лекции

Часть 1. Общее теоретические основы информатики
Глава 1. Предмет, основные понятия и задачи информатики
1.1 Основные понятия.

Информатика - это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому в тем, что она изучает нередко называют информационными технологиями.

Предмет информатики составляют следующие понятия:
аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
программное обеспечение средств вычислительной техники;
средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие - интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы. Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

Информатика - практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:
архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);
преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ним (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени. В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как сделать данную операцию эффективно.
Вернуться
1.2 Истоки и предпосылки информатики

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции, термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин - Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики обычно называют две науки: документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX в., а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 г., а само название происходит от греческого слова (kyberneticos - искусный в управлений).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами - методы моделирования процессов принятия решений, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.
Вернуться
1.3. Человек и информация в материальном мире. Объекты и явления материального мира. Энергетический обмен.

Мы живем в материальном мире. Все объекты, которые нас окружают, являются материальными. Материя существует в двух формах: в виде материальных тел и в виде энергетических полей. Вещество и энергия - это два фундаментальных понятия, изучением которых занимаются естественные науки. Носителями вещества являются материальные тела, а носителями энергии - энергетические поля.

Поля и тела непрерывно взаимодействуют друг с другом. Материя существует только в состоянии непрерывного движения. Под движением понимается как перемещение тел, так и непрерывное изменение их состояния в результате энергетического обмена между частицами. Этот обмен сопровождается непрерывным изменением свойств, как самих тел, так и окружающих их полей.

Кроме объектов материального мира мы наблюдаем также и процессы их взаимодействия. Эти процессы мы воспринимаем как явления природы. В основе любого природного явления, будь то горение веществ, испарение жидкостей, смена дня и ночи, извержения вулканов и землетрясения, лежит взаимодействие материальных тел и энергетических полей.

Жизнь - это тоже явление природы, хотя до сих пор и малоизученное. Одной из характерных особенностей организмов живой природы является происходящий в них непрерывный обмен веществ. Этот обмен тоже имеет энергетическую природу и происходит на уровне клеток и их структурных элементов. При прекращении обмена веществ прекращаются и жизненные процессы.

Человек, с одной стороны, это обычный материальный объект, и потому ему свойственно непрерывное энергетическое взаимодействие с другими объектами материального мира. В то же время он является организмом живой природы и в этом качестве обладает непрерывным внутренним обменом веществ. Эти два процесса могут взаимодействовать между собой. Результат такого взаимодействия мы воспринимаем как информационный обмен между живой и неживой природой.

Рассмотрим пример, известный из курса биологии. Если через органы чувств животное воспринимает окружающую среду как угрожающую, это приводит к изменению обмена веществ. В частности, в кровь выделяются специальные вещества, повышающие частоту дыхания, усиливающие сердцебиение и приводящие органы опорно-двигательной системы в состояние готовности к отражению угрозы. Иные по содержанию, но похожие по механизму процессы происходят в среде, которая воспринимается как успокаивающая. Все это результат информационного обмена, инициированного внешней средой.

Но информационный обмен не обязательно инициируется только внешней средой. Человеку достаточно лишь представить опасность (или иное состояние), чтобы в его организме начались физиологические реакции, связанные с изменением процесса обмена веществ. Здесь проявляется реакция на ранее зарегистрированные результаты предшествующего взаимодействия. На этом основаны механизмы вспоминания, воображения, логического мышления и другие. С их проявлениями мы сталкиваемся, например, в процессе творчества. То есть, в основе логического мышления и творчества тоже лежит информационный обмен.

Информационный обмен может не иметь материальную природу, но он с ней неразрывно связан. Он является промежуточным звеном между энергетическим обменом, свойственным материальным объектам, и обменом веществ, свойственным живым организмам. Информационный обмен развивается в виде информационных процессов. Если проследить информационный процесс от начала до конца, то на отдельных его этапах можно и не увидеть объектов живой природы, но в его начале или конце объект живой природы присутствует обязательно. Забегая вперед, укажем, что свойство отдельных этапов информационного процесса обходиться без объектов живой природы ныне широко используется в информационных технологиях. Оно лежит в основе функционирования автоматических систем обработки информации.

Любое взаимодействие материальных объектов имеет энергетическую природу. Космические тела взаимодействуют друг с другом через гравитационные поля. Взаимодействие заряженных частиц осуществляется через электрическое поле. Даже механическое взаимодействие твердых тел можно рассматривать как взаимодействие их кристаллических или молекулярных структур, в основе которого лежат электромагнитные взаимодействия между частицами, составляющими тела.

С точки зрения физики, любые изменения, происходящие во внутренней структуре вещества или в, энергетических полях, сопровождаются образованием сигналов. Сигналы обладают способностью распространяться во времени и пространстве. Они затухают в результате взаимодействия с веществом.

Сигналы окружают нас на каждом шагу. Солнечный свет - это сигналы, образовавшиеся в результате термоядерных реакций, происходящих в веществе Солнца. Радиосигналы - результат электромагнитных процессов, происходящих в материале излучающей антенны передатчика. Сигналы, регистрируемые сейсмографом, - результаты сложнейших геофизических процессов, происходящих в веществе земной коры и в более глубоких областях планеты.

Как и все объекты материальной природы, сигналы не возникают из ничего и не исчезают бесследно. Их распространение в пространстве всегда завершается взаимодействием с веществом физических тел. Такое взаимодействие в информатике рассматривается как регистрация сигналов.

Сигналы разной физической природы взаимодействуют с веществом по-разному. Например, мы знаем, что свет может оказывать давление на вещество и может выбивать электроны вещества. Световые сигналы могут вызывать долговременные химические изменения в составе вещества - в растительных организмах на этом основана явление фотосинтеза, а в технике - фотографические процессы.

Изменения магнитного поля могут быть зарегистрированы на ферромагнитном покрытии. На этом явлении основана магнитофонная звукозапись и видеозапись на магнитной пленке. Сигналы регистрируются и при механическом взаимодействии двух тел. Эта регистрация может происходить как деформация тел, как продолжительные упругие колебания и даже в виде образования поверхностного электрического заряда.

В информатике подход к сигналам не совсем такой, как в других естественных науках. Так, например, для физики природа энергетических сигналов чрезвычайно важна, поскольку они по-разному распространяются и затухают. Для биологии важны свойства электромагнитных волн, поскольку одни волны вызывают фотосинтез растений, а другие - нет. Информатика не изучает природу сигналов - ее интересует факт их регистрации. Результат регистрации сигналов информатика рассматривает как данные. Если сигнал зарегистрирован четко и легко различим на фоне регистрации побочных сигналов, то он может стать источником для получения информации о событиях, которые имели место, или источником информации о предполагаемых событиях (при прогнозировании).

Таким образом, в информатике данные - это зарегистрированные сигналы.

Поскольку все сигналы имеют энергетическую, то есть материальную природу, то и данные - тоже объекты материальной природы. Данные всегда объективны. Их можно посмотреть, потрогать, услышать. Что именно можно сделать с конкретными данными, зависит от их физической природы, но в любом случае данные можно каким-то образом воспроизвести. Это вытекает из определения данных как зарегистрированных сигналов. Если у нас есть средства зафиксировать факт регистрации сигнала, значит, у нас непременно есть и средства для воспроизведения данных, образовавшихся в момент такой регистрации.

Следы, которые преступник оставляет на месте преступления, - это результат его взаимодействия с окружающими телами. Для криминалистов это данные, несущие информацию о произошедших событиях. Если эти данные нельзя увидеть невооруженным глазом, то их можно разглядеть в микроскоп или подвергнуть спектральному анализу. В данном случае микроскоп или спектрограф предоставляют метод доступа к данным.

Для обычного человека текст, который он видит в документе, - это данные. Но для эксперта-криминалиста данными может быть текст, которого в документе нет (удален в результате подчистки). Разумеется, обычный наблюдатель и эксперт-криминалист получат в этом случае разную информацию из одного и того же документа. Это различие связано с тем, что они пользуются разными методами доступа к данным.

Для того чтобы данные стали информацией, обычно требуется не один, а множество взаимосвязанных методов. Вот пример для обычного текста, напечатанного темными буквами на светлом фоне.
Чтобы рассмотреть текст, наблюдатель должен обладать методом зрения, а не все люди им обладают. Зрение - это естественный метод, присущий большинству людей.
Необходимо достаточное освещение, то есть, нужен метод для его обеспечения. Освещение - это физический метод, основанный на использовании естественного или искусственного света.
Необходимо знать азбуку (систему кодирования звуков) того языка, на котором написан текст.
Надо знать язык, на котором написан текст.
Надо понимать термины и понятия, использованные в сообщении.

Последние три метода - логические. Они связаны с мышлением человека и не доступны от рождения, а приобретаются в результате обучения. Кстати, обратим внимание на то, что если бы текст был напечатан черными буквами на черном фоне, то количество методов в цепочке стало бы больше. К естественным и логическим методам потребовалось бы добавить технические, например исследование текста в ультрафиолетовых лучах.

