Lectures on computer science For students studying "Computer science" in English

The information and messages The term "Информатика" occurs from the French words «information» and «automatique» and means - « The automated processing of the information ». The English- speaking variant of this term - «Computer science »- is widely used. The Сomputer science is studying laws and methods of accumulation, processing and transmition of the information with the help of the computer, and also the area of human activity connected to application of the computer.

Информация и сообщения Термин «информатика» происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и означает - «автоматизированная переработка информации». Широко распространён также англоязычный вариант этого термина - «Сomputer science», что означает буквально «компьютерная наука». Информатика это наука, изучающая законы и методы накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

The information is data on persons or subjects, the facts, events, the phenomena and processes irrespective of the form of representation. Information processing - processes of search, gathering, treatment, accumulation, storage and transmition of the information. Information technology (I.T.) is a set of methods and devices used by people for processing of the information. The Computer science is based on computer technical equipment and information technology and includes three interconnected parts: Hardware, Software and Brainware.

Информация – это сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления. Информационные процессы - процессы поиска, сбора, обработки, накопления, хранения и распространения информации. Информационные технологии - это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации. Информатика базируется на компьютерной технике и состоит из трех взаимосвязанных частей - технических, программных и алгоритмических средств.

Physical component of a computer system (the units that are visible in any computer), in English language is designated by word Hardware. Not visible part is the Software - the set of computer programs, procedures, and associated documentation that make possible the effective operation of the computer system. For a designation of a part of the Сomputer science connected to working out algorithms and programs, people use term Brainware.

Технические средства или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware (твердые изделия). Не видимая часть - Программное обеспечение - набор компьютерных программ, процедур, и связанную документацию документацию, которые делают возможным эффективное использование компьютерных систем. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов, применяют термин Brainware (Brain - мозги).

Development of information technology. The first stage (up to the end of XIX century) - the "manual" information technology, which toolkit were: a feather, an inkwell and paper. Communications were carried out by sending letters by post. The basic purpose of technology - representation of the information in the necessary form. The second stage (from the end of XIX century) - "mechanical" technology: a typewriter, phone, telegraph and the post equipped with more perfect means of delivery. The basic purpose of technology - representation of the information in the necessary form by using more modern means.

Развитие информационных технологий. 1-й этап (до конца XIX в.) – «ручная» информационная технология, инструментарий которой составляли: перо, чернильница, бумага. Коммуникации осуществлялись путем переправки через почту или нарочным писем, пакетов, депеш. Основная цель технологии - представление информации в нужной форме. 2-й этап (с конца XIX в.) – «механическая» технология: пишущая машинка, телефон, телеграф и оснащенная более совершенными средствами доставки почта Основная цель технологии - представление информации в нужной форме более удобными средствами.

The third stage (from th of XX century) - "electric" technology: big computers, electric typewriters, copiers, Dictaphones. The accent in information technology starts to move from the form of representation of the information to formation of its content. The fourth stage (from the beginning of 70th) - "electronic" technology: the advanced big computers (mainframes) and created on their base an automated control systems and an information retrieval systems equipped with a wide spectrum of specialized program complexes. The centre of gravity of technology is even more displaced to formation of the content the information for the administrative management of various spheres of a public life, and especial to the organization of analytical job.

3-й этап ( е гг. XX в.) – «электрическая» технология: большие ЭВМ, электрические пишущие машинки, ксероксы, диктофоны. Акцент в информационной технологии начинает перемещаться с формы представления информации на формирование ее содержания. 4-й этап (с начала 70-х гг.) – «электронная» технология: усовершенствованные большие ЭВМ и создаваемые на их базе автоматизированные системы управления (АСУ) и информационно-поисковые системы (ИПС), оснащенные широким спектром базовых и специализированных программных комплексов. Центр тяжести технологии еще больше смещается на формирование содержательной стороны информации для управленческой среды различных сфер общественной жизни, особенно на организацию аналитической работы.

