3. 1.3. Информатика

Целью информатики является изучение структуры и общих свойств научной информации с выявлением закономерностей процессов коммуникации. В современном понимании информатика - это область науки и техники, изучающая инфор­мационные процессы и методы их автоматизации. Пользователю она предоставляет методологические основы построения информационной модели объекта. Примером такой модели является концептуальная, которая в производстве отображает требу­емые характеристики конечной продукции и формулируется в виде технического задания.

В информатике можно выделить три уровня. Физический (нижний) уровень представляет собой средства вычислительной техники и техники связи. Их развитие оказывает решающее влияние на возможности и направление использования инфор­матики. Логический (средний) уровень информатики составляет информационная технология. Прикладной (верхний) уровень определяет идеологию применения ин­формационной технологии для проектирования различных систем. На этом уровне задаются средства и методы обработки данных. Они могут иметь разное практичес­кое приложение, в соответствии с чем предлагается выделить глобальную, базовую и конкретные информационные технологии.

Информатика как научное направление имеет ряд определений. Это объясняется тем, что основным объектом изучения информати­ки является информация, которая обозначает в общем случае неко­торую форму связей или зависимостей объектов, явлений и мыс­лительных процессов. Информация - это абстрактное понятие, ес­ли относить ее к определенному классу закономерностей мате­риального мира и процессу отражения его в человеческом сознании. В научных исследованиях и в практической жизни определение информации зависит от области, в которой реализуется деятель­ность человека. Существуют различные определения. Н. Винером указывалось, что информация - это обозначение содержания, по­лученного из внешнего мира. К. Шеннон дал определение ее как коммуникации связи, в процессе которой устраняется неопределен­ность. Эшби определил информацию как передачу разнообразия. Л. Бриллюэн определил информацию как отрицание энтропии. Энтропийные оценки информации оказались перспективными. Сформулированные в 1948 г. в работе К. Шеннона "Математическая теория связи" идеи о применении кодирования для помехоустойчивой передачи сообщений по каналам с шумом заложили фундамент теории инфор­мации, в дальнейшем развивавшейся как теория передачи сообще­ний по каналам с помехами. В 50-е годы теория информации привлекает всеобщее внимание, появляются работы по алгебраичес­ким кодам, предлагаются конструктивные схемы кодирования и де­кодирования, исследуются границы вероятности ошибок и пропуск­ные способности различных каналов. Идеи теории информации оказались полезными для дальнейшего развития информатики. Проблемы кодирования сообщений при отсутствии помех нашли конкретное применение как основы кодирования при подготовке и регистрации информации, где она должна быть пред­ставлена в наиболее экономном виде и с высокой степенью верно­сти. Оптимальное кодирование в каналах без шума с учетом стати­стических свойств источника оказалось теоретической базой пред­ставления информации, снимаемой с автоматических регистриру­ющих датчиков при ее преобразовании в кодированный вид. Непосредственно результаты теории информации находят свое при­менение при создании систем обмена данными на различных уров­нях сетевого взаимодействия. Не меньшее значение эти результаты имеют и в области информационного обеспечения АСУ при опреде­лении оптимальной структуры массивов, минимизации отдельных блоков представления информации, построении моделей объекта. Понимание содержания теории информации с течением времени стало изменяться. Сохраняя в своей основе исследование методов кодирования для экономного представления сообщений различных источников и достоверной передачи сообщений по каналам связи с помехами, эта теория стала охватывать и проблемы хранения. На ее базе начинает формироваться наука об информационных процес­сах, в которой существенное развитие получает информационный подход. В качестве источника выступает не только искусственно созданный, формирующий набор сообщений, но и реальный объект, с которого другой объект, снимает инфор­мацию путем отражения. Анализ такого обмена, связанного с полу­чением и использованием информации в контуре управления, при­вел к определению ряда типовых информационных процессов, оцен­ке их характеристик, созданию моделей, позволяющих осуществ­лять анализ и синтез. Теория информационных процессов, подкрепленная возможностями их автоматизации на базе средств вычислительной техники, получила дальнейшее развитие в новом научном направлении - информатике. Однозначного понимания этого направления не существует.

