Информатика (informatics, computer science) – это научное направление, занимающееся изучением законов, методов и способов накопления, обработки и передачи информации с помощью ЭВМ или других технических средств

Информатику как научное направление принято делить на два класса (вида):

• научная информатика

• прикладная информатика

Научная информатика (Scientifics informatics) - это научное направление, занимающееся изучением структуры и общих свойств научной информации, а также закономерностей всех процессов ее коммуникации.

Прикладная информатика (application informatics, computer science) – это научное направление, объединяющие информатику, вычислительную технику и автоматизацию процессов обработки информации.

В широком смысле, часто говорят, что информация – это отражение реального мира в наших человеческих ощущениях. Как известно, человек воспринимает, перерабатывает и генерирует информацию минимум на трех уровнях: физиологическом (с помощью органов чувств); на уровне рационального мышления; на уровне подсознания.

В узком практически-техническом смысле под термином информация понимают любые данные (сведения) являющиеся объектами для записи, на какой либо носитель для хранения, преобразования (обработки) и выдачи потребителю или передачи по каналам связи. В этой трактовке с термином информация наиболее часто употребляются глаголы: получить, записать, сохранить, обработать, определить количество, закодировать, и др.

В практически-познавательном смысле с термином информация человек связывает некоторый набор знаний и сведений, который он получает от разных источников. В такой трактовке информации человек выступает в качестве получателя информации. Таким образом, в практически-познавательной трактовке под информацией понимают совокупность сведений о различных объектах, явлениях, процессах.

Такая форма ответа несет самую малую однозначную порцию информации. Такую минимальную порцию информации (меньше которой не бывает) можно определить, как единицу измерения информации и такую единицу измерения в теории информации принято называть битом.

Таким образом, информация в 1-бит это минимально возможная порция информации, которая может быть выражена в терминах «да» или «нет» двоичной логики и которая допускает числовое представление в виде «1» или «0».

Итак, бит – это минимальная единица количества информации, содержащейся в каком либо сообщении и которая равна одному младшему разряду двоичного числа. Младший разряд двоичного числа может принимать только одно из двух числовых значений: 0 или 1.

На практике, для измерения количества информации, кроме базовой единицы измерения бит находят применение также такие кратные единицы измерения как:

Байт – 8 бит

Килобайт – 1024 байта

Мегабайт – 1024 Кбайта

Гигабайт – 1024 Мбайта

Терабайт – 1024 Гбайта

В 1927 г. Американский ученый Хартли, опираясь на весовую систему кодирования, математически обосновал меру информации в 1 бит. Он предложил формулу, дающую возможность определить количество информации в том или ином явлении или объекте. Эта формула имеет такой вид:

Где: N общее число сведений (число кодовых комбинаций отличающихся друг от друга на 1) которое может быть составлено из множества содержащего n элементов. Каждый из элементов множества n может иметь m возможных состояний. Другими словами N определяется как величина равная N = m ⁿ .

Так как минимальное количество сообщений может быть получено при наличии одного элемента (n=1) и при условии, что он может принимать одно из двух возможных состояний (m=2) («да» или «нет»), то минимально возможная единица количества информации выразится зависимостью:

Такое минимально возможное количество информации является ее мерой (базовой единицей), которая получила название бит.

Системой счисления называется совокупность приемов и правил для наименования и обозначения чисел. Условные знаки (символы), применяемые для обозначения чисел, называются цифрами. Набор (семейство) условных знаков, применяемый для записи чисел, называется алфавитом системы счисления.

Обычно, все системы счисления разделяют на два класса:

- непозиционные;

- позиционные.

Непозиционной системой счисления (НСС) называют СС, в которой значение каждой цифры, в общей части записи числа, не зависит от ее места расположения в записи. Один из основных недостатков непозиционных систем счисления является трудность записи больших чисел, т.к. практически каждая, позиция в общей записи числа должна иметь свое условное обозначение и, следовательно, алфавит непозиционных систем счисления является очень большим. Примером непозиционной системы счисления является римская нумерация.

Позиционной системой счисления (ПСС) называют такую систему, в которой значение каждой цифры (условного знака из алфавита СС) зависит от его места расположения (от его позиции) в общей записи числа.

Главным инструментом информационных технологий сегодняшнего дня являются ЭВМ. Сегодняшней парк ЭВМ весьма значителен. В зависимости от того какими физическими величинами представлена в них информация ЭВМ подразделяют на 2 класса:

• аналоговые ЭВМ ( АВМ - аналоговые вычислительные машины)

• цифровые ЭВМ (ЦВМ - цифровые вычислительные машины)

Каждый из этих классов машин имеют свои достоинства и недостатки. В силу ряда преимуществ ЦВМ перед АВМ класс ЦВМ получил более сильное развитие.

