Лекция "Основные понятия информатики"

Основные понятия информатики

Человек находится в мире информации. Помочь ему не потеряться в этом мире, взять себе на вооружение как можно больше полезной информации, игнорируя ненужную, сократить затраты на поиск и обработку нужной информации - вот основная задача информатики.

Под информатикой принято понимать отрасль знаний, изучающую общие свойства и структуру информации, а также закономерности и принципы ее создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности на базе современных средств вычислительной и телекоммуникационной техники.

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Informacion (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 понятия «информатика» 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 века, 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 году, а само название происходит от греческого слова (kybemeticos — искусный в управлении).

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

Сегодня 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.

Основное внимание в информатике уделяется определению основных наиболее эффективных автоматизированных технологий работы с информацией.

Предмет информатики

Предмет информатики составляют такие понятия, как:
  • средства вычислительной техники,
  • программное обеспечение средств вычислительной техники,
  • средства и методы взаимодействия человека со средствами вычислительной техники и установленными на них программными средствами (программным обеспечением),
  • информационные ресурсы,
  • методы и средства взаимодействия человека с информационными ресурсами на базе средств вычислительной техники с использованием соответствующего программного обеспечения.

Понятие информатизации общества

Деятельность отдельных людей, групп, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести большую работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств.

Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. В ежедневно появляющемся новом потоке информации ориентироваться становилось все труднее. Подчас выгоднее стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших потоков информации обусловливается:
  • чрезвычайно быстрым ростом числа документов, отчетов, диссертаций, докладов и т.п., в которых излагаются результаты научных исследований и опытно-конструкторских работ;
  • постоянно увеличивающимся числом периодических изданий по разным областям человеческой деятельности;
  • появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских, экономических и др.), записываемых обычно на магнитных лентах и поэтому не попадающих в сферу действия системы коммуникации.
Как результат – наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления:
  • появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации.
  • существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;
  • возникают определенные экономические, политические и другие социальные барьеры, которые препятствуют распространению информации.

Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию – в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу ограниченности своих возможностей. Информационный кризис поставил общество перед необходимостью поиска путей выхода из создавшегося положения. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией, в развитии человеческого общества, находящегося на этапе индустриального развития.

Под информатизацией общества принято понимать – организованный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов.

Информатизация общества является одной из закономерностей современного социального прогресса. Этот термин иногда заменяют термином «компьютеризация общества». Однако, это два существенно отличающихся друг от друга термина.

При компьютеризации общества основное внимание уделяется развитию и внедрению технической базы компьютеров, обеспечивающих оперативное получение результатов переработки информации и ее накопление.

При информатизации общества основное внимание уделяется комплексу мер, направленных на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех видах человеческой деятельности.

Таким образом, «информатизация общества» является более широким понятием, чем «компьютеризация общества», и направлена на скорейшее овладение информацией для удовлетворения своих потребностей. В понятии «информатизация общества» акцент надо делать не столько на технических средствах, сколько на сущности и цели социально-технического прогресса. Компьютеры являются базовой технической составляющей процесса информатизации общества.

Инфраструктура информатизации включает:
  • системы коммуникаций,
  • вычислительных машин и сетей,
  • программное обеспечение этих систем;
  • информационные средства;
  • систему подготовки кадров для эксплуатации аппаратного, программного и информационного обеспечения;
  • экономические и правовые механизмы, обеспечивающие и способствующие эффективному развитию процесса информатизации.
Результатом процесса информатизации является создание информационного общества, где манипулируют не материальными объектами, а символами, идеями, образами, интеллектом, знаниями. Если рассмотреть человечество в целом, то оно в настоящее время переходит от индустриального общества к информационному.

Понятия, виды и особенности информации

На практике часто отождествляются определения таких понятий, как «информация», «данные», «знания». Однако, эти понятия необходимо различать.

Данные несут в себе сведения о событиях, произошедших в материальном мире, и являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако, данные не тождественны информации. Станут ли данные информацией, зависит от того, известен ли метод преобразования данных в известные понятия.

þ Например, мы можем услышать речь человека, обращающегося к нам, говорящего на иностранном и не знакомом нам языке. С одной, стороны, мы получаем от него данные в виде звуков, но с другой стороны – никакой информации от него мы получить не смогли, т.к. не сумели понять передаваемые нам данные. Они для нас были закодированы, а метода раскодирования мы не знали.

Данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. Причем необходимо учитывать тот факт, что информация не является статичным объектом - она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.

Одни и те же данные могут в момент потребления представлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов.

По своей природе данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналах, вызванных изменениями в материальных телах или полях. Методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами).

Данные - представляют собой фиксируемые в виде определенных сигналов воспринимаемые факты окружающего мира.

