ИНФОРМАТИКА

1.Понятие информации. Модели решения функциональных и вычислительных задач.

Понятие «информация» является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для информатики. Информацию наряду с веществом и энергией рассматривают в качестве важнейшей сущности мира, в котором мы живем. Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. Модели позволяют представить в наглядной форме объек­ты и процессы, недоступные для непосредственного воспри­ятия (очень большие или очень маленькие объекты, очень быстрые или очень медленные процессы и др.)- Наглядные модели часто используются в процессе обучения. В курсе географии первые представления о нашей планете Земля мы получаем, изучая ее модель — глобус, в курсе физики изу­чаем работу двигателя внутреннего сгорания по его модели, в химии при изучении строения вещества используем моде­ли молекул и кристаллических решеток, в биологии изуча­ем строение человека по анатомическим муляжам и др.Моделирование — это метод познания, состоящий в создании и исследовании моделей. Модель — это некий новый объект, который отра­жает существенные особенности изучаемого объекта, явления или процесса. Каждый объект имеет большое количество раз­личных свойств. В процессе построения модели выделяются главные, наиболее существенные для проводимого исследо­вания свойства. Разные науки исследуют объекты и процессы под разны­ми углами зрения и строят различные типы моделей В процессе исследования аэродинамических качеств модели самолета в аэродинамической трубе важно, чтобы модель имела геометрическое подобие оригинала, но не важен, например, ее цвет. При построении электриче­ских схем — моделей электрических цепей — необходимо учитывать порядок подключения элементов цепи друг к другу, но не важно их геометрическое расположение друг относительно друга и так далее. Один и тот же объект может иметь множество мо­делей, а разные объекты могут описываться од­ной моделью. При решении конкретной задачи, когда нас интересуют опреде­ленные свойства изучаемого объекта, модель оказывается полезным, а подчас и единственным инструментом исследо­вания. Все модели можно разбить на два больших класса: модели пред­метные (материальные) и модели информационные. Пред­метные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).Информационные модели представляют объекты и про­цессы в образной или знаковой форме. Образные модели (рисунки, фотографии и др.) представ­ляют собой зрительные образы объектов, зафиксированные на каком-либо носителе информации (бумаге, фото- и кино­пленке и др.).Знаковые информационные модели строятся с использо­ванием различных языков (знаковых систем). Знаковая ин­формационная модель может быть представлена в форме текста (например, программы на языке программирования), формулы (например, второго закона Ньютона F = m*a), таб­лицы (например, периодической таблицы элементов Д. И. Менделеева) и так далее. Иногда при построении знаковых информационных моде­лей используются одновременно несколько различных язы­ков. Примерами таких моделей могут служить географиче­ские карты, графики, диаграммы и пр. Во всех этих моделях используются одновременно как язык графических элементов, так и символьный язык. На протяжении своей истории человечество использовало различные способы и инструменты для создания информа­ционных моделей. Эти способы постоянно совершенствова­лись. Так, первые информационные модели создавались в форме наскальных рисунков. В настоящее же время инфор­мационные модели обычно строятся и исследуются с исполь­зованием современных компьютерных технологий. Естественные языки используются для создания описательных информационных моделей. В исто­рии науки известны многочисленные описательные инфор­мационные модели.