The fifth stage (from the middle of 80th) - "computer" technology which is based on using of the personal computers with a wide spectrum of software products of different purpose. Local (LAN) and wide (WAN) area computer networks started to be used widely.

5-й этап (с середины 80-х гг.) – «компьютерная» технология, основным инструментарием которой является персональный компьютер с широким спектром стандартных программных продуктов разного назначения. Начинают широко использоваться локальные и глобальные компьютерные сети.

Information technologies (I.T.) distinguish by kinds: Information processing, Management information, Automated office, Information center (support of decision-making), Information technology of expert systems. The basic aim of Information processing is the processing of data, creation of documents. The Management information is directed to management and monitoring business and to the creation of various kinds of accounts.

Информационные технологии (ИТ) различают по видам: информационная технология обработки данных, информационная технология управления, информационная технология автоматизированного офиса, информационная технология поддержки принятия решений, информационная технология экспертных систем. Основная цель Обработки информации - обработка данных, создание документов. Информационная технология управления направлена на создание различных видов отчетов.

The aim of the system of Automated office is the organization and support of communication processes inside the organization and out its limits on the basis of the computer networks and other modern means of transfer the information, and also work with documents and the control over execution of the orders.

Информационная технология автоматизированного офиса – это организация и поддержка коммуникационных процессов внутри организации и за ее пределами на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией, а также ведение документов и контроль исполнения приказов.

The main aim of Information center of support of decision-making is the organization of interaction of a person and a computer: on the one hand -the computer as the tool of the calculation and the choice of the optimum scientific decision from a set of alternative opportunities; on the other hand - the person as a managing part which inputs data and estimates the result of calculations received by the computer.

Информационная технология поддержки принятия решений заключается в методе организации взаимодействия человека и компьютера: с одной стороны компьютер в роли вычислительного звена и инструмента выбора оптимального научного решения из множества альтернативных возможностей; с другой - человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный на компьютере результат вычислений.

The information technology of expert systems is based on the use of the artificial intelligence giving an opportunity to the expert to receive the consultation on the corresponding problems.

Информационная технология экспертных систем основана на использовании искусственного интеллекта, дающего возможность специалисту получать консультации по соответствующим проблемам.

Alphabets Coding In itself the information is non-material, but it is transferred by means of material messages and can be presented in various material forms. Messages are often formed of separate signs. Such messages are called discrete. In order to extract the information from the message, it is necessary to know the rules of interpretation of messages as the same message can contain the various information. For example, the bell at school can mean the beginning of a lesson or the end of a break. And on the contrary, the same information can be written down in various languages (Russian, Chinese).

Алфавиты. Кодирование Сама по себе информация нематериальна, но она передается с помощью материальных сообщений и может быть представлена в различных материальных формах. Часто сообщения формируются из отдельных знаков. Такие сообщения называют дискретными. Для того чтобы извлечь информацию из сообщения, нужно знать правила интерпретации (истолкования) сообщений, ибо одно и тоже сообщение может нести различную информацию. Например, звонок в школе может означать начало урока или конец перемены. И наоборот, одна и та же информация может быть записана на различных языках (русском, китайском).

The ordered set of signs is called the alphabet. Let's name letters, figures and any objects distinguishable from each other - character. The quantity of characters contained in the alphabet is called the capacity of the alphabet. Set of the rules which we use for the creation of messages from characters of some alphabet and rules we use for interpretation these messages is called a language.

Конечное упорядоченное множество знаков называется алфавитом. Под знаками будем понимать не только буквы и цифры, но и любые отличимые друг от друга объекты. Мощностью алфавита называется количество содержащихся в нем знаков. Совокупность правил построения сообщений из знаков некоторого алфавита и правил истолкования этих сообщений называется языком.

The translation process of the message from one language to another is called an encoding. At input into a computer the information must be encoded, and at output out of a computer the – be decoded. Encoding is used for representation of the information in the form convenient for processing in computer, and sometimes - for ensuring privacy of the transmitted information. In the last case we usually speak not "encoding", but «enciphering».

