Контрольная работа по "Информатике". 88

                          Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное образовательное учреждение

                      высшего профессионального образования

Воронежский государственный аграрный университет

                           имени  императора Петра 1

      Кафедра информационного обеспечения и моделирования

                                агроэкономических систем

         контрольная работа по дисциплине « Информатика »

             факультет агрономии, агрохимии и экологии

Выполнил студент

Заочного отделения

2курса группа Ах-1-1А

Шифр Ах-12304

Салобаева  Ю.В.

Проверила: Семенова  И.М.

                                           Вопросы:

1.    Информатика. Определения и категории информатики.

12. Программы обработки графической информации.

Ответы:

1.         Информатика. Определения и категории информатики.

          Основные понятия и определения информатики

Информатика - это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы создания  , сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними.

Термин "информатика" происходит от французского слова  Informatique  и образован из двух слов: информация и автоматика. Этот термин введен во Франции в середине 60-х лет XX ст., когда началось широкое использование вычислительной техники. Тогда в англоязычных странах вошел в употребление термин " Computer  Science " для обозначения науки о преобразовании информации, которая базируется на использовании вычислительной техники. Теперь эти термины являются синонимами. Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях.

Методы и средства информатики  материализуются и доходят до конечного пользователя в виде информационных технологий. Термин "информационные технологии" появился в конце 70-ых годов и его стали широко применять  в связи с использованием современной  электронной техники для обработки  информации. В настоящее время  информационные технологии охватывают всю вычислительную технику и  технику связи, а также бытовую  электронику, телевизионное и радиовещание. Информационные технологии находят  большое применение в науке, промышленности, торговле, управлении, образовании, медицине, быту и т.д.

В работе дается развитие определений  терминов "информатика" и "информационные технологии" в 80-90-ых годах. Рассматриваются  некоторые подходы к структуризации информатики и информационных технологий.

                                                ИНФОРМАТИКА

                            Развитие определений "информатика"

По поводу определения термина "информатика" в настоящее время  существует ряд сходных точек  зрения. Приведем некоторые из определений, получившие распространение в последнее  время.

Академик В.М.Глушков (в своем  письме Президенту АН СССР) в 1983 году в  связи с созданием нового Отделения  Академии наук СССР ссылается на определение  информатики, данное Международным  конгрессом в Японии в 1978г. "Понятие  информатики охватывает области, связанные  с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием  системы обработки информации, включая  машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного, социального  и политического воздействия" [2].

С этим определением перекликается  и другое определение информатики, приведенное в английском толковом словаре по вычислительной технике  Dictionary of Computing, изданном в 1983г. "Информатика - это наука и технология обеспечения информационного обмена с помощью систем, основанных на применении ЭВМ" [З].

Академик А.А .Дородницын определяет информатику как науку о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике [4].

В [5] академик А.А.Самарский обращает внимание на новую научную методологию, возникшую благодаря информатике. "Она основана на развитии в широком  применении методов математического  моделирования и вычислительного  эксперимента и служит ближайшим  стратегическим резервом ускорения  научно- технического прогресса. Сущность математического моделирования  и его главное преимущество состоит  в замене исходного объекта соответствующей  математической моделью и в дальнейшем ее изучении (экспериментирование с  нею) на ЭВМ с помощью вычислительно-логических алгоритмов. Математическое моделирование  представляет собой естественное развитие и обобщение методов научного исследования, соединенных с современной информационной технологией. Цикл вычислительного эксперимента объект- модель- алгоритм-программа-ЭВМ- управление объектом отражает основные этапы процесса познания в нынешнем компьютерном воплощении. Здесь органично соединяются сильные стороны теоретических методов и натурного эксперимента. Работа с моделью, а не с объектом, оборачивается оперативным получением подробной и наглядной информации, вскрывающей его внутренние связи, качественные характеристики и количественные параметры. Многократно уменьшаются материальные и трудовые затраты, присущие традиционным экспериментальным подходам, дающим, как правило, лишь крупицы нужной информации. Вычислительный эксперимент не подвластен каким-либо ограничениям - математическая модель' может быть безопасно испытана в любых мыслимых и немыслимых условиях" [5].

