Информационные технологии в профессиональной деятельности

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Е.Л. Федотова

Допущено Министерством образования и науки Российской Федерации
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
среднего профессионального образования, обучающихся
по группе специальностей «Информатика и вычислительная техника»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва 
ИД «ФОРУМ» — ИНФРА-М
2021

УДК  004(075.32) 
ББК 32.973я723 
 
Ф34

Федотова Е.Л.
Ф34  
Информационные технологии в профессиональной деятельности : учебное пособие / Е.Л. Федотова. — Москва : ИД «ФОРУМ» : 
ИНФРА-М, 2021. — 367 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-8199-0752-8 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013597-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106258-6 (ИНФРА-М, online)

Приведены базовые понятия в области информации, информационных 
технологий и систем, основные принципы, методы и свойства информационных и коммуникационных технологий. Рассмотрены прикладное 
программное обеспечение и информационные ресурсы, интегрированные 
информационные системы. Особое внимание уделено интеллектуальным 
информационным технологиям — одному из наиболее перспективных 
и быстро развивающихся научных и прикладных направлений информатики.
Для студентов средних специальных учебных заведений, изучающих 
дисциплины «Информационные технологии», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», обучающихся по специальности 11.02.13 «Твердотельная электроника», а также для преподавателей 
и специалистов, работающих в данных предметных областях.

УДК 004(075.32) 
ББК 32.973я723 

Р е ц е н з е н т ы:
А.В. Барышев, кандидат технических наук, доцент кафедры информатики и программного обеспечения вычислительной техники 
МГИЭТ (ТУ);
Л.И. Матына, кандидат технических наук, директор Колледжа 
электроники и информатики 

ISBN 978-5-8199-0752-8 (ИД «ФОРУМ») 
ISBN 978-5-16-013597-7 (ИНФРА-М, print) 
ISBN 978-5-16-106258-6 (ИНФРА-М, online)
© Федотова Е.Л., 2015
© ИД «ФОРУМ», 2015

Предисловие

В рамках российской государственной информационной политики созданы все предпосылки для формирования единого информационного пространства России, а также для ее вхождения 
в мировое информационное пространство. Важным фактором 
является обеспечение информационной безопасности личности, 
общества и государства, формирование демократически ориентированного массового сознания, становление отрасли информационных услуг, расширение правового поля регулирования общественных отношений, в том числе связанных с получением, 
распространением и использованием информации. Все это вызывает острую потребность в квалифицированных специалистах, 
обладающих знаниями в области современных информационных 
технологий, владеющих навыками работы с компьютером, умеющих формировать собственное информационное пространство, используя современные информационно-коммуникационные 
средства.

Разработка и внедрение в процесс обучения информационно-компьютерных технологий, кардинальное техническое переоснащение высших учебных заведений, совершенствование методов преподавания и форм учебной работы со студентами потребовали координации и системного согласования обширного 
потока информации, с которой студенты сталкиваются в процессе обучения. Переход к рыночным отношениям в нашей стране 
и научно-технический прогресс ускорили темпы внедрения последних достижений в области информатизации во все сферы 
социально-экономической жизни России.

Болонский процесс стимулировал те преобразования в сфере 
высшего образования России, которые стали характерными для 
европейского общества, усилил или вызвал к жизни смену подходов к оценке уровня образованности.

Содержание образовательной подготовки будущих специалистов в области информационных технологий имеет сложную и

Предисловие

многокомпонентную структуру, отличается большим разнообразием изучаемых объектов, явлений и процессов.

Данное учебно-методическое пособие преследует цель помочь современному студенту научиться объединять теорию и 
практику, понимать важность абстракции и моделирования, 
приобретать знания в области информатики. Пособие состоит из 
восьми глав, содержание которых полностью соответствует требованиям государственного образовательного стандарта по специальности 2001 «Микроэлектроника и твердотельная электроника». В нем рассмотрены базовые понятия информационных 
технологий, приведены основные принципы, методы и свойства 
информационных и коммуникационных технологий, прикладное программное обеспечение и информационные ресурсы в 
профессиональной деятельности, интегрированные информационные системы. Особое внимание уделено исследованию интеллектуальных информационных технологий как одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся научных и прикладных областей информатики.

