Формы представления информации. Лекция 1. Информатика. Предмет и задачи.

Лекция 1. Информатика. Предмет и задачи.

Основные понятия и определения. Информация.

Информатика как наука стала развиваться с середины прошлого столетия, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией.

Появление вычислительных машин в 50-е годы XX века создало для информатики необходимую ей аппаратную поддержку, или иначе говоря, благоприятную среду для ее развития как науки.

Сам термин «информатика» появился на свет благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Выделение информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации.

Становление информатики как научной дисциплины относится к 60-ым годам двадцатого века. Именно тогда во французском языке появился термин informatique - (Informatique: информация и Automatique: автоматика), который выражает суть информатики 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 термин computer science – наука о средствах вычислительной техники.

В общем смысле под информатикой понимают отрасль знаний, изучающую общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накоплении, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности.

В узком смысле информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационными технологиями.

Информационная технология – совокупность систематических и массовых способов создания, хранения, накопления, обработки, передачи и распределения информации с помощью средств вычислительной техники и связи, а также приемов их (средств вычислительной техники и связи) соединения и рационального сочетания с немашинными процессами обработки информации.

Обобщая вышесказанное, стоит отметить, что информатика лишь в последние годы начала формироваться как естественнонаучная дисциплина, но она еще не вышла за рамки прикладной технической науки и поэтому до сих пор не ввела строгого понятия информации. Более того, информатика сама заимствует понятие информации из других научных дисциплин, каждая из которых вводит это понятие по-разному.

На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину. Информатика под своим названием объединяет довольно обширный комплекс наук, каждая из которых занимается изучением одного из аспектов понятия информация.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

1. Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники.

2. Программное обеспечение.

3. Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения.

4. Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Методами и средствами взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами является пользовательский интерфейс.

К задачам информатики относят:

1. Исследование информационных процессов в любой природе.

2. Разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации.

3. Решение научных и инженерных проблем, создание, внедрение и обеспечение эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Основная задача информатики – систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

Цель информатики – внедрение и развитие передовых технологий, автоматизация работы с данными.

Структура информатики

Информатику можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей:

1. Технические средства

2. Программные средства

3. Алгоритмические средства

Информатика как отрасль народного хозяйства – состоит из различных предприятий, которые занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современных технологий переработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой и созданием информационного обеспечения процессов управления на базе информационных систем.

Информатика как прикладная дисциплина изучает конкретные разновидности информационных технологий, которые формируются с помощью специальных информационных систем (управленческих, медицинских, обучающих, военных и др.). Разные операции и процедуры, различное оборудование, специализация критериев и показателей, разная степень замкнутости информационных контуров, даже разные информационные носители, т.е. разные информационные среды, - все это становится объектом изучения конкретных функциональных и отраслевых информатик. Так рождаются ветви прикладной информатики, обслуживающие создание проектирующих систем, экспертных систем, диагностических комплексов, управляющих и других функциональных систем. Возникли также отраслевые ветви информатики, обслуживающие информатизацию разных сфер социальной и экономической практики: промышленность, науку, медицину, связь и т.д. Поэтому наряду с теоретической информатикой развиваются ее конкретные ветви: экономическая информатика, медицинская информатика, военная информатика и др.

Информация и данные.

Можно выделить три подхода к определению понятия (см. Рис. 1):

	ИНФОРМАЦИЯ
Антропоцентрический подход	Техноцентрический подход	Недетерминированный подход
Информация отождествляется со сведениями или фактами	Информацию отождествляют с данными	Состоит в отказе от определения информации на том основании, что оно является фундаментальным

Рис. 1. Подходы к определению понятия информации

В толковом словаре иностранных слов Л.П. Крысина можно встретить и такое определение:

Опр. 4. Информация (фр. Information) - сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами и являющиеся объектом хранения, переработки и передачи.

Поскольку информация является объектом, то, как и всякий объект, она обладает рядом свойств.

Свойства информации

1. Адекватность – степень соответствия информации, полученной потребителем, тому, что автор вложил в ее содержание.

2. Достоверность – соответствие информации объективной реальности (как текущей, так и прошедшей) окружающего мира.

3. Полнота – достаточность информации для принятия решения.

4. Избыточность – объем данных, выходящий за пределы необходимого.

5. Объективность – независимость информации от чьей либо воли, возможностей. Пример – фотоснимок объекта.