Академик Н.Н.Моисеев считает, что "информатика - это некая синтетическая  дисциплина, которая включает в себя и разработку новой технологии научных иследований и проектирование, основанные на использовании электронной вычислительной техники, и несколько крупных научных дисциплин, связанных с проблемой общения с машиной, и, наконец, с созданием машины" [б].

Точка зрения члена-корреспондента В.И.Сифорова [7] на определение информатики: "В  основу определения должны быть положены действия над информацией. Информатика  развивается под действием потребности  общества и согласно внутренней логике развития. В основе этого развития лежат закономерности процессов  в ЭВМ, закономерности развития ЭВМ. Информатика имеет дело не с конкретными  формами материи, а с категориями: информация, модель и т.п. Информатика - комплексная дисциплина - это наука (фундаментальные исследования) и  отрасль производства (опытно- конструкторские  работы и совершенствование технологий), а кроме того, и инфраструктурная область (эксплуатация информационных систем)".

Ю.И. Шемакин в книге "Введение в информатику" отмечает, что "основной задачей информатики является изучение закономерностей, в соответствии с которыми происходят создание, преобразование, хранение, передача 'и использование информации всех видов, в том числе с применением современных технических средств" [8].

Академик Б.Н.Наумов в предисловии  к сборнику [9] подчеркнул, что информатика - это "естественная наука, изучающая  общие свойства информации, процессы, методы и средства ее автоматизированной обработки". При этом под обработкой информации понимаются процессы ее восприятия, хранения, преобразования, перемещения и вывода (ввода) с применением средств вычислительной техники.

В документах ЮНЕСКО 1986-1988гг. термину "информатика" дается широкое  толкование. Указывается, что этот термин охватывает собственно информацию, ее сбор, анализ и обработку, а также  соответствующие аппаратные средства, включая микропроцессоры как  таковые или же в сочетании  с другими электронными системами. Информатика рассматривается как  крупное научное направление, заслуживающее  активного развития в интересах  всего человечества. Она способна (при соответствующем освоении ее методов и средств) помочь человеку полнее использовать информационные ресурсы  в интересах научно- технического прогресса и социального развития [11I].

В 1988г. вышел "Математический энциклопедический  словарь", в котором академик А.П.Ершов  дал следующее определение информатики  как науки, отрасли промышленности и разновидности человеческой деятельности: "Информатика- 1) находящаяся в  становлении наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и  обработки информации с помощью  ЭВМ; 2) родовое понятие, охватывающее все виды человеческой деятельности, связанные с применением ЭВМ" [12].

В последнее время некоторыми авторами, в связи с определением современных  задач информатики, особый упор делается на обработку знаний.

Роль теории искусственного интеллекта в информатике была обоснована академиком Г.С.Поспеловым и отражена в монографии [13].

В.Д.Ильин предлагает дать следующее  определение информатики: "Предметом  информатики как науки будем  считать процесс создания, накопления и применения знаний" [14].

К.К.Колин в сборнике [15] дает следующее определение информатики: "Информатика является общенаучной дисциплиной, которая изучает свойства, закономерности, процессы, методы и средства формирования, хранения и распространения знаний в природе и обществе".

В.О. Белошапка на основе сопоставления различных определений информатики предлагает рассматривать ее как науку о формализованном общении [16]. Сходный подход развит подробно в [17].

