конспект

Министерство образования Российской Федерации

Пензенский государственный университет

А. Е. Хохлов

ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

Конспект лекций

Наградной

логотип

вуза

Издательство Пензенского государственного

университета Пенза 2003

УДК 004 (075.8) Х 86

Р е ц е н з е н т ы:

Кафедра «Вычислительные системы и моделирование» Пензенского государственного педагогического университета

Кандидат технических наук, доцент кафедры «Прикладная информатика»

Российского университета инновационных технологий и предпринимательства

	С. П. Пискарев
	Хохлов А. Е.
Х 86	Основы информатики: Конспект лекций. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та,
	2003. – 103 с: 19 ил., библиогр. 8 назв.

Согласно требованиям Государственных образовательных стандартов, рассматриваются основные понятия и определения информатики, методы и единицы измерения информации, формы представления информации в ЭВМ. Приводится функционально-структурная организация компьютера, основные этапы компьютерного решения задач, программные средства информационных технологий. Анализируется сетевые технологии обработки данных, основы и методы защиты информации, назначение и основы использования систем искусственного интеллекта.

Работа подготовлена на кафедре «Информационно-вычислительные системы» и предназначена для студентов специальностей 351400 «Прикладная информатика в экономике» и 220200 «Автоматизированные системы обработки информации и управления».

УДК 004 (075.8)

©Издательство Пензенского государственного университета, 2003

©Хохлов А. Е., 2003

2

Введение

К началу XXI века объём знаний человечества увеличился в два раза, относительно начала XX века, поток информации увеличился в 30 раз. Информация стала главной ценностью земной цивилизации. В развитых странах формируются национальные информационные ресурсы, и происходит переход от индустриальной экономики к экономике, основанной на информации. Более половины трудового населения развитых стран в той или иной мере занято в информационной сфере. Информация стала основным предметом труда.

Понятие «информационные ресурсы» (другими словами «информационный потенциал») охватывает широкий круг технических и организационных средств обработки и передачи данных, знания и навыки людей, и конечно сами данные. Можно выделить следующие группы информационных ресурсов:

-информация на физических носителях, а также средства её обработки,

-средства передачи и коммуникации, включая навыки и приемы их использования,

-средства обработки информации,

-ученые и специалисты – «производители» информации в разных сферах деятельности,

-органы и службы, занимающиеся сбором, обработкой и хранением информации.

Наблюдается резкий количественный рост и снижение уровня квалификации рядовых пользователей ЭВМ. Это приводит к необходимости упрощения интерфейса с ЭВМ вплоть до написания программ на естественном языке и речевого общения. Весьма перспективны нейросистемы способные к самообучению при распознавании образов.

Особое значение приобретает факт широкого распространения персональных компьютеров и всемирной сети Internet. Это многократно усиливает природные возможности человеческого разума.

Философам, социологам и психологам ещё предстоит осознать, глубоко исследовать идею компьютера, как духовного инструмента творческой деятельности, а также оценить все социальные последствия процесса внедрения компьютеров в социальную сферу.

3

До сих пор царило убеждение, что ЭВМ даёт только то, что в ней заложено. Но теперь ясно, что от ЭВМ можно получить нечто новое, а именно знания. Оперируя знаниями ЭВМ могут прийти к решениям, которые ускользают от человеческого разума.

Индустриальное общество развитых стран перерастает в информационное общество, основанное на индустрии услуг и информации. Суть информационного общества может быть охарактеризована следующими признаками:

1.Большинство населения в таком обществе занято в сфере услуг и информации.

2.Любой гражданин может получить любую информацию, кроме государственных тайн, коммерческих и личных секретов.

3.Наличие сети гигантских накопителей информации – общедоступных банков знаний и данных, а также необходимых технологических средств (компьютеров, программного обеспечения, сетей).

4.Информация становится товаром и вместе с информационными технологиями занимает ключевое место в экономике страны.

Информатизация общества – грандиозная научно-техническая проблема. Она имеет значительные социальные последствия, оказывает влияние на облик цивилизации в целом.

