Лекция № 1Тема «Основные понятия и определения Информатики»

План лекции

1. История развития информатики.

2. Основные объекты и методы изучения науки информатики.

3. Определение понятия«информация».

4. Носители информации. Виды и свойства информации.

5. Представление информации в компьютере.

6. Единицы измерения объема информации.

История развития информатики

Информатика как самостоятельная отрасль научного знания и область практической деятельности появилась во второй половине 20 века. Ее истоками принято 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 Норберт Винер (1948 г.);

• теорию автоматов, основы которой заложил Джон фон Нейман (1946 г.);

• теорию алгоритмов (Никлаус Вирт, ЭдсгерДейкстра, Андрей Петрович Ершов, Дональд Кнут и др.).

Информатику традиционно связывают с развитием компьютерной техники. Но компьютер послужил лишь катализатором тенденций, которые возникли в науке и практике задолго до его появления. Прежде всего, резкое нарастание объема информации, которая с развитием средств связи становится доступной отдельному человеку. Приходит осознание того, что человеческие возможности восприятия и переработки информации ограничены. В то же время научно-технический прогресс, сопровождаемый высокими скоростями, развитием сложных технических комплексов, ставить человека в условия, когда ему необходимо научиться быстро и безошибочно перерабатывать информацию, чтобы эффективно управлять техникой. Решения часто приходится принимать в условиях дефицита времени, которые, к тому же, могут быть чреваты большими последствиями. Задачи управления требуют применения таких средств, которые помогают собрать более полную информацию, надежно ее хранить, быстро распространять и безошибочно обрабатывать. Таким средством стал компьютер. По сути, информатика призвана заниматься решением проблем, связанных с необходимостью организации информационных процессов (сбор, обработка, хранение, защита, передача и т.д.)и эффективного использования информационных ресурсов.

Компьютерные средства работы с информацией как основной объект изучения современной информатики представляют 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?

Информатика интенсивно использует достижения таких дисциплин, как математика, лингвистика, семиотика (наука о знаковых системах), логика, робототехника, инженерия знаний и др. В становление информатики как науки внесли вклад многие ученые, среди них А.П. Колмогоров, В.А. Котельников, А.А. Ляпунов, А.П. Ершов, В.С. Лебедев, А.А. Харкевич, А.Я. Хинчин и др.

Термин «информатика» введен французскими учеными в 60-х годах прошлого века для наименования области деятельности, занимающейся обработкой информации с помощью автоматических средств. Этот термин образовался соединением двух ключевых слов – «информация» и «автоматика». В англоязычных странах получил распространение термин «computerscience» (компьютерная, вычислительная наука, наука о компьютерах, т.е. наука о преобразовании информации с помощью компьютеров).

Основные объекты и методы изучения науки информатики

Следует отметить, что определений информатики в современной литературе множество. Такое многообразие мнений отражает тот факт, что информатика – это бурно развивающая наука, находящая в периоде становления. Сегодня быстро изменяются не только аппаратные и программные средства, но и методы работы с информацией, а также понимание роли информации в эффективном использовании ограниченных материальных ресурсах и технических возможностях современного производства.

Информатика – это наука, изучающая структуру, общие свойства, вопросы сбора, хранения, поиска, переработки (преобразования), использования (актуализации) информации. Это – классическое определение информатики.

Информатика – наука об информации и информационных процессах, о моделях и моделировании, об алгоритмах и алгоритмизации, о программах и программировании для различных классов исполнителей алгоритмов, в частности, компьютеров, об их использовании в общественном развитии.

Информатика – это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средства и технологиях автоматизации информационных процессов, о закономерностях создания и функционирования информационных систем.

Таким образом, основными объектами изучения в информатике являются:

• информационные объекты (тексты, алгоритмы, совокупности данных), т.е. информация, зафиксированная на каком-либо носителе;

• информационные ресурсы общества как совокупность созданных человечеством информационных объектов, хранящиеся в информационных системах (библиотеках, картотеках, фондах, банках данных, архивах);

• информационные процессы (поиск, отбор, хранение, обработка, защита, передача, кодирование и т.д.);

• информационные модели (структуры данных, алгоритмы, программы);

• информационные технологии, как совокупность методов, способов, протоколов реализации информационных процессов;

• информационные системы, как совокупность информационных ресурсов с допустимыми для них информационными процессами, реализуемыми с помощью информационных технологий;

• компьютер и компьютерные системы как универсальные средства автоматизации информационных процессов.

Общими для всех наук методами исследования являются наблюдение, теоретический анализ, эксперимент, в том числе вычислительный, моделирование и др. В каждой конкретной науке эти методы приобретают свою специфику.

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.

Определение понятия «информация»

Информация(от лат. informatio,разъяснение, изложение, осведомлённость) — сведения о чём-либо, независимо от формы их представления. В настоящее время не существует единого определения информации как научного термина.

С философской точки зрения информация – это отраженное разнообразие, возникающее в результате взаимодействия объектов.

Мы привыкли к тому, что мир вокруг нас изменчив, и замечаем мы его именно в процессе изменения, т.е. информация возникает, когда нарушается однообразие и это нарушение каким-то образом отражается, проявляет себя в сигналах.

Под информацией в быту понимаются сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.