К преимуществам (достоинствам) ЦВМ перед АВМ можно отнести:

• их универсальность ( можно решить любую задачу, для которой составляется алгоритм и разработана программа. Возможность решать с помощью одной и той же аппаратура разный спектр задач является важнейшим достоинством этого класса машин );

• высокую точность вычисления , определяемую разрядной сеткой машины, т.е. числом разрядов , которые представлены числа внутри машины;

• относительная простота технологии изготовления, не требующая высокоточных компонентов.

• Относительная дешевизна, так как Электронная промышленность сегодняшнего дня владеет простыми и дешевыми средствами изготовления компонентов используемых для построения ЦВМ.

К достоинствам АВМ следует отнести:

• их высокое быстродействие, определяемое скоростью протекания электромагнитных полей в электрических цепях.

К сожалению, АВМ имеют невысокую точность вычислений (порядка два десятичных знака) и требуют для изготовления высокотехнологичной элементной базы. Кроме того, машины этого класса, как правило, являются специализированными машинами и в основном предназначены для решения систем линейных и нелинейных дифференциальных уравнений. Принципы устройства АВМ и методы их использования Вы будете изучать в других .дисциплинах.

Очень интересным является вопрос о принципах, положенных в основу построения ЭЦВМ:

В основу построения ЭЦВМ: положены следующие идеи и принципы:

1. Принцип разложения

2. Принцип программного управления

3. Принцип места хранения программы Принцип разложения

Принцип разложения гласит о том, что любое сложное явление или действие может быть разложено на конечное множество простых действий (машинных операций, которые может реализовать аппаратура). Этот принцип очень давно используется человечеством в повседневной жизни. В рамках науки, которую принято называть теорией алгоритмов, этот принцип выражается через определение одного из фундаментальных ее понятий - алгоритма.

Алгоритм – это точное предписание для свершения (выполнения) некоторой последовательности конечного числа заранее оговоренного семейства элементарных действий (операций) над исходными данными при решении любой задачи, которое позволяет получить конечный результат.

Часто также употребляется такое определение понятия алгоритм:

Алгоритм – это система правил и предписаний, определяющих процесс преобразования исходных данных в искомый результат.

Эта система правил и предписаний должна обладать такими свойствами:

• детерминированостью (однозначностью понимания и точностью для исполнителя заранее оговоренного набора действий (операций), не оставляющей места для произвола при выполнении этих действий)

• массовостью (пригодностью этих действий для решения различных вариантов задач, а также различных типов задач)

• результативностью или направленностью (то есть свойствами получить искомый результат и при том за конечное число шагов)

Принцип программного управления

Идея построения вычислительной машины, работа которой управлялась программой, принадлежит Чарльзу Бэббиджу (1882г). Идея сводиться к тому, что работой аппаратуры должна управлять программа вычисления. Чарльз Бэббидж предложил проект механической вычислительной машины, которую, впоследствии, назвали аналитической машиной Бэббиджа

Аналитическая машина Бэббиджа состояла из таких устройств:

• устройства, в котором хранилась информация, (Бэббидж называл его складом. «Склад» Бэббиджа является прообразом современного ЗУ);

• устройства, в котором выполнялись операции над числами, взятыми из склада (Бэббидж называл его фабрикой). «Фабрика» является прообразом современного АЛУ (Арифметико-логического устройства);

• устройства управления, которое анализировало программу вычислений и устанавливало порядок выполнения операций над числами, взятыми со склада, и помещало обратно на склад;

• устройство ввода, с помощью которого предполагалось вводить исходные данные и программу вычисления в вычислительную машину. В качестве устройство ввода Бэббидж использовал перфоратор. Исходные данные и программа вычислений хранились на перфокартах;

• устройства вывода, с помощью, которой результаты вычислений выводились на внешний носитель:

• программы работы машины.

Первую программу для машины Бэббиджа написала дочь поэта Байрона, Ада Лавлейс. Программа работы машины Бэббиджа включала в себя некоторой набора машинных операций (+; -; /; *), которые должна выполнять «фабрика» над числами, которые хранились на «складе». В программе указывалось, с какой ячейки «склада» брать исходные данные и в какую ячейку помещать результат. В машине Бэббиджа программа вычислений хранилась на внешнем носителе, пошагово анализировалась устройством управления и, следовательно, последовательно реализовывалась (обрабатывалась) фабрикой. К сожалению машина Бэббиджа оставалась машиной специализированного типа, так как программа вычислений не могла быть автоматически изменена в процессе ее работы. Это свойство определило специализированость аналитической машины Бэббиджа.

Таким образом, идея, заложенная в основу работы аналитической машины Бэббиджа, фактически предопределил одним из принципов работы положенных в основу работы и современных ЭЦВМ – принцип программного управления.