тема 2. Тема Информатика как наука предмет и понятия. 1 Информатика как наука
 Скачать 358.54 Kb.
|
|
Тема 2. Информатика как наука: предмет и понятия. 1 Информатика как наука. Люди умели работать с информацией уже с древних времён. Свидетельством этого могут служить наскальные рисунки каменного века. Затем и абак (счетная доска), которая появилась в Древнем Вавилоне, глиняные дощечки, появившееся на территории Месопотамии, берестяные грамоты Древней Руси. Самые ранние основы того, что впоследствии станет информатикой, предшествуют изобретению современного цифрового компьютера. Машины для расчёта нескольких арифметических задач, такие как счёты, существовали с древности, помогая в таких вычислениях как умножение и деление. История развития информационных систем теснейшим образом связана с тем, что человеку было всегда трудно производить сложные математические вычисления в уме или на бумаге. Пытливый ум людей стремился к автоматизации вычислительных процессов путем использования простейших счетов, логарифмической линейки. И, наконец, в 1642 году Паскалем был создан восьмиразрядный суммирующий механизм. Через 2 столетия Шарль де Кольмар усовершенствовал его до арифмометра, который производил более сложные математические действия в виде умножения и деления. Вычислительная техника играет в становлении и развитии информатики фундаментальную роль: Во-первых, вычислительная техника стала основным, универсальным средством хранения и обработки информации. Во-вторых, теоретические основы вычислительной техники и программирования стали базовыми разделами информатики и стимулировали дальнейшее развитие вычислительных систем. Считается, что первая электронная цифровая вычислительная машина ЭНИАК была создана в Пенсильванском университете (США) в период с 1943 по 1946 год. Начинается история развития информатики с момента появления первых электронно-вычислительных машин в конце 40-х – начале 50-х годов ХХ века. Это были первые ЭВМ, работающие на электронных лампах. Ближе к 60-м годам были изобретены дискретные полупроводниковые ЭВМ. А в середине 60-х годов появились машины, оборудованные интегральными микросхемами. Информация бывает текстовая, графическая, звуковая и символьная. Для переработки и хранения информации придумывали разные способы и устройства. Пример хранения информации – каталоги в библиотеках. Это карточки, которые систематизированы по какому-либо признаку. Но бумажные носители информации имеют очень много минусов. Например, бумага желтеет, рвётся, так же на бумажных носителях отсутствует возможность редактирования текста. Бумага занимает много места, а большие объемы трудно перемещать. Именно поэтому бумажная картотека вытесняется электронным каталогом. Но собственно история развития информационных технологий начинается с изложения идей, положенных в основу современных компьютеров в 1833 году англичанином Чарльзом Бэббиджем. Он впервые использовал перфокарты, отверстия которых служили для передачи информации. Это были первые шаги программирования. История развития информационных систем была продолжена в 1888 году инженером из Америки Германом Холлеритом, которому принадлежит авторство первой счетной машины электромеханического типа. Она прошла проверку во время переписи населения в 1890 году и поразила своими результатами и скоростью вычисления. Если ранее для выполнения этого количества работы требовалось 500 сотрудников, которые корпели над цифрами семь лет подряд, то Холлерит, который раздал каждому из 43 помощников по счетной машине, справился с этим объемом работы в течение одного месяца. История развития информационных технологий благодарна Холлериту и в том, что он основал компанию, которая в дальнейшем стала именоваться IBM и на сегодняшний день является гигантом мировой компьютеризации. Ее сотрудники вместе с учеными Гарвардского университета в 1940 году построили первую электронно-вычислительную машину, которую назвали «Марк-1». Весила эта громадина 35 тонн, а заказчиком ЭВМ выступило военное ведомство США. Машина вычисляла в двоичной системе. На 300 действий умножения и 5000 операций сложения она тратила всего одну секунду. Но лампы быстро выходили из строя и эта проблема была решена Бардином, Браттейном и Шокли – изобретателями полупроводниковых транзисторов. Следующий важный шаг в совершенствовании вычислительной техники сделал американский математик Джон фон Нейман. Он предложил включить в состав компьютера для хранения последовательности команд и данных специальное устройство – память. Кроме того, Джон фон Нейман предложил реализовать в компьютере возможность передачи управления от одной программы к другой. Возможность хранить в памяти компьютера разные наборы команд (программы), приостанавливать выполнение одной программы и передавать управление другой, а затем возвращаться к исходной значительно расширяла возможности программирования для вычислительных машин. Другой ключевой идеей, предложенной фон Нейманом, стал процессор (центральное обрабатывающее устройство), который должен был управлять всеми функциями компьютера. Электронные вакуумные лампы выделяли большое количество тепла, поглощали много электрической энергии, были громоздкими, дорогими и ненадежными. Как бедствие, компьютеры первого поколения, построенные на вакуумных лампах, обладали низким