Научным фундаментом процесса информатизации общества является научная дисциплина — информатика. В широком смысле информатика — это наука об информационной деятельности, информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах. Основными разделами информатики являются исследование и разработка информационных средств и технологий, программных средств и моделирование предметных областей.

4

1. Основные понятия и определения информатики

1.1. Информация и информатика

Термин информация имеет множество определений. В «Энциклопедии кибернетики» «информация (лат. informatio – разъяснение, изложение, осведомленность) – одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний и т.п.». В широком смысле «информация» – это отражение реального мира; в узком смысле «информация» – это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

В России 25.01.95 принят Федеральный закон «Об информации, информатизации и защите информации». Согласно этому закону:

информация – сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления.

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Общая схема передачи информации представлена на рис.1.

Исто		Кодир		Кан.		Декодир		Получ.
чник		уст-во		связ		устр-во		сообщ.
сооб
щен.

Рис.1

Сообщения от источника к приемнику передаются в материальноэнергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике – с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В любом случае, с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить функцией x(t), характеризующей изменение во времени параметров физической среды.

Если эта функция непрерывна, то передаваемая информация называется аналоговой. Её источником обычно являются различные природные объекты (температура, давление, влажность воздуха и т.д.),

5

объекты технологических процессов (нейтронный поток в реакторе, давление и температура теплоносителя и пр.) и др.

Если функция x(t) дискретна, то информация имеет характер дискретных сообщений (сигналы тревоги, языковые сообщения письменные, звуковые или на языке жестов и т.д.)

В современном мире инструментом информатики является электронная вычислительная машина (ЭВМ) или computer. Это устройство преобразования информации при выполнении последовательности операций под управлением программы.

По виду информации ВМ делятся на аналоговые и цифровые. АВМ оперирует информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. Например, напряжения или силы тока. Многие явления в природе описываются одинаковыми уравнениями, поэтому АВМ позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные природные процессы.

ЦВМ – машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на ЦВМ различные задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций.

АВМ являются специализированными машинами, ЦВМ – универсальными.

В ЭВМ для представления дискретной информации применяется алфавитный способ, основанный на использовании конечного набора символов. Этот набор называется алфавитом. Примеры алфавитов, алфавиты естественных языков, десятичные цифры и т.д. Символы из набора алфавита называются буквами, а любая конечная последовательность букв – словом. При этом не требуется, чтобы слово имело языковое смысловое значение.

Процесс преобразования информации часто требует представлять буквы одного алфавита средствами (буквами, словами) другого алфавита. Такое представление называется кодированием. Процесс обратного преобразования – декодированием.

Широко используется термин: данные (data). Этот термин применяют в отношении информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать её с помощью технических средств.

Рассмотрим теперь смысл понятия «информатика».

6

Одно из направлений трактовок информатики, связанное с трудами В.И. Сифорова, сводит её к учению об информации вообще – информологии. Это направление, по существу, развивает теорию информации К. Шеннона, его учение об источнике информации, канале, шуме, кодировании, релевантности (существенности) и т.д.

Второе направление толкования понятия информатики, изложенное в работах Бернштейна Э. С. и Шрейдера Ю.А., ставит в центр внимания семантические (содержательные) стороны информации, соотношение понятий информация и знание, их функций в общественных системах. Семантическое направление в трактовках информатики нельзя считать удовлетворительным, поскольку оно оставляет в стороне такой важный аспект информационного процесса, как практическое использование знаний (информации).

Для нас с вами, как специалистов в области обработки информации наиболее приемлем подход, выдвинутый основоположником отечественной вычислительной техники академиком Глушковым Виктором Михайловичем (1923-82) в 1979 году и утвержденном в 1983 году на годичном собрании АН СССР по предложению Михалевича В. С., Каныгина Ю.М., Гриценко В.И. В их трактовке: Информатика – это

комплексная научная и инженерная дисциплина, которая изучает все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики.

