Информатика — курс лекций. Курс лекций для студентов по направлениям 230100. 62 Информатика и вычислительная техника
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Адекватность информации — это её соответствие целям и задачам информационного об- мена. Вы научитесь безошибочно отличать адекватность от других свойств, если запомните, что она играет роль только при рассмотрении моделей. Натурные, физические, графические, математиче- ские, виртуальные и прочие модели в принципе не могут быть ни объективными, ни достоверными. Если бы модель объекта (системы) была объективна и достоверна, то это была бы не модель, а ко- пия, что противоречит принципу моделирования. 14 Модель не обязана быть ни объективной, ни достоверной. Но адекватной она быть обязана, иначе её использование приведёт к необъективным выводам и даст ошибочные результаты. Цель моделирования нам уже известна: закрыть информационную систему, чтобы дать прин- ципиальную возможность собрать о ней полную информацию. При этом отбрасываются «лишние» связи и объекты. Но их можно отбросить так, что потеряется сама цель получения информации, — тогда полученная информация становится неадекватной. Решая задачу о падении камня на Землю с высоты 1 м, мы не учитываем его трение о воздух. Для модели, соответствующей этой задаче, сила сопротивления воздуха — незначимая величина по сравнению с силой притяжения. Но если решать ту же задачу для тела, падающего с высоты 100 км, пренебрегать сопротивле- нием воздуха уже нельзя, несмотря на то, что плотность воздуха на такой высоте очень мала. В этом случае нужна другая модель, иначе результат вычислений будет неадекватен задаче. А решая ту же задачу для высоты 10000 км, необходимо ещё учесть притяжение со стороны Луны. Адекватность — главное требование, предъявляемое к любым моделям. Например, детские сказки — это информационные модели общественных отношений, представленные в литературной форме, понятной детям. Содержание информации, выраженное сказкой, бессмысленно характери- зовать объективностью и достоверностью, но различать сказки, адекватные для воспитания детей и неадекватные для этой цели, необходимо. Актуальность информации Актуальность информации — это свойство, характеризующее степень её соответствия те- кущему моменту времени. Информация может стареть. Это явление особенно важно учитывать при управлении. Сведе- ния, еще вчера бывшие объективными, сегодня могут не отражать объективную реальность, потому что она изменилась. В информатике поддержание актуальности информации обеспечивается регулярностью об- служивания информационных связей, поставляющих данные. Использование неактуальной инфор- мации для задач, связанных с управлением, эквивалентно использованию необъективной информа- ции и может приводить к катастрофическим последствиям. Попробуйте сами оценить последствия команд авиадиспетчера, если информация о положении воздушных судов будет отображаться к экране его монитора с задержкой на 3 секунд. Доступность информации Доступность информации — это свойство, которое характеризует возможности потребителя по её воспроизведению. Ограниченные возможности — низкая доступность. Большие возможности — высокая доступность. На первый взгляд, всё очень просто, но не будем забывать о том, что ин- формация имеет двойственную природу. Она накладывает свой отпечаток в том смысле, что доступ- ность информации зависит как от доступности данных, содержащих информацию, так и от доступно- сти методов её воспроизведения. А отсюда вытекают интересные возможности по управлению до- ступностью. Доступность информации — это обобщённое свойство, характеризующее доступность дан- ных и доступность информационных методов, необходимых для воспроизведения этих данных. 15 Доступность общественной информации повышают путём совершенствования средств связи. Например, внедрение телеграфа и создание телеграфных информационных агентств дало обществу возможность получать ежедневные сводки новостей о событиях политической жизни, а также о со- стоянии сырьевых и товарных рынков. В свою очередь развитие Интернета дало возможность полу- чать те же сведения в режиме реального времени. Доступность научной информации повышают внедрением новых технических информацион- ных методов. Например, современный оптический телескоп даёт гораздо больше информации, чем первый телескоп Галилео Галилея, хотя источник информации в обоих случаях один и тот же — звёздное небо. Кроме оптических сегодня существуют радио- и рентгеновские телескопы. Существуют условия, когда доступность информации не повышают, а наоборот, понижают. Это необходимо, когда речь идёт о конфиденциальной информации: личных данных, сведениях о состоянии здоровья, финансовых счетах, а также сведениях, имеющих отношение к военной и эко- номической безопасности государства. Защищать информацию можно двумя способами. Первый способ — уменьшение доступности данных. Оно достигается с помощью организационных, технических или физических ограничений на доступ к ним. Второй способ — снижение доступности информационных методов, необходимых для воспроизведения защищаемых данных. Например, шифрование данных позволяет ограничить до- ступ к ним для лиц, не владеющих необходимым методом дешифрования. В открытых информационных сетях доступность зашифрованных данных неразрывно связана с их актуальностью. Предполагается, что и сами зашифрованные данные доступны, и программный информационный метод шифрования общеизвестен (программа распространяется