Базовые и прикладные информационные технологии

ÁÀÇÎÂÛÅ È ÏÐÈÊËÀÄÍÛÅ

ÈÍÔÎÐÌÀÖÈÎÍÍÛÅ

ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ

Ðåêîìåíäîâàíî Íàó÷íî-ìåòîäè÷åñêèì ñîâåòîì

Ìîñêîâñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî èíñòèòóòà ýëåêòðîííîé òåõíèêè

(òåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà)

â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé,

îáó÷àþùèõñÿ ïî òåõíè÷åñêèì ñïåöèàëüíîñòÿì

ÌÎÑÊÂÀ

ÈÄ «ÔÎÐÓÌ» — ÈÍÔÐÀ-Ì

2020

УДК 004(075.8)
ББК 32.81я73

Г25

Рецензенты:

кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой

информатики и компьютерных технологий МГАВТ М.И. Иванов;

доктор технических наук, профессор кафедры информатики

и программного обеспечения вычислительных систем Московского

государственного института электронной техники Л.Г. Гагарина

Гвоздева В.А.

Г25
Базовые и прикладные информационные технологии : учебник  /

В.А. Гвоздева. — Москва : ИД «ФОРУМ» : ИНФРАМ, 2020. — 384 с. —
(Высшее образование).

ISBN 9785819905722 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 9785160092454 (ИНФРАМ)

В учебнике представлены темы по теоретическим и практическим основам информационных технологий, посвященные основным понятиям и
определениям, истории развития, основам технологий компьютерной обработки текстовой, числовой, графической информации на базе MS Office
2007, аудиои видеоданных. Изложены основы работы с базами данных
под управлением СУБД.

Рассмотрены такие базовые информационные технологии, как мультимедийные, автоматизации офиса, статистические, проектировочные,
управленческие, образовательные, промышленноэкономические, корпоративные, искусственного интеллекта, телекоммуникационные, CASE,
виртуальной реальности, защиты информации.

Прикладные информационные технологии представлены в следующих

сферах деятельности: юридической, здравоохранении, сельском хозяйстве,
энергетике, транспорте.

Учебник предназначен для подготовки студентов вузов и колледжей по

специальностям, предполагающим изучение дисциплин, связанных с информационными технологиями.

УДК 004(075.8)
ББК 32.81я73

ISBN 9785819905722 (ИД «ФОРУМ»)
ISBN 9785160092454 (ИНФРАМ)

© Гвоздева В.А., 2014
© ИД «ФОРУМ», 2014

Введение

Процессы развития общества и экономики объективно способствуют раскрытию того огромного потенциала, который несет XXI в.,
век информационного общества. Информационные технологии используются и будут использоваться повсеместно, в любой сфере человеческой деятельности.
Появление ПК, микропроцессорной техники и сетей передачи
данных позволило разработать такие информационные технологии,
которые облегчают, ускоряют работу человека, делают ее эффективной и в то же время комфортной.
Структурированная информация, хранящаяся в базах данных и
базах знаний, позволяет разрабатывать теперь информационные технологии (ИТ) на уровне систем искусственного интеллекта, выполняющих уже не только трудоемкий рутинный (как физический, так и
умственный) труд, но вторгающихся в сферу принятия решений,
т. е. сферу высокоинтеллектуальной деятельности человека. Экспертные системы позволяют различным организациям при небольшом
штате работников эффективно выполнять работу, пользуясь знаниями экспертов, накопленными в системе. Разработка интеллектуальных систем становится практической задачей во всех сферах деятельности.
В России идет становление информационного общества, где ИТ
приобретают первостепенное значение. С начала 2000х гг. развивается новая наука об информационных технологиях (ИТнаука), или
итология. Основные черты итологии:
• фундаментальное значение для развития всех областей знания и
видов деятельности как эффективного метода познания и инструмента, усиливающего интеллектуальные возможности человека;
• целевая направленность на проникновение в человеческую
практику и преображение бытия;

