Розділ 1. Теоретичні основи інформатики

Термін «інформація» походить від латинського слова informatio, що означає роз'яснення, висловлювання, обізнаність. Саме слово інформація лише порівняно недавно стало перетворюватися в точний термін. До цього інформацію сприймали як те, що присутнє в мові, письмі або передається при спілкуванні. Сьогодні зміст, цього поняття, дуже змінився та розширився. Виникла особлива математична дисципліна – теорія інформації.

Інформатика – це наука про інформацію, способи її пошуку, зберігання, обробки. Інформатика – прикладна дисципліна, що вивчає структуру й загальні властивості наукової інформації. Інформатика складається із трьох взаємозалежних складових: інформатика як фундаментальна наука, як прикладна дисципліна і як галузь виробництва.

Виділяють такі основні властивості інформації: вірогідність і повноту, цінність і актуальність, зрозумілість і доступність. Інформація вірогідна, якщо вона не спотворює істинного стану справ. Інформація повна, якщо її достатньо для розуміння і прийняття рішення. Цінність інформації залежить від того, які завдання ми будемо вирішувати за її допомогою. Актуальну інформацію важливо мати під час роботи в умовах, що змінюються.

1.1. Основні поняття

До базових понять, якими користуються в економічній інформації, належать: дані, інформація й знання. Ці поняття часто визначають як синоніми, однак між ними існують певні принципові відмінності.

Дані – це сукупність відомостей, зафіксованих на певному носії у формі, придатній для постійного зберігання, передачі й обробки. Перетворення й обробка даних дозволяє одержати інформацію.

Інформація – це результат перетворення й аналізу даних. Відмінність інформації від даних полягає в тому, що дані – це фіксовані відомості про події і явища, які зберігаються на певних носіях, а інформація з'являється в результаті обробки даних при рішенні конкретних завдань. Наприклад, у базах даних зберігаються різні дані, а для певного запиту система керування базою даних видає необхідну інформацію

Знання – це зафіксована й перевірена практикою оброблена інформація, що використовувалася й може багаторазово використовуватися для прийняття рішень.

Можна виділити такі види інформації:

1) текстова – інформація, яка міститься у друкованій літературі або відображається технічними пристроями у вигляді текстів;

2) графічна – картини, малюнки, графіки, діаграми, схеми;

3) чисельна – набори числових даних;

4) звукова – усне мовлення, музичні мелодії, шумові ефекти;

5) керуюча – вказівки, команди, накази, які передаються певними виконавцями.

Основними об'єктами інформатики є: інформація; комп'ютери; інформаційні системи.

Загальні теоретичні основи інформатики: інформація; системи числення; кодування; алгоритми.

Структура сучасної інформатики:

1. Теоретична інформатика

2. Обчислювальна техніка

3. Програмування

4. Інформаційні системи

5. Штучний інтелект

1.2. Історія обчислювальної техніки

Немеханічні обчислювальні пристрої – абакі, винайдені у стародавньому Вавилоні, 3000 років до н. е.  Одним із різновидів цих пристроїв є російська рахівниця, яка іноді використовується і в наш час.

Механічні обчислювальні пристрої. В Греції був виготовлений «антикітерський механізм»  – механічний пристрій на базі зубчастих передач, що являє собою спеціалізований астрономічний обчислювач (87 рік до н. е.) .

В 1623 році Вільгельм Шикард, професор університету м.Тюбінгена, розробляє пристрій на основі зубчастих коліс для додавання і віднімання шестирозрядних десяткових чисел. В 1960 році він був відтворений і довів свою дієздатність.

Блез Паскаль представляє «Паскаліну» – перший реально здійснений механічний цифровий обчислювальний пристрій (1642 р.). Прототип приладу додавав та віднімав п'ятирозрядні десяткові числа. Б.Паскаль виготовив понад десять таких обчислювачів, причому останні моделі оперували числами з вісьмома десятковими розрядами.