Теоретические сведения дополнены примерами и иллюстрациями, в конце каждой главы даны контрольные вопросы, позволяющие определить качество усвоения материала. Основное 
отличие данного пособия от аналогичных изданий заключается в 
широте охвата предметной области. Материал пособия прошел 
апробацию в Московском государственном институте электронной техники (Техническом университете), Колледже электроники и информатики.

Для студентов средних специальных учебных заведений, изучающих дисциплины «Информационные технологии», «Информационные технологии в профессиональной деятельности», обучающихся по специальности 2001 «Микроэлектроника и твердотельная электроника» и других специальностей технического 
профиля, а также для преподавателей и специалистов, работающих в данных предметных областях.

Глава 1
ИНФОРМАЦИЯ, ИНФОРМАЦИОННОЕ 
ОБЩЕСТВО И ИНФОРМАТИЗАЦИЯ

Информация — это фундаментальное научное понятие. Оно 
широко используется и в науке, и в повседневной жизни. Можно выделить три подхода к определению понятия «информация»: 
антропоцентрический, техноцентрический и недетерминированный. Антропоцентрический подход состоит в том, что информацию отождествляют со сведениями или фактами, которые могут 
быть получены и усвоены, т. е. преобразованы в знания (например, такой подход применяется в российском законодательстве). 
Техноцентрический заключается в том, что информацию представляют как данные, которые не во всех случаях можно считать 
информацией (например, в Интернете одни и те же данные, передаваемые сервером, могут интерпретироваться клиентом как 
разная информация в зависимости от того, какими аппаратно-программными методами он располагает и как они настроены). Недетерминированный подход состоит в отказе от определения информации на том основании, что это понятие является 
фундаментальным.

Информатика как научная дисциплина определяет методологические принципы информационного моделирования окружающей действительности и манипулирования такими моделями с помощью средств вычислительной техники. Она занимается исследованием информации, ее свойств, критериев и структур 
в естественных и искусственных информационных коммуникациях, предусматривает изучение принципов, моделей, алгоритмов хранения, преобразования, анализа и синтеза информации, 
а также их программную и априорную реализацию.

Сегодня цивилизация находится в стадии формирования информационного общества — особого общества, основными характеристиками которого являются:

• наличие информационной инфраструктуры, состоящей из 
трансграничных информационно-коммуникационных се6
Глава 1. Информация, информационное общество...

тей и распределенных в них информационных ресурсов как 
запасов знаний;

• массовое применение персональных компьютеров, подключенных к трансграничным информационно-коммуникационным сетям.

Компьютерные информационные технологии имеют постоянно возрастающее значение для жизни общества и развития 
экономики, что обеспечивает условия развития информатизации 
во всем мире.

1.1. Основные понятия информации и информационных 
технологий

Информация — это новые сведения, позволяющие улучшить 
процессы, связанные с преобразованием вещества, энергии и самой информации. Информация неотделима от процесса информирования, поэтому необходимо рассматривать источник информации и потребителей информации. Информацией являются 
сведения, расширяющие запас знаний конечного потребителя.

История развития цивилизации связана с преобразованием 
общественных отношений, вызванных кардинальными изменениями, произошедшими в сфере обработки информации.

В основе понятия «информатизация общества» лежит понятие «информация». В конце 1950-х гг., когда американским инженером Р. Хартли была сделана попытка ввести количественную меру информации, передаваемой по каналам связи, возникла информалогия — наука о процессах и задачах передачи, 
распределения, обработки и преобразования информации.

