
Функция
Вывод
би
бл
ио
т
39
Функция
Назначение
вывод строк
вывод сообщений
и значений переменных
cputs()
cprintf()
ГУ
А
вывод данных
cout<<C<<p
cin
П
ввод данных
cin>>C>>p
код нажатой
c=getche();
клавиши с отображением
getche()
ек
а
код нажатой клавиши без отображения
c=getch();
getch();
Примеры
использования
Окончание табл. 3
getch()
cputs(‘ABC’) }
с указанием цвета текста и фона
cprintf(«ABC\n\r»)
putch(C);
Ввод
В С++ ввод-вывод данных любых типов (файл заголовков iostream.h)
для вывода единичного символа
на экран
cout
Примеры
использования
Консольный ввод и вывод (файл заголовков conio.h)
Назначение
putch()
Функция
Вывод
би
бл
ио
т
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Перемещением курсора на экране можно управлять с помощью
escape-последовательностей:
\a – «звуковой сигнал»;
\b – «возврат на шаг»;
\f – «перевод страницы»;
\n – «новая строка»;
\r – «возврат каретки»;
\t – «горизонтальная табуляция»;
\v – «вертикальная табуляция».
Escape-последовательности также можно использовать для вывода на экран специальных символов:
\’ – одинарная кавычка;
\” – двойная кавычка;
\\ – обратная косая черта;
\? – знак вопроса.
Цвет текста задается функцией textcolor(цвет). Цвет фона задается функцией textbackground(цвет). Команда gotoxy(x, y) переводит курсор в позицию с указанными координатами. Координата x
задает номер колонки, координата y – номер строки, на пересечении которых находится знакоместо, куда переводится курсор. Команда clrscr() очищает экран и закрашивает его цветом, заданным
функцией textbackground(цвет). Команда window(x1, y1, x2, y2)
определяет окно – прямоугольная область экрана. Параметры x1,
y1 задают координаты левого верхнего угла относительно экрана,
параметры x2, y2 – координаты правого нижнего угла.
4.5. Операции в С/С++
Операции в С/С++ можно условно разделить на следующие
виды (табл. 4).
Название
Арифметические
операции
Действие
+
*
сложение
вычитание
умножение
/
деление
% остаток от деления нацело
()
40
изменение приоритетов
Таблица 4
Пример
A%(B*((C-D)+(GF))/P-Q)
Окончание табл. 4
Название
=
П
j=++i; j=i++
j=--i; j=i-A==B
A>B
A<B
A>=B
A<=B
A!=B
!(A==B)
(A!=1)||(B==0)
(C>25)&&(d<=9)
~A
A|B
A&B
A^B
A=B=C=0
?: условие
<< сдвиг влево
>> сдвиг вправо
би
бл
ио
т
Операции
присваивания
и условия
Операции
сдвига
Пример
увеличение значения
уменьшение значения
равно
больше
меньше
больше или равно
меньше или равно
не равно
логическое “НЕ”
логическое “ИЛИ”
логическое “И”
поразрядное “НЕ”
поразрядное “ИЛИ”
поразрядное “И”
поразрядное исключающее “ИЛИ”
присваивание
ГУ
А
Логические
операторы
Действие
++
-==
>
<
<=
<=
!=
!
||
&&
~
|
&
^
ек
а
Инкремент
и декремент
Операции
отношения
C=A>B? A*A+B*B: 0
B1=B<<1
B2=B>>1
4.6. Операторы ветвления
Операторы ветвления (табл. 5) служат для выбора продолжения
вычислительного процесса из группы альтернатив.
Конструкция
if (условие)
{
блок_инструкций;
/* инструкции, которые будут выполнены, если
значение выражения «условие» не равно нулю */
}
if (условие)
{
блок_инструкций_1;
Таблица 5
Пример
1. if (a>b) a=b;
2. if (i>1 && i<10)
{
b=a+c;
d=b-10;
}
if (d==0 || d==5)
{
c=d+1;
41
Окончание табл. 5
Конструкция
Пример
П
a=c/b;
}
else
{
g=a%n;
puts(«****»);
}
ГУ
А
/* инструкции, которые будут выполнены, если
значение выражения «условие» не равно нулю */
}
else
{
блок_инструкций_2;
/* инструкции, которые будут выполнены, если
значение выражения «условие» равно нулю */
}
switch (переменная)
{
case ‘значение_1’:
блок_инструкций_1; break;
...
case ‘значение_k’:
блок_инструкций_k; break;
}
switch (переменная)
{
case ‘значение_1’:
блок_инструкций_1; break;
...
case ‘значение_k’:
блок_инструкций_k; break;
default:
блок_инструкций; break;
}
би
бл
ио
т
ек
а
switch (c)
{
case ‘1’:
a=b/10; m=n+1; break;
case ‘2’:
a=b/20; m=n+2; break;
case ‘3’:
a=b/30; m=n+3; break;
}
switch (c)
{
case ‘1’:
a=b/10; m=n+1; break;
case ‘2’:
a=b/20; m=n+2; break;
case ‘3’:
a=b/30; m=n+3; break;
default:
a=0; m=0; break;
}
4.7. Операторы цикла
Операторы цикла (табл. 6) используются для организации повтора в программе определенных действий.
4.8. Массивы и строки
Массивом называется множество расположенных в памяти друг
за другом элементов одного типа, которыми можно оперировать
как группой. Элементы массива различаются номерами (индекса42
Таблица 6
Конструкция
Пример
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Циклы с фиксированным числом повторений
for (инициализация;условие_выполнеfor (i=1;i<=10; i++)
ния; изменение)
{
{
s=2*i;
блок_инструкций (тело цикла);
printf(“i=%d, s=%d\n”,i,s);
}
}
Инициализация – инструкция инициализации счетчика циклов.
Условие_выполнения – выражение, значение которого определяет условие, при
котором выполняются инструкции цикла
(инструкции цикла выполняются до тех
пор, пока условие_выполнения истинно,
т. е. не равно нулю).
