Предмет и основные понятия информатики

1
ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ
Информатика наука, сложившаяся сравнительно недавно. Её развитие
связано с появлением в середине ХХ века электронно-вычислительных машин,
которые явились универсальными средствами для хранения, обработки и
передачи информации.
Информатика - это комплексная, техническая наука, основанная на
использовании компьютерной техники, изучающая структуру и общие свойства
информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска,
преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой
деятельности.
Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских
слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает
"информационная автоматика". Этот термин введён во Франции в середине 60-х
годов XX века, когда началось широкое использование вычислительной техники.
Тогда в англоязычных странах вошёл в употребление термин "Computer Science",
что означает буквально "компьютерная наука", для обозначения науки о
преобразовании
информации,
которая
базируется
на
использовании
вычислительной техники. Теперь эти термины являются синонимами.
Предмет информатики как науки составляют:
1. Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
2. Программное обеспечение средств вычислительной техники;
3. Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
4. Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными
средствами.
Основной задачей информатики как науки - это систематизация приёмов
и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной
техники.
Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском
языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как
"твердые изделия".
Для программных средств выбрано слово Software (буквально - "мягкие
изделия"), которое подчеркивает равнозначность программного обеспечения и
самой машины и вместе с тем подчеркивает способность программного
обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.
Программное обеспечение - это совокупность всех программ,
используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и
применению.
К программным средствам относятся операционные системы,
интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования
программных продуктов, различные прикладные пакеты, такие, как текстовые и
графические редакторы, бухгалтерские и издательские системы и т.д.
Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну
существенную ветвь - алгоритмические средства – Brainware (от англ. brain интеллект). Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и
приёмов их построения.
2
Алгоритмы
это
правила,
предписывающие
выполнение
последовательностей действий, приводящих к решению задачи. Нельзя
приступить к программированию, не разработав предварительно алгоритм
решения задачи.
Технические
средства
(Hardware)
Программные
средства
(Software)
Математические
методы и модели,
алгоритмы
(Brainware)
Средства для преобразования информации
ИНФОРМАТИКА
Отрасль
производства
Фундаментальная
наука
Прикладная
дисциплина
Рис 1. Структура информатики
Разработкой абстрактных методов, моделей и алгоритмов, а также
связанных с ними математических теорий занимается фундаментальная наука.
Её прерогативой является исследование процессов преобразования информации и
на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, моделей,
методов и алгоритмов, которые затем применяются на практике.
Практическое использование результатов исследований информатики как
фундаментальной науки воплощают отрасли производства. Помимо
производства самих технических и программных средств разрабатываются также
и технологии преобразования информации.
Подготовкой специалистов в области преобразования информации
занимается информатика как прикладная дисциплина. Она изучает
закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях и
методологии разработки конкретных информационных систем и технологий.
Таким образом, главная функция информатики состоит в разработке
методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а
также в применении их при организации технологического процесса
преобразования информации.
В составе основной задачи сегодня можно выделить такие основные
направления информатики для практического применения:
1. Архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем,
предназначенных для автоматической обработки данных);
3
2. Интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления
аппаратным и программным обеспечением);
3. Программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных
задач);
4. Преобразование данных (приемы и методы преобразования структур
данных);
5. Защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств
защиты данных);
6. Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без
участия человека);
7. Стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и
программными средствами, между форматами представления данных,
относящихся к разным типам вычислительных систем).
На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для
информатики ключевым вопросом является эффективность.
Для аппаратных средств под эффективностью понимают соотношение
производительности оснащения к его стоимости.
Для программного обеспечения под эффективностью принято понимать
производительность работающих с ним пользователей.
В программировании под эффективностью понимают объём
программного кода, созданного программистами за единицу времени. Основным
вопросом для информатики является вопрос, как совершить данную операцию
эффективно.
Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. Рост
производства компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание
новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во
всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.
Понятие информации и её свойства
Как видно из определения информатики, её функций и задач, одним из
ключевых понятий информатики является информация.
Информация (от лат. informatio — осведомление, разъяснение, изложение)
- это совокупность сведений (данных), которые воспринимаются из окружающей
среды (источник информации), передаются в окружающую среду путём передачи
сигналов и воспринимаются определенной информационной системой
(потребитель информации) в процессе жизнедеятельности и работы.
Как следует из определения, с информацией всегда связывают три понятия
(их взаимосвязь показана на рис. 2):

Рис. 2. Схема взаимосвязи основных понятий информации
Источник информации - это элемент окружающего мира, сведения о
котором являются объектом преобразования;
4