Мы постепенно приближаемся к определению информации, на оно не столь очевидно, как хотелось бы. Для определения информации нам очень важно понять, что информация образуется из данных, но ее содержательная часть зависит не только от того, какие сигналы были зарегистрированы при образовании данных, но и оттого, каким методом данные воспроизводятся.
Вернуться
1.4. Естественные методы воспроизведения и обработки данных

Естественные методы воспроизведения данных присущи человеку и другим организмам живой природы. Если мы говорим о человеке, то прежде всего к естественным методам относим все методы, основанные на его органах чувств (зрение, осязание, обоняние, слух и вкус).

Благодаря зрению человек получает отпечаток окружающей среды на сетчатке глаза. Сигналы, свидетельствующие об интенсивности, а также о спектральном составе света, отраженного от наблюдаемого объекта, регистрируются нервными окончаниями сетчатки (палочками и колбочками), в результате чего образуются данные, которые впоследствии анализируются головным мозгом. Результатом этого анализа является наблюдаемый образ, то есть информация.

Вам, конечно, знакома разница между внимательным и невнимательным наблюдением. И в том и в другом случае на сетчатке глаза образуются совершенно одинаковые данные, но информацию мы получаем разную. Это связано с тем, что при внимательном наблюдении мозг применяет более сложные методы обработки данных.

Хороший пример того, как из одних и тех же данных образуется разная информация, представляют собой стереограммы. Их следует рассматривать так, чтобы левый и правый глаз фокусировались в разных точках рисунка. В этом случае мозг обрабатывает данные иным методом, и вместо регулярного узора мы можем наблюдать скрытое объемное изображение.

Кроме методов, основанных на органах чувств, человек обладает и другими методами ,обработки данных. К ним относится, например, логическое мышление. Оно позволяет работать с данными, не имеющими объективных аналогов в материальном мире. В окружающей природе мы никогда не встретим идеально прямую линию бесконечной длины и нулевой толщины. Однако в геометрии это не мешает нам основывать свои логические умозаключения на свойствах идеальных объектов и постепенно, переходя от теоремы к теореме, делать выводы и получать информацию, имеющую непосредственное отношение к объектам материальной природы.

Например, результатом этих "идеальных" методов является способность определять размеры вполне материальных тел, рассчитывать их объемы и вычислять площади фигур.

К прочим естественным методам, присущим человеку и основанным на особенностях его мышления, можно отнести воображение, сравнение, сопоставление, анализ, прогнозирование и другие.

Многие естественные методы обработки данных присущи и другим живым организмам. Естественными методами воспроизведения данных обладают даже клетки организмов, у которых нет ни органов чувств, ни способности к мышлению. В качестве примера можно привести метод генетического наследования. Данные, сохраняющиеся в структуре ДНК в виде набора нуклеотидов, становятся генетической информацией нового организма в процессе деления клетки.
Вернуться
1.5. Аппаратные методы воспроизведения и обработки данных

До последнего времени методы обработки данных можно было разделить на естественные и технические. Однако в связи с бурным развитием вычислительной техники в последние годы в классе технических методов четко выделились два направления: аппаратные и программные методы, способные во многих случаях подменять или дополнять друг друга.

Аппаратные методы взаимодействия с данными используют в тех случаях, когда физическая природа данных не позволяет применять для их воспроизведения и обработки естественные методы, основанные на органах чувств. Простейший пример - радиосигналы и другие сигналы электромагнитной природы. Человек не имеет органов чувств для их регистрации и потому вынужден использовать аппаратные методы. С примерами таких методов вы знакомы - они представлены приборами, например телеприемниками и радиоприемниками.

Аппаратные методы - это всегда устройства (приборы). Широко известны такие устройства воспроизведения данных, как магнитофоны, видеомагнитофоны, телефоны, рентгеновские аппараты, телескопы, микроскопы и многие другие. С точки зрения физики все эти устройства обладают разными принципами действия и выполняют разные функции. С точки зрения информатики эти устройства выполняют общую функцию - преобразуют данные из формы, недоступной для естественных методов человека, в форму, доступную для них.

В отдельных случаях данные должны проходить через достаточно длинные цепочки преобразования аппаратными средствами, прежде чем станут доступны для восприятия человеком и из них образуется информация. Поскольку разные приборы выпускаются разными предприятиями, между различными устройствами возможны проблемы совместимости. Не всегда одни устройства могут обрабатывать данные, созданные другими приборами. В таких случаях применяют специальные устройства преобразования данных, но уже говорят не о преобразовании формы данных, а о преобразовании их формата. Например, видеозапись, выполненную с помощью любительской видеокамеры, нельзя передать по каналам телевизионного вещания без предварительного преобразования. В таких случаях данные из формата, в котором работают бытовые видеокамеры, преобразовывают в формат, с которым работают профессиональные средства телевещания и видеотехники.
Вернуться
1.6. Программные методы воспроизведения и обработки данных

Широкое внедрение средств вычислительной техники позволяет автоматизировать обработку самых разных видов данных с помощью компьютеров. Компьютер - это прибор особого типа, в котором одновременно сочетаются аппаратные и программные методы обработки и представления информации. Эти методы составляют предметную область информатики, и мы познакомимся с ними более подробно в последующих главах, а сейчас приведем лишь несколько примеров того, как программные методы влияют на содержание информации, представленной в данных.
Вернуться
1.7. Понятие информации.

До сих пор мы определили только данные как результат регистрации сигналов. Определить, что такое информация, не столь просто, хотя бы потому, что она, в отличие от данных, не является объектом материальной природы и образуется в результате взаимодействия данных с методами. Напомним, что в результате работы таких методов, как логическое мышление, воображение и прогнозирование, может образовываться или обрабатываться информация об "идеальных" объектах, не имеющих адекватного отражения в материальном мире. Это явление хорошо известно, например, по анализу свидетельских показаний. Свидетели не всегда различают информацию, полученную в результате наблюдения и логического мышления. Поэтому одни и те же объективные данные могут интерпретироваться в их показаниях в разную информацию.

Несмотря на то, что понятие информации очень широко используется и в науке, и в повседневной жизни, его строгого научного определения до последнего времени не существовало. По сей день разные научные дисциплины вводят это понятие по-разному. Здесь можно выделить три возможных подхода:
антропоцентрический,
техноцентрический
недетерминированный.

Суть антропоцентрического подхода состоит в том, что информацию отождествляют со сведениями или фактами, которые теоретически могут быть получены и усвоены, то есть преобразованы в знания. Этот подход в настоящее время применяется наиболее широко. Его примеры мы можем наблюдать, в частности, в российском законодательстве
.

"Под информацией понимаются сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах независимо от формы их представления" (Федеральный Закон № 24-ФЗ "Об информации, информатизации и защите информации" от 25.01.95 г. "Российская газета" № 39 от 22.02.95 г.)

Недостатки антропоцентрического подхода заключаются в том, что в его рамках невозможно найти адекватного объяснения генетической информации живой природы и абстрактной информации, не имеющей адекватного отображения в природе и обществе. С такой информацией, например, имеют дело теология, идеалистическая философия и некоторые разделы математики.

Наиболее простой пример недостаточности антропоцентрического подхода проявляется при рассмотрении таких информационных объектов, как команды. Например, команда "Вперед!" - это отнюдь не сведения. Это именно команда, для отработки которой исполнитель должен обладать соответствующим методом. "Вперед!" - очень простая команда. Существуют более сложные команды синхронизации, соответствия и другие. Их информационная сущность может быть завуалированной, но в рамках антропоцентрического подхода она не раскрывается.

До последнего времени антропоцентрический подход удовлетворительно работал в области правовых и общественных наук. Однако в связи с широким внедрением вычислительной техники его недостатки все чаще дают о себе знать. Так, например, подход к информации только как к сведениям не позволяет адекватно интерпретировать такие информационные объекты, как компьютерные программы. В пассивном состоянии (в момент создания, распространения) компьютерная программа - это действительно набор сведений. Их можно просмотреть, размножить, распечатать, то есть, перевести в другую форму, а также усвоить, как знания. В активном состоянии, при работе на компьютере, то есть во время взаимодействия с аппаратным методом, компьютерная программа - это не совокупность сведений, а совокупность команд, то есть, это программный метод.

Суть техноцентрического подхода состоит в том, что информацию отождествляют с данными. Этот подход нашел очень широкое распространение в технических дисциплинах. Например, нам часто встречаются упоминания о том, что "информация передается по компьютерным сетям", "информация обрабатывается компьютерами", "информация хранится в базах данных". Во всех этих случаях происходит подмена понятий. Дело в том, что по компьютерным сетям передаются только данные, компьютеры обрабатывают только данные, а в базах данных хранятся тоже только данные. Станут ли эти данные информацией и если да, то какой, зависит не только от данных, а и от многочисленных аппаратных, программных и естественных методов.

В российском законодательстве мы не находим явных признаков техноцентрического подхода, но они имеются в законодательствах других государств, например Германии. В частности, такие понятия, как информация, доступ к информации, модификация информации, во всех случаях, когда речь идет об эксплуатации технических систем, представляются как данные, доступ к данным, модификация данных.

