Информатика I

Министерство образования и науки Российской Федерации 
 

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ 
УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) 
 

ФАКУЛЬТЕТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ (ФДО) 
 

 

 

И. Л. Артёмов, А. В. Гураков, 

О. И. Мещерякова, П. С. Мещеряков, Д. С. Шульц 

 

 

 

 
 

ИНФОРМАТИКА I 
 

 

 

 

 

 

Учебное пособие 

 

 

 

 

 

Томск 

2015 

УДК
004(075.8) 
ББК 
32.97я73 
 
И 741 
 

Рецензенты: 
Миньков Л. Л., д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры 
математической физики Национального исследовательского 
Томского государственного университета; 
Кручинин В. В., д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой 
прикладной математики и информатики ТУСУР. 
 
И 741 
Информатика I : учебное пособие / И. Л. Артёмов, А. В. Гураков, 
О. И. Мещерякова, П. С. Мещеряков, Д. С. Шульц. – Томск : ФДО, 
ТУСУР, 2015. – 234 с. 
 

Информатика – это наука об организации процессов получения, хранения, 

обработки и передачи информации в системах различной природы. Информатика также изучает возможность автоматизации информационных процессов 
компьютерными средствами. В данном курсе представлены основы информатики, раскрыты технологии и инструменты сбора, обработки, хранения, поиска 
и передачи информации с использованием современного технического аппарата, общие вопросы информационной безопасности. 
 
 
 
 
 
 
© Артёмов И. Л., 
Гураков А. В., 
Мещерякова О. И., 
Мещеряков П. С., 
Шульц Д. С., 2015 
© Оформление. 
ФДО, ТУСУР, 2015 

Оглавление 
Введение ............................................................................................................ 7 
1 Основные понятия информатики ........................................................... 10 
1.1 Что такое информатика? ..................................................................................... 10 
1.2 Информация ............................................................................................................. 12 
1.3 Свойства информации.......................................................................................... 14 
1.4 Данные и методы их воспроизведения и обработки ................................. 18 
2 Кодирование информации ........................................................................ 24 
2.1 Системы счисления ............................................................................................... 25 
2.2 Кодирование целых чисел .................................................................................. 35 
2.3 Кодирование вещественных чисел .................................................................. 41 
2.4 Единицы измерения данных .............................................................................. 45 
2.5 Кодирование текстовой информации ............................................................. 46 
2.6 Кодирование графической информации ....................................................... 50 
2.7 Кодирование звуковой информации ............................................................... 53 
3 Вычислительная техника ......................................................................... 56 
3.1 История развития вычислительной техники ............................................... 56 
3.1.1 Первое поколение (1945–1955 гг.): электронные лампы ................ 60 
3.1.2 Второе поколение (1955–1965 гг.): транзисторы ............................... 61 
3.1.3 Третье поколение (1965–1974 гг.): интегральные схемы ............... 62 
3.1.4 Четвертое поколение (с 1975г.): большие и сверхбольшие 
интегральные схемы .................................................................................... 63 
3.2 Классификация компьютеров ........................................................................... 64 
3.3 Архитектура ЭВМ ................................................................................................. 70 
3.4 Устройство персонального компьютера ....................................................... 72 
3.4.1 Центральный процессор .............................................................................. 73 
3.4.2 Материнская плата ........................................................................................ 75 
3.4.3 Устройства памяти ........................................................................................ 76 
3.4.4 Корпус системного блока ........................................................................... 83 
3.4.5 Видеокарта ....................................................................................................... 85 
3.5 Устройства вывода информации ...................................................................... 88 
3.5.1 Мониторы ......................................................................................................... 88 
3.5.2 Принтеры .......................................................................................................... 94 
3.6 Устройства ввода информации ......................................................................... 99 
3.6.1 Клавиатура ....................................................................................................... 99 

