Раздел 1. Теоретические основы информатики

1.1 Основные понятия информации: определение, мера измерения, качество

Изучение любой дисциплины начинается с определений основных терминов и формулировки понятий. К XXI в. Понятия информация и информационные технологии устоялись.

Термин «информация» имеет множество определений. Первоначально под информацией (лат.informatio – разъяснение, изложение) понимались сведенья, передаваемые людьми различными способами – устно, с помощью сигналов или технических средств.

Существующие определения понятия "информация" после тщательного анализа обычно признаются неудовлетворительными. Вряд ли возможно сформулировать одно точное определение этого понятия. Распространенным является взгляд на информацию как на ресурс, аналогичный материальным, трудовым и денежным ресурсам.

В качестве примера можно рассмотреть (философское) определение Н.Винера: “Информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств”.

Другой пример (прагматический) - Закон РФ “Об информации, информационных технологиях и защите информации ”: “Информация – сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явления и процессах независимо от формы их представления”.

В наше время информация является общенаучным понятием, включающим в себя обмен сведеньями между людьми и автоматами, обмен сигналами в растительном и животном мире, передачу признаков от организма к организму, от клетки к клетке.

Основные понятия, определения и термины формулируются ГОСТ 15971-90 «Системы обработки информации. Термины и определения».

Информация – это сведенья о фактах, концепциях, объектах, событиях и идеях, которые в данном контексте имеют вполне определенное значение. Информация – это не просто сведенья, а сведенья нужные, имеющие значение для лица, обладающего ими.

Можно при определении понятия информация оттолкнуться от схематического представления процесса ее передачи (рис.1.1). Тогда под информацией будут пониматься любые сведенья, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. Информационное сообщение связано с источником сообщения (передатчиком), приемником (получателем) и каналом связи.

Рис. 1.1 Схематическое представление процесса передачи информации

В одном терминологическом ряду с понятием информации стоят понятия «данные» и «знания».

Данные – это информация, представленная в виде, пригодном для обработки автоматическими средствами при возможном участии человека.

Знания – это информация, на основании которой путем логических рассуждений могут быть получены определенные выводы.

Пример: Данные об остатках наличных средств в филиалах банка.

Фазы существования информации:

1. Ассимилированная информация - представление сообщений в сознании человека, наложенное на систему его понятий и оценок.

2. Документированная информация - сведения, зафиксированные в знаковой форме на каком-то физическом носителе.

3. Передаваемая информация - сведения, рассматриваемые в момент их передачи от источника к приемнику.

Формы существования информации:

Данные могут существовать в виде упорядоченной последовательности значений конкретного показателя (таблицы). Например, сведения о котировках акций. Такие данные называются структурированными.

Но данные не всегда можно представить в виде упорядоченной последовательности значений конкретных параметров – если мы берем их из текстов статей, с изображений, из TV- и радиопрограмм и т.д. Такие данные называют неструктурированными.

Рассмотрим свойства информации во всех трех ее разновидностях, что характеризует возможности ее использования для подготовки и принятия решения.

Свойства данных:

• Репрезентативность данных – способность собранных данных адекватно отображать свойства описываемого ими явления:

- правильный отбор объектов для сбора данных;

- определение набора существенных признаков для измерения;

- достаточное количество объектов;

- соответствие данных цели решаемой задачи

• Точность данных:

- формальная точность;

- реальная точность;

- максимальная точность, которая может быть получена при конкретных условиях сбора информации;

- необходимая точность решаемой задачи.

• Достоверность данных – способность представлять описываемые объекты с заданной в задаче точностью. Достоверность – ключевой показатель данных, на него влияют:

- точность измерения данных;

- методика измерения или расчета;

- искажение данных на этапах информационного процесса.

• Если погрешность определяется факторами, степень влияния которых можно оценить, то такие данные называют надежными.

Такие “хорошие” данные – необходимое условие получения полезной “информации”, свойства которой проанализируем ниже. Если данные соответствовали синтаксическому аспекту рассмотрения информации, то для собственно информации характерен семантический аспект.

Свойства информации:

• Актуальность информации – определяется степенью ее пригодности для принятия решения, зависит от того, в течение какого периода времени репрезентативны данные, использованные для получения этой информации, иначе необходима их актуализация.

• Своевременность информации – получена без опоздания к моменту принятия решения, но при этом информация должна быть актуальна.

“Между” информацией и данными находятся методы обработки. Если методы адекватны и данные “хорошие”, то свойства данных переносятся на информацию (точность, надежность).

Положительные свойства данных и информации сохраняются в знаниях.

Свойства знаний (новые) - знания могут существовать в следующих видах:

• предметный;

• концептуальный / обобщенный;

• метазнания.

 

Информатика – это наука о законах и методах измерения, хранения переработки и передачи информации с использованием средств вычислительно техники.

Это комплексная наука об информации и информационных процессах, аппаратных и программных средствах информатизации, информационных и коммуникационных технологиях, реализуемых с помощью персональных компьютеров.