6. Субъективность. Пример – рисунок объекта.

7. Доступность – мера возможности получить ту или иную информацию.

8. Актуальность – степень соответствия информации текущему моменту времени.

9. Релевантность – способность информации соответствовать запросам потребителя.

10. Своевременность – способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.

11. Защищенность – свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения.

12. Эргономичность– свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

13. Живучесть – способность информации сохранять свое качество с течением времени.

14. Уникальность – информация, хранящуюся в единственном экземпляре.

С практической точки зрения информация представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщений и каналом связи.

Рис.1. Общая схема передачи информации

Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и т.д.). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В обоих случаях с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить функцией х(t), характеризующей изменение во времени материально-энергетических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы.

Функция х(t) принимает любые вещественные значения в диапазоне изменения времени t. Если х(t) непрерывна, то имеет место непрерывная или аналоговая информация, источником которой обычно являются различные природные объекты (например, температура, давление или влажность воздуха), объекты технологических производственных процессов (например, нейронный поток в активной зоне, давление и температура теплоносителя в контурах ядерного реактора) и др. Если функция х(t) дискретна, то информационные сообщения, используемые человеком, имеют характер дискретных сообщений (например, сигналы тревоги, передаваемые посредством световых и звуковых сообщений, языковые сообщения, передаваемые в письменном виде или с помощью звуковых сигналов, сообщения, передаваемые с помощью жестов и др.).

В современном мире информация, как правило, обрабатывается на вычислительных машинах. Компьютер – устройство преобразования информации посредством выполнения управляемой программой последовательности операции.

В зависимости от вида перерабатываемой информации вычислительные машины делят на два основных класса: аналоговые и цифровые (рис.2).

Рис.2. Классы вычислительных машин

Аналоговая вычислительная машина (АВМ) – это машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, АВМ позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные процессы.

Цифровая вычислительная машина (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 уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций.

Для представления в ЭВМ дискретной информации применяется алфавитный способ, основанный на использовании фиксированного конечного набора символов любой природы, называемого алфавитом.

Все процессы, происходящие в вычислительной системе, связаны непосредственно с различными физическими носителями информационных сообщений, а все узлы и блоки этой системы являются физической сферой, в которой осуществляются информационные процессы. Процесс преобразования информации часто требует представлять буквы одного алфавита средствами (буквами, словами) другого алфавита. Такое представление называется кодированием. Процесс обратного преобразования информации относительно ранее выполненного кодирования называется декодированием.

Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные.

Пример. Напишите на листе десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажите их вашему другу. Он воспримет эти цифры как данные, так как они не предоставляют ему никаких сведений. Затем против каждого номера укажите название фирмы и род деятельности. Для вашего друга непонятные цифры обретут определенность и превратятся из данных в информацию, которую он в дальнейшем мог бы использовать.

Формы представления информации

Различают две формы представления информации — непрерывную и дискретную. Поскольку носителями информации являются сигналы, то в качестве последних могут использоваться физические процессы различной природы. Например, процесс протекания электрического тока в цепи, процесс механического перемещения тела, процесс распространения света и т. д. Информация представляется (отражается) значением одного или нескольких параметров физического процесса (сигнала), либо комбинацией нескольких параметров.

Сигнал называется непрерывным, если его параметр в заданных пределах может принимать любые промежуточные значения. Сигнал называется дискретным, если его параметр в заданных пределах может принимать отдельные фиксированные значения.

Следует различать непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.

На рис. 1.1 в виде графиков изображены: а) непрерывный по уровню и во времени сигнал Хнн; б) дискретный по уровню и непрерывный во времени сигнал Хдн; в) непрерывный по уровню и дискретный во времени сигнал Хнд; г) дискретный по уровню и во времени сигнал Хдд.

Рис. 1.1. Виды информационных процессов

Наконец, все многообразие окружающей нас информации можно сгруппировать по различным признакам, т. е. классифицировать по видам. Например, в зависимости от области возникновения информацию, отражающую процессы и явления неодушевленной природы, называют элементарной, процессы животного и растительного мира — биологической, человеческого общества — социальной.

По способу передачи и восприятия различают следующие виды информации: визуальную — передаваемую видимыми образами и символами, аудиальную — звуками, тактильную — ощущениями, органолептическую — запахами и вкусом, машинную — выдаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники, и т. д.