Создатель статистической теории информации К. Шеннон 
обобщил результат Р. Хартли и его предшественников. Теория 
информации К. Шеннона позволяла ставить и решать задачи об 
оптимальном кодировании передаваемых сигналов с целью повышения пропускной способности каналов связи. В работах 
Хартли и Шеннона информация рассматривается лишь в своей 
внешней оболочке, представленной отношениями сигналов, знаков и сообщений друг другу, т. е. синтаксическими отношениями. Количественная мера Хартли — Шеннона не претендует на 
оценку содержательной (семантической) или ценностной, полезной (прагматической) стороны передаваемого сообщения.

1.1. Основные понятия информации и информационных технологий 
7

Новый этап теоретического расширения понятия «информация» связан с кибернетикой (греч. kiber — над, nautus — моряк, 
кормчий, управляющий рулем, отсюда — искусство управления) — наукой об управлении и связи в живых организмах, обществе и машинах, технических системах. Впервые термин «кибернетика» встречается в работах древнегреческого философа 
Платона (около 427—347 до н. э.), в которых он обозначил правила управления обществом.

Через две с лишним тысячи лет французский физик 
А. И. Ампер (1775—1836) в своей работе «Опыт философских 
наук» (1834) термин «кибернетика» также применил к науке об 
управлении обществом.

Понадобилось еще 200 лет развития естественных и гуманитарных наук, для того чтобы в 1940-х гг. термин «кибернетика» 
наполнился современным содержанием. Н. Винер применил 
этот термин в своей книге «Кибернетика или управление и связь 
в животном и машине» (1948). Основное внимание Винер обратил на информационную сущность управления, наличие движения информации в контуре управления, прямую и обратную 
связь в управлении живыми организмами и техническими системами (рис. 1.1).

Появление в 1948 г. работы Винера было представлено на 
Западе некоторыми журналистами как сенсация. О кибернетике, вопреки мнению самого Винера, писали как о новой универсальной науке, якобы способной заменить философию, объясняющую процессы развития в природе и обществе. Все это 
наряду с недостаточной осведомленностью отечественных философов с первоисточниками из области теории кибернетики привело к необоснованному 
отрицанию кибернетики в нашей стране как самостоятельной науки.

Развитая в работах Винера кибернетическая концепция предполагает, что 
процесс управления в упомянутых системах является процессом переработки 
(преобразования) некоторым центральным устройством информации, получаемой от источников первичной информации (сенсорных рецепторов) и 
рис. ц . н Винер 
передачи в те участки системы, где она 
(1894—1964)

Глава 1. Информация, информационное общество...

воспринимается ее элементами как приказ для выполнения того 
или иного действия.

Развитие кибернетики как науки было подготовлено многочисленными работами ученых в области математики, механики, 
автоматического управления, вычислительной техники и физиологии высшей нервной деятельности.

Материальной базой реализации управления с использованием методов кибернетики является электронная вычислительная техника.

К наиболее ранним прообразам современных цифровых 
электронно-вычислительных машин (ЭВМ) относится «аналитическая машина» английского математика Ч. Беббиджа (рис. 1.2). 
В первой половине XIX в. он разработал проект машины для автоматического решения задач, в котором гениально предвосхитил идею современных кибернетических машин. Машина Беббиджа содержала арифметическое устройство («мельницу») и память для 
хранения чисел («склад»), т. е. основные 
элементы современных ЭВМ.

Исследователи творчества Беббиджа 
отмечают, что особую роль в разработке 
проекта «Аналитической машины» сыграла графиня Огаста Ада Лавлейс — 
дочь известного поэта лорда Байрона 
(рис. 1.3). Именно ей принадлежала 
идея использования перфорированных 
карт для программирования вычислительных операций. А. Лавлейс написала 
первую в истории человечества компьютерную программу — алгоритм, представляющий собой список операций 
для вычисления чисел Бернулли. В середине 1970-х гг. Министерство обороны США (Пентагон) официально утвердило название единого языка программирования американских вооруженных 
сил — Ada.