Процесс перевода сообщения с одного языка на другой называется кодированием. При вводе в компьютер информация кодируется, а при выводе – декодируется. Кодирование используется для представления информации в удобной для обработки форме, а иногда – для обеспечения секретности передаваемой информации. В последнем случае обычно говорят не кодирование, а шифрование.

Special attention in Computer science is given to the binary alphabet, which is the alphabet of the minimal capacity, suitable for representation of the information. It is possible to encode any discrete messages (numbers, texts, pictures, films and audio records) with the help of the binary notation, having presented them as sequence of 0 and 1. Such coding is called as binary coding, and a code - a binary code. Signs of binary alphabets are easily used in technical devices (one sign - no a signal, and another sign - is a signal), in mathematics (0 and 1), in logic (true and lie).

Особое место в информатике занимают двоичный алфавит, который является алфавитом минимальной мощности, пригодным для представления информации. Любые дискретные сообщения (числа, тексты, картинки, фильмы и аудиозаписи) можно закодировать с помощью двоичного алфавита, представив их в виде последовательности нулей и единиц. Такое кодирование называется двоичным кодированием, а код – двоичным кодом. Знаки двоичных алфавитов легко используются в технических устройствах (один знак – нет сигнала, другой знак – есть сигнал), в математике (0 и 1), в логике (истина и ложь).

If the information is presented in the form of the discrete message it is logical to count amount of the information be equal to its length, which is equal to the quantity of characters in the message. But the length of the message depends not only on the information contained in it. The length is influenced by capacity of the alphabet of used language. It is accepted to measure information volume of messages in bits. One bit (binary digit) corresponds to one sign of the binary alphabet (0 or 1).

Если информация представлена в виде дискретного сообщения, то логично считать количеством информации его длину, то есть общее число знаков в сообщении. Но длина сообщения зависит не только от содержащейся в нем информации. На нее влияет мощность алфавита используемого языка. Информационный объем сообщений принято измерять в битах. Один бит (binary digit –двоичная цифра) соответствует одному знаку двоичного алфавита (0 или 1).

To measure length (information volume) of the message, it should be presented in a binary form and then we should count up amount of binary signs - bits. One bit can express (to encode) two distinct statuses: 0 or 1. By means of two bits it is possible to express four distinct statuses: By means of three bits it is possible to code eight distinct statuses: Let the message in the binary alphabet looks as follows: We do not know, what information has been incorporated in this message, but its length - 12 binary digit and therefore, its information volume is equal to 12 bits.

Чтобы измерить длину (объем) сообщения, его нужно представить в двоичном виде и подсчитать количество двоичных знаков – битов. Одним битом можно выразить два понятия: 0 или 1. Двумя битами можно выразить четыре различных понятия: Тремя битами можно закодировать восемь различных понятий или значений: Пусть сообщение в двоичном алфавите выглядит следующим образом: Мы не знаем, какая информация была заложена в этом сообщении, но его длина – 12 двоичных знаков, и следовательно, его информационный объем равен 12-ти битам.

If any alphabet contains 2 n characters, each of them can be encoded with the help of n signs of the binary alphabet. Thus, the volume of the information contained in the message of length m (where m - number of coded characters) at use of the alphabet by capacity 2 n, is equal m*n bits. The information volume of the word Computer consisting of 8 characters (m=8), will be equal m*n = 8*8 = 64 bits at use of the alphabet of capacity 2 n = 28.

Если алфавит содержит 2n знаков, то каждый из его знаков можно закодировать с помощью n знаков двоичного алфавита. Таким образом, объем информации, содержащейся в сообщении длиной m (где m – число кодируемых букв или символов) при использовании алфавита мощностью 2n, равен m*n бит. Информационный объем слова Привет, состоящего из 6 букв (m=6), при использовании алфавита мощности 2n = 28 составит m*n = 6*8 = 48 бит.

