В следующем определении в явном виде подчеркивается двойственный характер информатики – фундаментальность и технологичность: - Информатика – в настоящее время одна из фундаментальных областей научного знания, формирующая системно-информационный подход к анализу окружающего мира, изучающая информационные процессы, методы и средства получения, преобразования, передачи, хранения и использования информации.
- Методологическое определение: "Информатика – комплекс научных направлений и наукоемких технологий, объединенных общим методом исследования, информационным подходом и общим предметом исследования – информационными процессами".
- Таким образом информатика это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования информационных систем.
- Прагматизм информатики обусловлен тем, что предметом ее исследования являются методы, средства и технологии, обеспечивающие эффективную организацию информационных процессов и их автоматизированное выполнение.
Основными объектами изучения в информатике являются: информационные объекты (тексты, совокупности данных, алгоритмы и т.п.), т.е. информация, зафиксированная на каком-либо носителе; информационные ресурсы общества как совокупность созданных человечеством информационных объектов; информационные процессы (поиск, отбор, хранение, передача, обработка, хранение, кодирование, защита); информационные модели (в частности, структуры данных, алгоритмы, программы); информационные технологии, как совокупность методов, способов, протоколов реализации информационных процессов; информационные системы, как совокупность информационных ресурсов вместе с допустимыми для них информационными процессами, реализуемыми с помощью информационных технологий; компьютер и компьютерные u системы как универсальные средства автоматизации информационных процессов. Основными методами исследования в информатике являются: системно-информационный анализ как конкретизация системного подхода; информационное моделирование как конкретизация общенаучного метода моделирования; компьютерный эксперимент как разновидность свойственного всем наукам вычислительного эксперимента
Информатика как самостоятельная отрасль научного знания и область практической деятельности появилась во второй половине ХХ в. Ее истоками можно считать: теорию информации, тесно связанную с теорией связи в технических системах (телефон, телеграф, радиосвязь), в частности, математическую теорию связи (Клод Шеннон, 1948 г.); кибернетику, исследующую общие законы управления в системах различной природы, основы которой заложил Ноберт Винер (1948 г.); теорию автоматов, основы которой заложил Джон фон Нейман (1946 г.); теорию алгоритмов (Н. Вирт, Э. Дейкстра, А.П. Ершов, Д. Кнут и др.). - Компьютерные средства работы с информацией как основной объект изучения современной информатики представляет собой неразрывное единство трех частей – технического, программного и алгоритмического обеспечения информационных процессов и информационных систем.
Основной вопрос информатики – каковы информационные процессы и как они могут быть эффективно автоматизированы?
Информация как философская категория отражает семантические свойства материи. Это, в частности, означает, что (рис. 1): будучи свойством материи, информация присуща каждому материальному объекту; будучи семантическим свойством материи, она отражает смысловую сторону материального объекта; - поскольку всеобщей формой существования материи является ее движение, изменение, то информация – это свойство материи, задающее (определяющее, отражающее) направление этого движения, его цель и смысл.
- Информационная технология — это совокупность методов, производственных процессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обеспечивающую сбор, обработку, хранение, распространение и отображение информации с целью снижения трудоемкости процессов использования информационного ресурса, а также повышения их надежности и оперативности.
Информационные технологии характеризуются следующими основными свойствами: предметом (объектом) обработки (процесса) являются данные; целью процесса является получение информации; средствами осуществления процесса являются программные, аппаратные и программно-аппаратные вычислительные комплексы; процессы обработки данных разделяются на операции в соответствии с данной предметной областью; выбор управляющих воздействий на процессы должен осуществляться лицами, принимающими решение; критериями оптимизации процесса являются своевременность доставки информации пользователю, ее надежность, достоверность, полнота. - Из всех видов технологий информационная технология сферы управления предъявляет самые высокие требования к «человеческому фактору», оказывая принципиальное влияние на квалификацию работника, содержание его труда, физическую и умственную нагрузку, профессиональные перспективы и уровень социальных отношений.
Однозначно определить, что же такое информация так же невозможно, как невозможно это сделать для понятий "время", "энергия", "качество" и пр. Наиболее общим философским определением является следующее: информация – это отраженное разнообразие, возникающее в результате взаимодействия объектов. - Под информацией в быту понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальными устройствами (С.И.Ожегов. Толковый словарь русского языка). Чтобы человек воспринимал эти сведения как информацию, они должны обладать новизной.