• как общезначимой дисциплины (аналогично математике и философии), обусловленная ее методологическим значением.
Предмет итологии — информационные технологии, а также процессы, связанные с их созданием и применением.
Стандарты по ИТ разрабатываются на международном уровне.
В рамках ISO и IEC создан JTC1 (Joint Technical Committee 1 — Объединенный технический комитет 1), предназначенный для формирования всеобъемлющей системы базовых стандартов в области ИТ и их
расширений для конкретных сфер деятельности. Работа над стандартами ИТ в JTC1 тематически распределена по подкомитетам
(Subcommittees — SC). В дополнение создана специальная группа по
функциональным стандартам (Special Group on Functional Standards —
SGFS) для обработки предложений по Международным стандартизованным профилям (International Standardized Profiles — ISP), представляющим определения профилей ИТ.
В настоящее время выделяют базовые (применяемые во всех областях деятельности) и прикладные (разрабатываемые и используемые в определенных отраслях) информационные технологии.
Широкое использование информационных технологий для решения научнотехнических, экономических и управленческих задач
предъявляет высокие требования к студентам специальностей, в обязанности которых будет входить использование информационных
технологий в процессах управления производством. Нужно знать современные достижения компьютерных технологий управления организационными экономическими объектами, принципы принятия и
реализации экономических и управленческих решений, процедуры и
программные средства обработки экономической информации, интегрированные информационные технологии управления, инструментальные средства компьютерных технологий информационного
обслуживания управленческой деятельности; методы управления организацией, компьютерные технологии интеллектуальной поддержки
управленческих решений и перспективы их развития.
Книга поможет студентам в приобретении знаний по теоретическим и практическим основам базовых и прикладных информационных автоматизированных технологий и при использовании этих знаний в учебной и дальнейшей производственной деятельности на современном уровне.

4
Введение

Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Информационные технологии (ИТ) как передовая область науки
и техники определяют ритм времени технического развития всего общества; влияют на все сферы человеческой деятельности; сберегают
затраты труда людей и природных ресурсов; повышают экологическую безопасность технологических производств. ИТ берут на себя
управление многими видами работ и технологических операций.

1.1. Основные понятия и определения

Технология — это комплекс научных и инженерных знаний, реализованных в приемах труда, наборах материальных, технических,
энергетических, трудовых факторов производства, способах их соединения для создания продукта или услуги, отвечающих определенным требованиям. Поэтому технология неразрывно связана с машинизацией производственного или непроизводственного, прежде
всего управленческого процесса. Управленческие технологии основываются на применении компьютеров и телекоммуникационной
техники.
Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, информационная
технология — комплекс взаимосвязанных, научных, технологических
и инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации;
вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с
людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Сами информационные технологии
требуют сложной подготовки, больших первоначальных затрат и наукоемкой техники. Их введение должно начинаться с создания математического обеспечения, формирования информационных потоков
в системах, подготовки специалистов.
В узком смысле информационная технология — процесс, использующий совокупность средств и методов обработки и передачи первичной информации для получения информации нового качества о
состоянии объекта, процесса или явления.
В основе компьютерной информационной технологии лежат три
основных принципа: интерактивный (диалоговый) режим работы с
компьютером; интеграция программных продуктов; гибкое изменение данных и поставленных задач.
В информационной технологии в роли технических средств производства информации выступает аппаратное, программное и математическое обеспечение этого процесса. С их участием перерабатывается
первичная информация в информацию нового качества.
Инструментарий информационной технологии — совокупность
программных продуктов, которые применяются для достижения поставленной пользователем цели. Все известные программные продукты общего назначения (текстовый процессор, настольные издательские системы, электронные таблицы, графические редакторы, СУБД,
аудиои видеоредакторы и др.) можно отнести к инструментарию,
используемому для обработки текстовой, числовой, графической,
аудиои видеоинформации — как в базовых, так и прикладных информационных технологиях.
Информационные технологии делят на базовые и прикладные.
Базовыми называют технологии, которые можно применять в любой
сфере деятельности, для решения любых задач. К ним относят мультимедийные ИТ, автоматизации офиса, статистические, автоматизированного проектирования в промышленности и экономике, управленческие,
искусственного интеллекта, образовательные, виртуальной реальности,
в том числе тренажеры, CASEтехнологии, геоинформационные, корпоративные, телекоммуникационные, защиты информации.
Прикладными называют технологии, которые можно применять в
определенной сфере деятельности, для решения конкретных, специальных задач, например: в юридической деятельности, в сельском хозяйстве, в биологии, медицине и здравоохранении, в энергетике, на
транспорте, в военном деле и т. д.

