Содержание разделов и тем дисциплины ТОИ, изучаемой в РГПУ им. А.И. Герцена [53]

Содержание раздела 1 «Теоретическая информатика» для школ гуманитарного и естественного профилей (Программа информатики уровня А) [55]

1. Информатика: предмет и методы

1.1.Информатика – научная и учебная дисциплина (История возникновения и развитие. Современное понятие. Два научных направления в предметной области информатики: компьютерное и информационное. Определение информатики как науки. Эволюция сферы применения. Объект, предмет и задачи информатики. Место информатики в системе наук. Вещественно-энергетическая и информационная картины мира. Триада: вещество, энергия и информация. Взаимосвязь с математическими науками. Информатика и кибернетика. Классификация информатики: теоретическая, педагогическая и прикладная отраслевая).

1.2.Методы информатики (Информационный подход как фундаментальный метод научного познания. технологический цикл информатики. вычислительный эксперимент. Классификация методов информатики: метод математического моделирования. Метод распознавания образов, метод представления знаний).

1. Теоретическая информатика

2. Аппаратные и программные средства информатизации

3. Информационные и коммуникационные технологии

4. Социальная информатика

2. Информация и информационные процессы

2.1.Элементы теории информации (Определение и свойства информации. Знак, сигнал и сообщение. Алфавитный способ представления информации. Алфавит, слово и языки кодирования информации. Двоичная система счисления как универсальный способ кодирования информации. Информация аналоговая и дискретная. Преобразование аналоговой информации в дискрецию (теорема Котельникова). Измерение информации (Теорема Шеннона). Величины объема информации. Кодирование текстовой, графической, числовой информации).

2.2.Теоретические основы информационных процессов (теоретический базис информационного процесса: система, информация, модель. Понятие системологии и информалогии. Возникновение, распространение, функционирование и использование информации. Роль вычислительных машин в автоматизации информационных процессов. Автоматизированные информационные системы и их классификация).

1.1. Информация и информационные процессы. Вещественно-энергетическая и информационная картина мира. Кодирование информации с помощью знаковых систем. Кодирование генетической информации. Кодирование аналоговой (непрерывность), графической и звуковой информации методом дискретизации.

3. Введение в вычислительный эксперимент.

3.1.Формализация и моделирование (Моделирование как метод познания в коде. Оригинал, модель, аналогия, гипотеза. математический аппарат формализации предметных моделей. Модели систем массового обслуживания. Модели деловых игр. Модели оптимизации и другие).

3.2.Информационные модели описательных и точных наук (Организация вычислительного эксперимента и роль предметных моделей. Модели информационных процессов. Классификация моделей информатики. Классификационные модели и их приложения. Динамические модели кибернетических систем. Автоматные или логико-лингвистические модели. Примеры моделирования информационных процессов в гуманитарных, физико-математических, технологических и социально-экономических научных областях знаний).

1.2. Моделирование и формализация (Моделирование как метод познания. Материальные и информационные модели. Формализация как основной этап построения модели. Формализация текстовой и графической информации. Объект и его свойства. Система как целостная совокупность объектов (элементов). Модели изменения систем и модели состояния систем. Различные типы информационных моделей. Свойства моделей. Построение и исследование с помощью компьютера информационных моделей из физики, биологии, экономики, экологии и других областей наук и отраслей).

4. Алгоритмы и методы алгоритмизации

4.1.Общая теория алгоритмов (Введение в теорию алгоритмов и ее информационное умение. Алгоритм и его свойства. Об истории термина «алгоритм». Интуитивное понятие алгоритма, свойства алгоритмов: классификация алгоритмов в приложениях: численные, логические, эмпирические и эвристические. Алгоритм, алфавит и информация. Представленные алгоритмические системы математики. Рекурсивные функции. Максимы Тьюринга-Поста. Нормативные алгоритмы Маркова. Математические проблемы алгоритмов. Логичность, неразменность. Формальные языки и грамматики. Синтаксис и семантика формальных языков.

1.4. Алгоритмизация и программирование. (Понятие алгоритма. Свойства алгоритмов. Способы записи алгоритмов. Система команд исполнителя. Формальное исполнение алгоритмов. Основные алгоритмические структуры: линейная, ветвление, цикл. Вспомогательные алгоритмы. Процедурное программирование: основные типы и структуры данных. Переменные массивы. Объектно-ориентированное программирование: объекты-свойства и методы, событийные и общие процедуры. Графический интерфейс-форма и управляющие элементы).

Способы представления алгоритмов: строчная словесная

запись. Графические формы. Языки псевдокодов. Алгебраические и геометрические формализмы теории алгоритма).

4.2.Прикладная теория алгоритмов (методы алгоритмизации информационных процессов. Расширение понятия алгоритма в кибернетической интерпретации. Аксиоматика алгоритмики систем информатики. Структурная теорема Бомэ и Джаконини. Алгоритмические языки внемашинной формализации. Об истории проблемы алгоритмических языков и их классификация. Графовые, логические и метрические схемы алгоритмов в приложениях).

4.3.Типовые исполнители алгоритмов (введение в алгоритмику. Исполнители алгоритмов. Алгоритмы вспомогательные. Алгоритм-вычислитель. Алгоритм-логик. Алгоритм-геометр. Алгоритмические модели. Агент-технологии. Многоуровневые языки системной формализации. Примеры отраслевых алгоритмических систем).

5. Теория преобразователей информации.

5.1.Логический автомат. (Логика состояний. Логические автоматы. Понятие булевой функции. Законы математической логики. Анализ и синтез переключателей схем. таблицы истин. Методы минимализации логических уровней. Примеры логических схем в функциональных блоках компьютера: демифр, метрические схемы. Синтез автомата в заданном логическом базисе).

5.2.Конечные автоматы (Понятия исследовательских схем. Логика состояний и событий. Автомат с памятью. Способы анализа и синтеза конечных автоматов. Таблицы входов и состояний. Структурная теория автоматов. Принципы работы автоматов в функциональных схемах компьютера: триггер, регистр, счетчики).

5.2.Компьютер как универсальный автомат с программным управлением. (Принципы фон Неймана. Эволюция автоматизации вычислений. Микрокалькулятор, компьютер, ЭВМ 5 поколения. Архитектура компьютера: ЦПУ, ПЗУ, ОЗУ, модель работы процессора. Ввод-вывод информации. Представление информации. Мультипрограммный режим работы компьютера: памятка, коллективного пользования, реального времени. История вычислительной техники.

5.3.Теоретическое программирование от алгоритма к программе. (Машинный алгоритм. Алгоритм-программа над знаниями. Программа-алгоритм над памятью. Этапы эволюции техники программирования. Компьютерные учебные программы. Среды конечного пользователя).

1.3. Математические логические основы информатики. (Двоичная система счислений. Двоичная арифметика. Основы логики. Алгебра высказываний. Базовые логические функции. Логические законы и правила преобразования логических выражений. Построение таблиц истинности логических выражений. Логические схемы основных устройств компьютер: сумматор, регистр).