В теории связи под информацией принято понимать любую последовательность сигналов, которая хранится, передается или обрабатывается с помощью технических средств, не учитывая их смысл. - В кибернетике под информацией понимается только та часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е. в целях сохранения, совершенствования, развития системы.
Под информацией в теории информации понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. Информация – это снятая неопределенность.
Поясним это определение, наиболее важное для курса информатики. - Все физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергии и переходом ее из одной формы в другую. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов. При взаимодействии сигналов с физическими объектами в последних возникают определенные изменения свойств.
- Это явление называется регистрацией сигналов. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать разными способами, при этом образуются новые сигналы – данные. Но мало зарегистрировать сигналы и получить данные – надо знать, что и как с этими данными можно делать, т.е. необходимо владеть методами обработки данных. Причем в каждом конкретном случае из всего многообразия методов обработки данных необходимо выбирать те, которые помогут решить стоящую перед человеком задачу.
- ПРИМЕР 1. Вы хотите узнать, который час. Вы смотрите на часы и видите лишь положение стрелок относительно делений на циферблате – это зарегистрированный сигнал, который для вас является исходными данными. Эти данные могут стать информацией для вас только при наличии соответствующего метода обработки. В данном случае методы обработки данных включают в себя знание цены деления шкалы (5 минут или 1 час), арифметические правила умножения и сложения и пр. Применение этих методов к данным о положении стрелки позволит вам получить информацию о текущем времени.
- ПРИМЕР 2. Все файлы, хранящиеся в памяти компьютера записаны в двоичном коде. Но если Вы в текстовом редакторе откроете файл, созданный в графическом редакторе, то в лучшем случае увидите на экране набор малопонятных символов. Методы обработки двоичных кодов в этих программных средствах различны. Только применение соответствующих методов обработки (в нашем случае – правильный выбор программного средства) позволит Вам увидеть, какой рисунок содержится в файле.
– по о б щ е с т в е н н о м у з н а ч е н и ю : личная – это знания, опыт, интуиция, умения, эмоции конкретного человека; специальная, значимая для определенной группы людей: научная, производственная, техническая, управленческая; - общественная, значимая для большинства членов общества: общественно-политическая, научно-популярная (научно осмысленный опыт всего человечества, исторические, культурные и национальные традиции и др.), обыденная (которой мы обмениваемся в процессе повседневного общения), эстетическая (изобразительное искусство, скульптура, музыка, театр и др.).
– по с ф е р е п р и м е н е н и я и н ф о р м а ц и и (экономическая, географическая, социологическая и пр.); – п о х а р а к т е р у и с т о ч н и к о в и н ф о р м а ц и и (первичная, вторичная, обобщающая и пр.); - Существует выделение видов информации и по другим основаниям, но в информатике наиболее важным является разделение информации по ф о р м е п р е д с т а в л е н и я , а именно: текстовая, числовая, графическая, звуковая и их всевозможные комбинации.
- Для каждого из видов информации существуют особые методы кодирования, специальные программные средства (текстовые, графические, звуковые редакторы, электронные таблицы и т.п.) и специальные устройства (клавиатура для ввода текстовой и числовой информации, сканер для ввода графики и т.п.).
- В настоящее время основной в вычислительной технике становится мультимедийная (многосредовая, комбинированная) форма представления информации. Цветная графика сочетается со звуком и текстом, числовые расчеты сопровождаются деловой графикой, текст – движущимися видеоизображением и трехмерными образами.
- Информация нам нужна для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке и принимать правильные решения. Знание свойств информации может помочь человеку оценить в каждом конкретном случае насколько решения, принятые на основе имеющейся информации, могут быть верными.
2 Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверной информация может быть по следующим причинам: – преднамеренное искажение (дезинформация); – искажение в результате воздействия помех ("испорченный телефон"); – в случае, когда значение реального факта приуменьшается или преувеличивается (слухи, "рыбацкие истории", реклама, политические дебаты). 3 Информация полна, если ее достаточно для понимания и принятия решения. - Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению. Избыток информации может быть также вреден при принятии решения, как и ее недостаток, поскольку для анализа и обработки дополнительной информации требуется время. А время для человека один из самых дефицитных и дорогостоящих "ресурсов" его жизни, не говоря уже об экстремальных ситуациях.
- 4 Информация актуальна (своевременна), если она важна, существенна для настоящего времени. Только вовремя полученная информация может принести необходимую пользу. Неактуальной информация может быть по трем причинам, она может быть: устаревшей (прошлогодняя газета); преждевременной (прогноз погоды на лето, данный в январе); незначимой, ненужной (например, сообщение о том, что в Италии снижены цены на проезд в транспорте на 5 %).