Содержание информатики. Исторически она как научная дисцип­лина изучала структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности процессов научной коммуникации. На пер­вом этапе в связи со слабым развитием средств автоматизации информационных процессов в центре внимания этой науки стояла деятельность по сбору, переработке, хранению и распространению научно-технической информации, но уже в это время информатика изучала методологию классификации, сортировки, выявления и рефе­рирования информации по конкретным отраслям науки и техники. Естественно, что в центре внимания информатики оказались инфор­мационные системы библиотечного типа, но в своем содержании она сохранила математическую теорию информации, включив эле­менты инженерной психологии при изучении отображения инфор­мации. Используя математические методы и являясь разделом ки­бернетики, информатика в то же время потребовала применения методов семиотики с учетом традиционных ее разделов: прагмати­ки, семантики и синтактики. В общем виде теоретической задачей информатики является нахождение общих закономерностей созда­ния научной информации, ее преобразования и использования в раз­ных сферах человеческой деятельности. К прикладным задачам информатики можно отнести разработку средств и методов автома­тизации информационных процессов. В соответствии с современ­ным состоянием и тенденциями развития определим информатику как область науки и техники, изучающую информационные процес­сы и методы их автоматизации на основе современных аппарат­но-программных средств вычислительной техники и техники связи.

Информатика как наука должна дать методологические основы построения информационной модели объекта. Использование этой модели для целенаправленной деятельности в любых сферах челове­ческого общества осуществляется на основе реализации информаци­онных процессов. Под моделью обычно понимают объект-замести­тель объекта-оригинала, который обеспечивает изучение некоторых свойств оригинала. Информационная модель - это модель, выра­женная в виде информации, доступной для использования челове­ком. Известно большое число разновидностей моделей. Исключая физическую, натурную модель, можно считать, что остальные виды моделей имеют информационный характер. Это означает, что эти модели должны быть записаны в виде определенных символов, знаков, а при хранении с помощью ЭВМ отображаться совокуп­ностью данных. Таким образом, информационная модель имеет определенный жизненный цикл, включающий в себя: получение модели на основе специально разработанной методики для выявле­ния наиболее существенной информации о характеристиках объекта; компоновку полученной информации в форме, отвеча­ющей интересам пользователя либо возможностям записи информации на носитель; хранение информации в формализованном виде во внемашинной сфере либо в виде данных внутри ЭВМ в соответствии с методами организации информационных массивов; извлече­ние информации в виде концептуальной модели для последующего превращения ее в алгоритмическую модель и программу с целью управления либо решения других задач. Конкретные процедуры формирования, хранения и использования информационной модели могут быть различными и зависеть от объекта, который они отража­ют. На практике широкое применение информационные модели получили при "обследовании" производства как объекта последу­ющей автоматизации. Эффективную обработку результатов изучения организационной структуры предприятия, существующей системы управления с учетом документооборота дают матричные информаци­онные модели, которые реализуются в документальной форме и мо­гут быть построены без использования ЭВМ.

Матричная модель может служить ярким примером статической информационной моде­ли. Большую актуальность в современном производстве имеют динамические информационные модели, которые формируются непо­средственно в ходе производства в памяти ЭВМ. Для пользователя в этом случае важным является соблюдение следующих требований: отражение информационной моделью только существенных сторон реального объекта, которые необходимы для решения данной задачи управления; наглядность, т.е. представление ее в понятном для пользователя языке; достаточная простота и скомпонованность.

Методология построения информационной модели должна включать три уровня:

• верхний уровень - концептуальный, на котором содержательно записываются основные характеристики объекта, полученные в процессе отражения. На концептуальном уровне долж­на быть продумана идеология структуризации данных, отражающих информационную модель;

• средний уровень - логический, на котором решается задача формализации информационной модели на основе известного математического аппарата. Аппарат формализа­ции должен позволять представлять полученную информацию в виде совокупности отдельных информационных объектов и отношений между ними, а также организовывать информационные массивы из данных, отображающих эту информацию, тем самым подготавливая процедуру хранения ее в документальной форме либо в памяти ЭВМ;

• нижний уровень - физический, на котором информационные массивы распределяются по физическим носителям.

Переход к сред­ствам вычислительной техники на уровне описания реального объекта свел указанные задачи к проблеме создания информационно­го обеспечения системы. В сферу информатики вошли проблемы создания, проектирования и ведения баз и банков данных с использо­ванием современных средств автоматизации этого процесса. Инфор­мационная модель, становясь источником управляющей информа­ции, не может быть использована без четкой организации информа­ционного процесса в системе. В соответствии с этим в сферу информа­тики вошли вопросы анализа и синтеза информационных процессов с выделением основных базовых фаз преобразования информации.

