1. Информация. Свойства информации. Информационные

Наука информатика
Информация
Наука и технология.
На уроках в школе вы знакомитесь с законами фундаментальных наук: физики, математики,
астрономии, биологии, истории и др. Кроме фундаментальных существуют и прикладные науки,
которые возникают на стыке нескольких фундаментальных наук, например – биофизика,
радиоэлектроника, экология.
Почему же мы с вами изучаем науку «информатика» и предмет «информационные технологии»?
Что мы называем наука, а что технология?
То, что связано с приобретением новых знаний об окружающем нас мире – наука. То, что связано
с воплощением этих знаний в процессе создания материальных и духовных ценностей - технология.
Технология и наука тесно связаны между собой. Развитие науки влечет за собой развитие технологии,
но и наоборот стремление усовершенствовать различные технологии стимулирует развитие науки.
Особенно ярким примером этому могут служить космические исследования.
Наша наука – информатика (в других странах – может быть computer science).
Информатика – это наука, изучающая свойства информации, а также способы представления,
накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств.
В информатике выделяют три основных направления: теоретическое, практическое и техническое:
1) теория информации, теория алгоритмов математической логики и комбинаторный анализ;
2) программирование и использование прикладных программ;
3) проектирование, разработка и использование технических средств обработки информации.
Нет специальности информатики, т.к. один человек не может быть компетентен во всех
направлениях одновременно.
Информация и ее роль в обществе
Современная НТР привела к гигантскому возрастанию экономического и социального значения
новой деятельности человека – информационной. Это развитие обуславливает эффективное
функционирование всех отраслей народного хозяйства, науки и культуры.
По данным ЮНЕСКО, более половины занятого населения всех развитых стран участвует в
процессе производства и распространения информации. Происходит перераспределение трудовых
ресурсов из сферы материального производства в информационную сферу. Это переход развитых стран
к качественно новому этапу технического развития. Индустрия информации играет ту же роль, что и
тяжелая промышленность на этапе индустрии. Информационные ресурсы становятся основным
национальным достоянием, а экономическую мощь страны определяет эффективность их эксплуатации.
Все это приводит к росту роли науки информатики.
Что же такое информация? Дело в том, что точное определение дать невозможно. В
общечеловеческом смысле это понятие первичное, т.е. неопределяемое, понимаемое нами на уровне
интуиции.
В зависимости от области знаний существуют разные подходы к определению информации.
В быту – сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах;
В технике – сообщения, передаваемые в форме знаков сигналов;
В лингвистике – сведения, обладающие новизной или полезностью.
В информатике под информацией мы понимаем сведения, знания и сообщения, получаемые
человеком из разных источников (отражение внешнего мира с помощью знаков, сигналов).
Логико-семантический подход к определению информации трактует это понятие как знание,
причем не любое знание, а ту его часть, которая используется для ориентировки, для активного
действия, для управления и самоуправления. Т.о., информация – это действующая, полезная,
«работающая» часть знаний.
Способ передачи информации – сигнал. Сигнал – это физический процесс, имеющий
информационное значение. Для того, чтобы сигнал нес информацию, он должен меняться. Сигнал
может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным (прерывистым).
Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени (напряжение,
ток, температура и т.д.). Используют в телефонной связи, радио, телевидении, кардиограмме и т.д.
Дискретный сигнал – сигнал, который может принимать лишь конечное число значений в
конечное число моментов времени.
Любой передаваемый сигнал переносится либо веществом (текст, рисунок, гены), либо энергией
(свет, звук, радиоволны). Т.о., информация всегда связана с материальным носителем. Носитель
информации – материальная среда для записи и хранения информации. Примеры носителей: глиняные
таблички, дощечки, папирус, бумага, МД, гены, электроволны, акустические волны.
В связи с этим стоит обсудить с классом преимущества дискретного представления информации
перед аналоговым.
Информация различается:
По способу восприятия (у человека 5 органов чувств):
 зрительная (90%)
 слуховая(9%)
 вкусовая
 тактильная
1%
 обонятельная
По форме представления информации:
 текстовая
 числовая
 графическая
 звуковая
В чистом виде эти формы представления встречаются редко. Обычно мы имеем дело с их
комбинацией.
По общественному значению:
 личная (знания, опыт, интуиция, умения, эмоции и др.)
 общественная или массовая (общественно-политическая, обыденная, эстетическая и
т.д.)