широко). Но кон- кретные настройки программы, содержащиеся в ключе шифрования, секретны. Зная набор данных и метод их шифрования, ключ можно реконструировать (восстановить), но на это необходимо огромное время, в триллионы раз превышающее возраст Вселенной. Если бы кто- то и вздумал реконструировать секретные ключи путём их перебора, он воспроизвёл бы информа- цию, когда она уже никому не нужна. Этот принцип защиты конфиденциальной информации сегодня является основным в технологиях электронной коммерции, при подписании документов электрон- ной цифровой подписью и при проведении финансовых расчётов в электронной среде. Информационные процессы и системы В общем случае роль информации может ограничиваться эмоциональным воздействием на человека, однако наиболее часто она используется для выработки управляющих воздействий в авто- матических (чисто технических) и автоматизированных (человеко-машинных) системах. В подобных системах можно выделить отдельные этапы (фазы) обращения информации, каждый из которых ха- рактеризуется определенными действиями. Информационный процесс — это любой процесс, в котором присутствует хотя бы один из элементов: передача информации, её приём, хранение, обработка, выдача пользователю. Информационная система — любая система, реализующая или поддерживающая инфор- мационный процесс. Теория информационных систем является естественным развитием общей теории связи, ко- торая включает в себя следующие основные разделы: 16 теория сигналов; теория помехоустойчивости; теория информации. Основными этапами (фазами) обращения информации в системах являются: сбор (восприятие) информации; подготовка (преобразование) информации; передача информации; обработка (преобразование) информации; хранение информации; отображение (воспроизведение) информации. Так как материальным носителем информации является сигнал, то реально это будут этапы обращения и преобразования сигналов (рисунок 2). Рисунок 2 — Этапы обращения информации в автоматизированных системах На этапе восприятия информации осуществляется целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте (процессе), в результате чего формируется образ объекта, прово- дятся его опознание и оценка. Главная задача на этом этапе — отделить полезную информацию от мешающей (шумов), что в ряде случаев связано со значительными трудностями. Простейшим видом восприятия является различение двух противоположных состояний: наличия («да») и отсутствия («нет»), более сложным — измерение. На этапе подготовки информации осуществляется её первичное преобразование. На этом этапе проводятся такие операции, как нормализация, аналого-цифровое преобразование, шифрова- ние. Иногда этап подготовки рассматривается как вспомогательный на этапе восприятия. В результа- те восприятия и подготовки получается сигнал в форме, удобной для передачи, хранения или обра- ботки. Объект (процесс) Сбор (восприятие) Подготовка (преобразо- вание) информации Передача Обработка информации Хранение Передача Отображение (воспроизведение) информации Потребитель информации 17 На этапе передачи информация пересылается из одного места в другое (от отправителя по- лучателю — адресату). Передача осуществляется по каналам различной физической природы, самы- ми распространёнными из которых являются электрические, электромагнитные и оптические. Извле- чение сигнала на выходе канала, подверженного действию шумов, носит характер вторичного вос- приятия. На этапах обработки информации выявляются её общие и существенные взаимозависимо- сти, представляющие интерес для системы. Преобразование информации на этапе обработки (как и на других этапах) осуществляется либо средствами информационной техники, либо человеком. В общем случае под обработкой информации понимается любое её преобразование, прово- димое по законам логики, математики, а также неформальным правилам, основанным на «здравом смысле», интуиции, обобщённом опыте, сложившихся взглядах и нормах поведения. Результатом обработки является тоже информация, но либо представленная в иных формах (например, упорядо- ченная по каким-то признакам), либо содержащая ответы на поставленные вопросы (например, ре- шение некоторой задачи). Если процесс обработки формализуем, он может выполняться техниче- скими средствами. Кардинальные сдвиги в этой области произошли благодаря созданию ЭВМ как универсального преобразователя информации, в связи с чем появились понятия данных и обработ- ки данных. Данными называют факты, сведения, представленные в формализованном виде (закодиро- ванные), занесённые на те или иные носители и допускающие обработку с помощью специальных технических средств (в первую очередь ЭВМ). Обработка данных предполагает производство различных операций над ними, в первую оче- редь арифметических и логических, для получения новых данных, которые объективно необходимы (например, при подготовке ответственных решений). На этапе хранения информацию записывают в запоминающее устройство для последующего использования. Для хранения информации используются в основном полупроводниковые, магнит- ные и оптические носители. Решение задач извлечения хранимой информации (поиска информации) связано с разработкой классификационных признаков и схем размещения хранимой информации, систематизацией, правилами доступа к ней, порядком её пополнения и обновления, т.