3.6.2 Манипулятор «мышь» ............................................................................... 103 
3.6.3 Сканеры ........................................................................................................... 105 
4 Программное обеспечение компьютера .............................................. 108 
4.1 Классификация программного обеспечения.............................................. 108 
4.2 Базовое программное обеспечение ............................................................... 112 
4.3 Операционные системы ..................................................................................... 113 
4.3.1 Представление данных в виде файлов и каталогов ........................ 115 
4.3.2 Базовые понятия операционных ............................................................ 118 
4.3.3 Виды операционных систем .................................................................... 121 
4.3.4 Операционная система Windows ........................................................... 123 
4.3.5 Операционная система Linux .................................................................. 127 
4.3.6 Операционная система MAC OS ........................................................... 128 
4.3.7 Операционные системы для мобильных устройств........................ 129 
4.4 Служебные программы ...................................................................................... 131 
4.4.1 Стандартные утилиты Windows ............................................................. 132 
4.4.2 Архиваторы .................................................................................................... 134 
4.5 Прикладное программное обеспечение ....................................................... 135 
4.5.1 Офисные программы .................................................................................. 136 
4.5.2 Текстовые редакторы и процессоры ..................................................... 138 
4.5.3 Графические редакторы ............................................................................ 139 
5 Сети ЭВМ ................................................................................................... 142 
5.1 Общие сведения ................................................................................................... 142 
5.2 Назначение и применение компьютерных сетей ..................................... 145 
5.3 Классификация сетей ......................................................................................... 147 
5.3.1 По технологии передачи ........................................................................... 147 
5.3.2 По территориальной распространённости ......................................... 148 
5.3.3 По способу управления ............................................................................. 150 
5.3.4 По топологии (способу организации связей) .................................... 152 
5.3.5 По типу среды передачи ........................................................................... 156 
5.3.6 По скорости передачи ................................................................................ 160 
5.4 Глобальная сеть Интернет ................................................................................ 161 
5.4.1 Историческая справка ................................................................................ 161 
5.4.2 Способы доступа в Интернет .................................................................. 163 
5.4.3 Сетевые протоколы ..................................................................................... 170 
5.4.4 IP-адрес ............................................................................................................ 174 

5.4.5 Доменные имена .......................................................................................... 178 
5.4.6 Сервисы сети Интернет ............................................................................. 180 
6 Безопасность компьютерных систем ................................................... 189 
6.1 Понятие безопасности ........................................................................................ 189 
6.2 Виды угроз ............................................................................................................. 189 
6.3 Злоумышленники ................................................................................................. 190 
6.4 Основы криптографии ....................................................................................... 191 
6.4.1 Шифрование с закрытым (симметричным) ключом ...................... 191 
6.4.2 Шифрование с открытым (несимметричным) ключом ................. 192 
6.4.3 Цифровые подписи ..................................................................................... 192 
6.5 Аутентификация пользователей ..................................................................... 193 
6.5.1 С использованием пароля ......................................................................... 193 
6.5.2 Совершенствование безопасности паролей ....................................... 194 
6.5.3 С использованием физического объекта............................................. 195 
6.5.4 С использованием биометрических данных ...................................... 195 
6.6 Атаки системы изнутри ..................................................................................... 196 
6.6.1 Троянские кони ............................................................................................ 196 
6.6.2 Фальшивые программы регистрации ................................................... 197 
6.6.3 Логические бомбы ....................................................................................... 197 
6.6.4 Потайные двери ............................................................................................ 198 
6.7 Атаки системы извне .......................................................................................... 198 
6.7.1 Как вирус причиняет ущерб .................................................................... 199 
6.7.2 Как работает вирус ...................................................................................... 199 
6.7.3 Разновидности вирусов ............................................................................. 200 
6.7.4 Как распространяются вирусы ............................................................... 201 
6.8 Антивирусы ........................................................................................................... 202 
6.8.1 Сканеры ........................................................................................................... 202 
6.8.2 Проверка целостности ............................................................................... 203 
6.8.3 Проверка поведения ................................................................................... 203 
6.9 Защита от вирусов ............................................................................................... 204 
6.10 Восстановление после вирусной атаки ..................................................... 205 
6.11 Резюме ................................................................................................................... 206 
7 Языки программирования ..................................................................... 208 
7.1 Исторический обзор ............................................................................................ 208 
7.2 Классификация языков программирования ............................................... 215 

7.3 Системы программирования ........................................................................... 216 
7.4 Какой язык программирования лучше?....................................................... 218 
Заключение ................................................................................................... 222 
Литература.................................................................................................... 223 
Глоссарий ...................................................................................................... 225 

Введение 

 
Если из-за бедности моего ума что-нибудь написано неверно или неточно – а иногда мой ум посещают 
лукавые мысли, – Вы, которых Господь благословил 
умом, чтобы понять это писание, когда читаете, благословляйте, а не проклинайте, и с Вашей помощью мои 
ошибки будут исправлены, и, может быть, Господь избавит меня от геенны в тот день, который наступит, и 
скажет: «Да воздастся Вам по делам Вашим». 
Неизвестный автор. («Приписка в октоихе1», XIV век.) 