Сигнал - материальный носитель, который фиксирует информацию для
переноса её от источника к потребителю;
Потребитель информации - это элемент окружающего мира, который
использует информацию.
Например: сообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передаётся
приёмнику (телезрителю) от источника - специалиста-метеоролога посредством
канала связи - телевизионной передающей аппаратуры и телевизора.
Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов,
звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..
Классификация информации
Информацию можно разделить на виды по нескольким признакам.
1) По способам восприятия
Для человека информация подразделяется на виды в зависимости от типа
воспринимающих её рецепторов.
1. Визуальная — воспринимаемая органами зрения;
2. Аудиальная — воспринимаемая органами слуха;
3. Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами;
4. Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами;
5. Вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами.
1.
2.
3.
4.
2) По форме представления информация делится на следующие виды:
Текстовая — передаваемая в виде символов;
Числовая — в виде цифр и знаков;
Графическая — в виде изображений, событий, предметов, графиков.
Звуковая — устная или в виде записи передача лексем (слово, выражение,
оборот речи) языка аудиальным путём.
3) По предназначению
1. Массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором
понятий, понятным большей части социума (обыденная, общественнополитическая, эстетическая).
2. Специальная — содержит специфический набор понятий, при
использовании происходит передача сведений, которые могут быть не
понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках
узкой социальной группы, где используется данная информация (научная,
техническая, управленческая, производственная).
3. Личная — набор сведений о какой-либо личности, определяющий
социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри
популяции (наши знания, умения, интуиция).
Свойства информации
Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной
отличительной особенностью информации от других объектов природы и
общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства
5
исходных данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства
методов, фиксирующих эту информацию.
С точки зрения информатики наиболее важными представляются
следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность,
полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность,
понятность, доступность, краткость и т.д.
1. Объективность
Информация, которая отражает явления или объекты материального мира и не
зависит от методов её фиксации, чьего-либо мнения, суждения является
объективной..
Например, сообщение «На улице тепло» несёт субъективную информацию, а
сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от
погрешности средства измерения.
Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков,
измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека,
информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей
или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний
конкретного субъекта.
2. Достоверность
Информация, отражающая истинное положение дел и помогающая принять нам
правильное решение является достоверной.
Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может
быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация со временем
может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть
перестает отражать истинное положение дел.
Информация, которая может привести к неправильному пониманию или
принятию неправильных решений является недостоверной.
Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
 преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное
искажение субъективного свойства;
 искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и
недостаточно точных средств ее фиксации.
3. Полнота
Информацию можно назвать полной, если её достаточно для понимания и
принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу
или решению.
Избыточный набор также затрудняет доступ к нужным данным, создает
повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость
дополнительных методов (фильтрация, сортировка). И неполный и избыточный
наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного решения.
4. Точность информации определяется степенью её близости к реальному
состоянию объекта, процесса, явления и т.д.
6
5. Адекватность - это степень соответствия реальному объективному
состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться на основе
неполных или недостоверных данных.
6. Доступность - это возможность получения информации при необходимости.
Доступность складывается из двух составляющих: из доступности данных и
доступности методов. Отсутствие хотя бы одного даёт неадекватную
информацию.
7. Актуальность информации – важность для настоящего времени,
злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может
быть полезна. Устаревшая информация может приводить к ошибочным
результатам.
Например, программа телепередач на нынешнюю неделю будет неактуальна для
многих телезрителей на следующей неделе.
Понятие об информации мы уже рассмотрели. Теперь остановимся на
рассмотрении таких понятий как данные и информационные процессы.
Данные – это составная часть информации, представляющая собой
зарегистрированные сигналы.
Информация не существует сама по себе, она проявляется в
информационных процессах.
Информационные процессы - это процессы, связанные с получением,
хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с
информацией). Т.е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание
информации или форма её представления.
Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного
вида в другой с помощью методов.
Основные методы обработки данных:
1. Сбор (ввод) данных - накопление данных с целью обеспечения
достаточной полноты для принятия решений;
2. Формализация данных - приведение данных поступающих из разных
источников, к одинаковой форме, для повышения их доступности;
3. Фильтрация данных - устранение лишних данных, в которых нет
необходимости для повышения достоверности и адекватности;
4. Сортировка данных - упорядочивание данных по заданному признаку с
целью удобства использования;
5. Архивация данных – организация хранения данных в удобной и доступной
форме;
6. Защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь,
воспроизведения и модификации данных;
7. Транспортировка данных - прием и передача данных между участниками
информационного процесса. Источник данных принято называть сервером,
а потребителя - клиентом;
8. Преобразование данных - перевод данных из одной формы в другую, или
из одной структуры в другую, или изменение типа носителя.
7
Понятие количества информации
Информация, вводимая в компьютер должна быть конкретной и
однозначной. Издавна люди пользовались шифрами. Самыми простыми и
удобными из них были цифровые шифры. Самая разнообразная информация цвета, ноты, дни недели - может быть представлена в виде цифр.
Для обработки компьютером любая информация кодируется с помощью
цифр. Цифры представляются электрическими сигналами, с которыми работает
компьютер. Для удобства различения в компьютере используют сигналы двух
уровней. Один из них соответствует цифре 1, другой - 0. Цифры 1 и 0 называются
двоичными и являются символами, из которых состоит язык, понимаемый и
используемый компьютером. Любая информация в компьютере представляется с
помощью двоичных цифр.
Под количеством информации понимают количество кодируемых,
передаваемых или хранимых символов.
Наименьшей единицей информации является бит (от англ. binary digit (bit)).
Бит - это наименьшая единица памяти, необходимая для хранения одного из
двух знаков 0 и 1, используемых для внутримашинного представления данных и
команд.
В современных компьютерах помимо двоичной системы счисления
применяют и другие: восьмеричную и шестнадцатеричную системы счисления –
для компактной записи двоичных кодов чисел и команд.
В информатике принято рассматривать последовательности длиной 8 бит.
Такая последовательность называется байтом (1 байт=8 битам).
Байт - это восьмиразрядный двоичный код, с помощью которого можно
представить один символ.
С помощью одного байта можно записать двоичные коды 256 (28) чисел от
0 до 255.
Широко используются также еще более крупные производные единицы
информации:
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой
информации входят в употребление такие производные единицы, как:
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,
1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт.