1.Становление информатики как науки и структура современной информатики.

1.1. Становление информатики как науки

В настоящее время для большинства людей, далёких от тонкостей истории возникновения и развития информатики как отдельной ветви науки, слова информатика, программирование и электронные вычислительные машины неразрывны. Но это не совсем верно. Связывать возникновение информатики только с появлением компьютеров или, наоборот, считать появление компьютера результатом информатики было бы неверным.

Информатика приходится родной дочерью другой науки – кибернетики. После Второй мировой войны возникла, и начала бурно развиваться кибернетика как наука об общих закономерностях в управлении и связи в различных системах: искусственных, биологических, социальных. Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием (1948 г.) американским математиком Норбертом Винером ставшей знаменитой книги «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине». В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи различных систем с единой точки зрения.

С точки зрения кибернетики любая система взаимодействует с окружающей средой. Она воспринимает из этой внешней среды совокупность сигналов, воздействий или сведений (это входная информация), хранит в себе отражение этих сигналов (внутренняя или внутрисистемная информация) и выдаёт некоторые сигналы, сведения или воздействия в окружающую среду (выходная информация). Именно так трактовалось понятие информации в кибернетике. Система должна так обрабатывать информацию, чтобы оставаться устойчивой или обеспечивать устойчивое развитие. Отмеченное свойство характерно как для живых, так и для искусственных систем управления. Рассмотрение проблем обеспечения устойчивого функционирования и тех, и других являлось содержанием кибернетики.

В нашей стране развитие кибернетики переживало драматические периоды. Как академик А.И.Берг, «...в 1955—1957 гг. и даже позже в нашей литературе были допущены грубые ошибки в оценке значения и возможностей кибернетики». Это нанесло серьезный ущерб развитию науки в нашей стране, привело к задержке в разработке многих теоретических положений и даже самих электронных машин». Достаточно сказать, что еще в философском словаре1959 г. издания кибернетика характеризована как «буржуазная лженаука».

Причиной этого послужили, с одной стороны, недооценка оценка новой бурно развивающейся науки отдельными учеными «классического» направления, с другой — неумеренное пустословие тех, кто вместо активной разработки конкретных проблем кибернетики в различных областях спекулировал на полуфантастических прогнозах о безграничных возможностях кибернетики, дискредитируя тем самым эту науку.

Вскоре вслед за появлением термина «кибернетика» в мировой науке стало ис­пользоваться англоязычное «Computer Science» (наука о компьютерной технике), что было связано со всё более широким использованием электронных вычислительных устройств для обработки данных. а чуть позже, на рубеже 1960-х и 1970-х гг., французы ввели получивший сейчас широкое распространение термин «Informatique», для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (информация) и automatigue (автоматика) и означает "информационная автоматика или автоматизированная переработка информации".

В русском языке наиболее раннее (примерно с середины 1960-х гг.) употребление термина «информатика» связано с узкой конкретной областью изуче­ния структуры и общих свойств научной информации, передаваемой посредством научной (но не только научной) литературы. Однако, эта информационно-аналитическая деятельность, совершенно необходимая и сегодня в библиотечном деле, книгоиз­дании и т.д., уже давно не отражает современного понимания информатики.

Итак, со временем кибернетика как наука об управлении, в которой понятие информации играло важную роль, трансформировалась в новую и более общую науку о преобразовании информации - информатику.

Таким образом, информатика — достаточно молодая дисциплина, находящаяся в процессе становления. Можно сказать, что в широком смысле она изучает вопросы, связанные с поиском сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности.

В узком (профессиональном) смысле информатика включает в себя теорию кодирования информации, разработку методов и языков программирования, математическую теорию процессов передачи и обработки информации.

Необходимо отметить, что до настоящего времени толкование термина «информатика» (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым.