6
Глава 1. Основные понятия и история развития информационных технологий

Прикладные программные средства, предназначенные для решения специализированных задач в конкретной предметной области,
реализуются в виде отдельных приложений и утилит.
Информационные технологии находят широкое применение в
различных сферах человеческой деятельности. Часто они используются в автоматизированных информационных системах.

1.2. История развития информационных технологий

Человеческая речь была первым носителем знаний о совместно
выполняемых людьми действиях. Знания постепенно накапливались
и устно передавались от поколения к поколению. Процесс устных
рассказов получил первую технологическую поддержку с созданием
письменности на разных носителях. Сначала для письма использовались камень, кость, глина, папирус, шелк, затем — бумага. Возникновение книгопечатания (середина XVI в.) ускорило темпы накопления
и распространения знаний, стимулировало развитие наук. Книгопечатание создало предпосылки роста производительных сил. Наука позволяла разрабатывать технологии создания станков и машин.
Первый этап развития ИТ — «ручная» информационная технология (до второй половины XIX в.). Инструментарий: перо, чернильница, бухгалтерская книга. Форма передачи информации — почта. Коммуникации осуществляются ручным способом — с помощью почтовой пересылки писем, пакетов.
Но уже в XVII в. начали разрабатываться инструментальные средства, позволившие в дальнейшем создавать механизированные, а затем автоматизированные ИТ.
В этот период:
• учеными (Шиккард — 1623 г., Б. Паскаль — 1642 г., Лейбниц —
1673 г) были созданы механические вычислительные устройства;
• 1830 г. — английский ученый Ч. Бэббидж теоретически исследовал процесс выполнения вычислений и обосновал основы архитектуры вычислительной машины. Работая над проектом «Машина для
исчисления разностей», он предсказал многие идеи и принципы организации и работы современных ЭВМ, в частности принцип программного управления и запоминаемой программы;
• 1843 г. — математик А. Лавлейс (1815—1852 гг.) перевела статью
Менабреа по лекциям Бэббиджа, где в виде подробных комментариев