Недетерминированный подход к понятию информации встречается также достаточно широко. Он состоит в отказе от определения информации на том основании, что оно является фундаментальным, как, например, материя и энергия. В частности, мы не найдем определения информации в "Законе о государственной тайне" и в "Законе о средствах массовой информации", хотя и в том и в другом правовом акте это понятие используется.

Отсутствие определения использованного понятия это вовсе не недосмотр законодателя. Во многих случаях отказ от определения информации можно считать традиционным. Так, например, мы не найдем определения информации и в таком уважаемом справочном издании, как Британская энциклопедия. Определение можно получить лишь косвенным образом через статью "Обработка информации и информационные системы, где говорится, что этот термин используют применительно к фактам и суждениям, получаемым в повседневной жизни от других живых существ, из средств массовой информации, из электронных баз данных, а также путем наблюдения явлений окружающей среды".

Здесь смешаны и антропоцентрический, и техноцентрический подход, после чего определение сведено к бытовому уровню. При этом приводится обширный список литературы, опубликованной за последние 50 лет, анализ которой не дал прямого определения.

Информация - это действительно фундаментальное научное понятие. Во всех случаях фундаментальные научные понятия для прикладных научных дисциплин должны поставляться фундаментальными естественными науками. В данном случае мы имеем дело с тем фактом, что фундаментальной естественнонаучной дисциплины, занимающейся природой информации, никогда не существовало. Понятие информации прошло мимо физики, химии, математики, биологии. Нельзя сказать, что эти дисциплины совсем не занимались изучением информации. В той мере, в которой для них это было необходимо, они занимались изучением свойств информации, но не ее природы.

К настоящему времени свойства информации действительно неплохо изучены в самых различных дисциплинах. Физика, например, занимается свойствами сигналов, несущих информацию. В качестве прикладной дисциплины существует теория информации, занимающаяся вопросами информационной содержательности сигналов (сообщений). Теория информации близко связана с физикой и математикой, она использует методический аппарат радиотехники и теории вероятностей. Генетика занимается изучением вопросов передачи наследственной информации в живой природе. Этот перечень можно продолжить, но фундаментальной науки, занимающейся исследованием природы информации, до сих пор не было. Поэтому не было и строгого научного определения информации.

Лишь в последние годы информатика начала формироваться как естественнонаучная дисциплина, но она еще не вышла за рамки прикладной технической науки и потому до сих пор не ввела строгого понятия информации. Более того, мы часто наблюдаем, как информатика сама заимствует понятие информации из других научных дисциплин (в том числе и из правовых) или вводит его на бытовом уровне. В учебной и научной литературе по информатике мы находим немало примеров антропоцентрического подхода к информации (как к сведениям) или техноцентрического подхода (как к данным). В лучшем случае информацию рассматривают как содержательную часть данных, интерпретируемых человеком (синтез антропоцентрического и техноцентрического подхода).

Наиболее яркий пример дает нынешняя правовая ситуация с Интернетом. До сих пор не решен принципиальный вопрос: "Является Интернет средством массовой информации или нет?" В неформальном общении специалисты, использующие Интернет в политических целях, говорят, что: "Конечно же, Интернет является средством массовой информации, да еще каким! Но вы попробуйте это доказать!".

Действительно, в рамках традиционного подхода к информации, как к "сведениям", решить основной правовой вопрос Интернета невозможно, как невозможно решить и множество дополнительных вопросов, например с правовым режимом гиперссылок. Отсутствие убедительного обоснования правового режима Интернета ведет к массе правовых коллизий как в России, так и за рубежом. Достаточно вспомнить правовые проблемы, возникшие в период проведения выборов в Государственную Думу РФ (декабрь 1999 г.) и президентских выборов 2000 г. Без надлежащего определения информации множество правовых проблем, возникающих в современном высокоинформатизированном обществе, не может быть разрешено окончательно и убедительно.
Вернуться
1.8. Определение информации

Научное определение информации дается достаточно просто, если предположить, что информация - это динамический объект, не существующий в природе сам по себе, а образующийся в ходе взаимодействия данных и методов. Он существует ровно столько, сколько длится это взаимодействие, а все остальное время пребывает в виде данных.

Информация - это продукт взаимодействия данных и методов, рассмотренный в контексте этого взаимодействия.

В этом определении ничего не говорится о форме, в которой представлены данные, она может быть абсолютно любой. Если данные графические, а метод взаимодействия - наблюдение, то образуется визуальная информация. Если данные текстовые или речевые, а метод их потребления - чтение или прослушивание, образуется текстовая информация. А могут ли текстовые данные быть графической информацией? Разумеется, да, если к ним применен не метод чтения, а метод наблюдения.

В нашем определении важным является пояснение "рассмотренный в контексте этого взаимодействия". Приведем примеры, почему это действительно важно. Известно, что книги - это хранилища данных. Они предназначены для получения информации методом чтения. Но если попробовать разные книги на ощупь или на вкус, то тоже можно получить информацию. Такие методы позволят различить книги, выполненные в кожаных, картонных и бумажных переплетах. Разумеется, это не те методы, которые предполагались авторами книг, но они тоже дают информацию, хотя и не полную.

Известны примеры того, что не только текст или состав бумаги письма, но и его запах может давать информацию об авторстве. Пользуясь этим методом, можно отправлять в конверте даже чистый лист. Получателю он даст информацию о том, кто помнит и думает о нем. Возможно, в некоторых случаях она будет недостоверной (ложной), но это все-таки будет информация.

Анализируя информационную ценность газет, журналов, телепередач, мы можем прийти к выводу, что она зависит как от данных, так и от методов, которыми выполняется их потребление. Одно дело - внимательно просматривать телефильм, вслушиваясь в каждое слово, и совсем другое - смотреть его, одновременно разговаривая по телефону.

Попробуйте проанализировать свое участие в учебных занятиях. Вы заметите, что фактор внимательности влияет на содержание информации, полученной из данных, которые излагает преподаватель. Проявляя внимательность, мы расширяем возможности естественных методов, основанных на органах чувств, за счет методов логического мышления. Правда, при этом мы быстрее утомляемся и потому стараемся делать это как можно реже. Преподаватели об этом знают и применяют свои методы, позволяющие нам время от времени переключать, рассеивать, а потом вновь концентрировать внимание.
Вернуться
1.9. Понятие контекстного метода

В быту мы часто считаем, что книги, газеты,- журналы, радио и телевидение - это источники информации. Если строго подходить с позиций информатики, то это не совсем так. Все это источники данных. Станут ли данные информацией или нет и если станут, то какой именно, зависит от того, какой метод будет применен к их потреблению и в каких условиях это произойдет. Тем не менее, мы все-таки привыкли говорить не о передаче данных, а о передаче информации, не о преобразовании и шифровании данных, а о преобразовании и шифровании информации, а также об ее автоматической обработке с помощью компьютеров. Нет ли здесь противоречия?

Такое противоречие действительно есть, но оно разрешается, если ввести понятие контекстного метода. Контекстным считается тот метод, который является общепринятым для работы с данными определенного типа. Этот метод должен быть известен как создателю данных, так и потребителю информации.

Для иллюстраций (графических данных) контекстным является метод наблюдения, основанный на зрении. В таких случаях мы говорим о графической или визуальной информации. Для текстовых данных подразумевается контекстный метод чтения, основанный на зрении и на знании языка и азбуки. В таких случаях говорят о текстовой информации.

Для данных, представленных радиоволнами, контекстными являются аппаратные методы преобразования данных и потребления информации с помощью радиоприемника или телевизора. Поэтому мы так часто используем понятия телевизионная информация, информационная программа, информационный выпуск и т. п.

Есть свои особенности и у компьютерной информации. Для данных, представленных в числовой форме и хранящихся в виде сигналов, зарегистрированных на магнитных (и других) носителях или циркулирующих в компьютерных сетях, контекстными являются аппаратные и программные методы вычислительной техники. Их еще называют средствами информационных технологий. Они входят в предметную область информатики, и наш курс будет в значительной степени посвящен их изучению.
Вернуться
1.10. Информационный процесс. Понятие информационного процесса

Из определения информации вытекает важное свойство ее динамичности. Дело в том, что информация существует крайне непродолжительное время - ровно столько, сколько продолжается взаимодействие данных и методов во время ее создания, потребления или преобразования. Как только это взаимодействие завершается, мы опять имеем данные, но уже представленные в другой форме.

Выше мы рассмотрели пример с получением информации от преподавателя. Пока идет наблюдение и прослушивание, мы получаем информацию. Как только наблюдение и прослушивание завершаются, информация сохраняется в форме данных в клетках головного мозга. В тот момент, когда, общаясь с тем же преподавателем, но уже на экзамене, мы рассказываем ему о содержании темы, идет другой этап информационного процесса. Преподаватель получает от нас совершенно иные данные (не те, которые мы получали от его) и применяет к ним совершенно иные методы (не те, которые применяли мы). В результате он получает иную информацию. Но и она немедленно преобразуется в данные, хранящиеся в экзаменационной ведомости и зачетной книжке.