е. всем тем, что определяет возможность целенаправленного поиска и оперативного извлечения хранимой ин- формации. Этап отображения информации должен предшествовать этапам, связанным с участием че- ловека. Цель этого этапа — предоставить человеку нужную ему информацию с помощью устройств, способных воздействовать на его органы чувств. Информационные системы можно классифицировать по различным признакам. Так, по сфере применения информационные системы подразделяются на: административные, производственные, учебные, медицинские, военные и др. По территориальному признаку: информационные системы района, города, области и т.п. С точки зрения возможности организации конкретных информацион- ных процессов различают информационно-справочные, информационно-поисковые системы, систе- мы обработки и передачи данных, системы связи. Большинство автоматизированных информационных систем являются локальными система- ми и функционируют на уровне предприятий и учреждений. В настоящее время происходит ин- 18 тенсивный процесс интеграции таких систем в корпоративные системы и далее — в региональные и глобальные системы. Системы более высокого уровня становятся территориально рассредоточенными, иерархич- ными как по функциональному принципу, так и по их технической реализации. Обеспечение взаимо- действия территориально рассредоточенных систем требует протяжённых высокоскоростных и надежных каналов связи, а увеличение объёма обрабатываемой информации — ЭВМ высокой про- изводительности. Это приводит к необходимости коллективного использования дорогостоящих средств автоматизации (ЭВМ и линий связи) и обрабатываемой информации (баз данных). Техниче- ское развитие как самих электронных вычислительных машин, так и средств связи, позволило решить эту проблему путем перехода к созданию распределённых информационно-вычислительных сетей коллективного пользования. Централизация различных видов информации в одной сети даёт возможность использовать её для решения широкого спектра задач, связанных с административным управлением, планирова- нием, научными исследованиями, конструкторскими разработками, технологией производства, снабжением, учётом и отчётностью. Если поставляемая информация извлекается из какого-либо объекта (процесса), а выходная применяется для целенаправленного изменения состояния того же объекта (процесса), причем або- нентом, использующим информацию для выбора основных управляющих воздействий (принятия решения), является человек, то такую автоматизированную информационную систему называют ав- томатизированной системой управления (АСУ). Управление и информация служат основными понятиями кибернетики — науки об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др. Управление — функция организованных систем различной природы (технических, биологи- ческих или социальных), направленная на реализацию их целевых установок и поддержание внут- ренне присущей им структуры. Понятие «кибернетика» как научный термин введено в первой половине XIX века француз- ским физиком Андре Мари Ампером, который назвал кибернетикой (от греч. слова кибернетикос — искусный в управлении) науку, занимающуюся изучением искусства управления людьми, обществом. В Древней Греции этого титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами. Впоследствии слово «кибернетикос» было заимствовано римлянами — так в латинском языке по- явилось слово «губернатор» (управляющий провинцией). Кибернетика — наука, изучающая с единых позиций связь и управление (самоуправление) в организованных системах любой физической природы. Основоположником кибернетики считается выдающийся американский математик Норберт Винер (1894—1964), а датой её рождения — 1948 г., когда он опубликовал книгу «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». Сущность кибернетики в самом общем виде может быть выражена основными её законами: 1. Всякое управление есть целенаправленный процесс. 2. Всякое управление есть информационный процесс. 3. Всякое управление обычно осуществляется в замкнутом контуре. 19 Кибернетическая система (система управления) может рассматриваться как совокупность двух систем — управляющего объекта и объекта управления. При этом управляющая система воз- действует на объект управления, подавая на него управляющие сигналы (управляющие воздействия). Для выработки управляющих решений, обеспечивающих достижение цели управления, управляю- щая система получает информацию о состоянии объекта управления по линии обратной связи. Автоматизированные системы управления нашли широкое применение во всех сферах со- временного общества, в первую очередь как системы управления технологическими процессами и коллективами людей. АСУ технологическими процессами служат для автоматизации различных функций на производстве. Они широко используются при организации поточных линий, изготовле- нии микросхем, для поддержания технологического цикла в машиностроении и т.п. Информацион- ные системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управлен- ческого персонала, например информационные системы управления банками, гостиницами, торго- выми фирмами и т.