 
В наше время от любого человека, независимо от его профессии и жизненных интересов, требуется больше самостоятельности, инициативы, профессионализма. Любой компетентный специалист должен не столько обладать 
большими знаниями, сколько уметь находить их и использовать, в том числе с 
помощью информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). Познакомить с ИКТ и научить использовать их для решения различных проблем, и есть 
задача дисциплины «Информатика». 
История появления и развития информатики берет свое начало в 50-х годах XX столетия. Именно в этот период родилась наука кибернетика. Новая 
дисциплина развивалась. Охватывала все больше направлений в науке и технике. Но со временем, совокупность научных направлений, которые она в себя 
включала, стали называть другим словом – «информатика» [1]. 
В 60-х годах XX столетия появились два научных направления, которые 
назывались одним и тем же термином – «информатика». Одно из них пришло 
на смену дисциплине, которая занималась теорией научной информации. Появление второго направления связано с развитием вычислительной техники. 
Таким образом, длительное время просуществовали две разные научные 
дисциплины, для обозначения которых использовался один и тот же термин. 
Однако обе науки имели большие и быстро увеличивающиеся области пересечения, что, конечно же, не могло не привести к их объединению. 

                                           
1 Книга церковных песнопений. 

В наше время информатика развивается в трех направлениях: техническая, социальная и биоинформатика. Без данного предмета не может обойтись 
ни среднее образование, ни высшее. При этом основной упор делается на техническую (прикладную) информатику, которая изучает принципы и методы 
функционирования технических средств: вычислительной техники, средств телекоммуникаций, организационной техники. 
Первая часть курса «Информатика» разбита на семь частей. 
В первой и второй главах определяется понятие информации и её свойства. Рассказывается о способах кодирования различной информации. 
В третьей главе вы познакомитесь с историй развития вычислительной 
техники, устройством персонального компьютера, видами и назначением периферийных устройств. 
Четвертая глава посвящена описанию программного обеспечения, которое необходимо для работы компьютера. 
Глава пятая посвящена компьютерным сетям – их назначению, классификации. Здесь также рассмотрены основные принципы работы глобальной сети 
Интернет, рассказано про зарождение и становление данной сети, а также о её 
сервисах. 
Шестая глава посвящена вопросам защиты информации. 
В седьмой главе описана история появления языков программирования и 
приведена их классификация. 
Дисциплина «Информатика» является базовой. Для ее изучения достаточно знаний, опирающихся на материал школьных курсов информатики и математики. 
 
Соглашения, принятые в учебном пособии 
Для улучшения восприятия материала в данном пособии используются 
следующие пиктограммы и специальное выделение важной информации. 
 ·····························································  
Эта пиктограмма означает определение или новое понятие. 
 ·····························································  
 ·····························································  
Эта пиктограмма означает «Внимание». Здесь выделена важная информация, требующая акцента на ней. Автор здесь может по

делиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых 
ошибок. 
 ·····························································  
 ·····························································  
Эта пиктограмма означает цитату. 
 ·····························································  

 ························  
 Пример  ··························  

Эта пиктограмма означает пример. Автор может привести практический 
пример для пояснения и разбора основных моментов, отраженных в теоретическом материале. 
 ·······································································  

 ·························  
 Выводы  ························  

Эта пиктограмма означает выводы. Здесь автор подводит итоги, обобщает 
изложенный материал или проводит анализ. 
 ·······································································  
 ·····························································  
Контрольные вопросы по главе 