Подобная схема информационного процесса действует не только в живой природе, но и в технике

Информационный процесс - это всегда цикл образования информации из данных и немедленного ее сохранения в виде новых данных. Информация существует крайне непродолжительное время, но сам информационный процесс длится столько, сколько существуют носители данных, представляющие информацию. Исследуя сегодня египетские иероглифы, ученые продолжают информационный процесс, начатый несколько тысяч лет назад.
Вернуться
1.11. Важнейшие свойства информации:
Достоверность. Достоверность означает истинное, объективное отражение действительности. Информация в человеческом обществе передается и получается людьми или с их помощью. Как известно, каждый человек воспринимает окружающую действительность субъективно, имея свой собственный, отличный от других взгляд и мнение. Поэтому передаваемая или получаемая человеком информация не может быть абсолютно объективна. Она лишь может быть максимально приближена к объективной. Смысл рассматриваемого свойства достоверности и заключается в том, чтобы определить насколько данная информация соответствует истинному положению дел. В противном случае недостоверная информация повлечет за собой неправильное понимание и, как следствие, принятие неправильных решений.

Полезность. Получая новую информацию, мы смотрим, нужна ли она для решения данной проблемы. Одна и та же информация может быть очень важной для одного человека и быть абсолютно бесполезной для другого

Содержательность. Отражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных, т.е. С=Iс/Vд. С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационной системы, т.к. для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных. Наряду с коэффициентом содержательности - С, можно использовать и коэффициент информативности, характеризующий отношение количества синтаксической информации (по Шеннону) к объему данных: Y=I/Vд.

Объективность и субъективность. Понятие объективности информации является относительным. Это понятно, если учесть, что методы являются субъективными. Более объективной принято считать ту информацию, в которую методы вносят меньший субъективный элемент. Так, например, принято считать, что в результате наблюдения фотоснимка природного объекта или явления образуется более объективная информация, чем в результате наблюдения рисунка того же объекта, выполненного человеком. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Это свойство учитывают, например, в правовых дисциплинах, где по-разному обрабатываются показания лиц, непосредственно наблюдавших события или получивших информацию косвенным путем (посредством умозаключений или со слов третьих лиц). В не меньшей степени объективность информации учитывают в исторических дисциплинах. Одни и те же события, зафиксированные в исторических документах разных стран и народов, выглядят совершенно по-разному. У историков имеются свои методы для тестирования объективности исторических данных и создания новых, более достоверных данных путем сопоставления, фильтрации и селекции исходных данных. Обратим внимание на то, что здесь речь идет не о повышении объективности данных, а о повышении их достоверности (это совсем другое свойство).

Адекватность. Определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решения человеком. Адекватность информации может быть выражена в трех формах:
Синтаксической. Отражает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смысловое содержание. На этом уровне учитывается тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.п.
Семантической(смысловая). Определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта. Предполагает учет смыслового содержания информации, на этом уровне анализируются те сведенья, которые отражает информация, рассматриваются смысловые связи. В информатике устанавливаются смысловые связи между кодами представления информации. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщений.
Прагматической(потребительская). Отражает отношение информации и ее потребителя, соответствие информации цели управления, которая на ее основе реализуется. Проявляются прагматические свойства информации только при наличии единства информации (объекта), пользователя и цели управления. Прагматический аспект рассмотрения связан с ценностью, полезностью использования информации при выработки потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируется потребительские свойства информации. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации, с соответствием ее целевой функции деятельности системы.


Актуальность. Определяется степенью сохранения ценности информации
для управления в момент ее получения и зависит от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.
Достаточность (полнота). Информация, содержащая минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей. Понятие полноты информации связано с ее смысловым содержанием (семантикой) и прагматикой. Как неполная, т.е. недостаточная для принятия правильного решения, так и избыточная информация снижает ее эффективность принимаемых пользователем решений.

Доступность. Обеспечивается выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования. Например, преобразование информации к доступной и удобной для восприятия пользователя форме.

Своевременность. Означает поступление информации не позже заранее назначенного момента времени, согласованным со временем решения поставленной задачи.

Точность. Определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п. Для информации, отображаемой цифровым кодом, известны четыре классификационных понятия точности:
формальная точность, измеряемая значением единицы младшего разряда числа,
реальная точность, определяемая значением единицы последнего разряда числа, вероятность, которого гарантируется,
максимальная точность, которую можно получить в конкретных условиях функционирования системы.
необходимая точность, определяемая функциональным назначением показателя.


Устойчивость. Отражает способность информации реагировать на изменение исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость, как и репрезентативность, обусловлена выбранной методикой ее отбора и формирования.
Репрезентативность - связана с правильностью отбора информации и ее формирования в целях адекватного отражения свойств объекта. Важнейшее значение здесь имеют: правильность концепции, на базе которой сформулировано исходное понятие, обоснованность отбора существенных признаков и связей отображаемого явления. Нарушение репрезентативности информации приводит к существенным ее погрешностям.
Вернуться
1.12. Информация в технических устройствах и системах

Обмен информацией происходит не только среди людей. Современная жизнь не представляется без различных устройств и машин, которые не только облегчают, но, нередко, и заменяют человека при выполнении многих задач. Между тем, работа машин невозможна без процессов обработки информации.

В существующих на сегодняшний день разнообразных технических устройствах и системах прием, обработка и передача информации осуществляется с помощью сигналов. Сигналы отражают физические характеристики изучаемых объектов и процессов. Посредством сигналов информация может передаваться как на очень короткие расстояния, например, от одного узла устройства к другому, так и на очень большие, расположенные в разных точках Земного шара. Кроме этого, информация в виде сигнала может различным образом перерабатываться, сохраняться, уничтожаться и т. п.

На сегодняшний день различают несколько видов сигналов. Это, например, звуковые сигналы, которые можно услышать при работе милицейской сирены. Или световые сигналы, передающие информацию от пульта дистанционного управления к телевизору. Но наибольшее распространение в современных технических устройствах получили электрические сигналы. Это связано с тем, что для них в настоящее время созданы наилучшие технические средства обработки, хранения и передачи.

Остановимся подробнее на электрическом сигнале. При передаче информации посредством электрического сигнала значение информации, заключенной в этом сигнале, выражается в параметрах электрического тока - в силе тока и напряжении. При этом информации, переносимая таким сигналом, может быть самой разнообразной.

Существующие в технических устройствах сигналы делятся на непрерывные (или аналоговые) и дискретные.
Непрерывность сигнала означает возможность его изменения на любую малую величину в любой заданный малый промежуток времени (см. рис.1).


Рис 1. Непрерывный сигнал


Образование аналогового сигнала происходит, например, при получении первичной информации с датчиков, связанных с изучаемым объектом или внешней средой. Полученный аналоговый сигнал, как правило, требует дальнейшей его обработки. Это может быть передача, преобразование или сохранение. Посмотрим это на примерах. Продемонстрировать аналоговую обработку сигнала можно, рассматривая процесс преобразования сигнала, идущего от микрофона к динамику. Для того, чтобы динамик мог воспроизвести звуковой сигнал, поступивший на вход микрофона, необходимо, чтобы произошел процесс обработки поступившего сигнала. Микрофон преобразует звуковой сигнал в слабый электрический, выходной характеристикой которого является напряжение. Понятно, что микрофон и динамик применяется в случае, когда стоит проблема усиления звукового сигнала. Для этого производится обработка, а именно целенаправленное усиление аналогового электрического сигнала до требуемой величины. Получив таким образом необходимый сигнал, динамик его преобразовывает в звуковой, но уже более сильный, чем поступивший на вход микрофона.

Примером аналоговой передачи сигнала является передача речевой информации по телефонным проводам. При телефонных переговорах поступающая речевая информация преобразуется в аналоговые электрические сигналы, которые по проводам передаются абоненту, а затем обратно преобразуются в речевую информацию. В этом случае никакой обработки сигнала не производится, только небольшое усиление, которое просто предотвращает затухание сигнала.

Аналоговое сохранение информации является также довольно распространенным явлением. Это, например запись звукового сигнала на магнитофонную ленту.

Мы рассмотрели примеры аналоговых сигналов. Перейдем к дискретным. До семидесятых годов ХХ века технические устройства работали только с аналоговыми сигналами. Аналоговыми являлись и способы их обработки. Это означало, что обработка сигнала проводилась на непрерывном интервале времени (иными словами - в каждый малый промежуток времени). А в результате такой обработки получался также аналоговый сигнал (см. рис.2).


Рис.2 Аналоговое преобразование сигнала


С появлением в семидесятых годах ХХ века микропроцессора - основного элемента ЭВМ, а также микросхем с высокой степенью интеграции, стали получать распространение дискретные и цифровые сигналы, а вместе с ними и соответствующие способы их обработки.

Говоря о непрерывности сигнала, мы рассматривали непрерывный промежуток времени, на котором может изменяться сигнал.

Дискретность же сигнала означает возможность его измерения только на конечном отрезке, в строго определенные моменты времени. А следовательно, и сам сигнал представляет собой уже не непрерывную функцию, а последовательностью дискретных значений (см. рис.3).