 специальная (научная, производственная, управленческая, техническая и т.д.)
По области возникновения:
 механическая (рассматривает процессы неодушевленной природы)
 биологическая (рассматривает процессы растительного и животного мира);
 социальная (рассматривает процессы человеческого общества).

Итак, информация – общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми
(социальная), человеком и автоматом, автоматом и автоматом (техническая), обмен сигналами в
растительном и животном мире (биологическая), от организма к организму (генетическая).
Основные свойства информации (ее качественные признаки):
Объективность
Информация – это отражение внешнего мира. Информация объективна. Если она не зависит от
чьего-либо мнения, суждения. Например, «На улице тепло» – субъективная информация, а сообщение
«На улице 220»-объективная.
Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных
приборов. Но, отражаясь в сознании конкретного человека, она перестает быть объективной, т.к.
преобразуется в зависимости от опыта, мнения, суждений и конкретных качеств конкретного субъекта.
Достоверность
Информация достоверна, ели она отражает истинное положение дел.
Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как
объективной, так и субъективной. Основные механизмы получения недостоверной информации:
 преднамеренное искажение
 искажение в результате помех
 преувеличение или преуменьшение реального факта
Например, историческая или социально - политическая информация подвержена всем трем
способам получения и передачи недостоверной информации.
Полнота
Информация является полной, если ее достаточно для принятия решения. Например, историческая
информация никогда не бывает полной, и ее полнота уменьшается по мере удаления от нас
исторической эпохи.
Актуальность
Актуальность информации – это ее важность существенность для настоящего времени.
Своевременность информации играет важную роль в объективной оценке ситуации и в процессе
принятия решения. Причины неактуальности информации: устаревание; ненужность (бесполезность).
Полезность (ценность)
Полезность информации оценивается по тем задачам, которые мы можем решать с ее помощью.
Оценка полезность или бесполезность информации – субъективна.
Понятность
Информация понятна, если она выражена на языке, доступном для получателя.
Информационные процессы
В течение жизни человек постоянно воспринимает информацию, ее также воспринимают
животные, насекомые; специальные технические средства, роботы и автоматы. Они могут получать,
хранить и перерабатывать информацию. Эти действия называют информационными процессами.
Хранение информации:
Чтобы информацию можно было использовать многократно, ее надо сохранять: I этап зарубки,
наскальная живопись, узелковый счет; II этап - письменность (рукописи, книги) – древние библиотеки и
архивы. Письменные документы начинают играть большую роль – использоваться в качестве орудий
управления. III этап – открытие книгопечатания (1440, Гуттенберг), с его изобретением наибольший
объем информации стал храниться в виде печатных изданий в определенных местах.
Хранение информации – это способ распространения информации в пространстве и времени.
Процесс хранения играет большую роль в жизни человека, постоянно совершенствуется.
Различная информация требует различного времени хранения (обсудить). Если информации
много, ее невозможно удержать в памяти, прибегают к помощи различного рода хранилищ
информации.
Для того, чтобы сохраненной информацией можно было воспользоваться нужно иметь к ней
доступ. Способ хранения зависит от носителя информации (библиотека. Музей, видео или медиатека,
альбом, записная книжка и т.д.)
Информационная система – хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска,
размещения и выдачи информации. Публичная библиотека – информационная система, личная – далеко
не всегда.
Поиск информации – извлечение необходимой информации из хранилища, может быть ручной
или автоматизированный.
Передача информации
В процессе передачи информации участвуют источник и приемник, между ними обязательно
должен существовать канал связи (нельзя докричаться до друга через океан). Канал связи – это
совокупность устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к приемнику.
И
П
ИП; ИП; И
;
П
И
П
Для обеспечения процесса передачи информации могут использоваться вспомогательные
устройства. Устройство для преобразования исходного сообщения источника к виду удобному для
передачи называется кодирующим; устройство, служащее для преобразования закодированного
сообщения в исходное называется декодирующим.
В процессе передачи информация может искажаться и теряться. Наука, разрабатывающая способы
защиты информации – криптология.
Процесс передачи информации может представить в виде схемы:
Помехи
Информация
Кодирующее
устройство
Канал
связи
Декодирующее
устройство
Приемник
Защита от
помех
Каналы передачи: симплексные (), полудуплексные(по двум направлениям попеременно) и
дуплексные ( по 2 направлениям).
По каналу можно передавать несколько сообщений, для их выделения существуют фильтры.