Изменение – инструкция изменения параметров цикла
Циклы с постусловием
do
i=0;
do
{
{
блок_инструкций (тело цикла);
}
s=2*i;
while(условие_повторения);
printf(“i=%d, s=%d\n”,i,s);
Сначала выполняется тело цикла, затем
i++;
}
проверяется значение выражения условие_повторения, и если условие истинно, while(i<=10);
то инструкции цикла (тело цикла) выполняются до тех пор, пока условие_повторения не станет ложным.
Циклы с предусловием
while(условие_выполнения)
i=0;
{
while(i<=10)
блок_инструкций (тело цикла);
{
}
s=2*i;
Инструкции цикла (тело цикла) выполня- printf(“i=%d, s=%d\n”,i,s);
ются до тех пор, пока условие_выполнеi++;
ния не станет ложным
}
ми). Индексация в С/С++ начинается с нуля. Количество индексов,
необходимых для описания массива и организации доступа к элементам массива, определяет размерность массива. Массивы можно условно разделить на одномерные и многомерные. Элементами
многомерного массива являются массивы меньшей размерности.
43
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Определение массива:
тип_значений имя_массива [размер1] [размер2]...
Существует два способа обращения к элементам массива;
1) использование индексных выражений имя[индексное выражение];
2) использование указателей и адресных выражений.
Указателем называется переменная, с помощью которой можно
обращаться к области памяти, отведенной под другую переменную.
Определение указателя:
тип_переменной *имя_указателя.
Присвоение указателю значения в виде адреса соответствующей
переменной выполняется следующим образом:
имя_указателя=&имя_переменной.
Имя массива является адресом первого байта элемента с индексом 0. Адрес элемента вычисляется по формуле:
адрес_элемента=имя_массива+индекс*sizeof(тип_массива),
где функция sizeof определяет размер элемента в байтах.
Адресное выражение образуется с использованием имени массива
или указателя на массив. Доступ к элементам массива через адресное выражение осуществляется с помощью операции разадресации.
Занесение данных в массив осуществляется тремя способами:
1) инициализацией массива;
2) использованием функций ввода;
3) присваиванием значений.
Инициализация массива выполняется при описании массива
путем задания начальных значений элементов в списке инициаторов, заключенном в фигурные скобки (инициаторы разделяются
запятыми).
Ввод данных в массив функцией scanf() выполняется поэлементно, для чего используется оператор цикла.
Присваивание значений элементам массива выполняется при
вычислении выражений, определяющих элементы массива.
В языках программирования C/C++ существуют широкие возможности для работы с символьными массивами.
Массив символов называется строкой и описывается следующим образом:
char имя [размер].
Строковым литералом называется последовательность символов, заключенных в кавычки. Строковый литерал представляется
44
Таблица 7
Функция
strncmp()
strcmpi()
strcpy()
strncpy()
strlen()
strchr()
strrchr()
strset()
strnset()
strdup()
strlwr()
strupr()
П
strcmp()
ГУ
А
strncat()
Описание
Объединение строк
Добавление определенного количества символов одной строки в другую
Сравнение строк
Сравнение определенного количества символов в двух строках
Сравнение двух строк без учета регистра символов
Копирование одной строки в другую
Копирование определенного количества символов из одной
строки в другую
Определение длины строки
Нахождение первого вхождения символа в строку
Нахождение последнего вхождения символа в строку
Замена символов строки заданным символом
Замена определенного количества символов строки заданным символом
Дублирование строки
Преобразование строчных символов в прописные
Преобразование прописных символов в строчные
ек
а
strcat()
би
бл
ио
т
в памяти как массив элементов типа char, в конце которого помещен символ ‘\0’ (нулевой байт).
Инициализация символьного массива осуществляется поэлементно или с использованием строковых литералов.
Для работы со строками можно использовать специальные
функции (табл. 7).
4.9. Структуры в С/С++
Структурой называется переменная, включающая в себя переменные различных типов.
Определение структуры:
struct имя_структуры
{
тип_1 имя_переменной_1;
.
.
.
тип_N имя_переменной_N;
}
45
ГУ
А
4.10. Работа с файлами в С/С++
П
Определение структурных переменных:
struct
имя_структуры_1
имя_переменной_1_1,...имя_
переменной_1_n;
struct
имя_структуры_m
имя_переменной_m_1,...имя_
переменной_m_n;
Обращение к структуре:
имя_структуры.имя_переменной.
би
бл
ио
т
ек
а
Файлом называется область на носителе информации, имеющая
имя.
Для работы с файлами необходимо включить в текст программы
файл заголовков STDIO.H с помощью директивы #include:
#include <STDIO.H>.
Определение указателя на файл:
FILE *имя_указателя_1,..., *имя_указателя_n;
Открытие файла:
имя_указателя=fopen(«ИМЯ_ФАЙЛА»,»РЕЖИМ_ДОСТУПА»);
Коды режимов доступа к файлам представлены в табл. 8.
В случае успешного открытия файла функция fopen возвращает
указатель на поток, из которого можно читать или в который можно записывать. Если операция открытия файла не была выполнена,
функция возвращает NULL.
В С++ возможны следующие функции для работы с файлами:
ifstream имя_указателя /*чтение файла*/
ofstream имя_указателя /*запись в файл*/
Закрытие файла:
fclose(имя_указателя);
Функции ввода и вывода приведены в табл. 9.
Для записи и чтения структур при работе с файлами используются функции fwrite() и fread() соответственно.
Обозначение
r
w
a
46
Таблица 8
Действие
Чтение информации из файла в память компьютера
Запись данных на диск или вывод на принтер
Добавление информации в конец файла
Таблица 9
построчная запись
в файл
или вывод
на принтер
fputc()
посимвольная
запись
в файл
или на
принтер
fprintf() форматированный
вывод
Ввод
Функция Назначение
fputs(l,fp);
l – строка,
fp – указатель на файл
fgets()
построчное считывание
из файла
fputc(c,fp);
c – символ,
fp – указатель на файл
fgetc()
посимвольное
считывание из
файла
Примеры
fgets(l,fp);
l – строка,
fp – указатель на файл
П
fputs()
Примеры
c=fgetc(fp);
c – символ,
fp – указатель на файл
ГУ
А
Вывод
Функция Назначение
fprintf(fp,
fscanf()
“%s,%f,%d”,
a,b,c);
форматированный
ввод
fscanf(fp,
“%d”, &n);
би
бл
ио
т
ек
а
Синтаксис функций fwrite() и fread():
fwrite(&имя_структуры, размер_структуры, количество_записываемых_структур, указатель_на_файл),
fread(&имя_структуры, размер_структуры, количество_считываемых_структур, указатель_на_файл).