п. Информационные ресурсы и технологии Особенностью современного этапа развития общества является переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот переход, называют информатизаци- ей. Информатизация общества — организованный социально-экономический и научно- технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потреб- ностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного са- моуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов. Неизбежность информатизации обусловлена резким возрастанием роли и значения инфор- мации. Для нормального функционирования организации любого масштаба уже не достаточно толь- ко традиционных для индустриального общества ресурсов (материальных, природных, трудовых, финансовых, энергетических), необходимо знать, как наиболее эффективно эти ресурсы использо- вать, иметь информацию о технологиях. Поэтому существенным ресурсом стала информация. Ин- формационные ресурсы в настоящее время рассматриваются как отдельная экономическая катего- рия, важнейший стратегический ресурс общества. Информационные ресурсы — отдельные документы и отдельные массивы документов, до- кументы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах). Информационная система — организационно упорядоченная совокупность документов, информационных технологий, в том числе с использованием средств вычислительной техники и свя- зи, реализующих информационные процессы. В общем случае под информационными ресурсами понимают весь имеющийся в информаци- онной системе объём информации, отчуждённой от её создателей и предназначенной для обще- ственного использования. Основной особенностью информационных ресурсов является то, что в отличие от других ви- дов ресурсов (материальных, природных и др.) они практически неисчерпаемы; по мере развития 20 общества и роста потребления информации их запасы не убывают, а растут. Эта специфика инфор- мационных ресурсов хорошо иллюстрируется следующим высказыванием: «Если у вас есть по яблоку и вы обменяетесь ими, у вас опять будет по яблоку, но если у вас есть по идее и вы обменяетесь ими, то у каждого их будет по две». Более того, в процессе применения информационные ресурсы посто- янно развиваются и совершенствуются, избавляясь от ошибок и уточняя свои параметры. Выделяют пассивную и активную формы информационных ресурсов. К пассивной форме от- носятся книги, журнальные статьи, патенты, банки данных и т.п. Примерами активных форм служат: модель, алгоритм, проект, программа и т.п. Государственная политика в сфере формирования информационных ресурсов и информати- зации направлена на создание условий для эффективного и качественного информационного обес- печения решения задач социально-экономического развития. Основными направлениями государ- ственной политики в этой области являются: обеспечение условий для развития и защиты всех форм собственности на информационные ресурсы; формирование и защита информационных ресурсов; создание и развитие федеральных и региональных информационных систем и сетей, обеспе- чение их совместимости и взаимодействия в едином информационном пространстве РФ; создание условий для качественного и эффективного информационного обеспечения граж- дан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций и об- щественных объединений на основе государственных информационных ресурсов; содействие формированию рынка информационных ресурсов, услуг, информационных си- стем, технологий и средств их обеспечения; формирование и осуществление единой научно-технической и промышленной политики в сфере информатизации с учётом современного мирового уровня развития информационных технологий; создание и совершенствование системы привлечения инвестиций и механизма стимулирова- ния разработки и реализации проектов информатизации; развитие законодательства в сфере информационных процессов, информатизации и защиты информации. Базовой технической составляющей процесса информатизации общества является компьюте- ризация. Под компьютеризацией понимается развитие и внедрение технической базы — компьюте- ров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и её накопле- ние. Научным фундаментом процесса информатизации общества является информатика, при- званная создавать новые информационные технологии и системы для решения задач информатиза- ции. Технология (от греч. techne — искусство, мастерство, умение и греч. logos — слово, учение) — совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, мате- риала или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции. 21 Основными компонентами материальных технологий являются: подготовка сырья и материа- лов, производство материального продукта, сбыт произведённых продуктов потребителям. В информационной технологии в качестве исходного материала выступает информация. В ка- честве конечного продукта — также информация, но это качественно новая информация о состоянии объекта, процесса или явления. При этом основными компонентами информационных технологий служат: сбор данных (первичной информации), обработка данных, получение результатной инфор- мации и передача её потребителю. Выделяют несколько поколений информационных технологий: самую древнюю — «наскально-берестяную»; «бумажную», связанную с изобретением печатного станка (середина XV века); «безбумажную», или «электронную», относящуюся к появлению ЭВМ (середина XX века); «новую информационную технологию», связанную с внедрением персональных ЭВМ и теле- коммуникационных средств (с середины 80-х годов прошлого века). Новая информационная технология (компьютерная информационная технология) — технология, основанная на использовании персональных компьютеров и телекоммуникационных средств. В процессе информатизации общества происходит проникновение информационных техно- логий во все сферы жизнедеятельности общества, в том числе и связанные с принятием ответствен- ных решений. При этом уже сейчас информационные технологии оказывают решающее воздействие на многие сферы деятельности людей, человеческих коллективов и общество в целом. Однако ука- занное воздействие в некоторых случаях может иметь и негативный характер. Во-первых, вычислительная техника всё более широко внедряется в системы управления та- кими технологическими процессами, выход которых за регламентированные пределы грозит не только крупными авариями, но и крупномасштабными катастрофами (системы управления вооруже- нием, атомными реакторами и т.