Пропускная способность определяется максимальным количеством символов, передаваемых в
отсутствии помех, зависит от физических свойств. Основоположник теории информации - Клод
Шеннон, который создал теорию передачи и кодирования информации по каналам связи. Он установил
связь между способом кодирования передаваемых сообщений, скоростью их передачи и вероятностью
искажения. Шеннон доказал, что при любых помехах и шумах можно обеспечить передачу информации
без искажения.
Обработка информации
Обработка информации - преобразование информации от одного вида в другой.
Примеры:
Пример
Определение длины
пути
Постановка диагноза
Входная информация
Выходная информация
t, v
S
Симптомы, анализы
Диагноз
Правило
преобразования
S=vt
Знания, умения, опыт
врача
Чек в магазине
Товар и его цена
Итого
Суммирование
кассового аппарата
Системы, в которых наблюдателю доступны только входные и выходные данные, а структура
преобразования и внутренние процессы неизвестны – называются «черные ящики». Возможность
автоматизировать обработку информации основана на том, что сам процесс обработки не требует
осмысления, т.е. происходит по принципу «черного ящика», когда важна лишь входная и выходная
информация.
Итак, обработка информации может происходить 2 способами: по строгим формальным правилам
и по принципу «черного ящика».
Информационное общество.
Информационной деятельностью человека называют деятельность, связанную с процессами
получения, преобразования, накопления и передачи информации.
В результате НТР человечество создавало все новые средства и способы сбора, хранения и
передачи информации. Но важнейшее направление – обработка до недавнего времени осуществлялась
исключительно человеком. Постоянное совершенствование техники, производства привело к резкому
увеличению объема информации, с которой необходимо сталкиваться человеку в процессе
профессиональной деятельности.
Если в начале XX века общая сумма знаний удваивалась приблизительно каждые 50 лет, то в
последние годы каждые 5 лет. Именно в середине XX века появились первые компьютеры. Каким же
путем человечество пришло к ним?
30 тыс. лет до н.э. – «вестоницкая кость», узелковый счет;
VI-V век до н.э. – абак (Древняя Греция, Рим, Китай)- в основе счета пятеричная с.с.
На Руси долгое время считали на косточках, которые раскладывали в кучки. С XV века появились
счеты (дощаный счет);
IX в. – индийские ученые изобрели позиционную с.с.
В начале XVII века потребовались счетные устройства, способные выполнить большой объем
вычислений с высокой скоростью.
1623 г. – Вильгельм Шиккард (Германия) создал шестиразрядную ВМ (+,-), изобретение было
практически неизвестно;
1642 г. – «Паскалина» Блез Паскаль сконструировал счетное устройство, чтобы облегчить труд
своего отца – сборщика налогов, оно позволяло суммировать десятичные числа;
1654 г. – англичанин Роберт Биссакар разработал прямоугольную логарифмическую линейку;
1673 г. – немецкий ученый Готфрид Лейбниц создал ступенчатый вычислитель, машину которая
могла -,+,*,/, извлекать корень (использовалась двоичная с.с.)
1805 г. – первое программное устройство – ткацкий станок, управляемый перфокартами, автор–
Жозеф Жаккар.
1822 г. англичанин Чарлз Бэббидж выдвинул идею создания ПУ счетной машины, должна была
приводиться в действие силой пара, а программы были записаны с помощью перфокарт. Не смог
реализовать идею; в то время невозможно было создать некоторые детали машины. Одновременно с
ним работала Ада Августа Лавлейс. Она разработала первые программы для машины, заложила многие
идеи и ввела ряд понятий и терминов, сохранившихся до настоящего времени.
Машину Бэббиджа построили энтузиасты из лондонского музея Науки.
1880 г. Аильгот Однер (швед, живущий в Санкт-Петербурге ) создал арифмометр,
1890 г. - налаживает массовый выпуск. Механические арифмометры «жили» более 100 лет.
1884 г. американец Гермен Холлерит взял патент на «машину для переписи населения». Она
включала в себя перфокарту и сортировальную машину (для обработки результатов Холлерит взял 43
табулятора и справился с работой за 4 недели, до этого эту работу выполняли 500 человек в течение 7
лет). В 1896 г. Холлерит организовал фирму, которая до сих пор известная как IBM.
XX век – эра электронных машин.