2.Эволюция ИТ. Эволюция информационных технологий наиболее ярко прослеживается на процессах хранения, транспортирования и обработки информации.В управлении данными, объединяющем задачи их получения, хранения, обработки, анализа и визуализации, выделяют шесть временных фаз (поколений). Вначале данные обрабатывали вручную. На следующем шаге использовали оборудование с перфокартами и электромеханические машины для сортировки и табулирования миллионов записей. И третьей фазе данные хранились на магнитных лентах, и сохраняемые программы выполняли пакетную обработку последовательных файлов. Четвертая фаза связана с введением понятия схемы базы данных и оперативного навигационного доступа к ним. В пятой фазе был обеспечен автоматический доступ к реляционным базам данных и была внедрена распределенная и клиент-серверная обработка. Теперь мы находимся в начале шестого поколения систем, которые хранят более разнообразные типы данных (документы, графические, звуковые и видеообразы). Эти системы шестого поколения представляют собой базовые средства хранения для появляющихся приложений Интернета и Интранета.В нулевом поколении (4000 г. до н.э. - 1900 г.) в течение шести тысяч лет наблюдалась эволюция от глиняных таблиц к папирусу, затем к пергаменту и, наконец, к бумаге. Первое поколение (1900-1955) связано с технологией перфокарт, когда запись данных представлялась на них в виде двоичных структур. Второе поколение (программируемое оборудование обработки записей, 1955-1980 гг.) связано с появлением технологии магнитных лент, каждая из которых могла хранить информацию десяти тысяч перфокарт. Ключевым моментом этой новой технологии было программное обеспечение, с помощью которого сравнительно легко можно было программировать и использовать компьютеры..Системы пакетной обработки транзакций сохраняли их на картах или лентах и собирали в пакеты для последующей обработки. Раз в день эти пакеты транзакций сортировались. Отсортированные транзакции сливались с хранимой на ленте намного большей по размерам базой данных (основным файлом) для производства нового основного файла. На основе этого основного файла также производился отчет, который использовался как гроссбух на следующий бизнес-день. Третье поколение (оперативные базы данных, 1965-1980 гг.) связано с внедрением оперативного доступа к данным в интерактивном режиме, основанном на использовании систем баз данных с оперативными транзакциями. В начале системы обеспечивали простой поиск данных: либо прямой поиск по номеру записи, либо ассоциативный поиск по ключу.Простые индексно-последовательные организации записей быстро развились в более мощную модель, ориентированную на наборы. Модели данных прошли эволюционный путь развития от иерархических и сетевых к реляционным. Четвертое поколение (реляционные базы данных: архитектура «клиент - сервер», 1980-1995 гг.) явилось альтернативой низкоуровневому интерфейсу. Идея реляционной модели состоит в единообразном представлении сущности и связи. Сегодня почти все системы баз данных обеспечивают интерфейс SQL. Кроме того, во всех системах поддерживаются собственные расширения, выходящие за рамки этого стандарта. Пятое поколение (мультимедийные базы данных, с 1995 г.) связано с переходом от традиционных хранящих числа и символы, к объектно-реляционным, содержащим данные со сложным поведением. Быстрое развитие Интернета усиливает эти дебаты. Клиенты и серверы Интернета строятся с использованием апплетов и хелперов, которые сохраняют, обрабатывают и отображают данные того или иного типа. Пользователи вставляют эти апплеты в браузер или сервер. Общераспространенные апплеты управляют звуком, графикой, видео, электронными таблицами, графами. Для каждого из ассоциированных с этими апплетами типов данных имеется библиотека классов. Настольные компьютеры и Web-браузеры являются распространенными источниками и приемниками большей части данных. Поэтому типы и объектные модели, используемые в настольных компьютерах, будут диктовать, какие библиотеки классов должны поддерживаться на серверах баз данных.Подводя итог, следует отметить, что базы данных призваны хранить не только числа и текст. Они используются для хранения многих видов объектов и связей между этими объектами, что мы видим в World Wide Web.

3.Позиционные системы счисления. Формы представления и преобразования информации. Позиционная систе́ма счисле́ния (позиционная нумерация) — система счисления, в которой значение каждого числового знака (цифры) в записи числа зависит от его позиции (разряда). Системой счисления называется совокупность правил для обозначения (записи) действительных чисел с помощью цифровых знаков. Для записи чисел в конкретных системах счисления используется некоторый конечный алфавит, состоящий из цифр а1 , а2, а3,….,аn. При этом каждой цифре аi в записи числа ставится в соответствие определенный количественный эквивалент. Различают непозиционные и позиционные системы счисления. Позиционные системы счисления В позиционных системах счисления вес каждой цифры изменяется в зависимости от ее позиции в последовательности цифр, изображающих число. Любая позиционная система характеризуется своим основанием. Основание позиционной системы счисления - это количество различных знаков или символов, используемых для изображения цифр в данной системе. За основание можно принять любое натуральное число - два, три, четыре, шестнадцать и т.д. Следовательно, возможно бесконечное множество позиционных систем.В этой системе всего две цифры - 0 и 1. Особую роль здесь играет число 2 и его степени: 2, 4, 8 и т.д. Самая правая цифра числа показывает число единиц, следующая цифра - число двоек, следующая - число четверок и т.д. Двоичная система счисления позволяет закодировать любое натуральное число - представить его в виде последовательности нулей и единиц. В двоичном виде можно представлять не только числа, но и любую другую информацию: тексты, картинки, фильмы и аудиозаписи.Формы представления и преобразования информации