быстродействием и невысокой надежностью. В 1947 году сотрудники американской компании “Белл” Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Бреттейн изобрели транзистор. Транзисторы выполняли те же функции, что и электронные лампы, но использовали электрические свойства полупроводников. В 1958 инженер компании Texas Instruments Джек Килби предложил идею интегральной микросхемы – кремниевого кристалла, на который монтируются миниатюрные транзисторы и другие элементы. В том же году Килби представил первый образец интегральной микросхемы, содержащий пять транзисторных элементов на кристалле германия. Микросхема Килби занимала чуть больше сантиметра площади и была несколько миллиметров толщиной. Год спустя, независимо от Килби, Нойс разработал интегральную микросхему на основе кристалла кремния. В последствии Роберт Нойс основал компанию “Интел” по производству интегральных микросхем. Микросхемы работали значительно быстрее транзисторов и потребляли значительно меньше энергии. Первые интегральные микросхемы состояли всего из нескольких элементов. Однако, используя полупроводниковую технологию, ученые довольно быстро научились размещать на одной интегральной микросхеме сначала десятки, а затем сотни и больше транзисторных элементов. В 1964 году компания IBM выпустила компьютер 1MB System 360, построенный на основе интегральных микросхем. Семейство компьютеров IBM System 360 – самое многочисленное семейство компьютеров третьего поколения и одно из самых удачных в истории вычислительной техники. Выпуск этих компьютеров можно считать началом массового производства вычислительной техники. Всего было выпущено более 20 000 экземпляров System 360. В 1965 году председатель совета директоров компании “Интел” Гордон Мур предположил, что количество элементов на интегральных микросхемах должно удваиваться каждые 18 месяцев. В дальнейшем это правило, известное как закон, было применено к скорости микропроцессоров и до сих пор не нарушалось. В 1969 году компания “Интел” выпустила еще одно важное для развития вычислительной техники устройство – микропроцессор. Микропроцессор представляет собой интегральную микросхему, на которой сосредоточено обрабатывающее устройство с собственной системой команд. Конструкция микропроцессора позволяет применять его для решения широкого круга задач, создавая при этом различные функциональные устройства. Использование микропроцессоров значительно упростило конструкцию компьютеров. Практически сразу микропроцессоры получили широкое применение в различных системах управления от космических аппаратов до бытовых приборов. В 1984 году компания Apple представила компьютер “Макинтош”. Операционная система “Макинтоша” включала в себя графический интерфейс пользователя, позволявший вводить команды, выбирая их с помощью указателя “мышь”. Сами команды были представлены в виде небольших графических изображений – значков. Простота использования в сочетании с большим набором текстовых и графических программ сделала этот компьютер идеальным для небольших офисов, издательств, школ и даже детских садов. С появлением “Макинтоша” персональный компьютер стал еще более доступным. Для работы с ним больше не требовалось никаких специальных навыков, а тем более знания программирования. В 1984 году компания Apple показала на телевидении первый ролик, посвященный рекламе персонального компьютера. Компьютер действительно перестал быть чем-то особенным и превратился в обычный бытовой прибор. На протяжении всего 50 лет компьютеры превратились из неуклюжих диковинных электронных монстров в мощный, гибкий, удобный и доступный инструмент. Компьютеры стали символом прогресса в XX веке. По мере того как человеку понадобится обрабатывать все большее количество информации, будут совершенствоваться и средства ее обработки – компьютеры. История развития информатики в нашей стране начинается с малой электронной счетной машины (МСЭМ), выполнявшая 50 операций в секунду. Ее конструктором стал Сергей Александрович Лебедев. В СССР развитие становления такой науки, как информатики проходило не беспрепятственно из-за идеологий того периода. Тоталитарная идеология того времени боролась против инакомыслящих людей. Идеология не признавала даже некоторые науки, такие как генетика и кибернетика, они считались «лженауками». А. И. Берг, говорил, что в стране было заблуждение в оценке значения и возможностей информатики. Это вызвало большие потери в развитии этой науки, а также задержал процесс разработки ЭВМ. Так же вызывало трудности то, что прогресс данной науки в этот период сталкивался с большими препятствиями в осуществлении обширных государственных проектов. Один из этих проектов было создание автоматизированных систем управления (АСУ). Основная функция информатики состоит в исследовании способов работы с информацией. Следовательно, её цели это: исследование всех процессов, связанных с информацией; разработка современных информационных технологий и методик; решение трудностей с созданием и введением программно-аппаратного оснащения компьютеров. Информатика рассматривает проблемы не только те, которые касаются с компьютеризацией, а ещё она вникает в различные другие научные дисциплины, такие как химия, биология и т. п. Это означает, что информатика представляет такой спектр знаний, охватывающая и другие. Благодаря