Для определения конца файла используется функция:
feof(имя_указателя).
Она возвращает ненулевое значение, если в результате выполнения последней операции чтения был достигнут конец файла.
Функция ferror(имя_указателя) возвращает ненулевое значение, если последняя операция с файлом завершилась с ошибкой.
4.11. Использование функций в С/С++
Функцией называется логически самостоятельная именованная
часть программы, которой могут передаваться параметры и которая может возвращать значение.
Структура функции:
тип_данных имя_функции (список_аргументов)
{
описание данных
47
операторы:
return(выражение)
}
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Поле «тип_данных» задает тип возвращаемого функцией значения. По умолчанию функция возвращает значение типа int. Если
поле содержит ключевое слово void, функция не возвращает никакого значения.
Поле «имя_функции» – это указатель на функцию. Его значением является адрес точки входа в функцию.
Поле «список_аргументов» определяет аргументы, передаваемые в функцию. Это поле в определении функции называется списком формальных аргументов или параметров. Каждый параметр
определяется его типом и именем с возможными модификаторами, описывающими указатель – *, массив – [], функцию – (). Если
в функцию не передаются аргументы, это поле отсутствует или содержит ключевое слово void. В соответствие формальным аргументам ставятся значения фактических аргументов, задаваемые при
обращении к функции.
Совокупность данных в фигурных скобках называется телом
функции. Тело функции образует блок (или составной оператор),
определяющий действия функции и ее результаты. Блок может содержать описания используемых в нем переменных. Операторы тела
функции выполняются, пока не встретится оператор return (возврат)
или конец функции – последняя закрывающая фигурная скобка,
при этом управление возвращается в точку вызова функции.
Обращение к функции имеет вид:
имя_функции (список_аргументов),
где «список_аргументов» – последовательность выражений, разделенных запятыми, представляющих фактические параметры,
которые должны соответствовать списку формальных параметров.
При передаче параметров в функцию может выполняться дополнительное преобразование типов фактических параметров к типу
формальных.
Возможны два способа вызова функции: операнд и оператор.
При обработке вызова функции возможны два способа передачи
данных в функцию и из функции: по значению и по адресу.
В случае передачи данных по значению компилятор, обрабатывая вызов функции, осуществляет запись копий значений фактических параметров во временную память. Формальные параметры
при выполнении тела функции работают с копиями аргументов.
48
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Таким образом, формальные и фактические параметры изолируются друг от друга, поэтому в теле функции нельзя изменить значение
фактического параметра. Такой способ используется, если необходимо сохранить значения фактических параметров после работы
вызываемой функции.
В случае передачи данных по адресу в качестве аргументов при
вызове функции передаются не копии переменных, а копии адресов
переменных. Формальный и фактический параметр, используя один
и тот же адрес (указатель), получают доступ к общему участку памяти (переменной). После применения операции разадресации в функции можно изменить значение фактического параметра и использовать его как один из результатов функции. Вызов функции с передачей адресов аргументов позволяет разрабатывать функции, имеющие
доступ к массивам и другим протяженным объектам данных.
При создании программы объект должен описываться или объявляться раньше, чем он используется. Если обращение к функции
используется до ее описания, вводится ее объявление с использованием прототипа. Прототип повторяет заголовок функции, за которым ставится разделитель (точка с запятой), т. е. вводится пустой
оператор вместо тела функции.
Атрибутами объекта являются область действия и время жизни.
Областью действия называется часть текста программы, где может
быть использован данный объект. Время жизни – это интервал времени, в течение которого значение объекта доступно для использования в некоторой части программы. Время жизни переменной
может быть локальным или глобальным. Объект с глобальным временем жизни имеет определенное значение на протяжении всего
времени выполнения программы и располагается в выделенной для
него памяти. Для локального объекта выделяется новая область памяти при каждом входе в блок и освобождается при выходе из блока, при этом значение объекта теряется. Переменные, описанные
в функции, в том числе формальные параметры, имеют локальную
область действия. Сами функции в программе являются внешними
по отношению друг к другу и имеют глобальное время жизни, т. е.
существуют на протяжении всего времени выполнения программы.
4.12. Функции графического режима
При работе с функциями графического режима (табл. 10) необходимо использовать заголовочный файл graphics.h.
49
Таблица 10
arc
void arc(int x, int y, int УголНачала,
int УголКонца, int Радиус);
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Вычерчивает дугу с центром в точке с координатами (x, y). Параметры
УголНачала и УголКонца задают круговые координаты начальной и
конечной точек линии дуги, которая вычерчивается против часовой
стрелки от начальной точки к конечной. Угловые координаты задаются
в градусах. Значение угловой координаты возрастает против часовой
стрелки. Параметр Радиус задает радиус дуги. Линия дуги вычерчивается цветом, заданным функцией setcolor
bar
void bar(int x1,int y1, int x2, int y2 );
Вычерчивает закрашенный прямоугольник. Параметры x1 и y1 задают положение левого верхнего угла прямоугольника, x2 и y2 – правого нижнего. Цвет и стиль заливки прямоугольника задаются функцией setfillstyle
void bar3d (int x1, int y1, int x2, int y2,
bar3d
int Глубина, int В_Грань);
Вычерчивает параллелепипед. Параметры x1 и y1 задают положение
левого верхнего, а x2 и y2 – правого нижнего угла ближней грани параллелепипеда. Параметр Глубина задает расстояние между передней и
задней гранями, параметр В_Грань определяет, нужно ли вычерчивать
границу верхней грани. Если параметр В_Грань равен нулю, то линия
границы верхней грани не вычерчивается. Цвет и стиль закраски
ближней грани параллелепипеда можно задать при помощи функции
setfillstyle, цвет линий границы – при помощи функции setcolor
circle
void circle( int x, int y, int r);
Вычерчивает окружность радиуса r с центром в точке с координатами
(x, y). Цвет окружности можно задать при помощи функции setcolor
drawpoly
void drawpoly(int КолТочек, int * Координаты);
Вычерчивает замкнутую ломаную линию, состоящую из отрезков прямых. Параметр КолТочек задает количество точек, в результате последовательного соединения которых получается ломаная. Параметр Координаты задает массив координат узловых точек ломаной. Нулевой и первый
элементы массива Координаты содержат координаты первой точки (x и
y), второй и третий элементы содержат координаты второй точки и т. д.