При любых видах работы с информацией всегда идет речь о ее представлении в виде определенных символических структур. Наи­более распространены одномерные представления информации, при которых сообщения имеют вид последовательности символов. Так информация представляется в письменных текстах, при передаче по каналам связи, в памяти ЭВМ. Однако широко используется и многомерное представление информации, причем под много­мерностью понимается не только расположение элементов инфор­мации на плоскости или в пространстве в виде рисунков, схем, графов, объемных макетов и т.п., но и множественность признаков исполь­зуемых символов, например цвет, размер, вид шрифта в тексте. Формирование представления информации называется ее коди­рованием. В более узком смысле под кодированием понимается переход от исходного представления информации, удобного для восприятия человеком, к представлению, удобному для хранения, передачи и обработки. В этом случае обратный переход к исходному представлению называется декодированием.При кодировании информации ставятся следующие цели: удобство физической реализации; удобство восприятия; высокая скорость передачи и обработки; экономичность, т.е. уменьшение избыточности сообщения; надежность, т.е. защита от случайных искажений; сохранность, т.е. защита от нежелательного доступа к инфор­мации.Эти цели часто противоречат друг другу. Стремясь к экономным сообщениям, мы тем самым уменьшаем их надежность и удобство восприятия. Экономные сообщения могут повысить скорость обра­ботки информации (более короткое сообщение будет передано или прочтено быстрее), но могут и уменьшить ее. А защита информации от нежелательного доступа уменьшает объем хранимой информации и замедляет работу с ней.На разных этапах обработки информации достигаются разные цели и поэтому информация, неоднократно перекодируется, преобра­зуется из вида, удобного для восприятия человеком, к виду, удобному для обработки автоматическими средствами, и наоборот. Такое представление происходит, например, при передаче телеграмм, при программировании на ЭВМ. Рассмотрим способы представления информации в ЭВМ. Для записи, хранения и выдачи по запросу информации, обрабатываемой с помощью ЭВМ, предназначено запоминающее устройство (или память) ЭВМ. В отличие от обычной словесной формы, принятой в письменной речи, информация в памяти ЭВМ записывается в форме цифрового двоичного кода. Это объясняется тем, что электронные элементы, из которых строится оперативная память, могут находиться только в одном из двух устойчивых состояний, которые можно интерпре­тировать как 0 или 1. Количество информации, которое может помещаться в один элемент памяти (0 или 1), называемое битом, очень мало и не несет никакой смысловой нагрузки. Однако если соединить несколько таких элементов в ячейку, то тогда можно сохранить в запо­минающем устройстве столько информации, сколько потребуется. Последовательность битов, рассматриваемых аппаратной частью ЭВМ как единое целое, называется машинным словом. Так как оперативная память ЭВМ состоит из конечной последо­вательности слов, а слова — из конечной последовательности битов, то объем представляемой в ЭВМ информации ограничен емкостью памяти, а числовая информация может быть представлена только с определенной точностью, зависящей от архитектуры памяти данной ЭВМ.

4. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации. Сбор информации – это процесс получения информации из внешнего мира и приведение ее к стандарту для данной информационной системы. Обмен информацией между воспринимающей ее системой и окружающей средой осуществляется посредством сигналов. Сигнал – средство передачи информации в пространстве и времени. В качестве носителя сигнала могут выступать звук, свет, электрический ток, магнитное поле и т.д. Сбор информации, как правило, сопровождается ее регистрацией, т.е. фиксацией информации на материальном носителе (документе или машинном носителе).Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи. Для осуществления последней необходимы специальные технические средства. Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и результатная информация в обратном направлении. Поступление информации по каналам связи осуществляется двумя способами: на машинном носителе и непосредственно в компьютер при помощи специальных программных и аппаратных средств. Преобразование (обработка) информации – внесение изменений в набор данных, вычисления, информационный поиск, сортировка, построение графиков и т.п. В современных развитых информационных системах машинная обработка информациипредполагает последовательно-параллельное во времени решение вычислительных задач. Это возможно при наличии определенной организации вычислительного процесса. Вычислительная задача по мере необходимости обращается с запросами в вычислительную систему. Организация процесса предполагает определение последовательности решения задач и реализацию вычислений. Последовательность решения задается, исходя из информационной взаимосвязи, когда результаты решения одной задачи используются как исходные данные для решения другой.Технология электронной обработки информации – человеко-машинный процесс исполнения взаимосвязанных операций, протекающих в установленной последовательности с целью преобразования исходной информации (первичной) в результатную. Операция представляет собой комплекс совершаемых технологических действий, в результате которых информацияпреобразуется. Технологические операции разнообразны по сложности, назначению, технике реализации, выполняются на различном оборудовании разными исполнителями.Хранение и накопление информации вызвано многократным ее использованием, применением постоянной информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки. Хранение осуществляется на машинных носителях в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования группировочному признаку.