В связи с бурным развитием компьютеризации  в нашей стране некоторые авторы считают, что под информатикой следует  понимать профессиональную деятельность по применению и разработке ЭВМ [18]. По мнению этих авторов, в этом случае открывается возможность урегулировать  спор со специалистами ,которые давно занимаются "старой" информатикой и трактуют ее как науку по организации распространения научно-технической информации (именно эту тематику отражает РЖ ВИНИТИ "Информатика"). Оказывается, что "старой" информатике соответствует англо-американский термин "information science". Теперь становится ясно, что русскоязычный термин "информатика" объединил в себе (кроме всех прочих значений) наименование двух существенно - различных дисциплин "computer science" и "information science". Термин "information science" уместно по аналогии с "information science", переводить как "информационное дело". Это позволит, с одной стороны, и в русском языке развести "information science" и "computer science", а с другой - отделять науку информатику от связанного с ней дела [19].

Таким образом, в настоящее время  информатику (как и медицину) можно  рассматривать как комплексную  дисциплину: во-первых, это естественная наука (фундаментальные и прикладные исследования); во-вторых, отрасль промышленности (опытно-конструкторские работы и  производство); в-третьих, инфраструктурная область (профессиональная деятельность и эксплуатация систем информатизации). Как естественная наука информатика  изучает общие свойства информации (данных и знаний), методы и системы  для ее создания, накопления, обработки, хранения, передачи и распределения  с помощью средств вычислительной техники и связи. Как отрасль  промышленности информатика занимается проектированием, изготовлением, сбытом и развитием систем информатизации и их компонентов. Как инфраструктурная область информатика занимается сервисом и эксплуатацией систем информатизации, обучением и др.

Как фундаментальная наука информатика  связана с философией - через учение об информации и теорию познания; с  математикой - через теорию математического  моделирования; математическую логику и теорию алгоритмов; с лингвистикой - через учение о формальных языках и о знаковых системах. Она также  тесно связана с теорией информации и управления.

Важнейшими методологическими  принципами информатики является изучение объектов и явлений окружающего  мира с точки зрения процессов  сбора обработки и выдачи информации о них, а также определенного  сходства этих процессов при их реализации в искусственных и естественных (в том числе в биологических  и социальных) системах.

Важнейшей задачей информатики  является изучение и обеспечение "дружественного" интерфейса между человеком и  аппаратно-программными средствами обработки  информации. В связи с этим чрезвычайно  актуальной для информатики становится изучение сущности интеллектуальной деятельности человека.

Основными видами человеческой интеллектуальной деятельности, изучаемыми в информатике, являются:

- математическое моделирование  (фиксация результатов познавательного. процесса в виде математической модели);

- алгоритмизация (реализация причинно-следственных  связей и других закономерностей  в виде направленного процесса  обработки информации по формальным  правилам);

- программирование (реализация алгоритма  на ЭВМ);

- выполнение вычислительного эксперимента (получения нового знания об  изучаемом явлении или объекте  с помощью вычисления на ЭВМ);

- решение конкретных задач, относящихся  к кругу объектов и явлений,  описываемых исходной моделью.

Практические применения информатики  постепенно формируют новый сектор народного хозяйства, объединяющий вычислительную технику, средства связи, управления и массовой информации и получившей название "индустрия информатики".

В документах ВАК СССР информатика  включена в число важнейших научных  специальностей, в частности, введена  специальность "теоретические основы информатики".

                                        Структура информатики

Расширение сферы научных методов  и практических приложений информатики  привело к необходимости ее структуризации. По поводу структуры информатики существуют различные точки зрения.

С нашей точки зрения, структура  информатики представляется в следующем  виде.

Во-первых, четко определилась группа задач и методов информатики  чисто теоретического характера, которые  целесообразно объединить в рамках теоретической информатики [9, 10].

Во-вторых, сложилась обширная область  научных проблем и методов, связанных  с разработкой аппаратных и программных  средств информатики. Эта область  представляет собой техническую  основу информатики и поэтому  может быть названа технической  информатикой. Ее ядром является вычислительная техника и связь.