void ellipse(int x, int y, int УголНачала, int Уголellipse
Конца, int РадиусX, int РадиуcY);
Вычерчивает эллипс или дугу эллипса с центром в точке с координатами
(x, y). Параметры УголНачала и УголКонца задают круговые координаты начальной и конечной точек линии эллипса, которая вычерчивается
против часовой стрелки от начальной точки к конечной. Угловые координаты задаются в градусах. Значение угловой координаты возрастает
против часовой стрелки. Параметры РадиусX и РадиусY задают горизонтальный и вертикальный радиусы эллипса.
Линии эллипса или дуги вычерчивается цветом, установленным функцией setcolor
50
Продолжение табл. 10
int getmaxx(void);
int getmaxy(void);
Функция getmaxx возвращает координату x крайней правой точки экрана, функция getmaxy – координату y крайней нижней точки экрана
getx, gety
int getx(void); int gety(void);
Возвращает координату x (y) указателя ввода
graphresult
int graphresult (void);
Возвращает результат (код ошибки) последней выполненной графической операции. Если операция выполнена успешно, функция возвращает ноль
grapherrormsg
char* grapherrormsg (int КодОшибки);
Возвращает указатель на строку, содержащую сообщение, соответствующее коду ошибки выполнения графической операции, указанному при
вызове функции
void initgraph (int* Driver, int* Mode, char*
initgraph
Path);
Инициализирует графический режим. Параметр Driver определяет
драйвер видеосистемы, параметр Mode – режим работы видеосистемы,
параметр Path – путь к файлу драйвера. Обычно в качестве параметра
Driver используют указатель на целую константу, значение которой
равно DETECT. В этом случае функция initgraph сама определяет тип
графического адаптера и устанавливает для него наилучший режим
void line(int x1,int y1, int x2, int y2 );
би
бл
ио
т
line
ек
а
ГУ
А
П
getmaxx, getmaxy
Вычерчивает линию из точки с координатами x1, y1 в точку с координатами x2, y2. Цвет линии можно задать при помощи функции setcolor,
стиль – при помощи функции setlinestyle
lineto
void lineto(int x, int y);
Вычерчивает линию от текущего положения указателя вывода до точки,
координаты которой указаны при вызове. Линия вычерчивается стилем, установленным функцией setlinestyle. Цвет линии можно задать,
вызвав функцию setcolor
linerel
void linerel (int dx, int dy);
Вычерчивает линию из точки текущего положения указателя вывода
(xt, yt) в точку с координатами (xt+dx, yt+dy), т. е. координаты конца
линии задаются в приращениях относительно текущих координат указателя вывода.
Линии вычерчиваются стилем, который устанавливается функцией
setlinestyle. Цвет линии можно задать, вызвав функцию setcolor. Координаты указателя вывода можно получить при помощи функций getx и gety
moveto
void moveto (int x, int y);
51
Продолжение табл. 10
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Перемещает указатель вывода в точку с заданными координатами
moverel
void moverel (int dx, int dy);
Перемещает указатель вывода на dx и dy пикселов. Если значение параметра dx (dy) положительное, то указатель перемещается вниз (влево),
если отрицательное, то – вверх (вправо)
outtext
void outtext (const char* Текст);
Выводит строку символов «Текст» от текущего положения указателя
вывода и перемещает указатель вывода в точку, расположенную за
последним выделенным символом. Строка, передаваемая функции
outtext, не должна содержать символов форматирования, например \n.
Цвет выводимых символов можно задать при помощи функции setcolor,
шрифт – settextstyle
outtextxy
void outtextxy (int x, int y, const char* Текст);
Устанавливает указатель вывода в точку с координатами (x,y) и выводит
от нее строку «Текст», при этом указатель вывода своего положения не
меняет, т. е. остается в точке с координатами (x,y). Цвет выводимых символов можно задать при помощи функции setcolor, шрифт – settextstyle
void pieslice(int x, int y, int УголНачала, int
pieslice
УголКонца, int Радиус);
Вычерчивает дуговой сектор радиуса Радиус с центром в точке с координатами (x,y). Параметры УголНачала и УголКонца задают круговые
координаты начальной и конечной точек линии окружности, которая
вычерчивается против часовой стрелки от начальной к конечной точке.
Угловые координаты задаются в градусах. Значение угловой координаты возрастает против часовой стрелки. Нулевому углу соответствует
горизонтальный отрезок, проведенный из точки (x,y) в сторону возрастания координаты x. Если УголНачала=0, а УголКонца=360, то функция pieslice вычерчивает круг. Сектор закрашивается стилем и цветом,
установленными функцией setfillstyle, линия границы вычерчивается
цветом, установленным функцией setcolor.
putpixel
void putpixel (int x, int y, int Цвет);
Окрашивает пиксел, точку с координатами (x,y), цветом Цвет. В качестве параметра Цвет обычно используют именованную константу
rectangle
void rectangle (int x1, int y1, int x2, int y2);
Вычерчивает прямоугольник. Параметры x1 и y1 задают положение
левого верхнего угла прямоугольника, x2 и y2 – правого нижнего
void sector (int x, int y, int Угол1, int Угол2, int
sector
РадиусX, int РадиусY);
Вычерчивает эллиптический (РадиусX≠РадиусY) или круговой
(РадиусX=РадиусY) сектор. Параметры x и y задают координаты центра
сектора. Параметры Угол1 и Угол2 – углы прямых, ограничивающих
сектор, параметры РадиусX и РадиусY – радиусы эллипса по осям X и Y,
52
Окончание табл. 10
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
из которого вырезается «сектор». Нулевому углу соответствует горизонтальный отрезок, проведенный из точки (x,y) в сторону возрастания
координаты x. Если Угол1=0, а Угол2=360, то функция sector вычерчивает полный круг (эллипс)
setcolor
void setcolor (int Цвет);
Задает цвет вывода текста (функции outtextxy и outtext), вычерчивания
линий и фигур (функции line, circle, rectangle и др.).
setfillstyle
void setfillstyle (int Стиль, int Цвет);
Устанавливает стиль и цвет заливки (закрашивания), используемый
функциями вывода областей (bar, bar3d, sector и др.)
void setlinestyle (int ТипЛинии, int Образец, int
setlinestyle
Толщина);
Устанавливает стиль вычерчиваемых контуров и линий.