Что касается вопроса о связи искусственных вычислительных устройств, обрабатывающих информацию с информатикой, их возникновение и развитие стимулировало как развитие кибернетики, так и позже – развитие информатики. Именно поэтому информатику преимущественно связывают с использованием компьютеров. В то же время, компьютер является продуктом длительной истории развития вычислительных устройств, (мы рассмотрим ее ниже в модуле 2), и его можно рассматривать как некий инструмент, средство информатики. Естественно, что появление компьютеров повлияло на темпы становления информатики, ее характер и содержание.

Развитие компьютерной техники предопределило выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности. Основная заслуга в этом принадлежит микропроцессорной технике, появление которой в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной революции. С этого времени элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии. Термин "информатика" приобретает новое дыхание и используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации. В нашей стране подобная трактовка термина "информатика" утвердилась с момента принятия решения в 1983 г. на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Информатика трактовалась как "комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики".

Как наука "Информатика" имеет глобальный и универсальный характер применения во всех социальных и экономических направлениях, а её методы являются одним из ведущих инструментов работы в социально-экономической сфере деятельности. Основной задачей информатики является получение новых информации и знаний.

1.2. Структура современной информатики

В национальном докладе России на II Международном Конгрессе ЮНЕСКО «Образование и информатика» (Москва, 1996 г.) была описана структура предметной области информатики

Опишем коротко составные части «ядра» современной информатики. Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике — все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.

Прежде всего, различают наиболее крупные составляющие:

• теоретическую информатику как фундаментальную науку,

• прикладную информатику, включающую в себя, прежде всего, разработку средств информатизации,

• информационные технологии, являющиеся в настоящее время базой многих отраслей народного хозяйства

• новейшее направление – социальную информатику.

Далее приводится более подробное изложение структуры научных и дисциплин и технических направлений, охватывающих все области современной информатики.

1. Теоретическая информатика:

   1. Информация как семантическое свойство материи.

   2. Информация и эволюция в живой и неживой природе.

   3. Общая теория информации. Методы измерения информации. Макро - и микроинформация.

   4. Математические и информационные модели.

   5. Теория алгоритмов.

   6. Стохастические методы в информатике.

   7. Вычислительный эксперимент как методология научного исследования.

   8. Информация и знания:

      1. Семантические аспекты интеллектуальных процессов и информационных систем.

      2. Информационные системы искусственного интеллекта.

      3. Методы представления знаний.

      4. Познание и творчество как информационные процессы.

   9. Теория и методы разработки и проектирования информационных систем и технологий.

2. Прикладная информатика, включающая вопросы программирования и реализации различных технологий:

   1. Персональные компьютеры. Рабочие станции. Устройства ввода/вывода и отображения информации. Аудио- и видеосистемы, системы мультимедиа. Сети ЭВМ. Средства связи и компьютерные телекоммуникационные системы.

   2. Операционные системы и среды. Системы и языки программирования. Сервисные оболочки, системы пользовательского интерфейса. Программные средства межкомпьютерной связи (системы теледоступа), вычислительные и информационные среды. Текстовые и графические редакторы. Системы управления базами данных. Процессоры электронных таблиц. Средства моделирования объектов, процессов, систем. Информационные языки и форматы представления данных и знаний; словари; классификаторы; тезаурусы. Средства защиты информации от разрушения и несанкцио­нированного доступа. Издательские системы.

   3. Системы реализации технологий автоматизации расчетов, проектирования, обработки данных (учета, планирования, управления, анализа, статистики и т.д.).

   4. Системы искусственного интеллекта (базы знаний, экспертные системы, диагностические, обучающие и др.).

   5. Информационные технологии:

      1. Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи и обработки данных. Подготовки текстовых и графических документов, технической до­кументации.

      2. Интеграции и коллективного использования разнородных информационных ресурсов. Защита информации.

      3. Программирования, проектирования, моделирования, обучения, диагностики, управления (объектами, процессами, системами).

   6. Социальная информатика:

      1. Информационные ресурсы как фактор социально-экономического и культурного развития общества.

      2. Информационное общество — закономерности и проблемы ста­новления и развития. Информационная инфраструктура общества. Проблемы информационной безопасности.

      3. Новые возможности развития личности в информационном обществе.

