Информатика 01

1
Информатика 01
Лекция 01. Введение. Информатика Информация. Компьютер. Системный подход.
Операционная система. MS-DOS.
Представление
Ответственности сторон
Цель курса – Формирование навыков формализации биологической информации;
научить биологов пользоваться компьютером в научных целях.
Учебники: на сайте кафедры эти лекции и список элементов знаний для зачета.
ключевые слова настоящей лекции
информатика, автоматический, компьютер, принципы системного подхода, уровни
иерархии компьютера, программное обеспечение, аппаратное обеспечение, ОС, MS DOS ,
конфигурация, утилиты, графический интерфейс, драйверы устройств
На рисунке представлен вариант структуры Информатики как научной и
прикладной дисциплины, в которой выделено 6 научно-технических направлений:
1. Теоретическая информатика. 2. Искусственный интеллект. 3. Программирование. 4.
Прикладная информатика. 5. Вычислительная техника. 6. Кибернетика. Эти разделы
информатики перечислены не в порядке их важности или преемственности, а лишь
учитывая удобство их расположения на рисунке. Краткая характеристика каждому
направлению будет дана в указанном выше порядке.
Информатика представляет собой область знаний, изучающую информационные
процессы и методы их автоматизации на основе современных аппаратно-программных
средств вычислительной техники.( http://schoolinfo0.ioso.ru/struktura.htm)
На мой взгляд, сваливание в одну кучу всего и вся не есть определение научного и
прикладного направления деятельности. Целесообразное (в рамках курса для биологов)
определение информатики должно быть крайне прагматичным.
Информатика – дисциплина, изучающая и развивающая методы обработки
данных с помощью компьютера.
2
Компьютер – прибор для автоматической обработки информации.
(Исходно, по штатному расписанию, «компьютер» – женщина, выполняющая на
арифмометре расчеты траектории движения снаряда. Поэтому бытующее выражение
«чертов компьютер» с исторической точки зрения следует говорить «чертова компьютер»,
или же, имея в виду, что device – это «устройство» - «чертово компьютер».)
Автоматический – характеристика выполняемого прибором процесса, управление
которым берет на себя модуль этого прибора.
Информация – вещественная модель знания (пока не давать). Это определение
следует дать на следующей лекции после семинара.
На семинаре 2010 г. родилась коллективная новая формула
Информация – это материализованный код передающий смысл (идею)
(независимо от собственно материальной формы)
Основоположник кибернетики Норберт Винер говорил об информации так:
Информация есть информация, а не материя и не энергия.
То есть Винер относил информацию (в теоретико-информационном понимании
этого термина) к фундаментальным понятиям, не выводимым через более простые. Это не
мешает нам пояснять смысл понятия информация на конкретных примерах и описывать её
свойства. Так, если в ходе взаимодействия между объектами один объект передаёт
другому некоторую субстанцию, но при этом сам её не теряет, то эта субстанция
называется информацией, а взаимодействие — информационным.
Каноны формальной логики, основанные Аристотелем, требуют НЕ давать
возможно абсурдные отрицательные определения понятиям (информатика – это не ежик).
В биологии определение Винера вообще не работает, поскольку все жизненные процессы
(в том числе передачи «информации» от генотипа – фенотипу) основаны на вещественноэнергетических взаимодействиях молекул. Как отделить информацию от вещества и
энергии??? Это тема семинара.
Задание на семинар: выписать минимум 5 определений термина информация,
найти общие черты, вспомнить 5 случаев употребления термина в разных контекстах.
Исследовать, что такое информация, лучше с помощью системного подхода.
Системный подход – метод изучения любой дисциплины, общенаучная
методология – метод мышления. Подход рассматривает семь основных движений мысли –
принципы. Сознательное использование этих принципов мышления и есть СП.
1. Принцип системности. Система – все, что предстоит изучать, представление об
объекте, «вырванном» из окружающей среды. Наш объект – компьютер для биологии.
Будем строить систему компьютера с его полезными функциями.
Вопрос: что такое компьютер, из чего состоит
Любой ответ будет ограничен интуитивным пониманием вопроса
Например,
- сейчас: системный блок, монитор, клавиатура, мышь
- старые компьютеры имели: шкаф, консоль, считыватель, перфоратор
- но главное в компьютере – логическая структура: ЦП, ОЗУ, I/O
2. Принцип целесообразности: любое наше представление целесообразно, значит,
осознанно приступая к делу, нужно самим назначать цель. Наша цель: научиться
пользоваться компьютером для выполнения всех видов научных работ – ведение баз
данных, их обработка. описание результатов, презентация результатов в докладе и
Интернете.
Как лучше проводить исследование?
3. Принцип структурно-функциональной организации: объект предстает как нечто целое,
состоящее из взаимодействующих частей, т. е. как динамический объект. Есть части
(элементы) и есть связи (зависимости), образующие структуру. Структура (взаимосвязь
элементов)
обеспечивает
правильное
функционирование.
