Симонович С.В. (ред.) Информатика для юристов и экономистов

Подождите немного. Документ загружается.

Адресные данные

Если данные хранятся не как попало, а в организованной структуре

(причем любой), то каждый элемент данных приобретает новое свойство (пара-

метр), которое можно назвать адресом. Конечно, работать с упорядоченными

данными удобнее, но за это приходится платить их размножением, поскольку

адреса элементов данных — это тоже данные, и их тоже надо хранить и обраба-

тывать.

Самое обидное явление — это когда размер адресных данных становится

больше, чем размер самих данных, на которые указывает адрес. В этом случае

структура данных напоминает книгу, в которой оглавление занимает большую

часть книги. Чтобы избежать такой ситуации, используются специальные мето-

ды организации хранения данных.

1.8. ФАЙЛЫ И ФАЙЛОВАЯ СТРУКТУРА

Единицы представления данных

Существует множество систем представления данных. С одной из них,

принятой в информатике и вычислительной технике, двоичным кодом, мы по-

знакомились выше. Наименьшей единицей такого представления является бит

(двоичный разряд).

Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные дан-

ные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым

представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму.

В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми би-

тов, которые называются байтами.

Десятичное число Двоичное число Байт

1 1 0000 0001

2 10 00000010

………………. …………… …………….

255 11111111 1111 1111

Понятие о байте как о группе взаимосвязанных битов появилось вместе с

первыми образцами электронной вычислительной техники. Долгое время оно

быломашин-нозависимым, то есть для разных вычислительных машин длина

байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсаль-

ным и машинноне-зависимым.

Выше мы видели, что во многих случаях целесообразно использовать не

восьмиразрядное кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное и

более. Группа из 16 взаимосвязанных битов (двух взаимосвязанных байтов) в

информатике называется словом. Соответственно, группы из четырех взаимо-

связанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из

восьми байтов (64 разряда) — учетверенным словом. Пока, на сегодняшний

день, такой системы обозначения достаточно.

Единицы измерения данных

Существует много различных систем и единиц измерения данных. Каж-

дая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может

использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся единицы.

В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы

данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои

единицы данных, основанные на нем.

Наименьшей единицей измерения является байт. Поскольку одним

байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для

текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в

символах (пока исключение представляет рассмотренная выше универсальная

кодировка UNICODE).

Более крупная единица измерения — килобайт (Кбайт). Условно можно

считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с тем, что

для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно

представление чисел в виде степени двойки, и потому на самом деле 1 Кбайт

равен 210 байт (1024 байт). Однако всюду, где это не принципиально, с погреш-

ностью до 3% «забывают» о «лишних» байтах.

В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Услов-

но можно считать, что одна страница неформатированного машинописного тек-

ста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением пре-

фиксов мега-, гига- тера-; в более крупных единицах пока нет практической на-

добности.

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 220 байт

1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230 байт

1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240 байт

Особо обратим внимание на то, что при переходе к более крупным едини-

цам погрешность, связанная с округлением, накапливается и становится недо-

пустимой, поэтому на старших единицах измерения округление производится

реже.

Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в

наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ

(если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необ-

ходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, как мы

уже знаем, образуется «паразитная нагрузка» в виде адресных данных. Без них

нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру.

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хране-

нию, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их

неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.),

поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффек-

тивности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины,

называемый файлам. Файл — это последовательность произвольного числа

байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном

файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных

определяет тип файла.

Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канцелярского

досье, в которое можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его

оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно

представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий

любое число байтов.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически

несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не ста-

нут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, свя-

занных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, за-

ключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно,

поскольку по имени файла они могут автоматически выбрать наиболее адекват-

ный метод для извлечения информации из него.

Понятие о файловой структуре

Требование уникальности имени файла очевидно — без этого невозмож-

но гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислитель-

ной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически —

создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, не может ни пользо-

ватель, ни автоматика.

Хранение файлов организуется в иерархической структуре, которая в дан-

ном случае называется файловой структурой. В качестве вершины структуры

служит имя носителя, на котором сохраняются файлы. Далее файлы группиру-

ются в каталоги _(даикм),внутри которых могут быть созданы вложенные ката-

логи (папки). Путь доступа к~файлу начинается с имени устройствами включа-

ет все имена каталогов (папок), через которые он проходит. В качестве раздели-

теля используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем

файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Понят-

но, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тожде-

ственными полными именами.