В теории связи под информацией принято понимать любую последовательность символов, 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 и 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.

В информатике информацию рассматривают как продукт взаимодействия зарегистрированных сигналов – данных и методов их обработки, адекватных решаемой задаче.

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, регистрировать разными способами, при этом образуются новые сигналы – данные. Мало зарегистрировать сигналы и получить данные – надо знать, что и ка с ними можно делать, т.е. владеть методами обработки данных. Причем в каждом конкретном случае из всего многообразия методов обработки данных необходимо выбрать те, которые помогут решить стоящую перед человеком задачу.

Например, все файлы, хранящиеся в памяти компьютера, представлены в двоичном коде. Если в текстовом редакторе открыть файл, созданный в графическом редакторе, то на экране появится набор малопонятных символов. Методы обработки двоичных кодов в этих программных средствах различны. Только применение соответствующих методов обработки (графического редактора) позволит увидеть рисунок, содержащийся в файле.

Данные – формализованная информация, пригодная для последующей обработки и передачи средствами автоматизации профессиональной деятельности.

Знание – субъективный образ объективной реальности, т.е. адекватное отражение внешнего и внутреннего мира в сознании человека в форме представлений, суждений теорий, понятий.

Носители информации. Виды и свойства информации

Информация всегда связана с материальным носителем. Носитель информации – это среда для передачи и хранения информации.Носителем информации может быть любой материальный предмет (бумага, стена, камень, поверхность диска магнитного или лазерного), волны различной природы (акустическая – звук, электромагнитная – свет, радиоволна, гравитационная – давление, притяжение), особые состояния вещества (температура и давление газа, концентрация молекул в жидком растворе, расположение молекул в кристалле процессора).

Способ передачи информации – сигнал. Информационный сигнал – физический процесс, имеющий для человека или технического устройства информационное значение. Сигнал может быть непрерывным (аналоговым) или дискретным (цифровым).

Аналоговый сигнал – сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.

Дискретный сигнал может принимать лишь конечное число значений в определенные периоды времени.

В реальной жизни человек чаще всего воспринимает аналоговые сигналы. Например, речь человека представляет собой непрерывный сигнал. В этом легко убедиться, если вспомнить, что речь на незнакомом языке воспринимается слитно, в ней трудно выделить отдельные слова. Дискретные сигналы легче обрабатывать. Аналоговые сигналы всегда могут быть представлены в дискретном виде, в виде последовательности чисел. Процесс представления какой-либо величины в виде последовательного ряда ее отдельных (дискретных) значений называется дискретизацией.

Вычислительная техника может работать как с аналоговыми, так и с дискретными сигналами. Соответственно, существуют аналоговые вычислительные машины (АВМ) и цифровые вычислительные машины (ЦВМ), причем последние получили значительно большее распространение.

Классификация информации по различным критериям:

• по способу восприятия: визуальная, аудиальная, тактильная, вкусовая, обонятельная;

• по общественному значению:

  • личная – это знания, опыт, умения, эмоции, интуиция, наследственная память конкретного человека;

  • специальная, значимая для определенной группы людей: производственная, управленческая, техническая, научная;

• общественная, значимая для большинства членов общества, эстетическая, научно-популярная, общественно-политическая, обыденная (информация, которой мы обмениваемся в процессе повседневного общения);

• по сфере применения: экономическая, социологическая, географическая, медицинская;

• по характеру источников информации: первичная, вторичная, обобщающая;

• по форме представления: текстовая, числовая, графическая, звуковая, комбинированная;

Информация необходима человеку для того, чтобы ориентироваться в окружающей обстановке и принимать правильные решения. Знание свойств информации может помочь человеку оценить в каждом конкретном случае насколько верными будут решения, принимаемые на основе имеющейся информации.

Объективность– не зависит от чего-либо мнения.

Достоверность– отражает истинное положение дел.

Полнота– достаточна для понимания задачи и принятия решения.

Актуальность – важна и существенна для настоящего времени.

Ценность(полезность, значимость) обеспечивает решение поставленной задачи, нужна для того чтобы принимать правильные решения.

Понятность(ясность) - выражена на языке, доступном получателю.

Представление информации в компьютере

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, важно унифицировать форму их представления – для этого используется прием кодирования, т.е. выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки – это не что иное, как система кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. Примером могут служить система записи математических выражений, телеграфная азбука, морская флажковая азбука, ноты и т.д.

Своя система существует в вычислительной технике – она называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков: 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами, по-английски – binarydigit – двоичный знак или сокращенно bit(бит).

Единицы измерения объема информации

Количество информации, хранящейся в памяти компьютера, измеряется ее «длиной» (или «объемом»), которая выражается в битах. Минимальной единицей измерения информации является один бит. В каждом бите может храниться 0 или 1. Команды компьютера работают не с отдельными битами, а с восьмью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют 1 байт. Более крупные единицы информации образуются путем добавления приставок к битам и байтам. Один килобайт соответствует 1024 байтам (1Кбайт=2¹⁰ байт=1024 байт), 1 мегабайт равен 1024 килобайт, 1 гигабайт равен 1024 мегабайтам.

Число 1024 как множитель при переходе к более высшей единице измерения имеет своим происхождением двоичную систему счисления (1024=2¹⁰).