В-третьих, бурно развивающейся  областью является применение средств  информатики. Разнообразные прикладные системы информатики (информационные, экспертные, АСНИ, САПРы и др.) наглядно демонстрируют ее возможности и значимость для развития научно-технического прогресса. Область прикладных систем информатики непрерывно расширяется и пополняется новыми научными идеями и техническими решениями. Ныне она уже составляет специфическую часть информатики и может быть названа прикладной информатикой

                                       Категории информатики

Можно отметить три основные ветви  информатики: теоретическую, практическую и техническую . Отметим, что деление информатики как науки и человеческой деятельности на те или иные части зависит от целей, задач, ресурсов рассматриваемой проблемы и часто оно бывает условным.

Теоретическая информатика ( brainware, "мозговое" обеспечение) изучает теоретические проблемы информационных сред.

Практическая, прикладная информатика ( softwarе , "гибкое", программное обеспечение)изучает практические проблемы информационных сред.

Техническая информатика ( hardware , "тяжелое", аппаратное обеспечение) изучает технические проблемы информационных сред.

            12.   Программы обработки графической информации.

                             Обработка графической информации

Графическая информация на экране монитора компьютера образуется из точек.

В графическом режиме экран монитора представляет совокупность светящихся точек - пикселей (“pixel”, от англ. “picture element”). Суммарное количество точек на экране называют разрешающей способностью монитора, которая зависит также от его типа и режима работы. Единицей измерения в этом случае является количество точек на дюйм (dpi). Разрешающая способность современных дисплеев обычно равна 1280 точкам по горизонтали и 1024 точкам по вертикали, т.е. 1310720 точек.

Количество отражаемых цветов зависит  от возможностей видеоадаптера и  дисплея. Оно может меняться программно. Каждый цвет представляет одно из состояний  точки на экране. Цветные изображения  имеют режимы: 16, 256, 65536 (high color) и 16 777 216 цветов (true color).

Любое компьютерное изображение состоит  из набора графических примитивов, которые отражают некоторый графический  элемент. Примитивами могут также  быть алфавитно-цифровые и любые  другие символы. Совокупность графических примитивов, которой можно манипулировать, называют сегментом отображаемой информации. Наряду с сегментом часто используется понятие графический объект.

Графический объект - это множество примитивов, обладающих одинаковыми визуальными свойствами и статусом, идентифицированных одним именем.

Графические изображения технологических  процессов на экране компьютера образуют графические интерфейсы WIMPD (Windows, Menu, Pointing Device) – окна, меню, указывающее устройство.

В ОС фирмы Microsoft Windows, используемой для IBM-совместимых компьютеров, впервые был применён графический интерфейс пользователей. Его появление и широкое распространение было вызвано тем, что пользователям хотелось иметь инструмент (интерфейс), позволяющий легко освоить основные процедуры и комфортно работать на компьютере. Так появился графический интерфейс пользователя.

Основное преимущество использования  графического интерфейса пользователя в операционной системе заключается  в том, что он позволяет создавать  одинаковые графические изображения  для всех устройств, поддерживаемых ОС, реализуя принцип WYSIWYG (What You See Is What You Get – что видим, то и получаем).

Графический пользовательский интерфейс (Graphical user interface, GUI) или графический интерфейс пользователя - это графическая среда организации взаимодействия пользователя с вычислительной системой, предполагающая стандартное использование основных элементов диалога пользователя с ЭВМ.

Графический интерфейс позволяет  управлять поведением вычислительной системы через визуальные элементы управления: окна, списки, кнопки, гиперссылки  и полосы прокрутки. Он включает такие  понятия, как: рабочий стол, окна, пиктограммы, элементы графического интерфейса, манипуляция  указывающим устройством (мышь). Эти  визуальные элементы создаются, отображаются и обрабатываются с помощью графических  приложений.

Графические приложения – приложения, в которых используются такие  графические элементы, как: псевдокнопки, графический указатель, кнопка и линейка прокрутки. С помощью графического интерфейса пользователь “общается” с компьютером. Такой метод общения или режим называют диалоговым.

Диалоговый режим – способ взаимодействия пользователя с ЭВМ, при котором происходит непосредственный и двухсторонний обмен информацией, командами или инструкциями между человеком и ЭВМ. Различают активные и пассивные диалоговые режимы.