Let's find information volume of word SOS which has been written down in the computer coding. For encoding of information for computers the alphabet ASCII is used (American Standard Code for Information Interchange), consisting of 2n=28=256 signs, or alphabet Unicode, which capacity 2n = 216 = In word SOS three letters, hence, its information volume is equal to 3*8=24 (at use of alphabet ASCII) or 3*16=48 bits (at use of alphabet Unicode).

Найдем информационный объем слова SOS, записанного в компьютерной кодировке. При кодировании букв в компьютере используется либо алфавит ASCII (American Standard Code for Information Interchange американский стандартный код обмена информацией), состоящий из 2n=28=256 знаков, либо алфавит Unicode, мощность которого 2n= 216 = В слове SOS три буквы, следовательно, его информационный объем 3*8=24 (алфавит ASCII) или 3*16=48 бит при использовании алфавита Unicode.

Distinguish the following notations: binary BIN (in this system there are only two signs- 0 and 1), octal OCT (8 signs: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), decimal DEC (10 signs: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) and hexadecimal HEX (16 signs: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F). Let's have a look at the table of numbers, written down in notations with the bases 10, 8, 2 and 16. Number in a decimal notation Number in a octal notation Number in a binary notation Number in a hexadecimal notation ABCDEF10

Различают следующие системы счисления: двоичную BIN binary (в этой системе всего две цифры – 0 и 1), восьмеричную OCT octal (в этой системе счисления 8 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7), десятичную DEC decimal (в системе 10 цифр: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) и шестнадцатеричную HEX hexadecimal (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F). Приведем таблицу чисел от 0 до 16, записанных в системах счисления с основаниями 10, 8, 2 и 16. Число в десятичной системе счисления В восьмеричной В двоичной В шестнадцатеричной ABCDEF10

Units of measurements of information volume. Bit is a very small unit with which it is not always convenient to work; therefore for practical needs people use some more large units. For example, dibit (a composition from two bits 00, 01, 10, 11 i.e. 4 distinct statuses), tribit (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 i.e. 8 distinct statuses), quadrobit (16 statuses). The most widely used unit is byte - 8 bits of memory (256 distinct statuses), when each letter or a symbol of a font corresponds to a unique binary code from up to When you press a key of the keyboard with a symbol of a font the signal containing eight strictly certain impulses comes in computers memory. Process of an output of a symbol on the monitors screen or to a printer consists in reverse transformation - decoding.

Единицы измерения количества информации Бит – это очень мелкая единица, с которой не всегда удобно работать, поэтому для практических нужд вводят более крупные единицы. Например, дибит (композиция из двух двоичных разрядов 00, 01, 10, 11 т.е. 4 различимых состояния), трибит (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111 т.е. 8 различимых состояний), квадробит (16 состояний). Наиболее устоявшейся единицей является байт- 8 бит памяти (256 различимых состояний), когда каждой букве или символу шрифта присваивают уникальный двоичный код от до При нажатии на клавишу клавиатуры с символом шрифта в память компьютера поступает сигнал из восьми строго определенных импульсов. Процесс вывода символа на экран или в печать заключается в обратном преобразовании - декодировании.

For convenience, besides a bit and byte larger units of measure of quantity of the information are used. Here parities between them: 1 byte= 23 bits = 8 bits 1 kilobyte (KB) = 210 bytes = 1024 bytes 1 megabyte (MB) = 1024 KB 1 gigabyte (GB) = 1024 MB 1 terabyte (ТB) = 1024 GB So, one bit – a smallest unit of storage capacity. One byte – is made up of eight bits and stores one character, i.e. a letter, a number, a space or a punctuation mark.