- 5 Информация может быть полезной или бесполезной (ценность информации). Так как четкой границы между этими понятиями нет, то следует говорить о степени полезности применительно к нуждам конкретных людей. Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Оценка полезности информации всегда субъективна. То, что полезно для одного человека, может быть совершенно бесполезно для другого.
- 6 Информация понятна, если она выражена на языке, доступном для получателя. Социальная информация обладает еще и дополнительными свойствами - при восприятии и понимании текстов человеком важным свойством информации оказывается ее определенность (однозначность).
I ПОДХОД. Н е и з м е р я е м о с т ь и н ф о р м а ц и и в б ы т у (информация как новизна для получателя). - Вы получили некоторое сообщение, например, прочитали статью в журнале. В этом сообщении содержится какое-то количество новых для Вас сведений. Как оценить, сколько информации Вы получили? Другими словами, как измерить информацию? Можно ли сказать, что чем больше статья, тем больше информации она содержит?
- Разные люди, получившие одно и то же сообщение, по-разному оценивают его новизну и информационную емкость. Это происходит оттого, что знания людей о событиях, явлениях, о которых идет речь в сообщении, до получения сообщения были различными. Поэтому те, кто знал об этом мало, сочтут, что получили много информации, те же, кто знал больше, могут сказать, что информации не получили вовсе. Количество информации в сообщении, таким образом, зависит от того, насколько ново это сообщение для получателя. В таком случае, количество информации в одном и том же сообщении должно определяться отдельно для каждого получателя, т.е. иметь субъективный характер. Но субъективные вещи не поддаются сравнению и анализу, для их измерения трудно выбрать одну общую для всех единицу измерения. Таким образом, с точки зрения информации как новизны, мы не можем однозначно и объективно оценить количество информации, содержащейся даже в простом сообщении. Что же тогда говорить об измерении количества информации, содержащейся в научном открытии, новом музыкальном стиле, новой теории общественного развития. Поэтому, когда информация рассматривается как новизна сообщения для получателя, вопрос об измерении количества информации не ставится.
- В технике, где информацией считается любая хранящаяся, обрабатываемая или передаваемая последовательность знаков, сигналов, часто используют простой способ определения количества информации, который может быть назван объемным. Он основан на подсчете числа символов в сообщении, т.е. связан только с длиной сообщения и не учитывает его содержания.
- Длина сообщения зависит от числа знаков, употребляемых для записи сообщения. Например, слово "мир" в русском алфавите записывается тремя знаками, в английском – пятью (peace), а в ДКОИ-8 (двоичный код обмена информацией длиной 8) – двадцатью четырьмя битами (111011011110100111110010).
- В вычислительной технике применяются две стандартные единицы измерения: бит (англ. binary digit – двоичная цифра) и байт (byte) и производные от них единицы – килобайт (Кб), мега-байт (Мб), гигабайт (Гб), тетрабайт (Тб).
- 1 бит – минимально возможный хранимый и передаваемый сигнал. Условно два его возможных состояния обозначаются 0 и 1. В действительности эти состояния могут иметь различную физическую природу: для оперативной памяти это наличие или отсутствие напряжения в электронной схеме; для компакт-дисков это выступ или впадина на поверхности и т.д.
Исторически сложилось так, что 1 байт равен 8 битам. Именно восемью битами кодировался один символ в программах для первых ЭВМ. Обычно приставка "кило" означает тысячу, а приставка "мега" – миллион, но в вычислительной технике все "привязывается" к принятой двоичной системе кодирования. В силу этого один килобайт равен не тысяче байт, а 210 = 1024 байт. Аналогично, 1 Мб = 210 Кб = 1024 Кб = 220 байт = 1 048 576 байт. 1 Гб = 210 Мб = 220 Кб = 230 байт = 1 073 741 824 байт.
- Получение информации (ее увеличение) одновременно означает увеличение знания, что, в свою очередь, означает уменьшение незнания или информационной неопределенности. Говорят, что сообщение, которое уменьшает неопределенность, существовавшую до его получения, ровно в 2 раза, несет 1 бит информации. По сути, 1 бит информации соответствует выбору одного из двух равновероятных сообщений.
ПРИМЕРЫ. - Книга лежит на одной из двух полок – верхней или нижней. Сообщение о том, что книга лежит на верхней полке, уменьшает неопределенность ровно вдвое и несет 1 бит информации. Сообщение о том, как упала монета после броска – "орлом" или "решкой", несет один бит информации.