5.История развития и место информатики среди других наук. Перспективы и темпы развития информационных компьютерных систем.

Перспективы развития информационных, коммуникационных технологий в России

Российская сфера ИКТ в последние годы остается среди лидеров по темпам развития. Спрос на услуги неуклонно растет, а их возможности стремительно расширяются. В 2001 – 2006 годы темпы роста сектора ИКТ превышали 20 процентов, что намного выше темпов роста ВВП.Тем не менее, Россия пока не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России на долю рынка ИКТ приходится 4,9 процента от ВВП, в контексте ОЭСР страна опережает только одну страну - Мексику. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0 процента от ВВП (13 млрд. долларов),  в 2006 году. – 3,5 процента от ВВП.Развитие сектора информационных технологий проходит на фоне: недостаточного распространения информационно-коммуникационных технологий в социально-экономической сфере и государственном управлении; диспропорций в уровне доступности информационных технологий; слабого развития национального производства телекоммуникационного, компьютерного оборудования и базового программного обеспечения, отвечающих современным мировым стандартам; структурно-технологической отсталости электронной промышленности; несоответствия системы подготовки специалистов в сфере ИКТ международным стандартам. Россия занимает третье место в мире по проникновению мобильной связи (после Китая и США) и по созданию ПО (после Индии и Китая) по экспортным заказам. Несмотря на это наблюдаются низкие по сравнению с ведущими странами объемы распространения услуг широкополосного доступа, особенно беспроводного и мобильного, неразвитость сферы платных услуг в Рунете. В общем объеме сектора информационно-коммуникационных технологий в период 2003-2007 годов на услуги связи приходилось 65-70 процентов. Среднегодовой темп роста объема услуг связи в этот период приближался к 123 процентам. Наблюдаются тенденции увеличения в общем объеме услуг связи доли услуг подвижной, документальной связи при снижении доли услуг междугородной, внутризоновой, международной и местной телефонной связи.Целями государственной политики развития информационно-коммуникационных технологий, согласно «Концепции долгосрочного социально-экономического развития….», являются: создание и развитие информационного общества, повышение качества жизни граждан, развитие экономической, социально-политической, культурной и духовной сфер жизни общества, совершенствование системы государственного управления на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий, обеспечение конкурентоспособности продукции и услуг отрасли информационных и телекоммуникационных технологий. Следует также указать на дополнительные факторы роста, действие которых станет актуально в более долгосрочной перспективе. распространение новых форм услуг в телевидении по мере перехода к цифровому стандарту вещания (интерактивное телевидение). распространение форм удаленной работы специалистов. Приоритетными направлениями развития ИКТ в долгосрочной перспективе являются: Первое - формирование современной информационной и телекоммуникационной инфраструктуры, обеспечение высокого уровня ее доступности, предоставление на ее основе качественных услуг: формирование единого информационного пространства; развитие единой сети электросвязи страны, в том числе сетей связи третьего и последующих поколений; обеспечение оказания универсальных услуг связи на всей территории Российской Федерации, расширение состава универсальных услуг; обеспечение радиочастотным ресурсом перспективных технологий, в том числе за счет проведения конверсии радиочастотного спектра, обновление и развитие гражданских спутниковых систем связи и вещания государственного назначения; переход к цифровому телерадиовещанию; ликвидация «цифрового неравенства» между отдельными регионами; развитие инфраструктуры широкополосного доступа на всей территории страны; создание на базе национального оператора почтовой связи универсального логистического и информационного оператора; внедрение единой системы координатно-временного и навигационного обеспечения. Второе - повышение качества образования, медицинского обслуживания, социальной защиты населения, содействие развитию культуры и средств массовой информации на основе ИКТ:содействие подключению к сети Интернет образовательных учреждений, музеев, больниц, библиотек и других социально-значимых организаций; содействие внедрению дистанционного образования, дистанционного консультирования и обслуживания пациентов; предоставление гражданам социальных услуг с использованием ИКТ. Третье - обеспечение конкурентоспособности и технологического развития информационно--коммуникационных технологий: стимулирование применения ИКТ организациями и гражданами; создание условий для развития конкурентоспособной отечественной индустрии информационных и телекоммуникационных технологий; развитие механизмов венчурного финансирования в сфере ИКТ; создание технопарков в сфере высоких технологий; совершенствование законодательства и правоприменительной практики в области использования ИКТ; развитие системы региональной информатизации. Четвертое - повышение эффективности государственного управления и местного самоуправления, взаимодействия гражданского общества и бизнеса с органами государственной власти: создание «электронного правительства», предусматривающего повышение качества и доступности предоставляемых государственных услуг, упрощение процедуры и сокращение сроков их оказания, повышение открытости информации о деятельности органов государственной власти; обеспечение эффективного межведомственного и межрегионального информационного обмена. Пятое - противодействие использованию потенциала информационных и телекоммуникационных технологий в целях угрозы национальным интересам России, включая обеспечение безопасности функционирования информационно-телекоммуникационной инфраструктуры и информационных и телекоммуникационных систем.Инновационный вариант развития предусматривает ускоренное развитие сектора за счет реализации конкурентных преимуществ российской экономики в традиционных секторах, развития новых наукоемких секторов и экономики знаний. Повышению темпов роста в секторе информационно-коммуникационных технологий будет способствовать активная модернизация его инфраструктуры, рост спроса на информационные услуги, увеличение предпринимательской активности, распространение компьютерной грамотности населения