 ·····························································  

1 Основные понятия информатики 

 
1.1 Что такое информатика? 
Информатика1 – это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, 
передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности [3–7]. 
Термин «информатика» широко распространен в ряде стран Восточной 
Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США распространен другой термин – «Computer science», что означает буквально «компьютерная наука». 
Информатика – дисциплина развивающаяся. Это является очень существенным фактом. Если математикой, физикой или биологией человечество занимается несколько веков, то об информатике заговорили только в середине 
XX века, когда на смену механическим средствам обработки информации пришли электронные. Они позволяли во много раз сократить время сбора, обработки и передачи информации. Это явилось началом новой технологии – компьютерной. Можно считать, что с этого времени появилась наука информатика.  
Сам термин «информатика» появился в начале 60-х гг. (точнее в 1962 г.) 
практически одновременно во Франции (Ф. Дрейфус) и в нашей стране 
(А. А. Харкевич). В 1963 г. в журнале «Известия вузов. Электромеханика», 
№ 11 была опубликована статья Ф. Е. Темникова «Информатика» [1, 8]. В ней 
была сделана попытка определить состав интегральной науки об информации 
как совокупности трех составных частей – теории информационных элементов, 
теории информационных процессов и теории информационных систем. Однако, 
впоследствии закрепился французский (более узкий) вариант трактовки термина «информатика» (от французского informatique) как науки об ЭВМ и их применении. 
Все же первоначально под информатикой у нас понимали науку, связанную, прежде всего, с научной или научно-технической информацией и определяли как «научную дисциплину, изучающую структуру и общие свойства науч
                                           
1 Informatique (франц.) происходит от двух французских слов information 
(информация) и automatique (автоматика). 

ной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации». 
В современной информатике можно выделить три основных направления 
[3–5]. 
Техническая (и/или прикладная) информатика. Она изучает принципы и 
методы функционирования и построения технических средств информатики – 
вычислительной техники, средств телекоммуникаций, оргтехники, а также прикладные основы создания информационных технологий. 
Социальная информатика. Изучает общие закономерности информационного взаимодействия в обществе, включая проблемы социальной коммуникации, формирования информационных ресурсов и информационного потенциала 
общества, информатизации общества, особенностей информационного общества. Здесь же рассматриваются междисциплинарные проблемы типа «информатика-искусство» (музыка, живопись, архитектура, кино) и «информатикосоциокультурные системы» (психология, социология, юриспруденция, педагогика), экономические, правовые, психологические, этические аспекты информатики. 
Биоинформатика. Рассматривает общие закономерности и особенности 
протекания информационных процессов в объектах биосферы (живых организмах и растениях). 
Если рассматривать информатику как теоретическую и прикладную междисциплинарную науку, то можно выделить восемь направлений. 
Теоретическая информатика. Эта дисциплина тесно связана с математикой, поскольку использует ее методы для построения и изучения моделей обработки, передачи, приема и использования информации. 
Кибернетика. Свое рождение ведет с 1948 года, когда английский ученый-математик Норберт Винер опубликовал свою книгу «Кибернетика или 
управление и связь в животном и машине». В ней автор выдвинул идею, что системы управления в живых, неживых и искусственных организмах обладают 
общими чертами. 
Программирование. В широком смысле – это процесс подготовки и составления программы деятельности, выполнение которой должно привести к 
определенным целям. В прикладной информатике программирование сводится 
к процессу подготовки задач для их решения с помощью компьютера.  

Искусственный интеллект. Этот раздел информатики занимается вопросами имитации мышления человека с помощью компьютера. Начало исследований в области искусственного интеллекта связывают с работами Ньюэлла, 
Саймана и Шоу, исследовавших процессы решения различных задач. 
Информационные системы. Начало этому направлению положили исследования в области анализа научно-технической документации еще до появления компьютеров. Сейчас в рамках этого направления решается несколько 
основных задач: исследование способов представления и хранения информации; изучение потоков документов с целью их минимизации, стандартизации и 
эффективной обработки; создание информационно-поисковых систем и т. д. 
Вычислительная техника. Вычислительная техника прошла те же исторические этапы эволюции, которые прошли и все прочие технические устройства: от ручных приспособлений к механическим устройствам и далее к гибким 
автоматическим системам. Современный компьютер – это прибор, без которого 
не возможно развитие современной информатики. С другой стороны, развитие 
и эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Разработка современной элементной базы вычислительных машин, создание программного обеспечения требует знания теоретической информатики, программирования и других разделов информатики. 
Общественная информатика. Современное общество можно назвать 
информационным. В этом разделе информатики изучаются взаимоотношения 
процессов информатизации и человека. 
Информатика в природе. Это направление изучает информационные 
процессы, протекающие в биологических системах. 
Как видим понятие информатики многозначно. Существует по крайней 
мере четыре содержательных понимания термина «информатика»: наука, отрасль экономики, сфера человеческой деятельности, технологии. Таким образом, информатика тесно связана с другими науками, прочно вошла во все сферы нашей жизни и является крайне необходимой для познания окружающего 
мира. 
 