тому, что информационные технологии замешаны во многих научных областях, можно сказать, что без информатики не будут существовать эти дисциплины. Термин информатика (слияние Информация и Автоматика) возник в 60-х годах во Франции для определения области человеческой деятельности, которая занимается автоматизированной обработкой информации с использованием электронных вычислительных машин (ЭВМ). В большинстве стран Западной Европы и США используется термин компьютерная наука (computer science), последнее время эти два понятия отождествляются. С бурным развитием микропроцессорной техники информатика выделилась в самостоятельную область науки, которая занимается изучением свойств информации, процессами передачи и обработки информации. Однозначного определения понятия информатики не существует, и связано это с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов.  Информатика – это область человеческой деятельности, которая связана с процессами обработки информации с помощью средств вычислительной техники и взаимодействием этих средств со средой применения. В англоязычных странах, особенно в США, вместо термина "informatics" обычно используют "computer science", то есть компьютерная наука. Хотя понятия "информатика" и "компьютерная наука" можно считать синонимами, второй появился раньше, в начале 40-х годов XX века. Компьютерная наука представляла собой соединение возможностей электронно-вычислительных машин (ЭВМ) того времени, математической логики и теории алгоритмов.  В дальнейшем в компьютерной науке появлялись новые направления. Это было связано с усовершенствованиями ЭВМ, которые позволили использовать их в более широком спектре областей человеческой деятельности. Хотя информатика делает акцент на обработке информации, ее появление и развитие неразрывно связаны с существованием компьютерной техники. Об информатике как о научной дисциплине наряду с другими науками заговорили в 70-80-х года XX века, когда вычислительные машины стали более доступными для разнообразной публики. Изначально компьютер был инструментом для автоматизации трудоемких вычислений. Однако постепенно эволюционировал в инструмент для работы с почти любой информацией, а не только числовой. На сегодняшний день существует огромное количество программ и приложений, предназначенных для работы с текстом, графикой, таблицами, базами данных и многим другим. Из информатики начали выделяться отдельные научные направления. Так как материальный мир разнообразен, и существует множество сфер человеческой деятельности, то предмет изучения информатики также весьма неоднороден. Поэтому информатику можно рассматривать как комплексную науку, что затрудняет ее однозначное определение. В 80-х годах Е.П. Ершов дал ей такое определение: Информатика – это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ. Информатика тесно связана с математикой, так как опирается на ее достижения. Это объясняется тем, что объекты естественных и технических наук, а также социальные явления можно описать с помощью понятий математики – функций, систем уравнений, неравенств и другого. С другой стороны, предмет изучения информатики – информация – кроме прочего является общенаучным и социальным понятием.  По-сути задачей информатики является изучение способов использования научных и технических достижений для обработки данных разной природы. Цивилизация в XX веке пришла к тому рубежу накопления данных, когда возникла проблема их хранения, использования, доступа, передачи, преобразования. Компьютерная наука изучает решение этих проблем с помощью вычислительной техники. В настоящее время активно протекают процессы, связанные с переводом информации, накопленной цивилизацией, в электронный вид. Можно ожидать, что многие объекты реального мира в скором времени обретут свой цифровой аналог. 2. Что такое объект и предмет науки информатики? Информатика – это наука и учебная дисциплина о закономерностях работы с информацией, методах ее преобразования, хранения и передачи средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Информатика изучает свойства, структуру и функции информационных систем, а также происходящие в них информационные процессы. Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации для достижения цели управления. Информационный процесс – это процесс, в результате которого осуществляется восприятие, накопление, хранение, поиск, обработка и распространение информации. Из определения информатики также видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией. Информационная технология (ИТ) – совокупность методов и программно-технических средств, обеспечивающая сбор, обработку, хранение, распределение и отображение данных для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления. Цель ИТ – производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия. Объектом изучения информатики является: ¨ информация; ¨ информационные ресурсы; Предмет и задачи информатики Рассматривая информатику в качестве фундаментальной науки, основным ее направлением является разработка методов и средств создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Одной из главных задач информатики является изучение информационных систем; места, которое они занимают; структуры, которую должны иметь; особенностей функционирования; их общих закономерностей. Задачами