Параметр ТипЛинии определяет вид линии. Параметр Толщина определяет толщину линии. Линия может быть обычной толщины (константа
(NORM_WIDTH) или утолщенная (константа THICK_WIDTH).
Параметр Образец используется в том случае, если функция setlinestyle
устанавливает тип линии, определяемый программистом. Значением
параметра Образец должна быть четырехразрядная шестнадцатеричная
константа, кодирующая отрезок линии длиной в 16 пикселов
53
5. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДЫ КОНЕЧНОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ
5.1. Текстовые редакторы
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Инструментальные средства подготовки текстовых документов
служат для разработки документов различной степени сложности,
научных статей, книг и т. д.
Текстовый редактор представляет собою самостоятельную компьютерную программу или компонент программного комплекса
для создания и изменения текстовых данных.
Текстовые редакторы предназначены для работы с текстовыми файлами в интерактивном режиме. Они позволяют просматривать содержимое текстовых файлов и производить над ними различные действия.
Часто интерактивные текстовые редакторы содержат дополнительную функциональность, призванную автоматизировать действия по редактированию.
Можно выделить несколько этапов обработки документов с помощью текстового редактора:
− ввод текста;
− редактирование;
− сохранение документа;
− поиск и открытие созданного документа.
Редакторы текстов обеспечивают ввод, изменение и сохранение
любого символьного текста.
Ввод текста может осуществляться несколькими разными способами:
− набором текста на клавиатуре;
− переводом бумажных документов в электронную форму;
− голосовым вводом;
− рукописным вводом.
Для современных текстовых редакторов характерно выполнение следующих функций:
− автоматизированное форматирование документа на основе стилей;
− работа с документом в режиме исправлений, обеспечивающем
возможности последующей отмены или подтверждения каждого
изменения, проверка орфографии и автоматическое разделение
слов при переносе;
− структурное проектирование документа;
− создание формульных выражений и таблиц;
− возможность встраивания и редактирования графических изображений;
54
ГУ
А
5.2. Табличные процессоры
П
− работа с электронной почтой.
Наибольшую актуальность в процессе подготовки текстового документа приобретает организация интерфейса пользователя.
Существующие в настоящие время системы подготовки текстовых документов значительно отличаются друг от друга характеристиками, способами ввода и редактирования текста, его форматирования и вывода на печать, а также степенью сложности освоения
пользователем.
би
бл
ио
т
ек
а
Табличными процессорами называются пакеты программ, предназначенные для создания электронных таблиц и манипулирования данными.
Особенностью табличных процессоров или электронных таблиц
является то, что в них структурирование информации начинается
непосредственно на этапе ввода данных: с самого начала своего существования в машинной форме они привязываются к структурным подразделениям таблиц – ячейкам.
Основное назначение процессоров электронных таблиц – обработка таблично организованной информации, проведение расчетов
на ее основе и обеспечение визуального представления хранимых
данных и результатов их обработки.
Табличные процессоры выполняют следующие функции:
− использование в таблицах сложных формул, содержащих
функции различного назначения;
− организация связей нескольких таблиц;
− создание сводных таблиц;
− выполнение автоматизированного поиска;
− обеспечение защиты данных;
− структурирование данных;
− использование автозаполнения ячеек таблицы.
Основным объектом табличного процессора является рабочая
книга, которая сохраняется как целостный объект в едином файле,
имеющим по умолчанию расширение *.xls. Книга делится на листы, а листы, в свою очередь, – на ячейки.
В некоторых случаях логика работы с данными требует задания
ссылок между несколькими рабочими книгами. Получающаяся
в результате связанная совокупность книг обычно называется рабочим пространством или рабочей средой.
55
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Главное окно Excel содержит следующие элементы:
− строка меню;
− панели инструментов;
− строка ввода данных;
− окно адреса активной (текущей) ячейки;
− линейки прокрутки.
Панели инструментов содержат значки, кнопки, раскрывающиеся
списки, благодаря которым возможен быстрый доступ к часто используемым командам и настройкам. В строке ввода данных отображается содержимое активной ячейки. Строка состояния отображает сведения о выбранной команде или выполняемой операции, а также справочную информацию о включенных функциональных клавишах.
Для хранения данных различных типов служат ячейки. Каждая ячейка имеет уникальный адрес. Интервалом (блоком, диапазоном) ячеек называется прямоугольная область смежных или
несмежных ячеек. Интервал задается указанием адреса верхней
левой и правой нижней ячеек, разделенных символом двоеточие.
Для выполнения вычислений над данными используются формулы. Формулы состоят из операндов и начинаются с символа «=».
В качестве операндов используются числа, логические значения,
ячейки, встроенные функции, которые соединяются с помощью
символов операций – сложения, вычитания, умножения, деления,
возведения в степень.
В процессорах электронных таблиц поддерживается система относительных и абсолютных ссылок. Абсолютной ссылкой называется не изменяющийся при копировании и перемещении формулы
адрес ячейки, содержащий исходные данные (в качестве признака
абсолютной ссылки в адресе используется знак $). Различают полную абсолютную ссылку (при перемещении адрес ячейки не меняется) и частичную абсолютную ссылку (при перемещении остается
неизменной только одна из координат).
Существует возможность осуществлять графическое представление хранимой информации с помощью процессоров электронных
таблиц. Для этого используются внедренные диаграммы и диаграммы в формате полного экрана.