Рис.3 Дискретный сигнал

Как видно из рисунка 3 дискретные значения функции, полученные в дискретные моменты времени, имеют лишь только приближенные числовые значения. В зависимости от решаемой задачи, эти значения могут быть зафиксированы только в данных временных точках, а могут сохранять свое значение в промежутке от данной до следующей точки измерения.

В случае, когда наличие приближенных значений не удовлетворяет поставленной задаче, производят округление имеющихся значений с заданной степенью точности. И тогда уже вместо приближенных значений получаются определенные конечные числовые значения (см. рис.4).


Рис.4 Цифровой сигнал


Дискретный сигнал, значения которого выражены определенными конечными числами, называется цифровым.

Аналогично аналоговым устройствам обработки аналоговых сигналов, для обработки, хранения, передачи цифровых сигналов также существуют специальные технические устройства. Бурное развитие вычислительной техники, средств телекоммуникации непосредственно связано с обработкой именно цифровых сигналов, поскольку цифровая cвязь имеет множество преимуществ по сравнению с аналоговой
.

Широкое применение цифрового способа хранения информации находит запись различного рода информации на аудио, видео и компакт-дисках (CD-ROM).
С цифровой передачей данных мы сталкиваемся при обмене информацией между компьютерами с помощью модема или при работе с факсимильными средствами связи.
Довольно сложными оказываются примеры цифровой обработки сигнала. Такая обработка, например, производится цифровыми фильтрами, основанными на алгоритмах преобразования Фурье.

Несмотря на то, что цифровая обработка информации приобретает в настоящее время все большее распространение, отказаться от аналоговой невозможно. Еще остается достаточно много систем и устройств, в которых информация может передаваться только в виде аналогового сигнала. В связи с этим решаются различные вопросы, ищутся способы преобразования аналогового сигнала в цифровой и наоборот.

Очевидно, при преобразовании исходного аналогового сигнала в цифровой, появляется определенная погрешность. Это, конечно, является недостатком. Но увеличивая число дискретов по оси времени и функции сигнала, можно достичь уменьшение погрешности. Использование современных высокоскоростных технических средств обработки и хранения цифровых сигналов позволяет значительно упростить и удешевить процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой. А также устранить недостатки, присущие аналоговой передаче сигнала, например, влияние шумов, и получить ряд важных преимуществ.

В результате даже такие области телекоммуникации, как телефонная связь и радиовещание, где традиционным являлся аналоговый сигнал, переходят на цифровую форму обработки и передачи сигналов. Этот процесс получил наибольшее развитие с появлением глобальных компьютерных сетей. Распространенным средством осуществления связи между компьютерами является телефонная сеть. Исходное сообщение, поступающее в телефонную линию, преобразуется, прежде всего, в аналоговый сигнал. После этого специальные технические средства производят последующее преобразование этого аналогового сигнала в цифровой. И уже в цифровом виде он обрабатывается, хранится, передается. Только достигнув получателя, цифровой сигнал обратно преобразуется в аналоговый и воспринимается абонентом в привычном ему виде.
































Глава 2. Данные, носители данных, операции с данными, единицы представления, измерения и хранения данных.

С точки зрения ЭВМ информацию можно рассматривать как данные, сопровождающиеся смысловой нагрузкой. При этом, очевидно, то, что для одних людей является данными, для других вполне может быть информацией. Но всегда можно точно сказать, что нужно предпринять для того, чтобы те или иные данные стали информативными для наибольшей аудитории: их нужно снабдить смысловым содержанием. Чем более полным будет это содержание, тем более информативной будет соответствующее сообщение. Данные, не несущие полезной информации и многократно увеличивающие временные и прочие издержки пользователя на извлечение и обработку полезной информации называются информационным мусором.
2.1. Носители данных

Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.

Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметром разрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайда в проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два-три порядка больше, чем в отраженном.

Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.
Вернуться
2.2. Операции с данными

Во время информационного процесса данные преобразовываются из одного вида в другого с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество разных операций. Основными операциями есть:
сбор данных - накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решения;
формализация данных - приведение данных, которые поступают из разных источников к единой форме;
фильтрация данных - устранение лишних данных, которые не нужны для принятия решений;
сортировка данных - приведение в порядок данных по заданному признаку с целью удобства использования;
архивация данных - сохранение данных в удобной и доступной форме;
защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения и модификации данных;
транспортирование данных - прием и передача данных между отдаленными пользователями информационного процесса. Источник данных принят называть сервером, а потребителя - клиентом;
преобразование данных - преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются свои специфические операции, необходимые для управления социальными, экономическими, промышленными, научными и культурными процессами. Полный список возможных операций составить невозможно, да и не нужно. Сейчас нам важен другой вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость, и ее надо автоматизировать.
Вернуться
2.3. Системы исчисления

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления — для этого обычно используется прием кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа. Естественные человеческие языки — это не что иное, как системы кодирования понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических символов).

Совокупность приемов наименования и обозначение чисел называется системой исчисления. В качестве условных знаков для записи чисел используются цифры.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры в произвольном месте последовательности цифр, обозначающей запись числа, не изменяется, называется непозиционной.

Система исчисления, в которой значение каждой цифры зависит от места в последовательности цифр в записи числа, называется позиционной.

Чтобы определить число, недостаточно знать тип и алфавит системы исчисления. Для этого необходимо еще использовать правила, которые позволяют по значениям цифр установить значение числа. Простейшим способом записи натурального числа является изображение его с помощью соответствующего количества палочек или черточек. Таким способом можно обозначить небольшие чисел. Следующим шагом было изобретение специальных символов (цифр). В непозиционной системе каждый знак в записи независимо от места означает одно и то же число. Хорошо известным примером непозиционной системы исчисления является римская система, в которой роль цифр играют буквы алфавита: І - один, V - пять, Х - десять, С - сто, L - пятьдесят, D -пятьсот, М - тысяча. Например, 324 = СССХХІ. В непозиционной системе исчисления арифметические операции выполнять неудобно и сложно.
Позиционные системы исчисления

Общепринятой в современном мире является десятичная позиционная система исчисления, которая из Индии через арабские страны пришла в Европу. Основой системы является число десять. Основой системы исчисления называется число, означающее, во сколько раз единица следующего разряда больше чем единица предыдущего.

Общеупотребительной формой записи числа является сокращенная форма записи разложения по степеням основы системы исчисления, например
130678=1*105+3*104+0*103+6*102+7*101+8

Здесь 10 служит основой системы исчисления, а показатель степени - это номер позиции цифры в записи числа (нумерация ведется слева на право, начиная с нуля). Арифметические операции в этой системе выполняют по правилам, предложенным еще в средневековье. Например, складывая два многозначных числа, применяем правило сложения столбиком. При этом все сводится к сложению однозначных чисел, для которых необходимо знать таблицу сложения.

Проблема выбора системы исчисления для представления чисел в памяти компьютера имеет большое практическое значение. В случае ее выбора обычно учитываются такие требования, как надежность представления чисел при использовании физических элементов, экономичность (использование таких систем исчисления, в которых количество элементов для представления чисел из некоторого диапазона было бы минимальном). Для изображения целых чисел от 1 до 999 в десятичной системе достаточно трех разрядов, то есть трех элементов. Поскольку каждый элемент может находиться в десяти состояниях, то общее количество состояний - 30, в двоичной системе исчисления: 99910=11111002, необходимое количество состояний - 20 (индекс внизу числа - основа системы исчисления).

Более распространенной для представления чисел в памяти компьютера является двоичная система исчисления. Для изображения чисел в этой системе необходимо две цифры: 0 и 1, то есть достаточно двух стойких состояний физических элементов. Эта система близка к оптимальной по экономичности, и кроме того, таблицы сложения и умножения в этой системе элементарные.
Таблица сложения


+ 0 1
0 0 1
1 1 10

Таблица умножения

* 0 1
0 0 0
1 0 1


Поскольку 23=8, а 24=16 , то каждых три двоичных разряда числа образовывают один восьмиричный, а каждых четыре двоичных разряда - один шестнадцатиричный. Поэтому для сокращения записи адресов и содержимого оперативной памяти компьютера используют шестнадцатиричную и восьмиричную системы исчисления. Ниже, в таблице приведены первые 16 натуральных чисел записанных в десятичной, двоичной, восьмиричной и шеснадцатиричной системах исчисления.

Десятичная Двоичная Восьмеричная Шестнадцатиричная
0 0000 0 0
1 0001 1 1
2 0010 2 2
3 0011 3 3
4 0100 4 4
5 0101 5 5
6 0110 6 6
7 0111 7 7
8 1000 10 8
9 1001 11 9
10 1010 12 A
11 1011 13 B
12 1100 14 C
13 1101 15 D
14 1110 16 E
15 1111 17 F


Для отладки программ и в других ситуациях в программировании актуальной является проблема перевода чисел из одной позиционной системы исчисления в другую. Если основа новой системы исчисления равняется некоторой степени старой системы исчисления, то алгоритм перевода очень простой: нужно сгруппировать справа налево разряды в количестве, равном показателю степени и заменить эту группу разрядов соответствующим символом новой системы исчисления. Этим алгоритмом удобно пользоваться при переводе числа из двоичной системы исчисления в восьмиричную или шестнадцатиричную.