1.2. История развития информационных технологий
7

сформулировала главные принципы программирования аналитической машины. Она разработала первую программу (1843 г.) для машины Бэббиджа, убедила его в необходимости использования в изобретении двоичной системы счисления вместо десятичной, разработала принципы программирования, предусматривающие повторение
одной и той же последовательности команд при определенных условиях. Именно ею были предложены термины «рабочая ячейка» и
«цикл». А. Лавлейс составила первые программы для решения системы двух уравнений и вычисления чисел Бернулли по довольно сложному алгоритму. Она предположила, что со временем аналитическая
машина будет сочинять музыкальные произведения, рисовать картины и использоваться в практической и научной деятельности. Сейчас
можно оценить ее правоту и точность прогнозов. Своими работами
А. Лавлейс заложила теоретические основы программирования.
Второй этап развития ИТ — «механическая» информационная
технология (с конца XIX в.). Инструментарий: пишущая машинка, телефон, фонограф. Передается информация с помощью усовершенствованной почтовой связи, идет поиск удобных средств представления
и передачи информации. В конце XIX в. открыт эффект электричества, что способствовало изобретению телеграфа, телефона, радио, позволяющим оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме. Появились средства информационной коммуникации,
благодаря чему передача информации могла осуществляться на большие расстояния.
В этот период:
• 1854 г.— английский математик Джордж Буль опубликовал
книгу «Законы мышления», в которой развил алгебру высказываний — булеву алгебру. Алгебра логики явилась инструментом разработки и анализа сложных схем, инструментом оптимизации большого
числа логических элементов, из многих тысяч которых состоит современная ЭВМ;
• 9 октября 1876 г. — Александр Грэхам Белл организовал первые
телефонные переговоры по телеграфным проводам;
• 21 января 1888 г.— прошло частичное испытание Аналитической машины Бэббиджа, которую построил его сын; было успешно
вычислено число Пи;
• 1896 г. — американский ученый Г. Холлерит основал фирму по
выпуску вычислительных перфорационных машин и перфокарт.
Г. Холлерит реализовал идеи Ч. Бэббиджа, обработав с помощью по8
Глава 1. Основные понятия и история развития информационных технологий

строенной счетноаналитической машины и перфокарт за три года результаты переписи населения в США по состоянию на 1890 г. В машине впервые было использовано электричество.
Третий этап развития ИТ начался с конца 40х гг. XX в. — с создания первых ЭВМ.
В этот период начинается развитие автоматизированных информационных технологий; используются магнитные и оптические носители информации, кремний; применяется «электрическая» информационная технология (40—60е гг. XX в.). До конца 1950х гг. в ЭВМ
основным элементом конструкции были электронные лампы (I поколение), развитие идеологии и техники программирования шло за счет
достижений американских ученых, в частности Дж. фон Неймана,
сформулировавшего основные принципы построения ЭВМ,
Инструментарий: большие ЭВМ и соответствующее программное
обеспечение, электрическая пишущая машинка, портативный магнитофон, копировальные аппараты. Ставится цель не только предоставления информации в нужной форме и более удобными средствами,
но и формирования ее содержательной части.
В этот период:
• 1936 г.— английский математик А. Тьюринг ввел понятие машины Тьюринга как формального уточнения интуитивного понятия
алгоритма. Тьюринг доказывал возможность построения универсальной ЭВМ, которая может быть снабжена исходными данными решаемой задачи и программой ее решения;
• 12 мая 1941 г. — вниманию научной общественности представлена Z3 — программируемая вычислительная электромеханическая
машина, обладающая всеми свойствами современного компьютера,
созданная немецким инженером К. Цузе;
• 1944 г. — запущен Марк I — первый американский программируемый компьютер, разработанный под руководством профессора
Гарвардского университета Г. Айкена;
• 9 сентября 1945 — официально зарегистрирован первый в истории баг1;

1.2. История развития информационных технологий
9

1 Термин «баг» обычно употребляется в отношении ошибок, проявляющих
себя на стадии работы программы, в отличие, например, от ошибок проектирования или синтаксических ошибок. В этот день ученые Гарвардского университета,
тестировавшие вычислительную машину Mark II Aiken Relay Calculator, нашли мотылька, застрявшего между контактами электромеханического реле. Насекомое
было вклеено в технический журнал с сопроводительной подписью.