Следует отметить, что определений информатики в современной литературе множество. Это происходит оттого, что данная область знаний относительно новая и соответствующий понятийный аппарат не совсем устоялся. Анализ определений позволил выделить их существенную часть и сформулировать то определение, которое приведено ниже. Информатика - область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и других средств вычислительной техники. С информатикой часто связывают одно из следующих понятий: это либо отрасль производства, либо фундаментальная наука, либо прикладная дисциплина, либо совокупность определенных средств, используемых для преобразования информации. В соответствии с этим структура информатики различна в зависимости от вкладываемого содержания. Она приведена на рис. 1.2. В состав технических средств входят компьютеры и связанные с ними периферийные устройства (мониторы, клавиатуры, принтеры и плоттеры, модемы и т.д.), линии связи, средства оргтехники и т.п., т.е. те материальные ресурсы, которые обеспечивают преобразование информации, причем главенствующую роль в этом списке играет компьютер. По своей специфике компьютер нацелен на решение очень широкого круга задач по преобразованию информации, при этом выбор конкретной задачи при использовании компьютера определяется программным средством, под управлением которого функционирует компьютер.

Рис.1.2 Структура информатики

К программным средствам (продуктам) относятся операционные системы, интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования программных продуктов, различные прикладные пакеты, такие, как текстовые и графические редакторы, бухгалтерские и издательские системы и т.д. Конкретное применение каждого программного продукта специфично и служит для решения определенного круга задач прикладного или системного характера.

Математические методы, модели и алгоритмы являются тем базисом, который положен в основу проектирования и изготовления любого программного или технического средства в силу их исключительной сложности и, как следствие, невозможности умозрительного подхода к созданию.

Перечисленные выше три ресурсных компонента информатики играют разную роль в процессе информатизации общества. Так, совокупность программных и технических средств, имеющихся в том или ином обществе, и позволяет сделать его информационным, когда каждый член общества имеет возможность получить практически любую (исключая, естественно, секретную) интересующую его информацию (такие потребители информации называются конечными пользователями). В то же время, сложность технических и программных систем заставляет использовать имеющиеся технические и программные продукты, а также нужные методы, модели и алгоритмы для проектирования и производства новых и совершенствования старых технических и программных систем. В этом случае можно сказать, что средства преобразования информации используются для производства себе подобных. Тогда их пользователем является специалист в области информатики, а не конечный пользователь.

Разработкой абстрактных методов, моделей и алгоритмов, а также связанных с ними математических теорий занимается фундаментальная наука. Ее прерогативой является исследование процессов преобразования информации и на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, моделей, методов и алгоритмов, которые затем применяются на практике.

Практическое использование результатов исследований информатики как фундаментальной науки воплощается в информатике - отрасли производства. В самом деле, широко известны западные фирмы по производству программных продуктов, такие как Microsoft, Lotus, Borland, и технических средств - IBM, Apple, Intel, Hewlett Packard и другие. Помимо производства самих технических и программных средств разрабатываются также и технологии преобразования информации.

Подготовкой специалистов в области преобразования информации занимается информатика как прикладная дисциплина. Она изучает закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях и методологии разработки конкретных информационных систем и технологий.

Таким образом, главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а также в применении их при организации технологического процесса преобразования информации. Это и обусловило структуру настоящего учебного пособия: информация, компьютер и информационный процесс - вот понятия, определившие структуру учебного пособия.

Выполняя свою функцию, информатика решает следующие задачи:

• исследует информационные процессы в социальных системах;

• разрабатывает информационную технику и создает новейшие технологии преобразования информации на основе результатов, полученных в ходе исследования информационных процессов;

• решает научные и инженерные проблемы создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.

В рамках прикладной дисциплины информатики изучаются следующие вопросы:

• понятие информации, ее свойства, измерение информации, использование в управлении;

• способы кодирования информации;

• понятие и составные части информационных процессов;

• организация технических устройств преобразования информации, в частности компьютера;

• структура и методология проектирования программного обеспечения.

Информатика отрасль народного хозяйства (ссылка 0), объединяющая совокупность предприятий различных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов, разработкой современных технологий переработки информации.

Ссылка 0

Точкой отсчета становления информатики как индустрии стало изобретение в середине XX века электронных вычислительных машин. Основной особенностью компьютеров стала возможность автоматической обработки информации. Переработка информации перестала быть исключительной способностью людей и живых существ.

Параллельно в середине XX века были заложены теоретические основы информатики как научной дисциплины. В этот период получи­ли развитие математическая логика - фундамент теоретической информатики и теория алгоритмов - фундамент вычислительных наук.

Компьютеры первого поколения создавались именно как электрон­ные вычислительные машины для автоматизации сложнейших вычислений оборонного и научного характера. Объем и сложность вычислений, выполнявшихся первыми компьютерами, были недо­ступны даже самым сильным математикам и вычислителям, но посильными для современных домашних компьютеров.

В этот период появились первые профессиональные программисты и первые теоретические работы по математической лингвистике, теории искусственного интеллекта и теоретическому программи­рованию. Бурное развитие получили вычислительная и дискретная математика, образующие математическую базу информатики и вы­числительных наук.