Пользователь, работает с рабочим  столом, окнами и объектами в них. При этом операционная система выполняет  все его команды. В процессе работы она позволяет пользователю создавать  другие окна и ярлыки, использовать возможности оперирования с окнами и их содержимым и др. Например, пользователь может отображать окно во весь экран, уменьшить его до нужного размера  и даже до пиктограммы. При этом все  действия пользователь выполняет с  помощью координатного манипулятора мышь, который стал основным инструментом управления компьютером.

Под графической информацией понимают рисунок, чертёж, фотографию, картинку в книге (иллюстрацию) или большую  картину, изображение на экране телевизора и т.д.

Одним из направлений использования  компьютеров является компьютерная графика. Компьютерная графическая  форма представления информации характеризуется тем, что в ней  изображения объектов конструируются из точек. При записи изображения  в память компьютера кроме цвета  отдельных точек необходимо фиксировать  много дополнительной информации: размеры  рисунка, яркость точек и т.д.

Любой зрительный образ в символьной форме может быть представлен  и в графической форме. Такая  графическая форма представления  данных более информативна, т.е. обладает большей информационной ёмкостью. Если принять за единицу информационной ёмкости изображения (разрешающей способности) одну клетку, то она будет определяться количеством возможных изображений в этой клетке. Разрешающая способность изображений измеряется в пикселях и равна произведению точек изображения по горизонтали и вертикали.

Как упоминалось выше, в компьютерных программах используется графический  интерфейс, предназначенный для  отображения различных управляемых  элементов на экране компьютера. Эти  элементы, а также любые иные электронные (машинные) графические изображения  создаются и обрабатываются в  специальных компьютерных графических  программах, предназначенных для  создания машинной графики.

Машинная графика - это совокупность программных средств, предназначенных для выдачи на дисплей или принтер графических изображений в виде промежуточных и окончательных результатов решения задач, а также для работы с графическими изображениями.

При организации переработки информации в системах отображения возможно использование статической и  динамической графической информации.

Статическая информация – это относительно стабильная по содержанию информация, используемая в качестве фона. Например, координатная сетка, план, изображение местности и т.д.

Динамическая информация – это информация, изменяемая в течение определённого времени по содержанию или положению на экране. Она может являться функцией случайных параметров.

Для работы с изображениями, представленными  в компьютерах в электронной  форме, используются графические редакторы  и процессоры.

Графическая машиночитаемая форма  представления информации эффективна и экономна. Её применяют при необходимости  оперативно, лаконично и наглядно довести до пользователей статические, динамические, плоские и объёмные изображения. Для этого используют графики, диаграммы, фотографии, рисунки, слайды, анимации и другие неподвижные  и подвижные графические объекты  и т.п.

Современные графические редакторы  предназначены для подготовки и  редактирования графических изображений (графиков, эскизов, чертежей, рисунков и др.) и предоставления их пользователям. Широко применяются графические  редакторы: Paint, Adobe Paintbrush, Adobe Photoshop, Corel DRAW и Page Maker. Последние два относятся также к издательским программам.

Различают растровую, векторную и  фрактальную компьютерную графику. Эти виды отличаются принципами формирования изображения. Для каждого из них  используется свой способ кодирования.

 Упрощённо изображение кодируется  двоичными значениями (битами), представляющими  ряды пикселей в изображении.  При этом в зависимости от  того, является пиксель чёрным  или белым получаем значения  битов, равные нулю или единице. 

Использование цветных изображений  связано с тем, что каждый пиксель  должен представлять комбинацию битов, определяющую его цвет. При растровом  методе такую комбинацию битов часто  называют битовой картой (bit map). Она представляет карту или схему исходного изображения. Чаще всего цвет каждого пикселя раскладывают на три составляющие (красную , зелёную и синюю). Для передачи интенсивности каждого цвета обычно используется ещё один байт. Поэтому для представления каждого пикселя исходного изображения требуются три байта.