Основы 
теории 
автоматического 
регулирования и устойчивости систем 
регулирования содержались в трудах 
выдающегося русского математика и

Рис. 1.2. Ч. Беббидж 
(1792—1871)

Рис. 1.3. А. Лавлейс 
(1815—1852)

1.1. Основные понятия информации и информационных технологий 
9

механика Ивана Алексеевича Вышнеградского (рис. 1.4), разработавшего теорию и методы расчета автоматических регуляторов паровых машин.

Общие задачи устойчивости движения, являющиеся фундаментом современной теории автоматического управления, были 
решены одним из крупнейших математиков, Александром Михайловичем Ляпуновым (рис. 1.5), многочисленные труды которого сыграли огромную роль в разработке теоретических вопросов технической кибернетики.

Работы по теории колебаний, выполненные коллективом 
ученых под руководством известного советского физика и математика Александра Александровича Андронова (рис. 1.6), послужили основой для решения ряда нелинейных задач теории 
автоматического регулирования. А. А. Андронов ввел в теорию 
автоматического управления понятия и методы фазового пространства.

Рис. 1.4. И. А. Вышнеградский (1831—1895)

Рис. 1.5. А. М. Ляпу- 
Рис. 1.6. А. А. Андронов (1857—1918) 
нов (1901—1952)

Большой вклад в развитие кибернетики и вычислительной техники сделан английским математиком А. Тьюрингом 
(рис. 1.7). Выдающийся специалист в области теории вероятностей и математической логики, Тьюринг известен как создатель 
теории универсальных автоматов и абстрактной схемы автомата, 
принципиально пригодного для реализации любого алгоритма. 
Этот автомат с бесконечной памятью получил широкую известность как «машина Тьюринга» (1936 г.). После Второй мировой 
войны Тьюринг разработал первую английскую ЭВМ, занимался

Глава 1. Информация, информационное общество...

вопросами программирования и обучения машин, а в последние годы жизни — 
математическими вопросами биологии.

Исключительное значение для развития кибернетики имели работы американского ученого (венгра по национальности) Джона фон Неймана — 
одного из самых выдающихся и разносторонних ученых XX в. (рис. 1.8). 
Он внес фундаментальный вклад в область теории множеств, функционального анализа, квантовой механики, статистической физики, математической 
логики теории автоматов и вычислительной техники. Благодаря его трудам 
получили развитие новые идеи в области этих научных направлений. Дж. фон 
Нейман в середине 1940-х гг. разработал 
первую цифровую ЭВМ в США. Он — 
создатель новой математической науки — теории игр, непосредственно связанной с теоретической кибернетикой. 
Им разработаны пути построения сколь 
угодно надежных систем из ненадежных 
элементов и доказана теорема о способности достаточно непростых автоматов 
к самовоспроизведению и к синтезу более сложных автоматов.

Теоретическая кибернетика, подобно 
математике, является, по существу, абстрактной наукой. Ее задача — разработка научного аппарата и методов исследования систем управления независимо от их конкретной природы. В теоретическую кибернетику вошли и получили дальнейшее развитие 
такие разделы прикладной математики, как теория информации 
и теория алгоритмов, теория игр, исследование операций и др.

Ряд проблем теоретической кибернетики разработан уже непосредственно в недрах этого научного направления, а именно: 
теория логических сетей, теория автоматов, формальных языков 
и грамматик, теория преобразователей информации и т. д. Теоретическая кибернетика включает также общеметодологические 
и философские проблемы этой науки.

Рис. 1.7. А. Тьюринг 
(1912—1954)

Рис. 1.8. Дж. фон Нейман 
(1903—1957)

1.1. Основные понятия информации и информационных технологий 11

В зависимости от типа систем управления, которые изучаются прикладной кибернетикой, последнюю подразделяют на техническую, биологическую и социальную кибернетику.