Перевод чисел из восьмиричной или шестнадцатиричной систем исчисления в двоичную происходит по обратному правилу: один символ старой системы исчисления заменяется группой разрядов новой системы исчисления, в количестве равном показателю степени новой системы исчисления.

Если основа одной системы исчисления равняется некоторой степени другой, то перевод очень простой. В противном случае пользуются правилами перевода числа из одной позиционной системы исчисления в другую (чаще всего при переводе из двоичной, восьмиричной и шшестнадцатиричной систем исчисления в десятичную, и наоборот).
Вернуться
2.4. Алгоритмы перевода чисел из одной позиционной системы исчисление в другую.

1. Для перевода чисел из системы исчисления с основой p в систему исчисления с основой q, используя арифметику новой системы исчисления с основой q, нужно записать коэффициенты разложения, основы степеней и показатели степеней в системе с основой q и выполнить все действия в этой самой системе. Очевидно, что это правило удобно при переводе в десятичную систему исчисления. Например:

из шестнадцатиричной в десятичную:
92C816 = 9 * 10163+ 2 * 10162 + C * 10161 + 8 * 10160 = 9 * 16103 + 2 * 16102 + 12 * 16101 + 8 * 16100 = 37576

из восьмиричной в десятичную:
7358 = 7 * 1082 + 3 * 1081 + 5 * 1080 = 7 * 8102 + 3 * 8101 + 5 * 8100 = 47710

из двоичной в десятичную:
1101001012 = 1 * 1028 + 1 * 1027 + 0 * 1026 + 1 * 1025+0*1024 + 0 * 1023 + 1 * 1022 + 0 * 1021 + 1 * 1020 = 1 * 2108 + 1 * 2107 + 0 * 2106 + 1 * 2105 + 0 * 2104 + 0 * 2103 + 1 * 2102 + 0 * 2101 + 1 * 2100 = 42110

2. Для перевода чисел из системы исчисления с основой p в систему исчисления с основой q с использованием арифметики старой системы исчисления с основой p нужно:

для перевода целой части:
последовательно число, записанное в системе основой делить на основу новой системы исчисления, выделяя остатки. Последние записанные в обратном порядке, будут образовывать число в новой системе исчисления;

для перевода дробной части:
последовательно дробную часть умножать на основу новой системы исчисления, выделяя целые части, которые и будут образовывать запись дробной части числа в новой системе исчисления.

Этим же правилом удобно пользоваться в случае перевода из десятичной системы исчисления, поскольку ее арифметика для нас привычна.
Пример: 999,3510=1111100111,010112

для целой части:


для дробной части:

Вернуться
2.5. Кодирование текстовых данных

Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, как строчные, так и прописные, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы.
Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера.

Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange) — стандартный код информационного обмена США. В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255


Таблица кодов ASCII (American Standard Code for Information Interchange)

Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды, не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных.

Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов.

Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов со 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.

Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» — компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение. Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows.

Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) — ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета.

Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization — Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко.

В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных — это одна из распространенных задач информатики.
Универсальная система кодирования текстовых данных

Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной — UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65 536 различных символов — этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты.

Несмотря на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода.
Вернуться
2.6. Кодирование графических данных

Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром.

Растр — это метод кодирования графической информации, издавна принятый в полиграфии

Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов.

Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система, кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, С), пурпурный (Magenta, М) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска — черная (Black, К). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным. (True Color).

Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом High Color.

При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным — без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо — зеленым).
Вернуться
2.7. Кодирование звуковой информации

Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления.

Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а следовательно, может быть описан числовыми параметрами, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны.

Метод таблично волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
Вернуться
2.8. Единицы представления данных

Существует множество систем представления данных. С одной из них, принятой в информатике и вычислительной технике, двоичным кодом, мы познакомились выше. Наименьшей единицей такого представления является бит (двоичный разряд).

Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые или иные данные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму. В настоящее время в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами.
Десятичное число Двоичное число Байт
1 1 00000001
2 10 00000010
... ... ...
255 11111111 11111111

Понятие о байте, как группе взаимосвязанных битов, появилось вместе с первыми образцами электронной вычислительной техники. Долгое время оно было машинно-зависимым, то есть для разных вычислительных машин длина байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсальным машинно-независимым.

Выше мы видели, что во многих случаях целесообразно использовать не восьмиразрядное кодирование, а 16-разрядное, 24-разрядное, 32-разрядное и более. Группа из 16 взаимосвязанных бит (двух взаимосвязанных байтов) в информатике называется словом. Соответственно, группы из четырех взаимосвязанных байтов (32 разряда) называются удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) — учетверенным словом. Пока, на сегодняшний день, такой системы обозначения достаточно.
Вернуться
2.9. Единицы измерения данных

Существует много различных систем и единиц измерения данных. Каждая научная дисциплина и каждая область человеческой деятельности может использовать свои, наиболее удобные или традиционно устоявшиеся единицы. В информатике для измерения данных используют тот факт, что разные типы данных имеют универсальное двоичное представление, и потому вводят свои единицы данных, основанные на нем.

Наименьшей единицей измерения является байт. Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объему в символах (пока исключение представляет рассмотренная выше универсальная кодировка UNICODE).

Более крупная единица измерения - килобайт (Кбайт). Условно можно считать, что 1 Кбайт примерно равен 1000 байт. Условность связана с тем, что для вычислительной техники, работающей с двоичными числами, более удобно представление чисел в виде степени двойки, и потому на самом деле 1 Кбайт равен 210 байт (1024 байт). Однако всюду, где это не принципиально, с инженерной погрешностью (до 3 %) «забывают» о «лишних» байтах.

В килобайтах измеряют сравнительно небольшие объемы данных. Условно можно считать, что одна страница неформатированного машинописного текста составляет около 2 Кбайт.

Более крупные единицы измерения данных образуются добавлением префиксов мега; гига; тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности.

1 Мбайт = 1024 Кбайт = 1020 байт

1 Гбайт = 1024 Мбайт = 1030 байт

1 Тбайт = 1024 Гбайт = 1040 байт

Особо обратим внимание на то, что при переходе к более крупным единицам «инженерная» погрешность, связанная с округлением, накапливается и становится недопустимой, поэтому на старших единицах измерения округление производится реже.
Вернуться
2.10. Единицы хранения данных

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в наиболее компактном виде и как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение). Для обеспечения доступа необходимо, чтобы данные имели упорядоченную структуру, а при этом, как мы уже знаем, образуется «паразитная нагрузка» в виде адресных данных. Без них нельзя получить доступ к нужным элементам данных, входящих в структуру.

Поскольку адресные данные тоже имеют размер и тоже подлежат хранению, хранить данные в виде мелких единиц, таких, как байты, неудобно. Их неудобно хранить и в более крупных единицах (килобайтах, мегабайтах и т. п.), поскольку неполное заполнение одной единицы хранения приводит к неэффективности хранения.

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл — это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

Проще всего представить себе файл в виде безразмерного канцелярского досье, в которое можно по желанию добавлять содержимое или извлекать его оттуда. Поскольку в определении файла нет ограничений на размер, можно представить себе файл, имеющий 0 байтов (пустой файл), и файл, имеющий любое число байтов.

В определении файла особое внимание уделяется имени. Оно фактически несет в себе адресные данные, без которых данные, хранящиеся в файле, не станут информацией из-за отсутствия метода доступа к ним. Кроме функций, связанных с адресацией, имя файла может хранить и сведения о типе данных, заключенных в нем. Для автоматических средств работы с данными это важно, поскольку по имени файла они могут автоматически определить адекватный метод извлечения информации из файла.


























Глава 3. Основы защиты информации и сведений, составляющих государственную тайну.
3.1. Виды угрозы.

Прежде чем перейти к рассмотрению способов и методов защиты, давайте определим, какие существуют виды угрозы для информации, хранящейся на жестком диске компьютера.

Угрозы данным можно условно разделить на три типа, это:
Раскрытие информации.
Искажение информации.
Уничтожение информации.

Раскрытие данных предполагает, что кому-то случайно или после целенаправленных действий стал известен смысл информации. Этот вид нарушения встречается наиболее часто. Последствия могут быть самые разные. Очень важную информацию, тщательно оберегаемую от раскрытия, представляют сведения о людях: истории болезни, письма, состояния счетов в банках. Однако, по мнению большого числа специалистов, угрозы личности с введением компьютеров остались на том же уровне и в том же состоянии, что и до обширного использования ЭВМ.