Файлы растровой (или битовой) графики  содержат в определённой последовательности совокупность отдельных точек растровых  изображений (“bitmap images”). В качестве графических редакторов, работающих с растровой графикой, используют Paint, Adobe Photoshop и др. Форматы файлов растровой графики (BMP, PCX, GIF, TIFF и JPEG) предусматривают собственные способы кодирования информации о пикселях и другой присущей компьютерным изображениям информации. Кроме того, графические редакторы предлагают собственные форматы графических данных (например, EPS, PSD, PDD, CDR, CMX и др.), которые могут преобразовываться в другие графические форматы с помощью специальных конверторов.

Растровую графику применяют при  разработке электронных и полиграфических  изданий. Иллюстрации, подготовленные художниками на традиционных носителях, сканируют или фотографируют. Для  ввода растровых изображений  в компьютер используют сканеры, цифровые фото- и видеокамеры. В Интернете  также используются растровые изображения.

К недостаткам растровых изображений  относят большой их объём и  невозможность сильного увеличения рисунка, так как становятся видными  составляющие его точки. Этот эффект называют пикселезацией.

Распространённый редактор растровой  графики – Paint – входит в состав ОС Windows и вызывается из подменю “Стандартные”, находящемся в меню “Программы”.

Векторное изображение представляет графический объект, состоящий из элементарных отрезков и дуг. Положение  этих элементарных объектов определяется координатами точек и длиной радиуса. При этом основным элементом векторного изображения является не точка, а  линия. Следовательно, линия – элементарный объект векторного изображения.

Для каждой линии указывается её характер (сплошная, пунктирная, штрих - пунктирная), толщина и цвет. К другим свойствам линии относят её форму. Замкнутые линии можно заполнить каким-нибудь цветом, текстурой или картой. Любая простая линия имеет две вершины, называемые узлами.

Информация о векторном изображении  кодируется как обычная буквенно-цифровая и обрабатывается специальными программами. При каждом отображении векторное  изображение перерисовывается компьютером, что несколько замедляет работу, но позволяет получать изображения  с высоким разрешением.

В векторной графике объём памяти, занимаемый линией, не зависит от её размеров, так как линия представляется формулой или её параметрами. Сложные  объекты (ломаные линии, различные  геометрические фигуры) представляются в виде совокупности элементарных графических  объектов. Любой объект состоит из совокупности связанных линий. Это  обстоятельство определило ещё одно название данного явления – объектно-ориентированная  графика.

На экран компьютера изображение  выводится в виде точек. При этом программа перед выводом изображения  производит вычисление координат экранных точек отображаемого объекта. Аналогичные  вычисления производятся и при выводе объектов на печать. Это обстоятельство вызвало появление другого названия данного метода – вычисляемая  графика.

Векторная графика предназначена  для создания иллюстраций и широко используется в рекламном деле, дизайне, редакционном и издательском деле. Оформительские работы, основанные на применении шрифтов и простых  геометрических элементов, проще выполняются  с помощью векторной графики. При этом размер символов может изменяться в широких пределах. Такие шрифты называют масштабируемыми. Например, технология True Type, разработанная компаниями Microsoft и Apple Computer, описывает способ отображения символов в тексте. Векторные методы также широко применяются в автоматизированных системах проектирования (computer-aided design, CAD), используемых для работы со сложными трёхмерными объектами.

Однако векторная технология не позволяет достичь фотографического качества изображений объектов, как  при использовании растровых  методов.

Работать с векторными рисунками  можно с помощью редактора  Corel DRAW и др. Наиболее популярны векторные форматы: WMF, CDR, DXF.

Фрактальные графические изображения  создаются автоматически с помощью  специальных математических вычислений, то есть путём программирования, а  не рисования. Фрактальная графика  обычно используется в оформительских работах и развлекательных программах.

Для просмотра, масштабирования и  конвертирования графических файлов используются различные программы. Наиболее популярной из них считается ACD See фирмы ACD System.