1.2 Информация 
Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio», что 
означает сведения, разъяснения, изложение. Несмотря на то, что понятие ин

формации очень широко используется и в науке, и в повседневной жизни, его 
строгого научного определения не существует [3–5]. По сей день разные научные дисциплины вводят это понятие по-разному. 
Антропоцентрический (фактологический) подход состоит в том, что информация отождествляется с фактами или со сведениями. Этот подход в настоящее время используется наиболее широко и отражен в российском законодательстве. 
 ·····························································  
Под информацией понимаются сведения (сообщения, данные) 
независимо от формы их представления (Федеральный Закон 
№ 149-ФЗ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» от 27.07.06 г. «Российская газета» № 165 от 
29.07.06 г.). 
 ·····························································  
Основное достоинство фактологического подхода состоит в его простоте 
и понятности. Он очень хорошо согласуется с бытовым представлением об информации как об источнике знаний. 
Основной недостаток антропоцентрического подхода заключается в том, 
что он в принципе неспособен адекватно описать информационные процессы, 
действующие в живой природе и технике. Кроме того данный подход ориентирован только на диспозитивные информационные процессы, тогда как информационный обмен в природе и обществе в подавляющем большинстве случаев 
является императивным и служит целям и задачам управления. 
Техноцентрический подход состоит в том, что информацию отождествляют с данными. Этот подход нашел очень широкое распространение в технических дисциплинах. Например, нам часто встречаются упоминания о том, что 
«информация передается по компьютерным сетям», «информация обрабатывается компьютерами», «информация хранится в базах данных». Во всех этих 
случаях происходит подмена понятий. Дело в том, что по компьютерным сетям 
передаются только данные, компьютеры обрабатывают только данные, и в базах данных хранятся тоже только данные. Станут ли эти данные информацией и 
если да, то какой, зависит не только от данных, но и от многочисленных аппаратных, программных и естественных методов. 
Вероятностный подход – модельный. Область применения данного подхода сильно ограничена. Он используется в информационных процессах, про

текающих в закрытых системах. Закрытыми называют системы, в которых источник и потребитель информации действуют по ранее согласованным правилам. Подключение нового источника или изменение правил в таких системах 
недопустимо. 
Согласно вероятностному подходу, информация – это способ уменьшить 
неполноту знаний (неопределенность) приемника о состоянии источника. 
Постараемся дать научное определение термину «информация», которое 
бы объединило все эти подходы. Для этого представим, что информация – это 
динамический объект, не существующий в природе сам по себе, а образующийся в результате взаимодействия данных и методов их представления и обработки. 
 ·····························································  
Информация – это продукт взаимодействия данных и методов их обработки, рассмотренный в контексте этого взаимодействия. 
 ·····························································  
В данном определении важным является пояснение «…рассмотренный в 
контексте этого взаимодействия». Для более глубоко понимания важности 
этой фразы приведем пример. 
Возьмите с полки любую книгу. В ней напечатан некоторый текст, содержащий определенные данные. Используя метод чтения, Вы можете получить определенную информацию из этой книги. 
Однако можно закрыть глаза и просто потрогать книги, стоящие на полке. 
В этом случае Вы также получите некоторую информацию о толщине книги, 
структуре и типу ее обложки и т. д. (осязательный метод). 
 ·····························································  
Контекст – это логический (нематериальный) компонент, 
который влияет на содержание информации и обобщает условия и 
цели ее получения. 
 ·····························································  
 
1.3 Свойства информации 
Информация является динамическим объектом, и так же как всякий объект, обладает определенными свойствами [3–5].