Рассмотрим виды потерь, возникающие от раскрытия информации. Обычно данные о людях наиболее важны для них самих, но, как бы это не описывали в шпионских фильмах, мало что значат для похитителей. Иногда личные данные могут использоваться для компрометации не только отдельных людей, но целых организаций, например, если выяснится скрываемая прежняя судимость за растрату директора коммерческого банка. Но тот, кто компрометирует, не имея твердой моральной основы для это-го, в большинстве случаев теряет больше самого компрометируемого. Лишь малая кучка профессиональных негодяев из адвокатов и журналистов, которым уже нет дела до своего морального облика, наживается, занимаясь компрометацией. Тем не менее информация о людях ценна сама по себе, основной убыток от ее разглашения - личное несчастье человека. Другое дело - раскрытие стратегической управляющей информации. Если вскрыт долгосрочный план развития производства или анализ конъюнктуры на рынке, то потери для держателя этой информации будут невелики, но для конкурентов такие сведения очень важны. Думается, что хотя несанкционированное чтение данных бывает довольно часто, но редко когда приносит существенный вред, так как часто делается без злого умысла - случайно или из любопытства.

Искажения или уничтожение информации представляют существенно большую опасность. Во многих организациях жизненно важные данные хранятся в файлах: инвентарные описи, графики работ, списки заказов. Если такие данные будут искажены или стерты, то работа надолго парализуется. Самое опасное в этом то, что в примитивных криптографических системах необходимые для этого искажения могут быть сделаны и без знания ключа. Поэтому серьезные шифры должны гарантировать не только устойчивость их раскрытия, но и невозможность незаметной модификации одиночного бита. Владение ключом открывает полный доступ к данным - тогда можно скомпрометировать бухгалтерскую или конструкторскую систему, чуть исказив десяток-другой чисел, или удалить сведения о реальном движении товара, чтобы счет за него не был выставлен. Похоже, что наиболее уязвима для искажения информация экономического характера, где потери могут быть чрезвычайно велики. Руководителям научных и программных проектов следует помнить, что большую опасность для их данных представляют не конкуренты, а собственные сотрудники. По различнейшим причинам они могут уничтожить или исказить окончательный проект. Таким образом, критические данные обязательно должны храниться в шифрованном виде или хотя бы подтверждаться имитоприставкой или цифровой подписью, чтобы исключить искажения.

Помимо непосредственного участия человека в хищении, изменении и уничтожении информации эти функции могут взять на себя и вредоносные программы - вирусы.
Вернуться
3.2. Методы защиты информации.

Информация представляющая интерес для хищения или изменения находится под защитой. И чтобы получить доступ к ней необходимо пройти четыре уровня защиты.

Первый уровень защиты, встающей на пути злоумышленника является правовым.

Этот аспект защиты информации связан с соблюдением этических и юридических норм при передаче и обработке информации.

Преступлениям в сфере компьютерной информации посвящены три статьи Уголовного Кодекса России это:

Статья 272. Неправомерный доступ к компьютерной информации
Неправомерный доступ к охраняемой законом компьютерной информации, то есть информации на машинном носителе, в электронно-вычислительной машине (ЭВМ), системе ЭВМ или их сети, если это деяние повлекло уничтожение, блокирование, модификацию либо копирование информации, нарушение работы ЭВМ, системы ЭВМ или их сети, - наказывается штрафом в размере от двухсот до пятисот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от двух до пяти месяцев, либо исправительными работами на срок от шести месяцев до одного года, либо лишением свободы на срок до двух лет.
То же деяние, совершенное группой лиц по предварительному сговору или организованной группой либо лицом с использованием своего служебного положения, а равно имеющим доступ к ЭВМ, системе ЭВМ или их сети, - наказывается штрафом в размере от пятисот до восьмисот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от пяти до восьми месяцев, либо исправительными работами на срок от одного года до двух лет, либо арестом на срок от трех до шести месяцев, либо лишением свободы на срок до пяти лет.

Статья 273. Создание, использование и распространение вредоносных программ для ЭВМ
Создание программ для ЭВМ или внесение изменений в существующие программы, заведомо приводящих к несанкционированному уничтожению, блокированию, модификации либо копированию информации, нарушению работы ЭВМ, системы ЭВМ или их сети, а равно использование либо распространение таких программ или машинных носителей с такими программами - наказываются лишением свободы на срок до трех лет со штрафом в размере от двухсот до пятисот минимальных размеров оплаты труда или в размере заработной платы или иного дохода осужденного за период от двух до пяти месяцев.
Те же деяния, повлекшие по неосторожности тяжкие последствия, - наказываются лишением свободы на срок от трех до семи лет.

Статья 274. Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, системы ЭВМ или их сети
Нарушение правил эксплуатации ЭВМ, системы ЭВМ или их сети лицом, имеющим доступ к ЭВМ, системе ЭВМ или их сети, повлекшее уничтожение, блокирование или модификацию охраняемой законом информации ЭВМ, если это деяние причинило существенный вред, - наказывается лишением права занимать определенные должности или заниматься определенной деятельностью на срок до пяти лет, либо обязательными работами на срок от ста восьмидесяти до двухсот сорока часов, либо ограничением свободы на срок до двух лет.
То же деяние, повлекшее по неосторожности тяжкие последствия, - наказывается лишением свободы на срок до четырех лет.

Второй барьер, препятствующий неправомочному использованию информации, административный. Руководители всех рангов с учетом правовых норм и социальных аспектов определяют, кто и какую информацию может собирать и хранить, устанавливают способы доступа к ней и ее распространения, права и обязанности лиц, их ответственность и процедуры выдачи разрешений на использование данных. Хотя многие решения руководства определяются внешними факторами, как политика, законы или постановления местных органов власти, но большинство проблем решается внутри организации именно так, как этого хочет администрация. Можно, например, приказом установить порядок обработки информации и списки допущенных к ней лиц, ввести системы защиты от подсматривания и сигнализацию, назначить сторожей и ответственных за безопасность. И до тех пор, пока не будут осуществлены действенные меры административной защиты ЭВМ, прочие меры будут, безусловно, неэффективны. Практическое осуществление административных мер связано главным образом с ограничением доступа людей к ЭВМ и обрабатываемой ей информации. Пусть организационные меры защиты информации по сравнению с этическими кажутся пресными и скучными, а по сравнению с программными и техническими лишенными конкретности и малоэффективными. Однако они представляют собой мощный барьер на пути незаконного использования информации и основу для других уровней - скопировать данные из компьютера в банке существенно сложнее, чем если бы он находился в учебном институте.

Из-за важности второго барьера защиты остановимся на проблемах его реализации несколько подробнее. Одна из основных причин, по которой трудно проводить в жизнь эффективные административные меры заключается в общественном мнении, что защита информации - новая и необычная задача.

Однако защита данных была всегда и во все времена, только осуществлялась иначе, когда не было ЭВМ. Теперь общество превратилось в индустрию информации - в США на нее приходится больше половины общей суммы заработной платы. Быстрота и исполнительность ЭВМ дали почву для возникновения ситуаций, которых не могло быть раньше. Копирование комплекта геологических карт района с указанием разведанных запасов золота раньше занимало недели работы, а теперь может быть сделано за минуту. Другая проблема при введении организационных мер защиты состоит в том, что их реализация создает неудобства для пользователей и, если хлопот много, то эффективность мер будет нулевой - дверь перестанут запирать, список паролей повесят на стену и так далее. При этом стоит помнить, что любые административные меры защиты вызывают у сотрудников ощущение ограничения их гражданских прав и необходимости выполнять дополнительную работу за ту же плату. Поэтому прежде чем приказывать, пробудите в подчиненных желание следовать этим приказам, иначе в отношениях с ними могут возникнуть проблемы. Нужно четко отдавать себе отчет в том, большинство организационных мер защиты основано на физическом преимуществе - нарушителя нужно найти и наказать. Практически все руководители считают, что виновных без персональной ответственности не найти, и это действительно так. Распределяя ответственность, сразу же подумайте о системе проверок выполнения мер защиты, которые должны быть неожиданными и предельно простыми.

Третий уровень защиты - аппаратно-программный. Он состоит в процедуре идентификации пользователя, открывающей доступ к данным и программным средствам. Аппаратная защита может быть выполнена в виде кодовой карточки, обмена вопросами и ответами с дежурным, ключами, жетонами. Эффективность ее вызывает сильные сомнения. Конечно, есть где-то в России машины со съемными винчестерами, которые по окончании работы запирают в сейф... А та защита, которая встречается, как запирание клавиатуры на ключ или пароли при загрузке не выдерживает подчас самых простых атак. Во-первых, обычно из 10 ключей, блокирующих клавиатуру ЭВМ, минимум 5 совпадают и, имея связку из 3 отмычек, можно открыть клавиатуру почти любой ЭВМ. Во-вторых, можно загрузить в ЭВМ с диска А: свою операционную систему, которая скопирует жесткий диск физически. Иногда даже это действие лишнее - популярный в начале девяностых годов администратор диска, запрашивающий пароль при загрузке, раскалывался, если с дискеты загружали DOS фирмы Digital Research. Некоторые компьютеры, как фирмы Hewlett Packard, имеют вполне надежные замки, блокирующие работу ЭВМ, например, Fort Lock. Дисковод А: при этом может быть либо отключен в BIOS от участия в загрузке, либо тоже блокирован хорошим замком.

В современной литературе по аппаратной защите чего только нет: индивидуальные карточки-пароли, идентификация подписи и голоса - но все это или дорого, или довольно ненадежно. Кроме того, слабое место аппаратной защиты - люди. Они не очень-то уважают хитрые железки, создающие им неудобства в работе. Поэтому индивидуальный ключ в виде заглушки с кодированной микросхемой, который должен охранять данные и программы конструкторской системы AUTOCAD от злоумышленников, обычно вставляется один раз и навсегда.