п.). Отличительной особенностью таких систем управления является необходимость осуществления сложных видов обработки больших объёмов информации в крайне ограниченные сроки. В силу этого сложность систем неуклонно растёт, а гарантировать отсутствие ошибок в программном обеспечении, исчисляемом многими десятками миллионов машинных ко- манд, практически невозможно. Помимо этого, возможны сбои или отказы аппаратуры, провокаци- онные и диверсионные действия персонала, заражение компьютеров электронными вирусами и т.п. Нетрудно представить себе возможные последствия таких событий в системе военного назначения. Иными словами, в современных условиях надо защищать как системы обработки информации от воздействия внешней среды, так и среду от воздействия информации, находящейся в системах обра- ботки. Должна быть обеспечена не только безопасность информации, накапливаемой, хранимой и обрабатываемой в системах, но также и информационная безопасность окружающей среды, т.е. предупреждение негативного воздействия на окружающую среду, которое может иметь место в ре- зультате непредусмотренных (ошибочных или злоумышленных) видов обработки. Во-вторых, массовое использование вычислительной техники в различных сферах деятельно- сти резко увеличивает потенциальные возможности нарушения гражданских прав и свобод челове- ка, поскольку в условиях повсеместного внедрения новых информационных технологий расширяются возможности ведения досье на людей, подслушивания телефонных разговоров, несанкциони- 22 рованного чтения электронной почты, контролирования вкладов, осуществления компьютерной слежки и т.п. В-третьих, увеличивается опасность нарушения авторского права и права собственности, в первую очередь на программные продукты. Во многих случаях программное обеспечение как от- дельными пользователями, так и целыми организациями приобретается в результате незаконного копирования, т.е. хищения. В-четвертых, информатизация может являться и источником социальной напряжённости. Так, автоматизация производства ведёт к полному изменению технологии, что влечет за собой смену но- менклатуры профессий и сокращение численности персонала. При этом не все люди могут легко освоить новую специальность или найти новое место работы. Заслуживает быть отмеченным и такой несколько необычный аспект, как опасность профана- ции искусства, поскольку широкие возможности современных ЭВМ позволяют существенно интен- сифицировать процесс творчества, а интенсификация его сверх некоторой меры неизбежно скажется на качестве произведения. Кроме того, по мнению некоторых ученых, у руководителей и спе- циалистов, длительное время и регулярно использующих вычислительную технику в процессе своей деятельности, атрофируются опыт и интуиция относительно важных своих функций. Негативные аспекты информационных технологий необходимо учитывать при решении задач информатизации. Эти проблемы должны также стать предметом изучения современной информати- ки. Информатика и её предыстория Задачи накопления (хранения), обработки и передачи информации стояли перед человече- ством на всех этапах его развития. Каждому этапу соответствовал определённый уровень развития средств информационного труда, прогресс развития которых всякий раз придавал человеческому обществу новое качество. Долгое время средства хранения, обработки и передачи информации раз- вивались отдельно по этим трём направлениям. Этот период в истории развития информатики мож- но назвать ее предысторией. Этапы развития средств информационного труда: Хранение информации ‒ Наскальное сохранение информации. Древние изображения (20—25 тысяч лет назад) на стенах пещер, на скалах и камнях, выполненные краской, резьбой, рельефом и пр. ‒ Пергаментные свитки. Пергамент (от названия г. Пергам), служивший материалом для письма, начали изготовлять во 2 веке до н.э. Делался из кожи животных ‒ Бумага. Впервые получена в Китае во II веке до н.э., состоит преимущественно из расти- тельных волокон. В Европе распространилась в XI веке. До XV века письма, документы, книги писались вручную кисточками, перьями птиц, позже — металлическими перьями ‒ Книгопечатание. Первый печатный станок изобретён в середине XV века немцем Иоган- ном Гуттенбергом. На Руси книгопечатание основал Иван Фёдоров в середине XVI века ‒ Фотография. Получение видимого изображения объектов на светочувствительных фото- графических материалах (галогеносеребряных и бессеребряных). Основоположники фото- графии — Л. Дагер и Ж. Ньепс (1839 г. Франция) и У. Голбот (1841 г., Великобритания) 23 ‒ Кино. Съёмка на киноплёнку движущихся объектов для последующего вопроизведения полученных снимков на экран. Год рождения — 1895 год, когда французы братья Люмьер продемонстрировали в Париже первый в мире кинофильм, используя аппарат собственно- го изобретения Передача информации ‒ Речь, слух зрение — первые средства связи человека (средства ближней связи) ‒ Почта — первое средство дальней связи ‒ Костровая связь. Сигнальные огни (дымы) издавна пользовались для увеличения скорости передачи важных сведений. Сначала