Информационный процесс также может быть представлен на концептуальном, логическом и физическом уровнях. Концептуаль­ный уровень содержательно описывает структуру информационного процесса, его составляющие и связи между ними. Логический уровень отоб­ражается набором математических моделей, позволяющих прово­дить анализ качества реализации информационного процесса, а так­же осуществить процедуру синтеза. На этом этапе должны быть определены основные характеристики качества, модели их оценки и методы получения их в реальных условиях функционирования. На физическом уровне рассмотрения информационных процессов опре­деляются программно-аппаратные средства их реализации на базе типового математического и программного обеспечения. В течение длительного периода информационные процессы рассматривались раздельно. Такому подходу посвящены многочисленные публика­ции как в отечественной, так и в зарубежной литературе. Повыше­ние роли и значимости информации в обществе в начале 80-х годов заставило комплексно подойти к теории и практике использования информационных процессов. Общество осознало необходимость совокупности мер, направленных на обеспечение полного исполь­зования информационного ресурса в обществе. Наступил этап, ко­торый может быть назван этапом информатизации общества. Фун­даментом информатизации общества являются программно-аппа­ратные средства вычислительной техники и техники связи. Переход к персональным ЭВМ, объединенным локальной сетью и связан­ным магистральной сетью с главными вычислительными машина­ми, позволяет решить принципиально новые проблемы информати­ки: создание информационной модели мира; расширение творчес­кого аспекта деятельности человека в обслуживании информацион­ной модели; перенос данных из документов в память ЭВМ, т.е. переход от бумажной информатики к безбумажной; доступность информационного ресурса каждому члену общества; демократиза­ция информационной структуры общества.

Переход к безбумажной информатике. Информационная модель приобретает новое конструктивное значение при встраивании ком­пьютера в рабочее место. Создание специализированных вычис­лительных средств позволяет использовать информационную мо­дель в реальном масштабе времени, непрерывно пополнять ее, исключить документооборот, установить прямую связь между ма­териальным объектом и ЭВМ. Здесь серьезное место занимают проблемы соединения реального объекта либо его модели со сред­ствами вычислительной техники. Современные микроЭВМ уже по­зволяют эффективно реализовать этот процесс. Удается осущест­вить информационный обмен с выдачей оперативной управляющей информации, которая может в реальном масштабе времени регули­ровать производство, активно воздействовать на проводимый науч­ный эксперимент, эффективно использоваться в процессе проек­тирования. Специализированные компьютерные средства уже в настоящее время находят эффективное применение в виде автоматизи­рованных обучающих систем, обеспечивающих самоконтроль, са­мообучение, что особенно важно при реализации самостоятельной творческой работы на всех уровнях народного образования. Перс­пективы расширения творческой активности работника в сфере производства, науки, культуры и т.д. связаны с тем, что при внедрении АРМ человек освобождается от рутинных информацион­ных процессов, у него появляется возможность творчески относить­ся к принятию решения по каждой задаче. Этому способствуют и дополнительные возможности по получению новых знаний за счет использования информационного ресурса и большей доли личного творческого труда. На базе информатики может быть реализован тезис о том, что наука становится непосредственной производитель­ной силой общества. Переход к безбумажной информатике не толь­ко меняет реализацию информационных процессов, но и приводит к новой организационной структуре управления практически во всех сферах общественного производства, освобождается большое число людей, занятых в сфере бумажного производства. Документ может остаться не носителем информации, а только лишь результатом машинной процедуры вывода его при необходимости. Устранение человека из сферы формирования и передачи документа уменьшает роль субъективного фактора, что поднимет достоверность инфор­мации, а также предотвратит сознательное ее извращение. Доступ­ность информации для каждого члена общества имеет не только важное экономическое значение, но и большие социальные последствия. Огромную роль сыграет внедрение персональных ЭВМ в быт семьи, воспитание детей, информатизацию образования. Перевод его на алгоритмический уровень позволит резко изменить структуру обязательных часов, отведенных под изучение различных дисцип­лин, увеличит активность и самостоятельность учащихся. Доступ­ность информации позволит полнее раскрыть способности каждого человека, увеличить объем знаний и тем самым повысить интеллек­туальный потенциал общества в целом. Демократизация инфор­мационной структуры общества должна привести к сокращению служебной информации, право доступа к которой зачастую без оснований принадлежит чиновничьему слою административно-ко­мандной системы управления. Чтобы использовать информацион­ный ресурс общества, каждый его член должен быть подготовлен к работе с компьютером.