Пример записи полного имени файла:

<имя носителя>\<имя каталога-1>\...\<имя каталога-Т>\<собственное имя файла>

Вот пример записи двух файлов, имеющих одинаковое собственное имя и

размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть пол-

ным именем. Для наглядности имена каталогов (папок) напечатаны прописны-

ми буквами.

С:\ЭЛЕКТРОННАЯ КОММЕРЦИЯ\ДОКЛАДЫ\БЕЗОПАСНОСТЬ\Цифровая подпись

С:\ПРАВО\ГРАЖДАНСКОЕ ПРАВО\ПРОЕКТЫ\Цифровая подпись

В данных примерах мы имеем два файла с одинаковым собственным

именем Цифровая подпись. Однако это разные файлы. Они различаются полны-

ми именами, в состав которых кроме собственного имени входит также и путь

доступа. Забегая вперед, скажем, что не только на одном носителе, но и на од-

ном компьютере не может быть двух файлов с одинаковыми полными именами,

так как все носители имеют разные имена. А если заглянуть дальше, в Интер-

нет, то можно сказать, что и во всем мире не может быть двух файлов с одина-

ковыми полными именами, так как в масштабах Всемирной сети каждый

компьютер имеет уникальный адрес.

О том, как на практике реализуются файловые структуры, мы узнаем

несколько позже, когда познакомимся со средствами вычислительной техники

и с понятием файловой системы.

1.9. ИНФОРМАТИКА

Предмет и задачи информатики

Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы со-

здания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами

вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и

методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к техноло-

гии, поэтому ее предмет нередко называют информационными технологиями.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

• программное обеспечение средств вычислительной техники;

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными

средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется во-

просам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интер-

фейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программ-

ными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно,

существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-

программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и ме-

тодов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной тех-

ники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передо-

вых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с дан-

ными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

Информатика — практическая наука. Ее достижения должны проходить

подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответству-

ют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информа-

тики сегодня можно выделить следующие направления для практических при-

ложений:

• архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения си-

стем, предназначенных для автоматической обработки данных);

• интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления

аппаратным и программным обеспечением);

• программирование (приемы, методы и средства разработки компьютер-

ных программ);

• преобразование данных (приемы и методы преобразования структур

данных);

• защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств

защиты данных);

• автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без

участия человека);

• стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и про-

граммными средствами, а также между форматами представления данных, от-

носящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов

для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппарат-

ных средств под эффективностью понимают отношение производительности

оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслужива-

ния). Для программного обеспечения под эффективностью понимают произво-

дительность лиц, работающих с ним (пользователей). В программировании под

эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого програм-

мистами в единицу времени.

В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как

сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не

основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эф-

фективно.

Истоки и предпосылки информатики

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, об-

разованного в результате объединения терминов Information (информация) и

Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической

обработке информации. Кроме Франции, термин информатика используется в

ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной

Европы и США используется другой термин — Computer Science (наука о сред-

ствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики обычно называют две науки: доку-

менталистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX

века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет

пришелся на 20-30-е годы XX в., а основным предметом стало изучение рацио-

нальных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были за-

ложены трудами по математической логике американского математика Норбер-

та Винера, опубликованными в 1948 г., а само название происходит от грече-

ского слова (kyberneticos — искусный в управлений).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ам-

пер в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы клас-

сификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об

управлении, которой в то время не существовало, но которая, по егб мнению,

должна была существовать.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функ-

ционирования систем автоматического управления, а основными задачами —

методы моделирования процессов принятия решений, связь между психологией

человека и математической логикой, связь между информационным процессом

отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разра-

ботка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике киберне-

тика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства

вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь,

заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития

этих средств.

ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ

Все процессы в природе сопровождаются сигналами. Зарегистрирован-

ные сигналы образуют данные. Данные преобразуются, транспортируются и

потребляются с помощью методов. При взаимодействии данных и методов об-

разуется информация.

Все процессы в неживой природе протекают в виде непрерывного энерге-

тического обмена. Процессы, характерные для живой природы, отличаются

тем, что кроме энергетического обмена в них протекает также направленный

обмен веществ. Между процессами обмена веществ и энергетического обмена

возможна взаимосвязь — она происходит в виде информационного обмена.

Информационный обмен протекает в виде информационных процессов.