таким способом передавали только заранее огово- ренные сигналы, например, «враг приближается». Потом, особым образом располагая не- сколько огней (дымов), научились посылать целые сообщения ‒ Оптический телеграф. Между городами возводили башни, которые находились друг от друга на расстоянии прямой видимости. На каждой башне устанавливались семафоры (сигнальные устройства). Телеграфист принимал сообщение и тут же передавал его даль- ше, переключая семафор. Первый оптический телеграф был построен в 1794 г. во Фран- ции. Самая длинная линия — 1200 км — действовала в середине XIX в. между Петербургом и Варшавой. Сигнал по линии проходил из конца в конец за 15 мин ‒ Электросвязь. Широко распространена с XX столетия — передача информации посред- ством электрических сигналов или электромагнитных волн. Сигналы идут по каналам связи — по проводам (кабелям), либо без проводов. Основные способы электросвязи — теле- граф, телефон, радио, телевидение ‒ Электрический телеграф. Передача на расстояние дискретных (буквенно-цифровых) со- общений — телеграмм с обязательной записью их в пункте приёма. Изобретён в 1832 г. в России П. Л. Шеллингом. В 1837 году американцем С. Морзе создан электромагнитный те- леграфный аппарат. Он же придумал специальный телеграфный код — азбуку, которая но- сит его имя ‒ Телефонная связь. Передача на расстояние речевой информации. Осуществляется путём преобразования звуковых колебаний в электрические сигналы в микрофоне телефонного аппарата говорящего абонента, передачи этих сигналов по телефонным каналам связи и их обратного преобразования в телефонном аппарате слушающего абонента. Телефонный аппарат изобретён в 1876 году американцем А. Беллом ‒ Радиосвязь. Передача сообщений при помощи радиопередатчика (где формируется ра- диосигнал, несущий передаваемую информацию) и передающей антенны (излучающей сигнал в пространство), а приём — посредством прямой антенны (улавливающий радио- сигнал) и радиоприёмника (усиливающего сигнал и преобразующего его в адекватный ис- ходному сигналу). Впервые осуществлена в 1895 г. русским изобретателем А. С. Поповым ‒ Телевидение. Передача на расстояние изображений подвижных объектов при помощи ра- диоэлектронных средств. В телевидении принят принцип последовательной передачи элементов изображения, согласно которому в пункте передачи производят преобразова- ние элементов изображения в последовательность электрических сигналов с последую- щей передачей этих сигналов в пункт приёма, где осуществляют их обратное преобразо- вание Обработка информации ‒ Пальцы — первые счётные средства человека ‒ Абак. Доска, разделённая на полосы, где передвигались камешки, кости, для арифметиче- ских вычислений. Получил распространение в Древней Греции, Риме, затем в Западной 24 Европе до XVIII века. «Потомком» абака можно назвать и русские счёты. В России они по- явились на рубеже XVI—XVII веков ‒ Таблицы логарифмов. Ввёл понятие логарифма и опубликовал таблицы логарифмов в начале XVII века шотландский математик Дж. Непер. Логарифмы позволяют свести трудо- ёмкие арифметические операции — умножение и деление — к более простым — сложе- нию и вычитанию. На основе этой математической функции в течение двух веков развива- лись вычислительные инструменты. В результате появилась логарифмическая линейка ‒ Логарифмическая линейка. Счётный инструмент для упрощения вычислений, с помощью которого операции над числами заменяются операциями над логарифмами этих чисел. Применялась при инженерных расчётах, когда достаточна точность в 2—3 знака ‒ Машина Паскаля — первая счётная машина, созданная в 1645 году французским матема- тиком Блезом Паскалем. Позволяла быстро выполнять сложение многозначных чисел ‒ Арифмометр. Механическая вычислительная машина для выполнения сложения, вычита- ния, умножения и деления, в которой установка чисел и приведение счётного механизма в действие осуществляется вручную. Первый арифмометр — счётная машина — создана немецким учёным Лейбницем. На нём можно было выполнять все четыре арифметиче- ские операции с многозначными числами. Позднее арифмометр многократно совершен- ствовался, в том числе и русскими изобретателями П. Л. Чебышевым и В. Т. Однером ‒ Микрокалькулятор. Электронное устройство, с помощью которого можно выполнять арифметические операции над числами, вводимыми с клавиатуры. Окончательные и про- межуточные результаты выводятся на индикатор В течение долгого времени основными инструментами для решения задач обработки и пере- дачи информации были мозг, язык и слух человека. Первое кардинальное изменение пришло с при- ходом письменности (по мнению ученых, речь возникла более тысячи веков назад, изобретение письменности относится к третьему тысячелетию до н.э.). Это привело к гигантскому качественному и количественному скачку в развитии общества, появилась возможность передачи знаний от поколе- ния к поколению. Изобретение книгопечатания (середина XV века) радикально изменило ин- дустриальное общество, культуру, организацию деятельности. Эти два этапа (письменность и книгопечатание) создали принципиально новую технологию накопления и распространения (передачи) информации, избавившую человечество от необходимос- ти всецело полагаться на такой зыбкий и ненадежный инструмент, каким является человеческая па- мять. Конец XIX века ознаменован изобретением электричества, благодаря которому появились те- леграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объёме. Бурное развитие науки и промышленности в XX веке, неудержимый рост объёмов поступаю- щей информации привели к тому, что человек оказался не в состоянии воспринимать и перерабаты- вать всё ему предназначенное. Возникла необходимость классифицировать поступления по темам, организовать их хранение, доступ к ним, понять закономерности движения информации в различных изданиях и т.