- Очень приближенно можно считать, что количество информации в сообщении о каком-то событии совпадает с количеством вопросов, которые необходимо задать и ответом на которые могут быть лишь "да" или "нет", чтобы получить ту же информацию.
- В 1948 г. основоположником теории информации Клодом Шенноном. Как было отмечено выше, информация – это снятая неопределенность. Степень неопределенности принято характеризовать с помощью понятия "вероятность".
- Вероятность – величина, которая может принимать значения в диапазоне от 0 до 1. Она есть мера возможности наступления какого-либо события, которое может иметь место в одних случаях и не иметь места в других. Если событие никогда не может произойти, его вероятность считается равной 0. Если событие происходит всегда, его вероятность равна 1.
- Чем больше вероятность события, тем больше уверенность в том, что оно произойдет, и тем меньше информации содержит сообщение об этом событии. Если вероятность события мала, то сообщение о том, что оно случилось, очень информативно.
где n – число возможных состояний; p1, ..., pn – вероятности отдельных состояний; log2 – функция логарифма при основании 2. Знак минус перед суммой позволяет получить положительное значение для I, поскольку значение log2pi всегда неположительно. 1 бит информации – количество информации, посредством которого выделяется одно из двух равновероятных состояний объекта. При оценке количества дискретной информации часто используется также формула Хартли - где n – число возможных равновероятных состояний; log2 – функция логарифма при основании 2. Формула Хартли применяется в случае, когда вероятности состояний, в которых может находиться объект, одинаковые. В качестве примера определим количество информации на один знак при двоичном кодировании (т.е. при использовании алфавита, состоящего из двух знаков 0 и 1). Если считать, что со знаками 0 и 1 в двоичном алфавите связаны одинаковые вероятности их появления, то бит
Таким образом, количество информации (в битах), заключенное в двоичном слове, равно числу двоичных знаков в нем.
- Информационный процесс (ИП) определяется как совокупность последовательных действий (операций), производимых над информацией (в виде данных, сведений, фактов, идей, гипотез, теорий и пр.),для получения какого-либо результата (достижения цели).
- Наиболее обобщенными информационными процессами являются три процесса: сбор, преобразование, использование информации. Каждый из этих процессов распадается, в свою очередь, на ряд процессов, причем некоторые из них являются общими, т.е. могут входить в каждый из выделенных "укрупненных" процессов (рис. 2).
Человек всегда стремится автоматизировать выполнение рутинных операций и операций, требующих постоянного внимания и точности. То же справедливо и по отношению к информационным процессам. Универсальными средствами для автоматизированного выполнения информационных процессов в настоящее время являются: компьютер, вычислительные системы и сети.
- В широком плане является основой познавательной деятельности человека во всех ее проявлениях: в удовлетворении любопытства, путешествиях, научной работе, чтении и т.п. В более узком смысле означает систематические процедуры поиска в организованных хранилищах информации: библиотеках, справочниках, картотеках, электронных каталогах, базах данных.
- Методы поиска информации можно разделить на те, которые осуществляются самим человеком, и осуществляемые техническими устройствами. К первым относятся: непосредственное наблюдение, общение со специалистами, чтение соответствующей литературы, просмотр телепрограмм, прослушивание радиопередач, аудиокассет, работа в библиотеках, архивах, обращение с запросом к информационным системам, базам и банкам данных.
- Поиск информации, осуществляемый компьютерными программами, всегда идет в соответствии с некоторым запросом. Им может быть набор ключевых слов при поиске информации в Интернет, шаблон имени файла при поиске нужного файла на диске, значения некоторых реквизитов при поиске документов в справочно-правовых системах и т.п. Среди основных методов поиска можно выделить: посимвольное (побитное) сравнение на совпадение, сравнение основы слов (без учета суффиксов, окончаний, порядка слов), расширенный поиск с использованием словаря синонимов, контекстный поиск.
Применение разнообразных методов поиска поможет собрать более полную информацию и повысит вероятность принятия правильного решения.
- В процессе отбора информации она может проходить процедуры сравнения, регистрации, измерения величин и их представления, оценки свойств в соответствии с заданными критериями и др. После оценки одни из полученных сведений могут быть отброшены как ненужные, другие, наоборот, оставлены на долгое хранение, т.е. процесс поиска информации практически всегда сопровождается ее отбором. Вместе это называют процессом сбора информации.