Информация — это динамический объект, образующийся в ходе информаци-

онного процесса. Он отражает диалектическую связь между объективными дан-

ными и субъективными методами. Свойства информации зависят как от

свойств данных, так и от свойств методов.

Данные различаются типами, что связано с различиями в физической

природе сигналов, при регистрации которых данные образовались. В качестве

средства хранения и транспортировки данных используются носители данных.

Для удобства операций с данными их структурируют. Наиболее широко ис-

пользуются следующие структуры: линейная, табличная и иерархическая —

они различаются методом адресации к данным. При сохранении данных обра-

зуются данные нового типа — адресные данные.

Вопросами систематизации приемов и методов создания, хранения, вос-

произведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной тех-

ники занимается техническая наука — информатика. С целью унификации при-

емов и методов работы с данными в вычислительной технике применяется уни-

версальная система кодирования данных, называемая двоичным кодом. Эле-

ментарной единицей представления данных в двоичном коде является двоич-

ный разряд (бит). Другой, более крупной единицей представления данных яв-

ляется байт.

Основной единицей хранения данных является файл. Файл представляет

собой последовательность байтов, имеющую собственное имя. Совокупность

файлов образует файловую структуру, которая, как правило, относится к иерар-

хическому типу. Полный адрес файла в файловой структуре является уникаль-

ным и включает в себя собственное имя файла и путь доступа к нему.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1.Как вы можете объяснить бытовой термин «переизбыток информации»?

Что имеется в виду: излишняя полнота данных; излишняя сложность методов;

неадекватность поступающих данных и методов, имеющихся в наличии?

2.Как вы понимаете термин «средство массовой информации»? Что это?

Средство массовой поставки данных? Средство, обеспечивающее массовое рас-

пространение методов? Средство, обеспечивающее процесс информирования

путем поставки данных лицам, обладающим адекватными методами их потреб-

ления?

3.Как вы полагаете, являются ли данные товаром? Могут ли методы быть

товаром?

4.На примере коммерческих структур, обеспечивающих коммуникацион-

ные услуги, покажите, как взаимодействуют между собой маркетинг данных и

маркетинг методов? Можете ли вы привести примеры лизинга данных и мето-

дов?

5.Как вы понимаете диалектическое единство данных и методов? Можете

ли вы привести примеры аналогичного единства двух понятий из других науч-

ных дисциплин: экономических, правовых?

6.Как вы пощшаете динамический характер информации? Что происхо-

дит с ней по окончании информационного процесса?

7.Можем ли мы утверждать, что данные, полученные в результате инфор-

мационного процесса, адекватны исходным? Почему? От каких свойств исход-

ных данных и методов зависит адекватность результирующих данных?

8.Как вы понимаете следующие термины: аппаратно-программный интер-

фейс, программный интерфейс, аппаратный интерфейс? Как бы вы назвали спе-

циальность людей, разрабатывающих аппаратные интерфейсы? Как называется

специальность людей, разрабатывающих программные интерфейсы?

9.На основе личных наблюдений сделайте вывод о том, какими средства-

ми может пользоваться преподаватель для обеспечения интерфейса с аудитори-

ей. Можете ли вы рассмотреть отдельно методические и технические средства,

имеющиеся в его распоряжении? Может ли преподаватель рассматривать вашу

тетрадь и авторучку как свое средство обеспечения интерфейса? Если да, то в

какой мере?

ГЛАВА 2 ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

2.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ СРЕДСТВ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

От ручных приспособлений к механизации и автоматизации

Если рассмотреть историю развития производительных сил и произ-

водственных отношений, можно увидеть, как менялся характер производства:

от ручного труда человечество перешло к использованию примитивных орудий

труда, затем к механизации труда и далее к автоматизации труда. На последнем

этапе XX в. мы наблюдаем новые тенденции гибкой автоматизации труда.

Простейшие ручные приспособления. Аналогичную картину мы можем

наблюдать и в области вычислений. С самого начала зарождения рыночных от-

ношений людям потребовались средства для исполнения взаиморасчетов. Про-

стейшим вычислительным приспособлением стал абак. Он первоначально пред-

ставлял собой глиняную пластину с желобами, в которых раскладывались кам-

ни, представляющие числа. Появление абака относят к четвертому тысячеле-

тию до н. э. Местом появления считается Азия.

