1.1. Понятие информатики. Структура и классификация.
Термин "Информатика" возник в начале 60-х годов ХХ века во Франции для выделения области знаний, связанной с автоматизированной обработкой информации с помощью электронно-вычислительных машин.
Информатика - это научная и прикладная область знаний, изучающая законы, методы и способы накопления, обработки и передачи информации с помощью компьютерных и других технических средств.
Информатика тесно связана с кибернетикой, но не тождественна ей. Кибернетика изучает общие закономерности процессов управления сложными системами в разных областях человеческой деятельности независимо от наличия или отсутствия компьютеров. Информатика же изучает общие свойства только конкретных информационных систем.
Информатику можно рассматривать как науку, как технологию и как индустрию.
Информатика как наука объединяет группу дисциплин, занимающихся изучением различных аспектов свойств информации в информационных процессах, а также применением алгоритмических, математических и программных средств для ее обработки с помощью компьютеров.
Информатика как технология включает в себя систему процедур компьютерного преобразования информации с целью ее формирования, хранения, обработки, распространения и использования.
Основными чертами современной (новой) информационной технологии являются:
дружественный программный и аппаратный интерфейс;
интерактивный (диалоговый) режим решения задач;
сквозная информационная поддержка всех этапов решения задачи на основе интегрированной базы данных;
возможность коллективного решения задач на основе информационных сетей и систем телекоммуникаций;
безбумажная технология, при которой основным носителем информации является не бумажный, а электронный документ.
Информатика как индустрия - это инфраструктурная отрасль народного хозяйства, обеспечивающая все другие отрасли необходимыми информационными ресурсами. Индустрия информатики включает в себя предприятия, производящие вычислительную технику и ее элементы; вычислительные центры различного типа и назначения (индивидуальные, кустовые, коллективного пользования и др.); предприятия, осуществляющие производство программных средств и проектирование информационных систем; организации, накапливающие, распространяющие и обслуживающие фонды алгоритмов и программ; станции технического обслуживания вычислительной техники.
Роль информатики в современных условиях постоянно возрастает. Деятельность как отдельных людей, так и целых организаций все в большей степени зависит от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Внедрение компьютеров, современных средств переработки и передачи информации в различные индустрии послужило началом процесса, называемого информатизацией общества. Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Информатизация на основе внедрения компьютерных и телекоммуникационных технологий является реакцией общества на потребность в существенном увеличении производительности труда в информационном секторе общественного производства, где сосредоточено более половины трудоспособного населения.
Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а идеями, образами, интеллектом, знаниями. Для каждой страны ее движение от индустриального этапа развития к информационному определяется степенью информатизации общества.
Информация - это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состояниях, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
Информатика рассматривает информацию как связанные между собой сведения, изменяющие наши представления о явлении или объекте окружающего мира. С этой точки зрения информацию можно рассматривать как совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними.
В процессе обработки информация может менять структуру и форму. Признаком структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Формы представления информации могут быть различны. Основными из них являются: символьная (основана на использовании различных символов), текстовая (текст - это символы, расположенные в определенном порядке), графическая (различные виды изображений), звуковая.
В повседневной практике такие понятия, как информация и данные, часто рассматриваются как синонимы. На самом деле между ними имеются различия.
Данные – это информация, представленная в удобном для обработки виде.
Данные могут быть представлены в виде текста, графики, аудио-визуального ряда. Представление данных называется языком информатики, представляющим собой совокупность символов, соглашений и правил, используемых для общения, отображения, передачи информации в электронном виде.
Одной из важнейших характеристик информации является ее адекватность.
Адекватность информации - это уровень соответствия образа, создаваемого с помощью информации, реальному объекту, процессу, явлению. От степени адекватности информации зависит правильность принятия решения.
Адекватность информации может выражаться в трех формах: синтаксической, семантической и прагматической.
Синтаксическая адекватность отображает формально-структурные характеристики информации, не затрагивая ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость ее передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.д. Информацию, рассматриваемую с таких позиций, обычно называют данными.
