uzluga.ru
добавить свой файл
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.

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 вещественно-энергетических 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 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

Уровень информатики (компьютера)

молекулярно-генетический

ген (локус ДНК)

бит (триггер)

логико-аппаратные основы

организменно-онтегенетический

особь

(в среде)

компьютер

(+ человек)

структурно-функциональное

устройство

популяционно-видовой

популяция

серия компьютеров

варьирование типов

биосферно-биогеоценотический

биоценоз +

среда =

биогеоценоз

сеть +

общество =


информационное

общество

Раздать Иерархию знаний о компьютере для биологов


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.




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) 

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.