Информатика и предмет её исследования
Истоки и предпосылки информатики
Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Informacion (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин – Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).
В качестве источников информатики обычно называют две науки – документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20–30–е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.
Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kybemeticos – искусный в управлении). [1]
Предмет и задачи информатики
В настоящее время в литературе существует множество определений информатики.
Информатика – это наука о законах и методах измерения (оценки) информации, хранения, переработки и передачи информации с применением математических и технических средств.
Информатика – техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.
|
|
Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.
Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.
Предмет информатики составляет:
· аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
· программное обеспечение средств вычислительной техники;
· средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
· средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.
В состав основной задачи информатики входят следующие направления для практических приложений:
· архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
· интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
· программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
· преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
· защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
· автоматизация (функционирование программно–аппаратных средств без участия человека);
· стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем). [1]
|
|
Научные исследования в области информатики ведутся в следующих направлениях:
· изучение основных научно–информационных процессов сбора, анализа, переработки, хранения, поиска и распространения научной информации;
· изучение истории и организации научно–информационной деятельности в различных отраслях и странах;
· определение оптимальных форм представления (записи) научной информации, изучение свойств и закономерностей документальных потоков;
· создание систем информационного поиска и информационного обслуживания;
· применение машинной техники для реализации информационных систем и разработка некоторых специальных технических средств.
1.3 Структура информатики и её основные понятия
Оставляя в стороне прикладные информационные технологии, опишем 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. [2]
1. Теоретическая информатика – часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику. Использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.
Включает разделы:
· теория алгоритмов и автоматов;
· теория информации и теория кодирования;
· теория формальных языков и грамматик;
· исследование операций и другие.
2. Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне, так называемой, архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области – неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура электронно-вычислительных машин (ЭВМ) старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.
|
|
3. Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Здесь отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример – общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – система обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.
4. Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно–справочные системы, информационно–поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне – справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер «09».
5. Искусственный интеллект - область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Как научить компьютер мыслить подобно человеку? – Поскольку мы далеко не все знаем о том, как мыслит человек, исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления разработок, относящихся к этой области – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие. От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое и станет более эффективным.
6. Разработка вычислительных систем и программного обеспечения.
7. Математическое моделирование.
8. Биоинформатика – изучает информационные процессы в биологических системах.
9. Социальная информатика – изучает процессы автоматизации общества.
10. Методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа.
11. Телекоммуникационные системы и сети.
К основным понятиям информатики относят:
· информацию;
· данные;
· сообщения;
· сигналы.
Термин «информация»
Одним из ключевых понятий информатики является информация. Теория информации, как раздел математики, сформировался во второй половине XX века. Толчок к зарождению дали попытки нахождения оптимальных решений практических технических задач в области кодирования и передачи информации. Пионерами теории информации по праву считают Клода Шеннона (США), А.Н. Колмогорова (СССР), Р. Хартли (США).
Клод Шеннон, автор теории информации, предложил информацией считать снятую неопределенность наших знаний о чем–то.
Шеннон впервые ввёл такую трактовку в теории связи. Позднее она нашла применение во всех областях науки, где играет роль передача информации в самом широком смысле этого слова, в частности в математической теории информации, большую роль в становлении которой сыграл А.Н. Колмогоров.
Существует несколько подходов к определению понятия «информация». [3]
Антропоцентрический подход.
Информацию отождествляют со сведениями или фактами, которые теоретически могут быть получены и усвоены, то есть, преобразованы в знания.
В рамках такого подхода под информацией понимаются сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления.
Такое определение закреплено Федеральным Законом № 24–ФЗ «Об информации, информатизации и защите информации» от 25.01.95 г.
К недостаткам подхода можно отнести следующее: в его рамках невозможно найти адекватного объяснения генетической информации живой природы и абстрактной информации, не имеющей адекватного отображения в природе и обществе. С такой информацией, например, имеют дело теология, идеалистическая философия и некоторые разделы математики.
1. Техноцентрический подход.
Данный подход состоит в том, что информацию отождествляют с данными. Он нашел очень широкое распространение в технических дисциплинах.
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, а в базах данных хранятся тоже только данные. Станут ли эти данные информацией и если да, то какой, зависит не только от данных, а и от многочисленных аппаратных, программных и естественных методов.
2. Недетерминированный подход.
Состоит в отказе от определения информации на том основании, что оно является фундаментальным, как, например, материя и энергия.
В теории информации различными авторами представляются различные определения информации.
Под информацией понимают сведения об окружающем мире (объекте, процессе, явлении, событии), которые являются объектом преобразования (включая хранение, передачу и т.д.) и используются для выработки поведения, для принятия решения, для управления или для обучения.
Информация – это любой вид сведений о предметах, фактах, понятиях предметной области, или сведения, неизвестные до их получения, являющиеся объектом хранения, передачи и обработки.
Информация – это продукт взаимодействия данных и методов, рассмотренный в контексте этого взаимодействия.
Термин «информация» является философским понятием и во многом остается интуитивным. Оно получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности.
В обиходе под информацией называют любые данные или сведения, которые кого–либо интересуют. Например, сообщение о каких–либо событиях, о чьей–либо деятельности и т.п. «Информировать» в этом смысле означает «сообщить нечто, неизвестное раньше»
В технике информация – это сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов.