д. Исследования, позволяющие разрешить возникшие проблемы, стали называть ин- форматикой. В этом смысле информатика — научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности всех процессов научной коммуникации. 25 Информатика, являясь базой библиотечного дела, многие годы так и занималась узкокон- кретной областью изучения структуры и общих свойств научной информации, передаваемой посред- ством научной литературы. Постановка вопроса о завладении информатикой всем кругом вопросов, который связан с разработкой эффективных методов сбора, хранения, обработки и преобразования имеющейся информации в знания, прежде была неправомерной, так как не существовало почти ни- чего общего в методах сбора и обработки информации у медиков, географов, психологов, физиков, филологов и т.д. С этой точки зрения много общего между собой имели математика и физика, химия и медицина. Примеров отдельных связей было много, но общего стержня, вокруг которого объеди- нились бы все науки, не было. Положение существенно изменилось с появлением электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Первые ЭВМ создавались для проведения расчётов в атомной физике, в летательной и ракет- ной технике. Последовавшее далее внедрение ЭВМ в области административного управления и эко- номики дало не только большой экономический эффект, но и привело к созданию и бурному росту новой промышленной отрасли — средств и методов электронной обработки информации. Электрон- но-вычислительные машины стали обрабатывать числовую, текстовую, графическую и другую ин- формацию. Появились новые ЭВМ, новые методы и средства общения с ними. Информация стала товаром. Вычислительная техника сразу же показала свою эффективность в тех областях человеческой деятельности, где широко использовались методы математического моделирования — точные коли- чественные методы. Сюда относятся физика, механика, химия, геофизика и т.д. Развитие электронно-вычислительной техники, средств и методов общения с ней, создание автоматизированных информационно-поисковых систем, методов распознавания образов привели к тому, что ЭВМ стали эффективным инструментом и для «описательных» наук, которые раньше счита- лись недоступными для методов математического моделирования (биология, юридические науки, история и т.п.). В них шло накопление отдельных фактов, давалось качественное описание объектов и событий. Использование нового рабочего инструмента значительно повысило эффективность про- ведения описательного анализа изучаемых объектов в таких науках. Появилось новое направление исследований, связанное с машинным моделированием человеческих интеллектуальных функций, — разработка «искусственного интеллекта». Миниатюризация средств вычислительной техники, снижение её стоимости позволили созда- вать станки с программным управлением, гибкие автоматизированные производства, станки-роботы, в которых ЭВМ решает задачи сбора, хранения, обработки, преобразования информации и на осно- вании ее анализа вырабатывает соответствующие решения. В более сложных задачах человек, ис- пользуя электронную технику, берёт ответственность за принятие решения на себя. В этом случае ЭВМ анализирует огромные объёмы информации и предлагает возможные варианты. Человек, по- знакомившись с этими вариантами, либо выбирает лучший, с его точки зрения, либо ставит перед машиной новые условия и ждёт следующего совета. Так, в режиме диалога происходит процесс при- нятия решения. Проведение любого эксперимента связано с получением информации, регистрируемой раз- личными датчиками или непосредственно органами чувств человека. В ходе эксперимента инфор- мацию надо принять и записать, обработать по специальным алгоритмам, преобразовать к удобному для анализа виду. Далее, исследуя полученные результаты, необходимо сделать выводы. 26 При этом не имеет значения, какой это эксперимент — физический, биологический, химиче- ский и т.д., передают ли датчики данные прямо в ЭВМ или показания приборов сначала записывают в тетрадь, а потом вводят их в машину. Главное в том, что нужны алгоритмы сбора данных и записи их в запоминающие устройства в таком виде, который позволяет находить эти данные повторно, считывать и анализировать. Другой важнейшей составной частью эксперимента является обработка данных по разрабо- танным алгоритмам и составленным на их основе программам для вычислительной машины. На следующем этапе активно используются программы преобразования данных к удобному для исследования виду (построение графиков, таблиц, рабочих чертежей и т.