      4. Проблемы демократизации в информационном обществе и пути их решения.

      5. Информационная культура и информационная безопасность личности.

Упрощённо структуру информатики можно представить на рис 1.1

Рис. 1.1. Структура информатики

Методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информации, статистикой, теорией кодирования, математической логикой, документоведением и т.д. В этом разделе изучаются вопросы:

• представление различных типов данных (числа, символы, текст, звук, графика, видео и т.д.) в виде, удобном для обработки СВТ (кодирование данных);

• форматы представления данных (предполагается, что одни и те же данные могут быть представлены разными способами);

• теоретические проблемы сжатия данных;

• структуры данных, т.е. способы хранения с целью удобного доступа к данным.

В изучении состава, структуры, принципов функционирования средств вычислительной техники используются научные положения из электроники, автоматики, кибернетики. В целом этот раздел информатики известен как аппаратное обеспечение (АО) информационных процессов. В этом разделе изучаются:

• основы построения элементов цифровых устройств;

• основные принципы функционирования цифровых вычислительных устройств;

• архитектура СВТ — основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных;

• приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем;

• приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей.

В разработке методов управления средствами вычислительной техники (а средствами цифровой вычислительной техники управляют программы, указывающие последовательность действий, которые должно выполнить СВТ) используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, теории игр. Этот раздел информатики известен как программное обеспечение (ПО) СВТ. В этом разделе изучаются:

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

• средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс;

• программное обеспечение СВТ (ПО).

Третья составляющая информатики — программное обеспечение — неоднородна и имеет сложную структуру, включающую несколько уровней: системный, служебный, инструментальный, прикладной.

На низшем уровне находятся комплексы программ, осуществляющих интерфейсные функции (посреднические между человеком и компьютером, аппаратным и программным обеспечением, между одновременно работающими программами), т.е. распределения различных ресурсов компьютера. Программы этого уровня называются системными. Любые пользовательские программы запускаются под управлением комплексов программ, называемых операционными системами.

Следующий уровень - это служебное программное обеспечение. Программы этого уровня называются утилитами, выполняют различные вспомогательные функции. Это могут быть диагностические программы, используемые при обслуживании различных устройств (гибкого и жесткого диска), тестовые программы, представляющие комплекс программ технического обслуживания, архиваторы, антивирусы и т.п. Служебные программы, как правило, работают под управлением операционной системы (хотя могут и непосредственно обращаться к аппаратному обеспечению), поэтому они рассматриваются как более высокий уровень. В некоторых классификациях системный и служебный уровни объединяются в один класс — системного программного обеспечения

Инструментальное программное обеспечение представляет комплексы программ для создания других программ. Процесс создания новых программ на языке машинных команд очень сложен и кропотлив, поэтому он низкопроизводителен. На практике большинство программ составляется на формальных языках программирования, которые более близки к математическому, следовательно, проще и производительней в работе, а перевод программ на язык машинных кодов осуществляет компьютер посредством инструментального программного обеспечения. Программы инструментального программного обеспечения управляются системными программами, поэтому они относятся к более высокому уровню.

Прикладное программное обеспечение — самый большой по объему класс программ, это программы конечного пользователя. В следующей лекции будет дано подробное описание и классификация программ, входящих в этот класс. Пока же скажем, что в мире существует около шести тысяч различных профессий, тысячи различных увлечений и большинство из них в настоящее время имеет какие-либо свои прикладные программные продукты. Прикладное программное обеспечение также управляется системными программами, и имеет более высокий уровень.

Обобщая сказанное, можно предложить следующую структуру программного обеспечения (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Классификация программного обеспечения

Предложенная классификация программного обеспечения является в большой мере условной, так как в настоящее время программные продукты многих фирм стали объединять в себе программные элементы из разных классов. Например, операционная система Windows, являясь комплексом системных программ, в своем составе содержит блок служебных программ (дефрагментация, проверка, очистка диска и др.), а также текстовый процессор WordPad, графический редактор Paint, которые принадлежат классу прикладных программ.