Чтобы
сохранять
3
функционирование объекта, следует добавлять элементы знания вместе со связями между
ними! Тогда части не будут зависать, а каждый раз будут обогащать представление о
системе в целом. Не должно быть массы фактов, не привязанных к прошлому знанию.
Рост объема знания не должен приводить к обозримости наших представлений, к утрате
понимания системы в целом. Конкретно говоря, следует добавлять информацию о
компьютере таким образом, чтобы она естественным образом сразу расширяла наше
понимание этой машины.
Этапы: а. наметить целое, б. описывать все новые
взаимосвязанные элементы в границах целого. в.
ограничивать объем описаний целью описания целого.
Сделать
это
можно,
если
специально
организовывать новые знания в форме иерархий.
4. Принцип иерархии: каждый элемент сам система, т. е. состоит из
взаимодействующих частей. Уровень иерархии – это набор элементов, непосредственно
взаимодействующих друг с другом. Значит, следует сначала организовать наше знание в
форме иерархии: крупные блоки знания занимают верхний уровень, каждый из блоков, в
свою очередь, потихоньку детализируется и уточняется.
Так идет любое познание.
По аналогии с теоретическими построениями в биологии, можно выделить основные
уровни организации жизни и компьютера.
Уровень биологии
Единица
биологии
Единица
информатики
молекулярногенетический
ген (локус ДНК)
бит (триггер)
организменноонтегенетический
особь
(в среде)
компьютер
(+ человек)
популяционновидовой
популяция
серия компьютеров
биоценоз +
сеть +
среда =
общество =
биогеоценоз
Раздать Иерархию знаний о компьютере для биологов
биосфернобиогеоценотический
Уровень
информатики
(компьютера)
логико-аппаратные
основы
структурнофункциональное
устройство
варьирование типов
информационное
общество
5. Принцип развития: интеграция дифференцирующейся системы. Когда число
элементов знания становиться достаточно большим, они должны быть объединены в
группы = подсистемы. Таким образом, помимо исходного уровня системы и уровня ее
элементов появляется новый уровень иерархии – уровень подсистем. Теперь система как
бы складывается из подсистем, не теряя свою обозримость, а подсистемы распадаются на
элементы. Очевидно, что рост знания приводит к росту уровней иерархии.
При этих построениях важно соблюдать правило – каждая подсистема должна
выполнять (обладать) определенной функцией, целостными свойствами.
Иерархия знаний о компьютере для биологов
4
Компьютер
программы
аппаратура
логика в железе
история компьютера
системные
десятичная система
прикладные
загрузка
разрядность
BIOS, POST
смена загрузочного диска
установка пароля
операционная система
выбор нужной
объектно-ориентированный язык
архитектура компьютера
арифмометр
языки программирования
двоичная система
перевод 2 - 10
CMOS
смена установок
ПЗУ
BIOS, POST
парадишмы программирования
бинарная алгебра
офисы
логика и арифметика
установка и настройка
бит
ОЗУ
адресация
процессор
адресация
теория информации
ядро
редактор текста
диспетчер задач
реестр
Word
табличный процессор
контроль автозагрузки
графический интерфейс
Excel
Access
операции с папками и файлами
мультимедиа
утилиты
установка прграмм и оборудования
оболочки
чипсет (мост)
контроллеры
диски-накопители
ардесация
статистические
настройка работы
шина
типы устройств
диспетчер конфигурации
драйверы
триггер
графические
Paint + редактор
диспетчер файловой системы
регистр
разрядность
база данных
настройка вида
диспетчер памяти
разряд
клава, мышь, дисплей
принцип работы
периферия
геоинформационные
MapInfo
игры
выбор удобного
прочие
интернет
виды
5
6. Принцип эмерджентности – объяснение свойств (функций) объекта его
внутренним строением и взаимодействием с внешними объектами. Например, классная
доска позволяет на ней «писать так, чтобы все видели» (это функция) потому, что есть
полотно, рамка, гвозди и стена для ее крепления. Взаимодействие этих компонентов
выполняет требуемую функцию. Аналогично должны быть организованы знания о
компьютере – все их элементы должны быть замкнуты друг на друга и порождать
понимание их функционирования. Компьютер – очень специфическая вещь. За время его
эволюции многие его компоненты испытали сильное изменение. Части «притирались»
друг к другу – будь то процессор и ОЗУ или «железо» и программы.
7. Принцип целостности – объяснение эффективных функций системы путем
«сворачивания» свойств ее элементов, коэволюцией, подгонкой. Как правило, те
компоненты, которые впервые вводятся в структуру компьютера, имеют иной вид и
побочные свойства, но постепенно они «подгоняются» под оптимальное его
функционирование. Эффективное функционирование целого в конечном итоге диктует
частям их строение, часть определяется целым. Например, прежде очень рельефная
клавиатура с большими щелкающими клавишами сменилась – клавиши стали плоскими,
более чувствительными к нажатию, или же вообще превратились в сенсорную панель.