Для удобства, помимо бита и байта используются более крупные единицы измерения количества информации. Вот соотношения между ними: 1 байт = 23 бит = 8 бит 1 килобайт (Кб) = 210 байт = 1024 байт 1 мегабайт (Мб) = 1024 Кб 1 гигабайт (Гб) = 1024 Мб 1 терабайт (Тб) = 1024 Гб

Item and not item scales of notation. The same number can be presented in different ways. For example, number 4 is possible to present as a word "four", to represent it in old Roman - IV or to write it down as four sticks - ||||. The way of representation of numbers is called a scale of notation. There are two kinds of the scales of notation – item (in which "contribution" of each figure to number depends on its position in the record of number), and not item - all others. An example of item scale of notation is the standard decimal notation, not item - Roman. So, for example, among the Roman scale of notation in number XXXII (thirty two) the value of figure X in any position is equal to 10.

Позиционные и непозиционные системы счисления Одно и то же число можно представить разными способами. Например, число 4 можно представить в виде слова четыре, изобразить его римскими цифрами – IV или записать в виде четырех палочек – ||||. Как уже было сказано выше, способ представления чисел называется системой счисления. Системы счисления бывают двух видов – позиционные, в которых вклад каждой цифры в число зависит от ее места (позиции) в записи числа, и непозиционные – все остальные. Примером позиционной системы является общепринятая десятичная система, непозиционной – римская. Так, например, в римской системе счисления в числе XXXII (тридцать два) вес цифры X в любой позиции равен просто десяти.

Representation of the non-negative integer. In item scales of notation record of an integer in the expanded form is defined by the following rule: A = a n *p n +a n-1 *p n-1 +a n-2 *p n a 1 *p 1 + a 0 *p 0 (1) Where: a n a n-1 a n-2 …a 1 a 0 - record of number A (for example, three-class number 345), a i - figures making up it (3, 4, 5), p - the base of a scale of notation, n - number of the category (rank). 1) Decimal. p = 10 (base 10); Number 123(10) (the curtailed form) = 1* * *100 (expanded form) Number 3635=3·103+6·102+3·101+5·100 (3 thousands + 6 hundreds+3 dozens + 5 units)

Представление целых неотрицательных чисел В позиционных системах запись целого числа в развернутой форме определяется по следующему правилу: A = a n ·p n +a n-1 ·p n-1 +a n-2 ·p n a 1 ·p 1 + a 0 ·p 0 (1) где: a n a n-1 a n-2 …a 1 a 0 запись числа A (например, трехразрядное число 345), а i – составляющие его цифры (3, 4, 5), p - основание системы счисления, n – номер разряда. 1) Десятичная система p = 10 (основание системы); число 123 (10) (свернутая форма) = 1 * * * 10 0 (развернутая) число 3635=3· · · ·10 0 (3 тыс.+6 сотен+3 дес.+5 ед.)

2) Binary. р=2 (base 2); Number (the curtailed form) = 1·23+0·22+1·21+1·20 (expanded form) Number =1*24+0*23+1*22+1*21+0*20 The bottom index in writing down of the number designates the base of notation in which the number is written down. For a decimal notation it is possible not to write down the index.

2) Двоичная система р=2 (основание системы) ; число (свернутая форма)= 1·23+0·22+1·21+1·20 (развернутая) число =1 х 24+0 х 23+1 х 22+1 х 21+0 х 20 Нижним индексом в записи числа обозначается основание системы счисления, в которой записано число. Для десятичной системы счисления индекс можно не писать.

Translation of numbers from one notation into another. It is necessary to understand, that at transforming numbers from one scale of notation into another one the quantitative value of number remains without changes, but only the form of its writing down is changed. For transforming an integer decimal into any other notation it is necessary to divide this number by the base of system needed and then to record the remainders from the right to the left (from below upwards). For transforming a number from any notation into decimal it is necessary to write down the number in the expanded form and to combine constituents received. For transforming a number written down at binary into octal it is necessary firstly to divide the number (from right to left) into groups containing three figures. If the left group contains less than three figures it is necessary to supplement it with zeros (at the left). Then we shall write down each binary triad in the expanded form and sum up all constituents. While transforming the binary number into hexadecimal, the nomber should be broken up into binary tetrads (four figures in group).