5.3. Основы работы с системой MatLab
MatLab – одна из старейших и тщательно проработанных систем автоматизации математических расчетов. MatLab является
расширяемой системой, и ее легко можно приспособить к решению
56
− перемещение курсора вправо на один символ;
− перемещение курсора влево на один символ;
− перемещение курсора вправо на одно слово;
− перемещение курсора влево на одно слово;
− перемещение курсора в начало строки;
− перемещение курсора в конец строки;
− перелистывание строк вверх или вниз;
− стирание символа, на котором установлен курсор;
− стирание символа слева от курсора (back space);
− включение / выключение режима вставки.
би
бл
ио
т
→
←
ctrl →
ctrl ←
home
end
↑и↓
del
←
ins
ек
а
ГУ
А
П
различных классов задач. Своим названием (matrix laboratory –
«матричная лаборатория») система MatLab обязана ориентации на
матричные и векторные вычисления.
Система MatLab специально создана для проведения инженерных расчетов: математический аппарат системы приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого и опирается на вычисления с векторами, матрицами, действительными
и комплексными числами; графическое представление функциональных зависимостей организовано в форме, требуемой инженерной документацией.
Система MatLab позволяет выполнять ряд команд и операторов.
Под командами понимаются средства, управляющие периферийным оборудованием, под операторами – средства, выполняющие
операции с данными (операндами).
Команды и операторы могут выполняться как из программы,
так и в режиме прямых вычислений.
Работа с системой в режиме прямых вычислений носит диалоговый характер. Вычисляемое выражение вводится путем набора
на клавиатуре и нажатия клавиши Enter. При этом действует простейший строчный редактор. Его команды:
Важными командами системы являются:
− HELP
− DEMO
− INFO
− помощь;
− демонстрация;
− информация.
MatLab содержит несколько системных переменных, в том числе:
− pi
− inf
− ans
− число «пи»;
− значение машинной бесконечности;
− переменная, хранящая результат последней операции.
57
+
*
/
\
^
− сложение;
− вычитание;
− умножение;
− деление слева направо;
− деление справа налево;
− возведение в степень.
П
В арифметических выражениях применяются следующие знаки
операций:
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
Поэлементные операции имеют вид:
.<знак операции>
Для задания переменных в системе MatLab используется операция присваивания, вводимая знаком:
имя_переменной = выражение.
Если запись оператора не заканчивается символом «;», результат выводится в командное окно, в противном случае результат не
выводится.
Если оператор не содержит знака присваивания «=», то значение результата присваивается системной переменной ans.
При работе с числовыми данными можно задавать различные
форматы представления чисел (при этом все вычисления проводятся с предельной, так называемой двойной, точностью). Для установки формата представления чисел используется команда «format
name», где «name» – имя формата. Команда «format» может устанавливать следующие режимы вывода:
format
format short
format short e
format long
format long e
format hex
format +
format bank
format
compact
format loose
58
− аналогично format short и устанавливается по умолчанию;
− формат с фиксированной точкой с 5 знаками;
− формат с плавающей точкой с 5 знаками;
− формат с фиксированной точкой с 15 знаками;
− формат с плавающей точкой с 15 знаками;
− шестнадцатеричный формат;
− компактный формат, «+», «-» и «пробел» служат для
отображения положительных, отрицательных и нулевых элементов, мнимая часть игнорируется;
− фиксированный формат для денежных единиц;
− формат с подавлением перевода строки;
− формат, обратный format compact.
би
бл
ио
т
sign(z)
rem(x, y)
exp(z)
log(z)
log10(z)
ГУ
А
angle(z)
sqrt(z)
real(z)
imag(z)
round(z)
fix(z)
floor(z)
− вычисление модуля комплексного числа z или абсолютного значения действительного числа z;
− вычисление аргумента z;
− вычисление квадратного корня;
− вычисление действительной части z;
− вычисление мнимой части z;
− округление до целого;
− округление до ближайшего целого в сторону нуля;
− округление до ближайшего целого в сторону отрицательной бесконечности;
− вычисление функции знака;
− вычисление остатка от деления x на y;
− вычисление е в степени z;
− вычисление натурального логарифма числа z;
− вычисление десятичного логарифма числа z.
ек
а
abs(z)
П
Система MatLab работает как с действительными, так и с комплексными числами вида z = Re(z) + i * Im(z), где i (или j) – мнимая
единица; т. е. квадратный корень из –1, Re(z) – действительная
часть комплексного числа z, а Im(z) – его мнимая часть.
Система MatLab позволяет вычислять различные математические функции. Следующие элементарные алгебраические функции
имеют в качестве аргумента одно или два действительных (x, y) или
одно комплексное (z) число:
Система MatLab предоставляет возможности для вычисления
следующих тригонометрических и обратных тригонометрических
функций:
sin(z)
cos(z)
tan(z)
asin(z)
acos(z)
atan(z)
atan2(y, x)
− вычисление синуса;
− вычисление косинуса;
− вычисление тангенса;
− вычисление арксинуса;
− вычисление арккосинуса;
− вычисление арктангенса;
− вычисление арктангенса по координатам точки.
MatLab – система, специально предназначенная для проведения
сложных вычислений с векторами, матрицами и многочленами.
При вводе значения векторов и матриц перечисляются в квадратных скобках. Для разделения столбцов используются пробелы, для разделения строк – знак «;». Система MatLab дает возмож59
rand(m,n)
eye(m,n)
−  генерация матрицы с нулевыми элементами;
−  генерация матрицы с единичными элементами;
−  генерация матрицы с элементами, имеющими случайные значения;
−  генерация матрицы с единичными диагональными
элементами;
ек
а
zeros(m,n)
ones(m,n)
ГУ
А
П
ность ввода вектора, значения которого являются арифметической
прогрессией:
<Имя>=<НЗ>:<Ш>:<КЗ>,
где <НЗ> – начальное значение прогрессии; <Ш> – разность прогрессии; <КЗ> – конечное значение.
Также возможен ввод элементов векторов и матриц в виде арифметических выражений, содержащих любые доступные системе
функции.
Матрицы можно расширять, используя матрицы малых размеров, как элементы матриц больших размеров.