Программная защита может представлять из себя шифрование важных данных. Хотя большинство программ, таких как компоненты Microsoft Office, различные архиваторы и прочие коммерческие программные продукты ставят на файлы пароль на открытие, но это не является защитой, так как имеются программы, которые позволяют в течении нескольких минут подобрать пароль. Другим видом программной защиты является - антивирусная. Использование антивирусных сканеров, мониторов позволит предупредить вредоносную работу программ вирусов, которые не только могут уничтожить, украсть информацию, но также и изменить ее. Для антивирусной защиты во всем мире используются антивирусные программные пакеты, такие как Norton Antivirus, Antivirus Toolkit Pro. Dr.* Web. Они содержат как антивирусные сканеры, так и мониторы, что позволяет не только обнаружить и уничтожить заражение, но также и предупредить его возникновение.

Последний, четвертый уровень защиты - криптографический. В нашем контексте он представляют собой шифрование данных с целью скрыть их смысл. До тех пор, пока пользователь не идентифицирован по ключу, смысл данных ему недоступен. Данные в этом случае рассматриваются как сообщения, и для защиты их смысла используется классическая техника шифрования. Криптография предполагает наличие трех компонентов: данных, ключа и криптографического преобразования. При шифровании исходными данными будет сообщение, а результирующими - шифровка. При расшифровании они меняются местами. Считается, что криптографическое преобразование известно всем, но, не зная ключа, с помощью которого пользователь закрыл смысл сообщения от любопытных глаз, требуется потратить невообразимо много усилий на восстановление текста сообщения. Такое требование удовлетворяется рядом современных криптографических систем, например, созданных по "Стандарту шифрования данных Национального бюро стандартов США" DES и ГОСТ 28147-89. Так как ряд данных критичен к некоторым их искажениям, которые нельзя обнаружить из контекста, то обычно используются лишь такие способы шифрования, которые чувствительны к искажению любого символа. Они гарантируют не только высокую секретность, но и эффективное обнаружение любых искажений или ошибок.

Однако не бывает совершенно идеального алгоритма шифрования. Любой шифр можно вскрыть, любую защиту обойти, даже антивирус может не обнаружить новый вирус. Поэтому самым надежным способом защиты может считаться только административная.























Глава 4. История развития персонального компьютера
4.1. С древнейших времен и до начала 20 века

История создания средств цифровой вычислительной техники уходит в глубь веков. Она увлекательна и поучительна, с нею связаны имена выдающихся ученых мира.

В дневниках гениального итальянца Леонардо да Винчи (1452-1519) уже в наше время был обнаружен ряд рисунков, которые оказались эскизным наброском суммирующей вычислительной машины на зубчатых колесах, способной складывать 13-разрядные десятичные числа.

Рис. 1 Леонардо да Винчи
(автопортрет)

Специалисты известной американской фирмы IBM воспроизвели машину в металле и убедились в полной состоятельности идеи ученого. Его суммирующую машину можно считать изначальной вехой в истории цифровой вычислительной техники. Это был первый цифровой сумматор, своеобразный зародыш будущего электронного сумматора – важнейшего элемента современных ЭВМ, пока еще механический, очень примитивный (с ручным управлением). В те далекие от нас годы гениальный ученый был, вероятно, единственным на Земле человеком, который понял необходимость создания устройств для облегчения труда при выполнении вычислений.

Однако потребность в этом была настолько малой (точнее, ее не было совсем!), что лишь через сто с лишним лет после смерти Леонардо да Винчи нашелся другой европеец – немецкий ученый Вильгельм Шиккард (1592-1636), не читавший, естественно, дневников великого итальянца, – который предложил свое решение этой задачи. Причиной, побудившей Шиккарда разработать счетную машину для суммирования и умножения шестиразрядных десятичных чисел, было его знакомство с польским астрономом И. Кеплером. Ознакомившись с работой великого астронома, связанной в основном с вычислениями, Шиккард загорелся идеей оказать ему помощь в нелегком труде. В письме на его имя, отправленном в 1623 г., он приводит рисунок машины и рассказывает, как она устроена. К сожалению, данных о дальнейшей судьбе машины история не сохранила. По-видимому, ранняя смерть от чумы, охватившей Европу, помешала ученому выполнить его замысел.

Об изобретениях Леонардо да Винчи и Вильгельма Шиккарда стало известно лишь в наше время. Современникам они были неизвестны.

Рис. 2 Суммирующая машина Паскаля

В XVII веке положение меняется. В 1641-1642 гг. девятнадцатилетний Блез Паскаль (1623-1662), тогда еще мало кому известный французский ученый, создает действующую суммирующую машину ("паскалину"). Вначале он сооружал ее с одной единственной целью – помочь отцу в расчетах, выполняемых при сборе налогов. В последующие четыре года им были созданы более совершенные образцы машины. Они были шести- и восьми разрядными, строились на основе зубчатых колес, могли производить суммирование и вычитание десятичных чисел. Было создано примерно 50 образцов машин, Б. Паскаль получил королевскую привилегию на их производство, но практического применения "паскалины" не получили, хотя о них много говорилось и писалось (в основном, во Франции).

В 1673 г. другой великий европеец, немецкий ученый Вильгельм Готфрид Лейбниц (1646-1716), создает счетную машину (арифметический прибор, по словам Лейбница) для сложения и умножения двенадцатиразрядных десятичных чисел. К зубчатым колесам он добавил ступенчатый валик, позволяющий осуществлять умножение и деление. "...Моя машина дает возможность совершать умножение и деление над огромными числами мгновенно, притом не прибегая к последовательному сложению и вычитанию", – писал Лейбниц одному из своих друзей. О машине Лейбница было известно в большинстве стран Европы.

В ЭВМ, появившихся более двух веков спустя, устройство, выполняющее арифметические операции (те же самые, что и "арифметический прибор" Лейбница), получило название арифметического. Позднее, по мере добавления ряда логических действий, его стали называть арифметико-логическим (АЛУ). Оно стало основным устройством современных компьютеров.

Рис. 3 Медаль, нарисованная Лейбницем,
поясняет соотношение между двоичной
и десятичной системами счисления

Таким образом, два гения XVII века установили первые вехи в истории развития цифровой вычислительной техники. Заслуги Лейбница, однако, не ограничиваются созданием "арифметического прибора". Начиная со студенческих лет и до конца жизни он занимался исследованием свойств двоичной системы счисления, ставшей в дальнейшем основной при создании компьютеров. Он придавал ей некий мистический смысл и считал, что на ее базе можно создать универсальный язык для объяснения явлений мира и использования во всех науках, в том числе в философии. Сохранилось изображение медали, нарисованное Лейбницем в 1697 г., поясняющее соотношение между двоичной и десятичной системами исчисления.

В 1799 г. во Франции Жозеф Мари Жакард (1752-1834) изобрел ткацкий станок, в котором для задания узора на ткани использовались перфокарты. Необходимые для этого исходные данные записывались в виде пробивок в соответствующих местах перфокарты. Так появилось первое примитивное устройство для запоминания и ввода программной (управляющей ткацким процессом в данном случае) информации.

Рис. 4 Ткацкий станок Жакарда

В 1795 г. там же математик Гаспар Прони (1755-1839), которому французское правительство поручило выполнение работ, связанных с переходом на метрическую систему мер, впервые в мире разработал технологическую схему вычислений, предполагающую разделение труда математиков на три составляющие. Первая группа из нескольких высококвалифицированных математиков определяла (или разрабатывала) методы численных вычислений, необходимые для решения задачи, позволяющие свести вычисления к арифметическим операциям – сложить, вычесть, умножить, разделить. Задание последовательности арифметических действий и определение исходных данных, необходимых при их выполнении ("программирование"), осуществляла вторая, несколько более расширенная по составу, группа математиков. Для выполнения составленной "программы", состоящей из последовательности арифметических действий, не было необходимости привлекать специалистов высокой квалификации. Эта, наиболее трудоемкая, часть работы поручалась третьей и самой многочисленной группе вычислителей. Такое разделение труда позволило существенно ускорить получение результатов и повысить их надежность. Но главное состояло в том, что этим был дан импульс дальнейшему процессу автоматизации самой трудоемкой (но и самой простой!) третьей части вычислений – переходу к созданию цифровых вычислительных устройств с программным управлением последовательностью арифметических операций.

Этот завершающий шаг в эволюции цифровых вычислительных устройств (механического типа) сделал английский ученый Чарльз Беббидж (1791-1871). Блестящий математик, великолепно владеющий численными методами вычислений, уже имеющий опыт в создании технических средств для облегчения вычислительного процесса (разностная машина Беббиджа для табулирования полиномов, 1812-1822 гг.), он сразу увидел в технологии вычислений, предложенной Г. Прони, возможность дальнейшего развития своих работ.

Рис. 5 Чарльз Беббидж

Аналитическая машина (так назвал ее Беббидж), проект которой он разработал в 1836-