Семантическая адекватность определяет степень соответствия образа объекта самому объекту. Здесь учитывается смысловое содержание информации. На этом уровне анализируются сведения, отражаемые информацией, рассматриваются смысловые связи. Таким образом, семантическая адекватность проявляется при наличии единства информации и пользователя. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.
Прагматическая адекватность отражает соответствие информации цели управления, реализуемой на ее основе. Прагматические свойства информации проявляются при наличии единства информации, пользователя и цели управления. На этом уровне анализируются потребительские свойства информации, связанные с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.
Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации.
Для измерения информации вводятся два параметра: количество информации I и объем данных Vд.
Эти параметры имеют разные выражения и интерпретацию в зависимости от рассматриваемой формы адекватности. Каждой форме адекватности соответствует своя мера количества информации и объема данных.
Синтаксическая мера информации оперирует с обезличенной информацией, не выражающей смыслового отношения к объекту. На этом уровне объем данных в сообщении измеряется количеством символов в этом сообщении.
Объем данных Vд – в сообщении измеряется количеством символов (разрядов) в этом сообщении. В различных системах счисления один разряд имеет различный вес и соответственно меняется единица измерения данных.
Количество информации I на синтаксическом уровне невозможно определить без рассмотрения понятия определённости состояния системы (энтропии системы). Рассмотрим это понятие.
Пусть до получения информации потребность имеет некоторые предварительные сведения о системе . Мерой его неосведомленности о системе является функция H(), которая в тоже время служит мерой предоставления состояния системы.
После получения некоторого сообщения получатель приобрёл некоторую дополнительную информацию I(), уменьшившую его априорию неосведомлённость так, что апостериорная неопределённость состояния системы стала H().
Тогда количество информации I() о системе, полученной в сообщении определяется как
I() = H() - H(),
т.е. количество информации измеряется (уменьшением) неопределённости состояния системы.
Если конечная неопределённость H() обратится в нуль, то первоначальное неполное значение зам енится полным знанием и количество информации I() = H(). Иначе говоря, энтропия системы H() может рассматриваться как мера недопустимой информации.
Энтропия системы H(), имеющая N возможных состояний равна:
где Pi – вероятность того, что система находится в I-м состоянии.
Для случая, когда все состояния системы равновероятны, т. е. их вероятности равны
,
ее энтропия определяется соотношением
Часто информация кодируется числовыми кодами в той или иной системе счисления, особенно это актуально при представлении информации в компьютере. Естественно, что одно и то же количество разрядов в разных системах счисления может передать разное число состояний отображаемого объекта, что можно представить в виде соотношения
N=mn
где N – число всевозможных отображаемых состояний;
m – основание системы счисления (разнообразие символов, применяемых в алфавите),
n – число разрядов (символов) в сообщении.
В современных ЭВМ минимальной единицей измерения данных является бит - один двоичный разряд. Широко используются также более крупные единицы измерения: байт, равный 8 битам; килобайт, равный 1024 байтам; мегабайт, равный 1024 килобайтам и т.д.
Семантическая мера информации используется для измерения смыслового содержания информации. Наибольшее распространение здесь получила тезаурусная мера, связывающая семантические свойства информации со способностью пользователя принимать поступившее сообщение.
Тезаурус - это совокупность сведений, которыми располагает пользователь или система.
Максимальное количество семантической информации потребитель получает при согласовании ее смыслового содержания со своим тезаурусом, когда поступающая информация понятна пользователю и несет ему ранее неизвестные сведения. С семантической мерой количества информации связан коэффициент содержательности, определяемый как отношение количества семантической информации к общему объему данных.
Относительной мерой количества семантической информации может служить коэффициент содержательности С , который определяется как отношение количества семантической информации к объему:
Прагматическая мера информации определяет ее полезность, ценность для процесса управления. Обычно ценность информации измеряется в тех же единицах, что и целевая функция управления системой.