д.) и их выдача (отобра- жение информации) или передача другим участникам эксперимента, находящимся на значительном расстоянии. Как правило, такие программы не ориентированы на конкретную предметную область, они достаточно универсальны. Таким образом, мы выделили задачи, которые являются общими для всех наук при обработ- ке информации с помощью ЭВМ. Научным фундаментом для их решения и стала новая наука — ин- форматика. В этом смысле слово «информатика» второй раз появляется в научной среде. Теперь — как перевод с французского informatique. Французский термин informatique (информатика) образован пу- тем слияния слов information (информация) и automatique (автоматика) и означает «информацион- ная автоматика или автоматизированная переработка информации». В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о вычислительной технике). Появление ЭВМ сыграло решающую роль в оформлении информатики как науки, но и сама ЭВМ, её создание, функционирование и применение — тоже предмет изучения информатики. Прак- тика показала, что использование ЭВМ резко повысило производительность труда на производстве и в науке, оказало сильное влияние на научно-технический прогресс. В то же время существует и об- ратное влияние — задачи науки и практики предъявляют конструкторам и разработчикам программ требования для создания новых, более высокопроизводительных ЭВМ, ориентированных на реше- ние конкретных проблем. Раннее употребляемый в русском языке термин «информатика», связанный с узкоконкретной областью изучения структуры и общих свойств научной информации, передаваемой с помощью науч- ной литературы, в современных условиях приобретает более широкое значение — название ком- плексной научно-технической дисциплины, призванной создавать новые информационные техноло- гии и средства для решения проблем информатизации в различных областях человеческой деятель- ности: производстве, управлении, науке, образовании, торговле, финансовой сфере, медицине и др. Информатика — комплексная научно-техническая дисциплина, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации, информационных процессов, разработкой на этой основе информационной техники и технологии, а также решением научных и инженерных проблем созда- ния, внедрения и эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной практики. 27 Структура информатики и её связь с другими науками Ядро современной информатики образуют три составные части, каждая из которых может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина. Теоретическая информатика — часть информатики, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации и информационных процессов, разработкой общих принципов пост- роения информационной техники и технологии. Она основана на использовании математических методов и включает в себя такие основные математические разделы, как теория алгоритмов и ав- томатов, теория информации и теория кодирования, математическая логика, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и др. Средства информатизации — раздел, занимающийся изучением общих принципов постро- ения вычислительных устройств и систем обработки и передачи данных, а также вопросов, связан- ных с разработкой систем программного обеспечения. Средства информатизации делятся на: технические: ‒ средства обработки информации; ‒ средства передачи информации; ‒ средства хранения информации; ‒ средства представления информации; программные: ‒ системное программное обеспечение; ‒ инструментарий технологии программирования; ‒ пакеты прикладных программ. Информационные системы и технологии — раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации, их оптимизации, структурировании в различных сложных системах, разработкой принципов реализации в данных системах информационных процессов. Иногда информационные технологии называют компьютерными технологиями или приклад- ной информатикой. Само слово «компьютер» произошло от английского computer, переводимого на русский язык как «вычислитель», или электронная вычислительная машина — ЭВМ. Технические (аппаратные) средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обо- значаются словом hardware, которое переводится как «твёрдые изделия». Для обозначения про- граммных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компью- терами, и область деятельности по их созданию и применению, используется слово software (в пере- воде — «мягкие изделия»), которое подчёркивает способность программного обеспечения модифи- цироваться, приспосабливаться и развиваться. Изучением закономерностей и форм движения информации в обществе, возникающих в со- временном обществе информационных, психологических, социально-экономических проблем и ме- тодов их решения занимается новое направление исследований в области информатики — социаль- ная информатика . Информатика — очень широкая сфера научных знаний, возникшая на стыке нескольких фун- даментальных и прикладных дисциплин. 28 Фундаментальная наука — наука, изучающая объективные законы природы и общества, осуществляющая теоретическую систематизацию знаний о действительности. К фундаментальным принято относить те науки, основные понятия которых носят общенауч- ный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Как комплексная научная дисциплина информатика связана с: философией и психологией — через учение об информации и теорию познания; математикой — через теорию математического моделирования, дискретную математику, ма- тематическую логику и теорию алгоритмов; лингвистикой — через учение о формальных языках и о знаковых системах; кибернетикой — через теорию информации и теорию управления; физикой и химией, электроникой и радиотехникой — через «материальную» часть компью- тера и информационных систем. Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. Она является научным фунда- ментом процесса информатизации общества. С ней связано прогрессивное увеличение возможнос- тей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий, которые приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в произ- водстве, науке, образовании, медицине и т.д. |