Сбор информации всегда осуществляется с определенной целью, которая во многом определяет выбор методов поиска и критериев отбора найденной информации.
- С рождением письменности возникло специальное средство фиксирования и распространения мысли в пространстве и во времени. Родилась документированная информация – рукописи и рукописные книги, появились своеобразные информационно-накопительные центры – древние библиотеки и архивы. Постепенно письменный документ стал и орудием управления (указы, приказы, законы).
- Следующим информационным скачком явилось книгопечатание. С его возникновением наибольший объем информации стал храниться в различных печатных изданиях, и для ее получения человек обращается в места их хранения (библиотеки, архивы и пр.).
Компьютер и средства телекоммуникации предназначены для компактного хранения информации с возможностью быстрого доступа к ней. - Информация, предназначенная для хранения и передачи, как правило, представлена в форме документа. Под документом понимается объект на любом материальном носителе, где имеется информация, предназначенная для распространения в пространстве и времени. Основное назначение документа заключается в использовании его в качестве источника информации при решении различных проблем обучения, управления, науки, техники, производства, социальных отношений.
Одной из процедур хранения информации является ее накопление. Оно может быть пассивным и активным.
- При активном накоплении происходит определенная обработка поступающей информации, имеющая много градаций, но в целом направленная на обогащение знания получателя информации. Например, систематизация и обобщение документов, поступивших на хранение, перевод содержания документов в другую форму, перенесение документов на другие носители совместно с процедурами сжатия данных, обеспечения защитными кодами и т.п.
- Важно помнить, что хранение очень больших объемов информации оправдано только при условии, если поиск нужной информации можно осуществить достаточно быстро, а сведения получить в доступной форме. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить при организации любого хранилища информации – как ее потом там искать.
- Информационно-поисковая система (ИПС) – это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации. Наличие таких процедур – главная особенность информационных систем, отличающая их от простых скоплений информационных материалов.
- Например, личная библиотека, в которой может ориентироваться только ее владелец, информационной системой не является. В публичных же библиотеках порядок размещения книг всегда строго определенный. Благодаря ему поиск и выдача книг, а также размещение новых поступлений представляет собой стандартные, формализованные процедуры. То же самое справедливо и для компьютерных ИПС.
- Все хранимые в ИПС документы индексируются каким-либо образом. Каждому документу (статье, протоколу, видеокассете) присваивается индивидуальный код, составляющий поисковый образ документа. Поиск в хранилищах идет не по самим документам, а по их поисковым образам, которые могут включать в себя: название документа; время и место создания; фамилии авторов или название организации, создавшей документ; тематические разделы, к которым можно отнести документ по его содержанию; информацию о местонахождении документа в хранилище и многое другое.
- Например, файловая система компьютера – это тоже информационно-поисковая система. Поисковый образ файла включает в себя полное имя файла (имя дисковода, имена каталогов и подкаталогов, собственное имя файла, расширение), дату и время создания, размер файла, его атрибуты.
Процесс изменения содержания информации включает в себя такие процедуры, как численные расчеты, редактирование, упорядочивание, обобщение, систематизация и т.д. - Примеры изменения содержания информации в результате обработки: результатом обработки данных нескольких метеостанций выступает прогноз погоды; анализ данных психологических исследований позволяет дать обобщенную психологическую характеристику группы "испытуемых" и рекомендации по улучшению психологического климата в этой группе; отсканированный текст первоначально представляется в виде рисунка (в соответствующем двоичном представлении). После его обработки программой оптического распознавания символов он преобразуется в "текстовые" коды.
Обрабатывать можно информацию любого вида и правила обработки могут быть самыми разнообразными. Общая схема преобразования информации приведена на рис 6.
Рис. 7 Схема преобразования информации по принципу "черного ящика" Не будет преувеличением сказать, что любой познаваемый объект всегда первоначально выступает для наблюдателя как "черный ящик". .
Рис. 8 Схема обработки информации - Обработка информации всегда происходит в некоторой внешней среде (обстановке), являющейся источником входной информации и потребителем выходной информации. Непосредственная переработка входной информации в выходную осуществляется процессором. При этом предполагается, что процессор располагает памятью.
- Вычислительная техника в основном предназначена для автоматизированной обработки информации различного вида. К ней относятся: обработка запросов к базам данных, перекодирование информации, численные расчеты по формулам, аранжировка музыкальных произведений, синтез новых звуков, монтаж анимационных роликов и многое другое
Конец 1 лекции
 |
Скачать 363 Kb.