Техническая кибернетика — это наука об управлении техническими системами. Техническую кибернетику часто и, пожалуй, неправомерно отождествляют с современной теорией автоматического регулирования и управления. Эта теория, конечно, 
является важной составной частью технической кибернетики, 
но последняя вместе с тем включает вопросы разработки и конструирования автоматов (в том числе современных ЭВМ и роботов), а также проблемы технических средств сбора, передачи, 
хранения и преобразования информации, опознания образов 
и т. д.

Биологическая кибернетика изучает общие законы хранения, 
передачи и переработки информации в биологических системах. 
Биологическую кибернетику, в свою очередь, подразделяют на 
медицинскую кибернетику, которая занимается главным образом 
моделированием заболеваний и использованием этих моделей 
для диагностики, прогнозирования и лечения; физиологическую 
кибернетику, изучающую и моделирующую функции клеток и 
органов в норме и патологии; нейрокибернетику, в которой моделируются процессы переработки информации, проходящие в 
нервной системе; психологическую кибернетику, моделирующую 
психику на основе изучения поведения человека.

Блестящие работы Ивана Петровича Павлова (рис. 1.9) обогатили физиологию высшей нервной деятельности учением об 
условных рефлексах и формулировкой 
принципа обратной афферентации, являющегося аналогом принципа обратной связи в теории автоматического регулирования. Труды И. П. Павлова стали основой и отправным пунктом для 
ряда исследований в области кибернетики в целом и биологической кибернетики в частности.

Социальная кибернетика занимается 
исследованием 
явлений, 
отношений, 
взаимосвязей, происходящих в обществе. Задача социальной кибернетики — 
применение кибернетических принципов и подходов в социуме.

Рис. 1.9. И. П. Павлов 
(1849—1936)

Глава 1. Информация, информационное общество...

Промежуточным звеном между биологической и технической кибернетикой является бионика — наука об использовании 
моделей биологических процессов и механизмов в качестве прототипов для совершенствования существующих и создания новых технических устройств.

Теория информации (по Шеннону) возникла как средство решения конкретных прикладных задач в области передачи сигналов по каналам связи — она является прикладной информационной наукой. К семейству таких наук относятся: кибернетика, теория систем, документалистика, лингвистика, символическая 
логика и т. д. Термином «информатика» обозначают совокупность 
дисциплин, изучающих свойства информации, а также способы 
представления, накопления, обработки и передачи информации с 
помощью технических средств (вычислительной техники).

Важнейшие для кибернетики проблемы измерения количества информации были разработаны американским инженером 
и математиком К. Шенноном (рис. 1.10), опубликовавшим в 
1948 г. классический труд «Теория передачи электрических сигналов при наличии помех», в котором заложены основные идеи 
существенного раздела кибернетики — теории информации.

Ряд идей, нашедших отражение в кибернетике, связан с именем советского математика, академика А. Н. Колмогорова. Первые в мире работы в области линейного программирования 
(1939 г.) принадлежат академику Л. В. Канторовичу.

Однако уже в середине 1950-х гг. положение изменилось. 
В 1958 г. в русском переводе выходит первая книга Н. Винера, а 
в 1959 г. — книга «Введение в кибернетику» английского биолога 
У. Р. Эшби. Эта, а также другие работы Эшби, в частности монография «Конструкция мозга» (1952), принесли ученому широкое 
признание в области кибернетики и биологической кибернетики.

Интенсивное развитие кибернетики 
в СССР связано с деятельностью академика А. И. Берга (1893—1979) — выдающегося ученого, организатора и бессменного руководителя Научного совета 
по кибернетике АН СССР; академика 
В. М. Глушкова (рис. 1.11) — математика и автора ряда работ по кибернетике, 
теории конечных автоматов, теоретиче- 

Рис. 1.10. К. ш еннон 
ским и практическим проблемам авто- 
(1916—2001) 
матизированных 
систем 
управления;