1936 г. – американец Алан Тьюринг и независимо от него американец Э. пост выдвинули и
разработали концепцию абстрактной ВМ. «Машина Тьюринга» - гипотетический универсальный
преобразователь дискретной информации, теоретическая вычислительная система. Тьюринг и Пост
показали принципиальную возможность решения автоматами любой проблемы, при условии ее
алгоритмизации с учетом выполняемых ими операций.
1937 г. – физик Джон Атанасов формулирует принципы автоматической цифровой машины на
ламповых схемах.
1942 г. – физик Джон Моучли после детального ознакомления с проектом Атанасова представляет
собственный проект ВМ. В работе над проектом ЭВМ ENIAC(Electronic Numerical Integrator and
Computer) под руководством Джона Моучли и Джона Эккерта участвовало 200 человек. Весной 1945
года ЭВМ была построена, в феврале 1946 г. – рассекречена. ENIAC содержал 178 468 ламп, занимал
площадь в 300 м2, весил 30 т, выполнял 5000 операций +, 300 операций *.
1946 г. Джон фон Нейман на основе критического анализа ENIAC предложил ряд новых идей
организации ЭВМ, в т.ч. концепцию хранимой программы, т.е. хранения программы в ЗУ. В результате
была создана архитектура ЭВМ, во многих чертах сохранившаяся до настоящих дней.
1948 г. академик С.А. Лебедев предложил проект отечественной цифровой ЭВМ. Под
руководством Лебедева разрабатываются отечественные ЭВМ: МЭСМ (1951 г.-Киев), БЭСМ (1952 г.Москва). Параллельно создавались машины Стрела, Урал, Минск.
1949 г. введена в эксплуатацию английская машина с хранимой программой EDSAC –
конструктор Морис Уилкис. 3000 электрических ламп. Уилкис ввел систему мнемонических
обозначений для машинных команд, названных языком ассемблер.
Можно выделить 5 основных поколений компьютеров:
1.
1946-60 г. – Элементная база – лампы. Быстродействие порядка 20 тыс. операций в
с.Для каждой использовался свой ЯП. Носитель информации – перфокарта.
Количество – несколько сотен.
2.
1960-64 г. - Элементная база - транзисторы. Носитель информации – карта и МЛ.
Более надежны.
3.
1964-70 г. - Элементная база - интегральные схемы. Появилась возможность
параллельно обрабатывать несколько программ. МД.
4.
5.
1970-Элементная
база
–БИС.
1976 г. Стив Джобс и Стив Возняк организовали предприятие по изготовлению ПК
«Apple». В 1977 г. в производство запущено 3 ПК, но в 1982 г. IBM приступила к
изготовлению ПК IBM с ОС MS DOS, которые и завоевали рынок.
При разработке V поколения ставились принципиально другие задачи. Это не
увеличение производительности, не достижение большей емкости, а создание ИИ
(возможность сделать логические выводы из представленного набора фактов). Над
этим проектом работают с 1982 года.
Информационная культура
Широкое использование ИТ в различных сферах ставит перед обществом задачу формирования
информационной культуры.
Информационная культура включает:
 понимание закономерностей информационных процессов;
 умение организовать поиск и отбор информации, необходимой для решения задачи;
 умение оценивать доступность, полноту и объективность поступающей информации;
 владение основами компьютерной грамотности;
 овладение основами компьютерных технологий;
 применение полученной информации в практической деятельности;
Информации и управление
Основная функция мозга – преобразование информации о состоянии окружающей среды и выбор
более целесообразного поведения.
Как осуществляется процесс управления велосипедом?
С помощью слуха и зрения человек получает информацию об окружающей среде, эта
информация передается в мозг, где преобразуется в последовательность сигналов нервным окончаниям,
управляющим движением рук и ног, которые воздействуют на руль и тормоза велосипеда. Т.е. без
информации, ее передачи, преобразования и использования управление невозможно.
В основе любого процесса управления лежат информационные процессы. В процессе управления
происходит взаимодействие 2-х систем «управляющей и управляемой», если они соединены двумя
каналами; первый – от управляющей к управляемой, второй – от управляемой к управляющей, то это
замкнутая система или система с обратной связью.
По каналу прямой связи передаются сигналы управления, которые вырабатывает управляющая
система. Управляемая система выполняет свои функции, подчиняясь этим командам, и в свою очередь
передает информацию о своем состоянии по каналам обратной связи.
Пример: поддержание постоянной заданной температуры нагрева электрической печи.
Замкнутая система – типичный пример систем автоматического регулирования.