Информатика – молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.До настоящего времени толкование термина “информатика” (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым. Обратимся к истории вопроса, восходящей ко времени появления электронных вычислительных машин.После второй мировой войны возникла и начала бурно развиваться кибернетика как наука об общих закономерностях в управлении и связи в различных системах: искусственных, биологических, социальных. Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием в 1948 г. американским математиком Норбертом Винером, ставшей знаменитой, книги “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”. В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Развиваясь одновременно с развитием электронно-вычислительных машин, кибернетика со временем превращалась в более общую науку о преобразовании информации. Под информацией в кибернетике понимается любая совокупность сигналов, воздействий или сведений, которые некоторой системой воспринимаются от окружающей среды (входная информация X), выдаются в окружающую среду (выходная информация У), а также хранятся в себе (внутренняя, внутрисистемная информация Z),Развитие кибернетики в нашей стране встретило идеологические препятствия. Как писал академик А.И.Берг, “... в 1955-57 гг. и даже позже в нашей литературе были допущены грубые ошибки в оценке значения и возможностей кибернетики. Это нанесло серьезный ущерб развитию науки в нашей стране, привело к задержке в разработке многих теоретических положений и даже самих электронных машин”. Достаточно сказать, что еще в философском словаре 1959 года издания кибернетика характеризовалась как “буржуазная лженаука”. Причиной этому послужили, с одной стороны, недооценка новой бурно развивающейся науки отдельными учеными “классического” направления, с другой – неумеренное пустословие тех, кто вместо активной разработки конкретных проблем кибернетики в различных областях спекулировал на полуфантастических прогнозах о безграничных возможностях кибернетики, дискредитируя тем самым эту науку. Попытку определить, что же такое современная информатика, сделал в 1978 г. Международный конгресс по информатике: “Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия”. Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам (в самом широком смысле этого понятия). Когда разрабатываются новые носители информации, каналы связи, приемы кодирования, визуального отображения информации и многое другое, конкретная природа этой информации почти не имеет значения. Для разработчика системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу многочисленными пользователями. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки. С развитием информатики возникает вопрос о ее взаимосвязи и разграничении с кибернетикой. При этом требуется уточнение предмета кибернетики, более строгое его толкование. Информатика и кибернетика имеют много общего, основанного на концепции управления, но имеют и объективные различия. Один из подходов разграничения информатики и кибернетики – отнесение к области информатики исследований информационных технологий не в любых кибернетических системах (биологических, технических и т.д.), а только в социальных системах. В то время как за кибернетикой сохраняются исследования общих законов движения информации в произвольных системах, информатика, опираясь на этот теоретический фундамент, изучает конкретные способы и приемы переработки, передачи, использования информации. Впрочем, многим современным ученым такое разделение представляется искусственным, и они просто считают кибернетику одной из составных частей информатики.