В кибернетике – та часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы (Н. Винер).
Автор кибернетики, Норберт Винер, предложил следующее определение информации: «Информация – это обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств».
Выделяются следующие характерные черты информации:
· информация является наиболее важным ресурсом современного производства. Он снижает потребность в земле, труде, капитале, уменьшает расход сырья и энергии. Так, например, обладая умением архивировать свои файлы (т.е. имея такую информацию), можно не тратиться на покупку новых дискет;
· информация вызывает к жизни новые производства. Например, изобретение лазерного луча явилось причиной возникновения и развития производства лазерных (оптических) дисков;
· информация является товаром, причем продавец информации ее не теряет после продажи. Так, если студент сообщит своему товарищу сведения о расписании занятий в течение семестра, он эти данные не потеряет для себя;
· информация придает дополнительную ценность другим ресурсам, в частности, трудовым. Действительно, работник с высшим образованием ценится больше, чем со средним.
Свойства информации
Как и всякий объект, она обладает свойствами (объекты различимы по своим свойствам). Характерной особенностью информации, отличающей ее от других объектов природы и общества, является отмеченный выше дуализм: на свойства информации влияют как свойства данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса.
1. Адекватность.
Степень соответствия информации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание (то есть в данные).
Адекватность информации иногда ошибочно путают с ее достоверностью. Это совершенно разные свойства. Можно привести пример адекватной, но недостоверной информации. Так, например, если 1 апреля в газете появится заведомо ложное сообщение, то его можно считать адекватным. Адекватно толковать его не как информационное, а как развлекательное. То же сообщение, опубликованное 2 апреля, будет и недостоверным, и неадекватным.
2. Актуальность.
Степень соответствия информации текущему моменту времени. [3]
3. Воспроизводимость и передаваемость.
Воспроизводимость информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что не следует считать существенными пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании информация остается тождественной самой себе. [2]
4. Дискретность.
Информация состоит из отдельных фактических данных, передающихся в виде отдельных сообщений.
5. Достаточность.
Содержательная полнота сообщаемого набора показателей для принятия решения. [4]
6. Достоверность.
Соответствие информации объективной реальности (как текущей, так и прошедшей) окружающего мира.
На достоверность информации влияет как достоверность данных, так и адекватность методов, использованных при ее получении.
7. Доступность.
Мера возможности получить ту или иную информацию. [3]
8. Запоминаемость.
Запоминаемую информацию будем называть макроскопической (имея ввиду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике. [1]
9. Избыточность.
Нередко избыточность информации человек чисто психологически воспринимает как ее качество, потому что она позволяет ему меньше напрягать свое внимание и меньше утомляться.
Обычный текст, напечатанный на русском языке, имеет избыточность порядка 20–25%.
Избыточность информации, заключенной в тексте, позволяет догадываться о значении неразборчивых символов.
Визуальная информация имеет очень большую избыточность – более 90%.
Избыточность видеоинформации – до 98–99%
Эта избыточность позволяет нам рассеивать внимание, что часто воспринимается как отдых при просмотре кинофильма.
Всякое сокращение избыточности данных непременно влечет за собой сокращение диапазона возможных методов для их использования. В информационных технологиях вопрос избыточности данных и достаточности методов – это всегда вопрос тонкого и непростого баланса. [3]
10. Краткость.
Степень сжатости изложения сообщаемых сведений.
11. Непрерывность.
Информация накапливается и развивается поступательно. [4]
12. Объективность и субъективность.
Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент.
13. Полнота.
Достаточность информации для принятия решения. [3]
14. Понятность.
Соответствие содержания информации уровню знаний потребителя. [4]
15. Преобразуемость.
Фундаментальное свойство информации. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования. Копируемость есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может. [2]
16. Репрезентативность.
Правильность отбора и формирования информации для адекватного отражения передаваемого явления.
17. Своевременность.
Степень соответствия момента поступления информации назначенному моменту времени.
18. Содержательность.
Семантическая ёмкость информации, равная отношению количества семантической информации в сообщении к объёму обрабатываемых данных.
19. Ценность.
Ценность информации зависит от того, насколько она важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких–либо видах деятельности человека. [4]
Аспекты информации
В теории информации рассматриваются 3 аспекта. [5]
1. Прагматический аспект.
Отражает соответствие информации цели, для достижения которой её предполагает использовать информационный субъект. Определение информации как полезного содержания данных отражает в первую очередь именно прагматический аспект. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Однако если ограничиться лишь этим аспектом, то будет утеряна связь между информацией и данными, а также сужены возможности эффективного использования данных.
2. Семантический аспект.
Определяет степень соответствия информационного объекта и его образа, содержащегося в информации (данных), т.е. характеризует смысловое содержание информации. В семантическом аспекте в информации выделяются различные информационные единицы, имеющие смысловые связи как между собой, так, и, возможно, с входящими в них более мелкими информационными единицами. Информационные единицы могут отражать различные стороны информационного объекта или его составных частей.
3. Синтаксический аспект.
Связан с формой её представления и не затрагивает её смыслового содержания. Таким образом, данные представляют собой информацию в синтаксическом аспекте.