Демонстрация: модель:
Резать помидор, огурец ножом на дощечке.
Аналогична:
Обработать данные на компьютере под руководством ОС
Программа, данные, железо, операционная система
Острие – материализованная логика компьютера,
Нож – железо компьютера,
Дощечка для работы ножа – операционная система,
Резание – программа, разная для разных данных,
Исполнитель – процессор.
Вывод:
Компьютер нарезает информацию.
Операционная система (англ. operating system)
Далее предстоит рассматривать именно операционную систему, а не архитектуру
компьютера я начал потому, что первые занятия будут касаться именно взаимодействия
человека и Windows, включая графический интерфейс.
ОС – это программа-посредник между компьютером, программами и человеком
Программа – запись алгоритма работы компьютера в виде кода.
Алгоритм – последовательность команд, выполнение которых приводит к
определенному результату.
ОС включает как минимум следующие компоненты:
– программу управления (КП, командный процессор, ядро),
– программы, поддерживающие файловую систему (FAT),
– программы обслуживания компьютера (утилиты),
– файлы конфигурации системы (КС).
Не вдаваясь в историю, отметим одну из самых распространенных ОС до 1990 г. –
MS DOS 6 (Микрософт дисковая операционная система). Она была представлена всего
пятью файлами:
IO.SYS – содержит коды программы для общения DOS с BIOS и аппаратной
частью компьютера (драйверы устройств, находится в корне загрузочного диска), = ядро +
управление файлами + утилиты + драйверы,
MSDOS.SYS – содержит часть кода, реализующего интерфейсы к системе
(находится в корне загрузочного диска, загружается после IO.SYS)
6
command.com интерпретатор командной строки в операционных системах DOS,
семейства Windows 9x и ряда других. Загружается при старте системы (если не указан
другой интерпретатор с помощью директивы SHELL= в файле CONFIG.SYS) и выполняет
команды из файла AUTOEXEC.BAT.
config.sys – конфигурация системы. включая пользовательские пожелания,
содержащий директивы настройки системы и команды загрузки драйверов,
autoexec.bat – команды передачи управления пользовательскими программами –
пакетный файл, содержащий последовательность команд на языке интерпретатора
командной строки command.com.
драйвер – компьютерная программа, с помощью которой другая программа
(обычно операционная система) получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого
устройства
MS-DOS получала дачные о конфигурации из файлов Config.sys и Autoexec.bat. В
файле Config.sys прописываются, например, характеристики экрана, форма приглашения,
пути к рабочим папкам. В файл Autoexec.bat пользователь может внести имена программ,
которые нужно запускать после загрузки системы.
Одна из особенностей состояла в том, что эта ОС включала в себя программы
обслуживания периферических устройств (драйверы), поскольку их было не так и много
(монитор, клавиатура, мышь, принтер).
(О порядке загрузки компьютера – см. лекцию 4)
ОС обслуживала компьютер. С помощью команд управления можно создавать и
удалять папки-директории, копировать, удалять, давать листинг на экране или принтере
файлов, переходить на другой диск, в директорию, менять установки ОС, запускать
приложения. Каждое приложение, которое выполнялось в среде MS-DOS, должно было
само заботиться о своих настройках. Среди самыз распространенных в России были: игры
(принц Персии), программы расчетов для (Supercalc), ввода текстовой информации
(ChiWriter, Лексикон) и интегральные пакеты типа FrameWork. Для удобства пользования
компьютером были написаны много «оболочек» - программ управления файлами с
удобным графическим интерфейсом. Очень популярен был NortonCommander и FAR.
После загрузки на черном экране появлялось приглашение ввести команду в виде
имени текущего диска и значков C:\>.
В среде Windows также можно выйти в диалог с MS-DOS, несмотря на то, что
никакой DOS уже нет, но сохраняется система команд и возможно непосредственное
управление компьютером через команды нижнего уровня (это режим эмуляции,
симуляции). Запуск: Пуск / Программы / Стандартные / Сеанс MS-DOS. Откроется
окно с командной строкой и приглашением C:\Windows\>. Можно дать команды
cd c:\ (установить указатель на корневой каталог),
dir (вывести содержимое каталога), date (сменить дату),
type file_name.txt (вывести на экран содержимое текстового файла) ,
и многие другие (см. команды DOS),
exit – выход из режима командной строки и возращение в Windows.
Файловая система (FAT – File Allocated Table) позволяла создавать
иерархическую сеть хранений файлов и давать им имена в формате 8.3, т. е. состоящие из
8 латинских букв и цифр и трех символов расширения. Эта конфигурация до сих пор
используется для именования некоторых системных программ среды Windows.
Следующее поколение ОС пошло по пути создания удобного интерфейса для
пользователя и стремительного расширения возможностей компьютеров, включая
интернет.Более развитые ОС включают также
– драйверы устройств – программы управления устройствами,
– реестр – база данных обо всех ресурсах Hardware и Software,
– графический интерфейс – программа эффективного управления ресурсами.