Компьютеры второго поколения создавались в качестве универ­сальных вычислительных машин, предназначенных для решения задач обработки и накопления информации с использованием устройств ввода и вывода. Компьютеры этого поколения стали использоваться для решения различных научных, экономических, оборонных и инженерных задач.

Для этих машин были созданы первые операционные системы, системы программирования и первые диалоговые системы. В этот период программирование зародилось как профессия и появились первые языки программирования и первые инструментальные программы - компиляторы и интерпретаторы для ЭВМ.

Третье поколение компьютеров - это первые серийные вычислительные машины для автоматизации обработки и накопления информации. Для этих ЭВМ был создан целый спектр устройств ввода, вывода и накопления информации. С помощью этих ЭВМ создава­лись первые экспериментальные вычислительные системы и сети.

Компьютеры третьего поколения стали широко использоваться в качестве технической базы для самых различных автоматизированных систем - бухгалтерских и банковских систем, банков данных, систем автоматизации проектирования и производства и т. п. В это время появились первые администраторы баз данных и информационные службы по эксплуатации автоматизированных систем.

Четвертое поколение - это компьютеры, создаваемые на базе серийных микропроцессоров. С этого поколения ЭВМ началось массовое производство и распространение персональных компьютеров, которые могут устанавливаться на любом рабочем столе - дома, на работе или в офисе.

Персональные ЭВМ широко используются для учебы, игры, написания писем, книг и отчетов, ведения бухгалтерской документации и экономических расчетов, проведения научных и маркетинговых исследований, сочинения стихов и музыки, ведения переписки с коллегами и друзьями.

Применение компьютеров в жизни общества затрагивает условия деятельности и жизни миллионов людей. Современные персональные компьютеры прежде всего открывают возможность выхода в сеть Интернет и оперативного поиска и получения различной информации в форме электронной почты, электронных журналов, газет и библиотек из самых различных стран и регионов, электронной коммерции - покупок и продаж по всему миру.

В серии ЭВМ четвертого поколения используются и более мощ­ные компьютеры, получившие название серверов - вычислительных машин с большим объемом памяти, используемых для постоянного хранения больших объемов информации. Именно такие серверы и используются в качестве узлов связи в вычислительных системах и сети Интернет. (сноска 0)

(сноска 0)

Каймин В.А. Информатика: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2000. - 232 с.

Конец ссылки 0

Наука появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и немыслима без нее. Систематизация методов и приемов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники составляет основную задачу информатики. Данная наука не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что снижает ее обобщающий характер.

Информатика связна с:

• философией и психологией (через учения об информации и теории познания);

• математикой (через теорию математического моделирования, дискретную математику, математическую логику и теорию алгоритмов);

• лингвистикой (через учение о формальных языках и знаковых системах);

• физикой (через материальную часть компьютера);

• кибернетикой (через теорию информации и теорию управления).

Информатика является одним из направлений кибернетики, которая существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров и занимается разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Нейрокибернетика ориентирована на аппаратное моделирование структур, подобных структуре мозга.

Изучение информатики позволяет:

• познать основы современных информационных технологий обработки информации, получить представления об информационных ресурсах общества;

• ознакомиться с современным состоянием и направлениями развития вычислительной техники и программных средств;

• овладеть приемами работы на персональном компьютере в качестве пользователя, уметь работать с программными средствами общего и специального назначения, использовать внешние носители информации для обмена данными между различными компьютерами, создавать копии и архивы данных и программ;

• овладеть навыками работы в сети Интернет.

Задачи информатики:

• производство современных ЭВМ и разработка современной архитектуры вычислительных систем;

• внедрение прогрессивных технологий обработки информации и технологии программирования;

• совершенствование управления интерфейсом вычислительных систем;

• разработка более совершенных способов защиты информации;

• развитие стандартизации;

• повышение уровня информационной культуры общества.

Важнейшими характеристиками информации является ее структура и форма. Структура информации определяется взаимосвязями между составляющими ее элементами. Среди основных форм можно выделить символьно-текстовую, графическую и звуковую формы. Основные требования, предъявляемые к экономической информации – точность, достоверность, оперативность, полнота.

Информация - это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специализированным устройством, например ЭВМ, для обеспечения целенаправленной деятельности.

Информация может быть по своей физической природе: числовой, текстовой, графической, звуковой, видео и др. Она также может быть постоянной (неменяющейся), переменной, случайной, вероятностной. Наибольший интерес представляет переменная информация, так как она позволяет выявлять причинно-следственные связи в процессах и явлениях. Существуют различные способы оценки количества информации. Классическим является подход, использующий формулу К. Шеннона. Применительно к двоичной системе она имеет вид:

H=log₂N,

где H – количество информации, несущей представление о состоянии, в котором находится объект; N – количество равновероятных альтернативных состояний объекта.

Любая информация, обрабатываемая в ЭВМ, должна быть представлена двоичными цифрами {0,1}, т.е. должна быть закодирована комбинацией этих цифр. Различные виды информации (числа, тексты, графика, звук) имеют свой правила кодирования. Коды отдельных значений, относящиеся к различным видам информации, могут совпадать. Поэтому расшифровка кодированных данных осуществляется по контексту при выполнении команд программы.