Генерацию некоторых наиболее распространенных видов матриц обеспечивают следующие матричные функции:
(m – количество строк, n – количество столбцов матрицы).
би
бл
ио
т
Матрицу можно свести к нулевой размерности, используя выражение вида
имя_матрицы = [].
При этом имя матрицы сохраняется и в дальнейшем ее можно
расширить и использовать. Уничтожение матрицы осуществляется с помощью команды
clear имя_матрицы.
Выделение элементов матрицы (а) производится с помощью команд:
a(i,j)
a(i,:)
a(:,j)
− выделение элемента i-й строки j-го столбца,
− выделение i-й строки,
− выделение j-го столбца.
В MatLab возможны следующие операции с векторами и матрицами:
+
*
\/
60
− сложение;
− вычитание;
− умножение;
− деление;
П
det(m)
trace(m)
rank(m)
− транспонирование;
− возведение в степень;
− обращение матрицы;
− псевдообращение матрицы;
− матричный квадратный корен;
− вектор с коэффициентами характеристического
многочлена матрицы;
− значение определителя матрицы;
− след матрицы;
− ранг матрицы.
ГУ
А
‘
^
inv(m)
pinv(m)
sqrtm(m)
poly(m)
би
бл
ио
т
ек
а
Система MatLab имеет ряд функций, предназначенных для обработки данных, заданных в матричной или векторной форме.
Функция size (m) служит для определения числа строк и столбцов
матрицы m. Она возвращает вектор [n, p], содержащий эти данные.
Функция max(v) возвращает значение максимального по значению
элемента вектора v. Если ее аргументом является матрица, например max(m), то функция возвращает вектор-строку, содержащую
значения максимальных элементов каждого из столбцов. Аналогично действует функция min(m), выделяющая элементы с минимальными значениями. Функция mean(v) возвращает среднее
значение элементов вектора v, а функция mean(m) с матричным
аргументом возвращает вектор-строку средних значений каждого
из столбцов данных. Функция std(v) возвращает статистический
параметр – стандартное (квадратичное) отклонение для одномерного массива данных, представленного вектором v. В случае матричного аргумента эта функция возвращает вектор-строку стандартных отклонений для каждого из столбцов. Функция сортировки
sort(v) возвращает вектор, элементы которого расположены в порядке роста их значений. Для матричного аргумента эта функция
возвращает матрицу, у которой отсортированы элементы каждого
столбца. Функция sum(v) возвращает сумму элементов вектора v,
а для матричного аргумента функция sum(m) возвращает векторстроку сумм элементов по каждому из столбцов. Аналогично функция prod(m) возвращает вектор произведений элементов каждого
из столбцов.
Программирование в системе MatLab является эффективным
средством ее расширения и адаптации к решению специфических
задач пользователя. Оно реализуется с помощью входного языка
системы, который является языком высокого уровня и содержит
сложные операторы и функции.
61
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Для записи программ в MatLab часто используются m-файлы –
последовательности операторов, оформленные в виде файлов,
имеющих расширение.m. Сценариями называются m-файлы, содержащие последовательности команд. Функциями называются
m-файлы, имеющие в первой строке указание «function». Описание функций начинается со строки заголовка:
function [<перчень конечных величин>] =
<имя процедуры>(<перечень входных величин>).
В файлах-функциях все имена переменных внутри файла, а также имена переменных, указанные в заголовке, воспринимаются
как локальные, т. е. все значения этих переменных после завершения работы процедуры исчезают, и область оперативной памяти
компьютера, которая была отведена под запись значений этих переменных, освобождается для записи в нее значений других переменных. В файлах-сценариях все используемые переменные образуют
«рабочее пространство». Их значения сохраняются в течение всего
сеанса работы с системой.
Ввод исходных данных в программе может осуществляться с помощью операций присваивания, с клавиатуры и из файлов, хранимых на диске.
Для операций присваивания используются конструкции:
имя_переменной = числовое выражение
имя_переменной = ‘строка символов’
Для организации диалогового ввода и вывода используются следующие операторы.
Оператор
INPUT
DISP
Синтаксис
Назначение
X=input(‘<приглашение>’) для ввода данных с клавиатуры
disp(<переменная или
для вывода на дисплей
текст в апострофах>)
Для организации ветвлений служат условные операторы.
Конструкции условных операторов
1. if <условие>
<операторы>
end
(операторы выполняются только в том случае, если условие истинно).
2 if <условие>
<операторы 1>
62
<операторы 2>
end
if <условие1>
<операторы 1>
elseif <условие2>
<операторы2>
elseif <условие3>
<операторы3>
...
else
<операторы>
end
П
else
ГУ
А
3.
В системе MatLab могут применяться следующие операторы
сравнения:
− меньше;
− меньше или равно;
− больше;
− больше или равно;
− равно;
− не равно.
ек
а
<
<=
>
>=
==
~=
би
бл
ио
т
В MatLab возможно выполнение логических операций:
&
|
− логическое «и» (and);
− логическое «или» (or);
~
− логическое отрицание (not).
Результатом логических операций являются числа 0(false) и
1(true).
В системе MatLab есть две разновидности операторов цикла – условный и арифметический.
Для повторения операторов нефиксированное число раз используется оператор цикла с предусловием:
while <условие>
<операторы>
end
Операторы выполняются, если переменная «условие» имеет ненулевые элементы.
63
ек
а
− отображение файлов, хранящихся в текущем каталоге;
− смена текущего каталога;
− вывод имен М-файлов, содержащихся на диске;
− вывод на экран листинга текстового файла;
− установка режима записи в файл;
− удаление файла;
− сохранение переменных в файл;
− загрузка переменных из файла;
− вывод списка текущих переменных;
− вывод значений переменных;
− удаление переменных и функций;
− выход;
− переход во внешнюю среду.
би
бл
ио
т
dir
chdir
what
type
diary
delete
save
load
who
whos
clear
quit
!
