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.