Модуль "Основы информатики" (1)

Тема 1. Базовые понятия информатики Оглавление

Тема 1. Базовые понятия информатики 1

Информатика 1

Информатика как наука 2

Информация и ее свойства 9

Носители информации. Форма представления информации 10

Единицы измерения информации 13

Связь понятий «информация», «данные», «знание» 16

Информатика

Информатика связана с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации (вычислительная техника, программное обеспечение), затрагивает организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации во всех областях жизни людей, изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам, свойства информации, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача).

Термин «информатика» (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматицация) - «информационная автоматизация». Синонимы названия информатика: «Сomputer science» - «компьютерная наука», «Information science» - «информационная наука».

В информатике можно выделить:

• научную составляющую - комплекс научных дисциплин, связанных с методами, средствами и процессами описания, получения, передачи и обработки информации в различных областях человеческой деятельности;

• прикладную составляющую - программный и технический инструментарий для создания и эксплуатации информационных систем (ИС), информационных технологий (ИТ);

• бизнес-сферу.

Информатика как наука

Информатика как наука нацелена на получение знаний об информации и ее свойствах, теоретическое обоснование основ построения ИС и ИТ, использует разнообразные методы научно-исследовательской работы, понятийный аппарат. Теоретическая информатика использует достижения фундаментальных наук: теории информации, теории алгоритмов, математической логики, теории вероятности и статистика и т. д.

Теория информации является базовой наукой для информатики, ее создателем является Ральф Хартли, который в 1927 г. определил меру количества информации. В 1948 г. Клод Шеннон предложил абстрактную схему связи, состоящую из пяти элементов: источник информации, передатчик, линия связи, приёмник, адресат, представил формулу вычисления количества информации, сформулировал теоремы о пропускной способности, помехоустойчивости, кодировании.

Больцман ввел понятие энтропии, которая характеризует муру беспорядка, хаоса системы. Энтропия максимальна при равновероятном распределении параметров движения молекул. Л. Бриллюэн охарактеризовал информацию как отрицательную энтропию, негэнтропию, меру упорядоченности материальных систем.

В 1948 Н.Винер, основоположник науки кибернетики, в своей книге «Кибернетика» сформулировал тезис: «Информация – это информация, а не материя (вещество) и не энергия», что машины могут правильно работать в том случае, если получают от человека необходимую им информацию и в самой точной форме. В середине 50-х годов 20-го века У.Эшби выдвинул концепцию необходимого разнообразия, согласно которой разнообразие управляющей системы должно быть не меньше разнообразия управляемого объекта.

В 1965 А.Н.Колмогоров предложил алгоритмический подход к измерению количества информации - минимальная длина программы в количестве команд, позволяющей преобразовать один объект (множество) в другой (множество). Прирост количества информации, содержащейся в результатах расчёта, по сравнению с исходными данными можно измерить.

В 1968 году А.Д. Урсул указал на качественные характеристики информации, выделил прагматический аспект, характеризующий ценность информации для получателя.

Таким образом, научные концепции, возникновение смежных научных дисциплин формировали информатику. Большое значение имеет связь информатики и семиотики. Семиотика трактует знак как условное изображение элемента сообщения, слово - как совокупность знаков, имеющих смысловое значение, язык - как словарь и правила пользования им. Количество, содержание и ценность информации сообщения могут определяться на основании анализа знаковых структур, для которых выделены три основных аспекта: синтактика, семантика, прагматика. Р.Карнап и И.Бар-Хиллел являются основоположниками теории семантической информации, раскрывающей смысловое содержание сообщений.

Изучение отношений между знаками и их потребителями с точки зрения использования получаемой информации и влияния знаков на поведение систем составляет основу прагматической теории информации. Значительная роль в развитии прагматической теории информации принадлежит Д. Харраху, который ввел понятие "обратной связи" для количественной оценки информации на прагматическом уровне.

Можно выделить ряд научных направлений, которые связаны с информатикой:

• Теоретическая информатика

• Кибернетика

• Программирование

• Искусственный интеллект

• Информационные системы

• Вычислительная техника

• Информатика в обществе

• Информатика в природе

Теоретическая информатика распадается на ряд самостоятельных дисциплин: математическая логика для анализа информационных процессов (теория алгоритмов, теория параллельных вычислений, теория автоматов, теория сетей Петри), вычислительная математика, теория кодирования информации, системный анализ, имитационное моделирование процессов, протекающих в реальных объектах, теория массового обслуживания, теория принятия решений, математическое программирование, исследование операций, теория коллективного поведения.

Кибернетика изучает общие законы и принципы управления в объектах различной природы, создала ряд теорий (автоматического управления, технической диагностики, распознавания образов и др.).

Теретическое программирование обеспечивает развитие идей построения программ для компьютеров, процедур программирования, создание языков программирования, трансляторов, операционных систем, сетевых протоколов связи и др.

В начале 70-х гг. 20 века появились искусственный интеллект и когнитивная психология, исследования которых направлены на раскрытие закономерностей и механизмов принятий решений, распознавания образов, построение интеллектуальных систем, робототехники и др.

Информационные системы обеспечивают реализацию информационных процессов системы управления. Большое значение имеет анализ и прогнозирование информационных потоков, развитие теоретических основ организации обработки, хранения и использования информации.

Вычислительная техника развивается в направлении совершенствования элементной базы вычислительных машин (микроэлектроника), создания многомашинных и многопроцессорных комплексов (суперЭВМ) новой архитектуры построения.

Информатика в обществе связана с созданием информационной среды, обеспечивающей удовлетворение информационных потребностей общества, разработкой и реализацией концепции "информационное общество".

Информатика в природе связана с изучением информационных процессов, протекающих в биологических системах, и использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создании технических систем. Это:

• биокибернетика - анализ информационно-управляющих процессов, протекающих в живых организмах, диагностика заболеваний и поиск путей их лечения, оценка биологической активности химических соединений, исследования моделей внутриклеточных процессов, лежащих в основе всего живого;

• бионика - наука о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы;

• биогеоценология — наука, исследующая строение и функционирование биогеоценозов - сообщества живых и неживых объектов,. создание информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на биомассу Земли.