Відомий німецький філософ і математик Ґотфрід Вільгельм Лейбніц, в1673 році, збудував механічний калькулятор, який за допомогою двійкової системи числення виконував множення, ділення, додавання і віднімання. Майже в цей же час Ісаак Ньютон закладає основи математичного аналізу.

В 1822 році – англійський математик Чарльз Беббідж винайшов, але не зміг побудувати, перший спеціалізований арифмометр для автоматичної побудови математичних таблиць.

В 1876 році російським математиком П.Л.Чебишевим створений сумувальний апарат з безперервною передачею десятків. В 1881 році він також сконструював до нього приставку для множення і ділення (Арифмометр Чебишева). В 1912 році, за проектом російського вченого А. Н. Крилова, створена машина для інтегрування звичайних диференціальних рівнянь.

В 1927 році в Массачусетському технологічному інституті була створена аналогова обчислювальна машина.

Першим комп'ютером прийнято вважати електронну обчислювальну машину (ЕОМ) ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), створену в 1946 р. у США. Її вага становила близько 30 т, і вона містила більше 18000 електронних ламп.

ЕОМ ENIAC відкрила відлік обчислювальних систем першого покоління. Після того як в 1948 р. у США був винайдений транзистор, він став основним елементом комп'ютерів другого покоління (до середини 60-х років минулого століття).

Третє покоління – це комп'ютери на мікросхемах з малим ступенем інтеграції (початок 70-х років). Перша ЕОМ на мікросхемах IBM 360 була випущена в США в 1965 р., а в СРСР великі ЕОМ (мейнфрейми) третього покоління були представлені серією ЄС (ЄС-1022 – ЄС-1060), які стали аналогами IBM 360 й IBM 370.

Комп'ютери четвертого покоління з'явилися на початку 70-х років. Їхній основний компонент мікропроцесор – мікросхема (чіп) з великим ступенем інтеграції. Перший мікропроцесор – Intel 4004 був випущений у США в 1971 р., а перший персональний комп'ютер Apple на базі мікропроцесора компанія Motorola випустила в 1976 р. Він і став «прабатьком» комп'ютерів Macintosh. В 1981 р. з'явився й перший персональний комп'ютер компанії IBM. Це був IBM PC, який фактично став стандартом персонального комп'ютера архітектури PC (Personal Computer).

Починаючи з перших ЕОМ, обчислення виконувалися у двійковій системі числення з використанням цифр 0 й 1.

Елементарна одиниця інформації називається біт (bit – binary digit). Умовні позначення даної одиниці – 0 і 1 відображають 2 стани: є струм чи нема. 1 байт (byte ) = 8 біт. За допомогою 8 біт можна отримати 256 різноманітних комбінацій 0 та 1.

При визначенні кількості різноманітних комбінацій використовуємо формулу: 2^N = кількість комбінацій, де N – це кількість біт, а основа 2 обумовлена двійковою системою числення, тобто наявністю лише двох значень (0 та 1).

Тоді: 1 Кbyte = 2¹⁰ = 1024 byte, 1 Мbyte = 2¹⁰ Кbyte = 2²⁰ byte;

кілобайт – 1024 байта пам'яті. Скорочено – Кб (Kb); наприклад, 640 Кб = 655360 байт (640x1024);

мегабайт – 1024 Кб пам'яті. Скорочено – Мб (Mb); наприклад, 7 Мб = 7168 Кб (7 х 1024);

гігабайт – 1024 Мб пам'яті. Скорочено - Гб (GB); наприклад, 20 Гб = 20480 Мб (20x1024).

Швидкість передачі інформації вимірюється кількістю бітів, що передаються за одну секунду. Швидкість передачі біт за одну секунду називається 1 бодом. Похідні одиниці швидкості передачі називаються Кбод, Мбод і Гбод:

1 Кбод (один кілобод) = 2¹⁰ бод = 1024 біт/с (= 1 тисяча бод);

1 Мбод (один мегабод) = 2²⁰ бод = 1024 Кбод (= 1 мільйон бод);

1 Гбод (один гігабод) = 2³⁰ бод = 1024 Мбод (= 1 мільярд бод).