ГУ
А
П
Арифметический оператор цикла имеет вид
for <имя> = <НЗ>: <Ш>: <КЗ>
<операторы>
end
Здесь <имя> – имя управляющей переменной цикла, <НЗ> – начальное значение управляющей переменной и <КЗ> – конечное
значение управляющей переменной. Значение <Ш> задает приращение значений переменной <имя> в ходе ее изменения от значения <НЗ> до значения <КЗ>. Если параметр <Ш> не указан, по
умолчанию его значение принимается равным единице.
Для работы с файлами и данными в оперативной памяти компьютера служат следующие команды:
Для графического представления результатов вычислений
в MatLab используется набор специальных команд. Основные операторы графики:
plot
loglog
semilogx
semilogy
polar
mesh
contour
bar
stairstep
64
− построение графика в линейном масштабе;
− построение графика в логарифмическом масштабе;
− построение графика в полулогарифмическом масштабе (log по оси x);
− построение графика в полулогарифмическом масштабе (log по оси y);
− построение графика в полярной системе координат;
− построение графика трехмерной поверхности;
− построение графика с контурными линиями – уровнями равных высот;
− построение графика столбцовой гистограммы;
− построение графика в виде ступенчатой линии.
Для оформления графиков служат следующие операторы:
text
title
xlabel
ylabel
grid
− вывод надписи в заданное место графика;
− задание титульной надписи;
− задание надписи по оси x;
− задание надписи по оси y;
− задание пунктирной масштабной сетки.
П
При программировании графических операций используются
операторы:
ГУ
А
axis(<масштаб>) − задание построения осей с заданным масштабом;
hold
− сохранение предшествующих построений;
subplot(m,n,p)
− разбивка окна на меньшие окна (m – количество
окон по вертикали, n – по горизонтали, p – номер
подокна).
би
бл
ио
т
ек
а
Являясь расширяемой системой, MatLab может использоваться
для решения различных классов инженерных задач, математического моделирования, обработки результатов эксперимента и визуализации данных.
65
Заключение
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
Современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации.
Информатизация общества – это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является
сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача
и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники,
а также на базе разнообразных средств информационного обмена.
Информатизация общества обеспечивает:
− активное использование постоянно расширяющегося интеллектуального потенциала общества, сконцентрированного в печатном фонде, научной, производственной и других видах деятельности;
− интеграцию информационных технологий с научными и производственными технологиями, что способствует развитию всех
сфер общественного производства, интеллектуализации трудовой
деятельности;
− высокий уровень информационного обслуживания, доступность для любого члена общества источников достоверной информации, визуализацию представляемой информации, существенность используемых данных.
Процессы, происходящие в связи с информатизацией общества,
способствуют ускорению научно-технического прогресса и интеллектуализации всех видов человеческой деятельности.
66
Библиографический список
би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
П
1. Кутькина О. П. Информационные технологии: учеб. пособие.
Барнаул: Изд-во АлтГАКИ, 2010. 351с.
2. Колин К. К. Фундаментальные основы информатики: социальная информатика. М.: Академический проект, 2000. 215 с.
3. Белый О. В., Копанев А. А., Попов С. С. Системология и информационные системы. СПб.: Изд-во СПГУВК, 1999. 332 с.
4. Волкова В. Н., Кузин Б. И. Информационные системы: учеб.
пособие. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1998. 213 с.
5. Яроцкий А. П. Информационная технология. Системный подход // Информационные системы в экономике, экологии, образовании: сб. науч. трудов / под ред. О. И. Пятковского, А. А. Цхая,
А. П. Яроцкого. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002. С. 5–22.
6. Яроцкий А. П., Системный анализ: учеб. пособие. Барнаул:
Изд-во АлтГТУ, 2006. 149 с.
7. Информационные технологии управления: учеб. пособие для
вузов / под ред. Г. А. Титаренко. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 439 с.
8. Годин В. В., Корнеев И. К. Управление информационными ресурсами. М.: Инфора-М, 1999. 464 с.
9. Данилевский Ю. Г., Петухов И. А., Шибанов В. С. Информационная технология в промышленности. Л.: Машиностроение, 1988.
283 с.
10. Колин К. К. Информационная технология как научная дисциплина // Информационные технологии. 2001. № 2. С. 2–10.
11. Вильховченко С. Современный компьютер: устройство, выбор, модернизация. СПб.: Питер, 2000, 512 с.
12. Дьяконов В. П. Справочник по применения системы PC
MatLab. М.: Физматлит, 1993. 112 с.
67
Оглавление
3
4
4
6
9
П
Предисловие.............................................................................. 1. Теоретические основы технологии............................................. 1.1. Технология: понятие, свойства, компонентная структура...... 1.2. Технологическая система: структура, принципы
функционирования................................................................. 1.3. Технология как наука....................................................... 2. Информационная технология: понятийная и структурная
характеристика.......................................................................... 2.1. Информационные революции. Краткая характеристика........ 2.2. Информационная технология: многозначность понятия........ 2.3. Системная характеристика информационной технологии...... 2.4. Свойства и основные направления развития информационной
технологии............................................................................ 3. Аппаратное и программное обеспечение компьютерной техники.... 3.1. Основные блоки компьютера.............................................. 3.2. Программное обеспечение компьютерной техники................ 4. Основы языков программирования С/С++.................................. 4.1. Описание языков программирования С/С++........................ 4.2. Структура программы на С/С++......................................... 4.3. Представление данных в С/С++.......................................... 4.4. Ввод и вывод в С/С++........................................................ 4.5. Операции в С/С++............................................................ 4.6. Операторы ветвления........................................................ 4.7. Операторы цикла. ............................................................ 4.8. Массивы и строки............................................................. 4.9. Структуры в С/С++.......................................................... 4.10. Работа с файлами в С/С++................................................ 4.11. Использование функций в С/С++...................................... 4.12. Функции графического режима........................................ 5. Программные среды конечного пользователя.............................. 5.1. Текстовые редакторы........................................................ 5.2. Табличные процессоры...................................................... 5.3. Основы работы с системой MatLab....................................... Заключение............................................................................... Библиографический список.......................................................... би
бл
ио
т
ек
а
ГУ
А
13
13
15
19
25
27
27
33
34
34
35
36
37
40
41
42
42
45
46
47
49
54
54
55
56
66
67
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
2 948 Кб
Теги
anodinaandrievskya
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа