1.3. Структура современной информатики
Опишем коротко составные части современной информатики. Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике - все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.
Прежде всего, различают наиболее крупные составляющие:
теоретическую информатику как фундаментальную науку,
прикладную информатику, включающую в себя, прежде всего, разработку средств информатизации,
информационные технологии, являющиеся в настоящее время базой многих отраслей народного хозяйства,
новейшее направление – социальную информатику.
Рассмотрим эти составляющие более подробно.
Теоретическая информатика:
Информация как семантическое свойство материи.
Информация и эволюция в живой и неживой природе.
Общая теория информации. Методы измерения информации. Макро - и микроинформация.
Математические и информационные модели.
Теория алгоритмов.
Стохастические методы в информатике.
Вычислительный эксперимент как методология научного исследования.
Информация и знания:
Семантические аспекты интеллектуальных процессов и информационных систем.
Информационные системы искусственного интеллекта.
Методы представления знаний.
Познание и творчество как информационные процессы.
Теория и методы разработки и проектирования информационных систем и технологий.
Прикладная информатика, включающая вопросы программирования и реализации различных технологий:
Персональные компьютеры. Рабочие станции. Устройства ввода/вывода и отображения информации. Аудио- и видеосистемы, системы мультимедиа. Сети ЭВМ. Средства связи и компьютерные телекоммуникационные системы.
Операционные системы и среды. Системы и языки программирования. Сервисные оболочки, системы пользовательского интерфейса. Программные средства межкомпьютерной связи (системы теледоступа), вычислительные и информационные среды. Текстовые и графические редакторы. Системы управления базами данных. Процессоры электронных таблиц. Средства моделирования объектов, процессов, систем. Информационные языки и форматы представления данных и знаний; словари; классификаторы; тезаурусы. Средства защиты информации от разрушения и несанкционированного доступа. Издательские системы.
Системы реализации технологий автоматизации расчетов, проектирования, обработки данных (учета, планирования, управления, анализа, статистики и т.д.).
Системы искусственного интеллекта (базы знаний, экспертные системы, диагностические, обучающие и др.).
Информационные технологии:
Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи и обработки данных. Подготовки текстовых и графических документов, технической документации.
Интеграции и коллективного использования разнородных информационных ресурсов. Защита информации.
Программирования, проектирования, моделирования, обучения, диагностики, управления (объектами, процессами, системами).
Социальная информатика:
Информационные ресурсы как фактор социально-экономического и культурного развития общества.
Информационное общество - закономерности и проблемы становления и развития. Информационная инфраструктура общества. Проблемы информационной безопасности.
Новые возможности развития личности в информационном обществе.
Проблемы демократизации в информационном обществе и пути их решения.
Информационная культура и информационная безопасность личности.
Упрощённая структура информатики представлена на рис 1.2.
Рис. 1.2. Структура информатики
Методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информации, статистикой, теорией кодирования, математической логикой, документоведением и т.д. В этом разделе изучаются следующие вопросы:
представление различных типов данных (числа, символы, текст, звук, графика, видео и т.д.) в виде, удобном для обработки СВТ - системами вычислительной техники (кодирование данных);
форматы представления данных (предполагается, что одни и те же данные могут быть представлены разными способами);
теоретические проблемы сжатия данных;
структуры данных, т.е. способы хранения с целью удобного доступа к данным.
В изучении состава, структуры, принципов функционирования средств вычислительной техники используются научные положения из электроники, автоматики, кибернетики. В целом этот раздел информатики известен как аппаратное обеспечение (АО) информационных процессов. В этом разделе изучаются:
основы построения элементов цифровых устройств;
основные принципы функционирования цифровых вычислительных устройств;
архитектура СВТ - основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных;
приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем;
приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей.
В разработке методов управления средствами вычислительной техники (а средствами цифровой вычислительной техники управляют программы, указывающие последовательность действий, которые должно выполнить СВТ) используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, теории игр. Этот раздел информатики известен как программное обеспечение (ПО) СВТ. В этом разделе изучаются:
средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс;
программное обеспечение СВТ (ПО).
Третья составляющая информатики - программное обеспечение - неоднородна и имеет сложную структуру, включающую несколько уровней: системный, служебный, инструментальный, прикладной.
На низшем уровне находятся комплексы программ, осуществляющих интерфейсные функции (посреднические между человеком и компьютером, аппаратным и программным обеспечением, между одновременно работающими программами), т.е. распределения различных ресурсов компьютера. Программы этого уровня называются системными. Любые пользовательские программы запускаются под управлением комплексов программ, называемых операционными системами.
Следующий уровень - это служебное программное обеспечение. Программы этого уровня называются утилитами, выполняют различные вспомогательные функции. Это могут быть диагностические программы, используемые при обслуживании различных устройств (гибкого и жесткого диска), тестовые программы, представляющие комплекс программ технического обслуживания, архиваторы, антивирусы и т.п. Служебные программы, как правило, работают под управлением операционной системы (хотя могут и непосредственно обращаться к аппаратному обеспечению), поэтому они рассматриваются как более высокий уровень. В некоторых классификациях системный и служебный уровни объединяются в один класс - системного программного обеспечения
Инструментальное программное обеспечение представляет комплексы программ для создания других программ. Процесс создания новых программ на языке машинных команд очень сложен и кропотлив, поэтому он низкопроизводителен. На практике большинство программ составляется на формальных языках программирования, которые более близки к математическому, следовательно, проще и производительней в работе, а перевод программ на язык машинных кодов осуществляет компьютер посредством инструментального программного обеспечения. Программы инструментального программного обеспечения управляются системными программами, поэтому они относятся к более высокому уровню.
Прикладное программное обеспечение — самый большой по объему класс программ, это программы конечного пользователя. В мире существует около шести тысяч различных профессий, тысячи различных увлечений и большинство из них в настоящее время имеет какие-либо свои прикладные программные продукты. Прикладное программное обеспечение также управляется системными программами, и имеет более высокий уровень.
На рис.1.3 приведена схема структуры программного обеспечения.
Рис. 1.3. Классификация программного обеспечения
Предложенная классификация программного обеспечения является в большой мере условной, так как в настоящее время программные продукты многих фирм стали объединять в себе программные элементы из разных классов. Например, операционная система Windows, являясь комплексом системных программ, в своем составе содержит блок служебных программ (дефрагментация, проверка, очистка диска и др.), а также текстовый процессор WordPad, графический редактор Paint, которые принадлежат классу прикладных программ.