Развитие средств вычислительной техники, переход к персональ­ным ЭВМ ускорили научно-технический прогресс общества. Со­временный период его развития конкретизирует требования к содер­жанию информатики. Эти требования нашли выражение в новой информационной технологии. Новая информационная технология по существу представляет собой совокупность моделей, методов и средств обработки данных с непосредственным интеллектуаль­ным доступом человека в вычислительную среду для формирования новых знаний. Создание информационной модели, использование этой модели в конкретной сфере деятельности человека возможно только на базе современной информационной технологии. Можно считать, что если программно-аппаратные средства вычислительной техники соста­вляют фундамент и являются физическим уровнем информатики, то информационная технология составляет ее логический уровень. Информационная технология реализуется на основе взаимодействия информа­ционных процессов и должна предусматривать такую их организацию, чтобы они могли быть автоматизированы и в совокупности выступали как единая система. Таким образом, информационная технология может быть рассмотрена как система, т.е. объект разработки. Одновременно она становится средством создания и проектирования новых систем. В этом проявляется верхний - пользовательский - уровень информации. Этот уровень определяет путь построения автоматизированных систем управления, автоматизированных систем научных исследований и комплексных испытаний, интеллектуальных систем, систем реального времени, автоматизированных информацион­ных систем, автоматизированных систем обработки и отображения информации, автоматизированных распределенных систем. Эти систе­мы в связи с однотипностью происходящих в них информационных процессов могут быть классифицированы как системы информатики.

В рамках информатики и ее раздела - информационной тех­нологии - важнейшей проблемой является такое построение инфор­мационного процесса и отдельных его фаз, которое позволяет авто­матизировать их на основе современных программно-аппаратных средств. При автоматизации любого процесса желательно знать его математическую модель. Если математические модели для такого процесса, как передача информации, в значительной степени раз­работаны, то для остальных фаз преобразования системные модели пока отсутствуют и можно говорить лишь об автоматизации от­дельных процедур. Значительная доля процедур выполняется вруч­ную, и здесь следует прежде всего указать на программирование. Точка зрения, связанная с уменьшением числа программистов по мере развития и совершенствования средств вычислительной тех­ники, себя не оправдывает. Изменяется перечень задач, которые решает программист. Он все больше переходит на уровень приклад­ного программного обеспечения. В этих условиях успех внедрения информационной технологии будет зависеть от совершенствования операционных систем, программного обеспечения и всей идеологии построения вычислительной техники. Учитывая актуальность этого направления, возникло неверное представление об информатике как отрасли создания, совершенствования и внедрения программного обеспечения. Более правильным представляется отнести про­граммное обеспечение к средствам информатики, т.е. к ее физичес­кому уровню. Это не умаляет всей сложности решения проблемы построения программных средств, которые являются трудоемким объектом проектирования. Процесс проектирования программного обеспечения должен непрерывно автоматизироваться, и в этом ведущая роль принадлежит информационной технологии. Должны создаваться специальные технологические комплексы по проектированию программного обеспечения, которое становится промышленным продуктом. Естественным является процесс возникновения промыш­ленных предприятий и целой индустрии программного обеспечения. Развитию этого направления будут способствовать нормативные документы по оценке стоимости программного обеспечения. Нужны новые критерии оценки, поскольку оценка программного обеспечения в длине программы (в операторах) уже в настоящее время является неудовлетворительной. Особое внимание следует обратить на то, что информационную технологию нельзя внедрять в существующие традиционные схемы организационно-экономического и технологи­ческого управления. Должны совершенствоваться структуры пред­приятий как объектов, охватываемых на стадии их проектирования и эксплуатации информационной технологией. Дальнейшее развитие должна получить экономика индустрии информатики как на уровне программно-аппаратных средств, так и на уровне совершенствования моделей, методов и алгоритмов реализации информационной техно­логии. Таким образом, научное направление - информатика - мо­жет быть рассмотрено на трех уровнях: физическом уровне как программно-аппаратные средства вычислительной техники и техники связи; логическом уровне - информационная технология, т.е. моде­ли, методы и средства организации и автоматизации информацион­ных процессов; и прикладном уровне, т.е. использование информаци­онной технологии для создания систем, в основе функционирования которых лежат информационные процессы. Развитие информатики есть следствие научно-технического прогресса в области вычислительной техники и основа дальнейшей информатизации общества - нового периода развития человеческой цивилизации. Сейчас трудно предсказать последствия этого процесса, но будем надеяться на новый уровень развития творческих возможностей человека. Грядущий век можно с уверенностью назвать веком информатики.