• 1946 г. — в США группой инженеров под руководством доктора
Дж. Мочли и аспиранта Дж. Эккерта создана первая электронная машина — «ЭНИАК» (электронный числовой интегратор и калькулятор);
• 1949 г. — в Англии построена EDSAC — первая машина, обладающая автоматическим программным управлением, внутренним запоминающим устройством и другими необходимыми компонентами
современных ЭВМ;
• конец 1940х гг. — разработка логических схем вычислительных
машин Дж. фон Нейманом, Г. Гольдстайном и А.В. Берксом. Особый
вклад в эту работу внес американский математик Дж. фон Нейман,
принимавший участие в создании ЭНИАКа. Он предложил идею хранения команд управления и данных в машинной памяти и сформулировал основные принципы построения современных ЭВМ с хранимой программой;
• декабрь 1948 г. — И.С. Брук и Б.И. Рамеев явились первыми авторами изобретенной в СССР ЭВМ;
• 1950 г. — запущена первая служба радиопейджинга;
• 1951 г. — в США налажено первое серийное производство
«УНИВАК» (универсальной автоматической вычислительной машины). В это же время фирма IBM начала серийный выпуск машины
IBM/701;
• 1951 г. — в СССР под руководством С.А. Лебедева создана
МЭСМ — малая электронная счетная машина;
• 1953 г. — в Советском Союзе начался серийный выпуск машин,
первыми их которых были «БЭСМ1» и «Стрела»;
В этом же году А.А. Ляпуновым предложен операторный метод
программирования, открывший дорогу автоматизации программирования. Алгоритм решения задачи представлялся в виде совокупности
операторов, образующих логическую схему задачи. Схемы позволяли
расчленить громоздкий процесс составления программы; части программы составлялись по формальным правилам, а затем объединялись в целое;
• 1954 г. — в СССР разработана первая программирующая программа ПП1 для проверки идей операторного метода, а в 1955 г.—
более совершенная ПП2. В 1956 г. разработана ПП БЭСМ, в
1957 г. — ППСВ 1958 (для машины «Стрела»);
В этом же году в США разработан алгебраический подход, совпадающий по существу с операторным методом, и под руководством

10 Глава 1. Основные понятия и история развития информационных технологий

Дж. Бэкуса был создан Фортран (Formula Translation) — первый язык
программирования высокого уровня, открывший в программировании эпоху языков высокого уровня и используемый до настоящего
времени в разных модификациях.
В 1950—1960е гг. идет развитие машинных языков, которые могли понимать только профессионалы. По мере накопления опыта и
теоретического осмысления языки программирования совершенствовались. В 1958—1960 гг. в Европе создан АЛГОЛ, породивший целую
серию алголоподобных языков: Algol W, (1967 г.), Algol 68 и др. С появлением цифровых программноуправляемых машин возникла новая область прикладной математики — программирование.
В эти годы совершенствуется элементная база ЭВМ. В конце
1950х гг. громоздкие электронные лампы заменяют полупроводниками (миниатюрными транзисторами), затем появляются ЭВМ II поколения, примерно через 10 лет — ЭВМ III поколения на интегральных схемах, еще через 10 лет — ЭВМ IV поколения на больших интегральных схемах — БИС;
• 13 сентября 1956 г. компания IBM представила первый накопитель на жестких магнитных дисках («винчестер») RAMAC объемом
5 Мбайт;
• 12 сентября 1958 г. в компании Texas Instruments заработала
первая микросхема (изобретателями микросхемы считают Дж. Килби
и одного из основателей Intel Р. Нойса);
• 1961—1962 гг. — создан язык функционального программирования ЛИСП (Дж. Маккарти в Массачусетском технологическом институте);
• 1965 г. — разработана упрощенная версия Фортрана — Бейсик
(Basic) (Д. Кэмэни и Т. Куртцем в Дартмутском колледже);
• 1965 г.— итальянцы Бом и Джакопини предложили использовать в качестве базовых алгоритмических элементов cледование, ветвление и цикл. Почти тогда же к аналогичным выводам пришел голландский ученый Э. Дейкстра, заложивший основы структурного
программирования. В 1970х гг. эта методология оформилась;
• 1966 г. — комиссия при Американской ассоциации стандартов
(ASA) разработала два стандарта языка: Фортран и Базисный Фортран. Используются также дальнейшие модификации языка (например, 1970го и 1990го гг.).
В 1960—1970е гг. создаются операционные системы, вводится
параллельная обработка задач.

1.2. История развития информационных технологий
11