информатики являются: Исследование информационных процессов любой природы; Разработка вычислительной техники и создание новой технологии обработки информации на основе полученных результатов исследования информационных процессов; Научные и инженерные разработки с целью создания, внедрения и обеспечения эффективного применения компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой жизнедеятельности. Основная задача информатики заключается в систематизации приёмов и методов работы с программно-аппаратными средствами вычислительной техники. Целью фундаментальных исследований информатики является систематизация знаний о всех возможных информационных системах, определение общих закономерностей построения этих систем и их функционирования. Предмет информатики – разработка эффективных методов преобразования информации. Составляющими предмета информатики являются понятия: Аппаратного обеспечения средств вычислительной техники; Программного обеспечения средств вычислительной техники; Средств взаимодействия аппаратного и программного обеспечения. ЗАМЕЧАНИЕ 1 Особое внимание информатика уделяет методам и средствам взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами (пользовательским интерфейсам). Главной функцией информатики является разработка методов и средств обработки информации и использование их в организации технологического процесса обработки информации. В наше время информатика тесно переплетается с другими науками и охватывает практически все виды жизнедеятельности человека: производство, торговые операции, медицину, образование, криминалистику и т.д.  Рисунок 1. Место информатики в системе наук Направления практических приложений информатики: 1 Архитектура вычислительных систем. 2 Интерфейсы вычислительных систем (аппаратные, программные и программно-аппаратные). 3 Программирование. Преобразование структуры данных. 4 Защита информации. 5 Автоматизация. 6 Стандартизация. 7 Структура информатики  Рисунок 2. Структура информатики Научная область, которая воплощает практическое применение информатики, основана на базе знаний следующих разделов: Теоретическая информатика – раздел информатики, который активно использует математический аппарат для описания различных информационных процессов. Опирается на математическую логику и содержит теорию алгоритмов и автоматов, теорию информации и теорию кодирования, теорию формальных языков и грамматик, исследование операций (операционное исчисление) и т.д. Вычислительная техника – раздел, в котором выполняется разработка общих принципов построения вычислительных систем. Раздел не изучает технические детали вычислительных систем, но принципиальные решения на уровне архитектуры, которые подразумевают описание состава, функциональных возможностей и принципов взаимодействия отдельных устройств. Программирование – раздел информатики, который занимается разработкой системного и прикладного программного обеспечения. С помощью программирования образуется связь между различными научными областями, которая позволяет моделировать и решать задачи из этих областей с помощью вычислительных систем (компьютеров). Информационные системы – составная часть информатики, отвечающая за анализ потоков информации, их оптимизацию, структурирование, принципы хранения и поиска информации. Значение информационных систем оценивается исследованиями в этой области, которые позволяют создавать новые операционные системы для ПК, была создана и успешно развивается глобальная сеть Интернет. Искусственный интеллект – раздел информатики, в котором решаются вопросы различных наук (например, психологии, лингвистики, математики и т. д.): моделирование рассуждений, генерация новых знаний, перевод с одного языка на другой с помощью программного обеспечения и др. Разработки в области искусственного интеллекта самым прямым образом влияют на создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека и компьютера, которые сведут это взаимодействие к более эффективному общению и оно станет более схожим на общение между людьми. Предмет информатики составляют следующие понятия: ¨ аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; ¨ программное обеспечение средств вычислительной техники; ¨ средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; ¨ средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие – интерфейс. Методыи средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы. 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. Информатика как наука объединяет группу дисциплин, занимающихся изучением различных аспектов свойств информации в информационных процессах, а также применением алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с помощью компьютеров. Информатика – практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно. Информатика как индустрия – это инфраструктурная отрасль народного хозяйства, обеспечивающая все другие отрасли необходимыми информационными ресурсами. Индустрия информатики включает в себя предприятия, производящие вычислительную технику и ее элементы; вычислительные центры различного типа и назначения; осуществляющие производство программных средств и проектирование информационных систем; организации, накапливающие, распространяющие и обслуживающие фонды алгоритмов и программ; станции обслуживания вычислительной техники. |