В средние века в Европе абак сменился разграфленными таблицами. Вы-

числения с их помощью называли счетом на линиях. Такие таблицы наносили

на поверхность стола (не случайно сегодня в английском языке понятия «стол»

и «таблица» обозначаются одним словом — «table»). В некоторых случаях счет-

ные таблицы наносили не на поверхность стола, а на его скатерть. Подобными

приспособлениями в первую очередь пользовались ростовщики и менялы. Воз-

можность смены скатерти с таблицей они использовали для быстрого перехода

от операций с одними денежными системами к операциям с другими система-

ми.

В России счет на линиях не прижился. Здесь еще в средние века на осно-

ве абака было разработано другое приспособление —русские счеты. С точки

зрения производительности труда, это чрезвычайно эффективное приспособле-

ние намного опередило уровень, достигнутый в средневековой Западной Евро-

пе. В отдельных случаях оно продолжает использоваться и по сей день.

Механические приспособления. Механизация вычислительных операций

началась в XVII в. На первом этапе для создания механических вычислитель-

ных устройств использовались механизмы, аналогичные часовым. Первое в

мире механическое устройство для выполнения операций сложения было созда-

но в 1623 г. Его разработал Вильгельм Шикард, профессор кафедры восточных

языков в университете Тьюбингена (Германия). В наши дни рабочая модель

устройства была воспроизведена по чертежам и подтвердила свою работо-

способность. Сам изобретатель в письмах называл машину «суммирующими

часами».

В 1642 г. французский механик Блез Паскаль (1623-1662) разработал бо-

лее компактное суммирующее устройство (рис. 2.1), которое стало первым в

мире механическим калькулятором, выпускавшимся серийно (главным образом

для нужд парижских ростовщиков и менял). В 1673 г. немецкий математик и

философ Г. В. Лейбниц (1646-1717) создал механический калькулятор, который

мог выполнять операции умножения и деления путем многократного повторе-

ния операций сложения и вычитания.

Рис. 2.1. Суммирующая машина Паскаля

На протяжении XVIII в., известного как эпоха Просвещения, появились

новые, более совершенные модели, но принцип механического управления вы-

числительными операциями оставался тем же.

Автоматизация вычислений. Идея автоматизации вычислительных опера-

ций пришла из той же часовой промышленности. Старинные монастырские ба-

шенные часы были настроены так, чтобы в заданное время включать механизм,

связанный с системой колоколов. Такое программирование было жестким —

одна и та же операция выполнялась в одно и то же время.

Гибкая автоматизация вычислительных операций. Идея гибкой автомати-

зации механических устройств с помощью перфорированной бумажной ленты

впервые была реализована в 1804 г. в ткацком станке Жаккарда, после чего

оставался только один шаг до гибкого управления вычислительными операция-

ми. Этот шаг был сделан выдающимся английским математиком и изобрета-

телем Чарльзом Бэббиджем (1792-1871) в его Аналитической машине, которая,

к сожалению, так и не была до конца построена изобретателем при жизни, но

была воспроизведена в наши дни по его чертежам, так что сегодня мы вправе

говорить об Аналитической машине, как о реально существующем устройстве.

Рис. 2.2. Чарльз Бэббидж

Особенностью Аналитической машины стало то, что здесь впервые был

реализован принцип разделения информации на команды и данные. Аналитиче-

ская машина содержала два крупных узла: «склад» и «мельницу». Данные вво-

дились в механическую память «склада» путем установки блоков шестерен, а

потом обрабатывались в «мельнице» с использованием команд, которые вводи-

лись с перфорированных карт.

Исследователи творчества Чарльза Бэббиджа непременно отмечают особую роль в разработке

проекта Аналитической машины графини Огасты Ады Лавлейс (1815-1852), дочери известного поэта

лорда Байрона. Именно ей принадлежала идея использования перфорированных карт для програм-

мирования вычислительных операций (1843). В частности, в одном из писем она писала: «Аналитиче-

ская машина точно так же плетет алгебраические узоры, как ткацкий станок воспроизводит цветы и

листья». Леди Аду можно с полным основанием назвать самым первым в мире программистом. Сего-

дня ее именем назван один из известных языков программирования.

Идея Ч. Бэббиджа о раздельном рассмотрении команд-п данных оказа-

лась необычайно плодотворной. В XX в. она была развита в принципах Джона

фон Неймана (1941 г.), и сегодня в вычислительной технике принцип раздель-

ного рассмотрения программ и данных имеет очень важное значение. Он учи-

тывается и при разработке архитектур современных компьютеров, и при разра-

ботке компьютерных программ.

В какой-то степени благодаря этому принципу функционирует современ-