Из определения Глушкова следует выделить два аспекта. Вопервых, информатика есть следствие развития ЭВМ, во-вторых, объектом исследований в информатике является не просто ЭВМ, а система «человек

– ЭВМ – общество».

Часто возникает путаница в понятиях «информатика» и «кибернетика».

Основная концепция, заложенная Норбертом Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.

Кибернетика и информатика, внешне очень похожие дисциплины, различаются в расстановке акцентов:

-в информатике – на свойствах информации и аппаратно-программных средствах её обработки,

7

-в кибернетике – на разработке концепций и построении моделей объектов с использованием, в частности, информационного подхода.

1.2.Информационные технологии

Объектом информатики являются автоматизированные информационные системы (ИС), основанные на ЭВМ и телекоммуникационной технике. Информатика изучает все стороны их разработки, проектирования, создания, анализа и использования на практике. Информационные технологии – это основанные на ЭВМ способы обработки семантической информации – данных и знаний, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем.

В качестве признаков классификации АИС используются: направление деятельности, охватываемая территория, организация информационных процессов, область применения.

Классификация по направлению деятельности: Отраслевые АИС

Промышленная сфера АИС объединением, крупной фирмой

АСУ ТП Непрерывными Дискретными Периодическими

АСУП АСУ цехом

Непромышленная сфера АИС на транспорте АИС в торговле АИС банков

АИС социальными процессами Научная сфера, образование, культура

АСНИ

САПР Экспертные системы (ЭС) АИС «Библиотека»

8

В зависимости от организации информационных процессов АИС делятся на два больших класса: управляющие и информационные. В информационных АИС управление отсутствует (АСНИ, САПР, «Библиотека», ЭС).

Классификация по территориальному признаку: АИС области АИС города АИС района

Геоинформационные системы

По сфере применения различают: Административные Производственные Учебные Медицинские Военные Метеорологические Экологические Криминалистические

Классификация АИС на предприятии (исторически один из первых классов):

Подсистемы управления производством Оперативного управления АСУ ТП Контроля качества Диагностики

Стратегического прогнозирования и планирования Подсистемы организации хозяйственной деятельности

Бухучета

Финансов

Транспорта

Снабжения

Складов

Кадров

9

Информационные технологии (ИТ) включают два основных элемента – машинный и человеческий (социальный). Социальный элемент является главным. В отличие от производственных, энергопреобразующих технологий ИТ как объект информатики относятся к социальным, знаниепреобразующим технологиям.

1.3. Информационный ресурс и его составляющие

Один и тот же объект может изучаться разными науками. Объект познания – это некий фрагмент реального мира, а его предмет – это выбранная для исследования методами данной науки сторона, грань, аспект объекта.

ИТ выступили новым средством превращения знаний в информационный ресурс (ИР) общества. ИР стал основным ресурсом человечества, главной ценностью современной цивилизации

Предметом информатики как новой фундаментальной науки выступает ИР – его сущность, законы функционирования, механизмы взаимодействия с другими ресурсами общества и воздействия на социальный прогресс.

ИР – это знание, ставшее информацией. Поэтому знание обладает всеми характеристиками ИР: достоверностью, надежностью, релевантностью (релевантность - нужность, существенность). ИР выступает в пассивной и активной формах. К пассивной относятся такие формы существования знаний, когда они не связаны или слабо связаны с конкретными предметными областями (книги, статьи, патенты, банки данных). Активные формы существования ИР: модель, алгоритм, программа, проект. Каждая из этих четырех активных форм ИР имеет разные степени общности, научно-технический уровень и завершенность (комплектность).

Теоретическая информатика рассматривает все аспекты разработки АИС: их проектирования, создания и использования с технической и содержательной стороны, а также комплекс экономического, политического и культурного воздействия на социальную динамику. Теоретическая информатика занимается анализом и традиционных систем преобразования информации: СМИ, кино, театры, справочные службы и т.д. Но рассматривает их с позиций получения и использования ИР, возможной их технологизации.

Теоретическая информатика изучает общие свойства всех разновидностей ИТ, процессов и сред их протекания. Всем им характерны

10