Так, согласно определениям, приведенным в толковых словарях, термин «информация» означает следующее:
  • информация (Information)- содержание сообщения или сигнала; сведения, рассматриваемые в процессе их передачи или восприятия, позволяющие расширить знания об интересующем объекте [Терминологический словарь по основам информатики и вычислительной техники. Под ред. А.П.Ершова, Н.М.Шанского.- Москва.: Просвещение, 1991.-159 с.].
  • информация - первоначально - сведения, передаваемые одними людьми другим людям устным, письменным или каким-нибудь другим способом (Большая Советская Энциклопедия. Москва.: Советская энциклопедия. 1980.-1600 с.).
Автор теории информации К.Шеннон (1916) определил понятие информации как коммуникацию, связь, в процессе которой устраняется неопределенность (теория информации - наука об оптимальном кодировании сообщений и передачи сигналов по техническим каналам связи). Шеннон предложил в к. 40-х годов единицу измерения информации - бит. Каждому сигналу в теории приписывалась априорная вероятность его появления. Чем меньше вероятность появления того или иного сигнала, тем больше информации он несет для потребителя (т.е. чем неожиданнее новость, тем больше ее информативность). Формула информации Шеннона имеет вид:
 
где I - количество информации;
pi - вероятность появления i-го сигнала;
n - количество возможных сигналов.

Знак минус поставлен для того, чтобы значение информации было положительным, поскольку вероятности всегда меньше или равны 1. Формула показывает зависимость количества информации от числа событий и от вероятности совершения этих событий. Информация равна нулю, когда возможно только одно событие. С ростом числа событий она увеличивается и достигает максимального значения, когда события равновероятны. При таком понимании информация - это результат выбора из набора возможных альтернатив. Однако математическая теория информации не охватывает все богатство содержания информации, поскольку она не учитывает содержательную сторону сообщения.

Информация - данные, определенным образом организованные, имеющие смысл, значение и ценность для своего потребителя и необходимые для принятия им решений, а также реализации других функций и действий.

Формы существования информации:
  • символьная
  • звуковая
  • графическая (иллюстративная)
  • видео
Получая информацию, пользователь превращает ее путем интеллектуального усвоения в свои личностные знания. Между информацией и знаниями имеется разрыв. Человек должен творчески перерабатывать информацию, чтобы получить новые знания.

Знание – это осознание и толкование определенной информации, с учетом путей наилучшего ее использования для достижения конкретных целей. Характеристиками знаний являются: внутренняя интерпретируемость, структурируемость, связанность и активность.

Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод, что фиксируемые воспринимаемые факты окружающего мира представляют собой данные. При использовании данных в процессе решения конкретных задач - появляется информация. Результаты решения задач, истинная, проверенная информация (сведения), обобщенная в виде законов, теорий, совокупностей взглядов и представлений представляет собой знания.

Те предметы или устройства, от которых человек может получить информацию, называют источниками информации.

Те предметы или устройства, которые могут получать информацию, называют приемниками информации.

Свойства информации

Атрибутивные свойства - это те свойства, без которых информация не существует. К данной категории свойств относится:
  • неотрывность информации от физического носителя и языковая природа информации. Одно из важнейших направлений информатики как науки является изучение особенностей различных носителей и языков информации, разработка новых, более совершенных и современных. Необходимо отметить, что хотя информация и неотрывна от физического носителя и имеет языковую природу она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем.
  • дискретность. Содержащиеся в информации сведения, знания - дискретны, т.е. характеризуют отдельные фактические данные, закономерности и свойства изучаемых объектов, которые распространяются в виде различных сообщений, состоящих из линии, составного цвета, буквы, цифры, символа, знака.
  • непрерывность. Информация имеет свойство сливаться с уже зафиксированной и накопленной ранее, тем самым, способствуя поступательному развитию и накоплению.
Прагматические свойства - это те свойства, которые характеризуют степень полезности информации для пользователя, потребителя и практики. Проявляются в процессе использования информации. К данной категории свойств относится:
  • смысл и новизна. Это свойство характеризует перемещение информации в социальных коммуникациях, и выделяет ту ее часть, которая нова для потребителя.
  • полезность. Уменьшение неопределенности сведений об объекте. Дезинформация расценивается как отрицательные значения полезной информации.
  • ценность. Ценность информации различна для различных потребителей и пользователей.
  • кумулятивность. Характеризует накопление и хранение информации.
  • полнота. Характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
  • достоверность. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются «полезными» — всегда присутствует какой-то уровень посторонних сигналов, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума». Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. В этом случае для передачи того же количества информации требуется использовать либо больше данных, либо более сложные методы.
  • адекватность — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных. Однако и полные, и достоверные данные могут приводить к созданию неадекватной информации в случае применения к ним неадекватных методов.
  • доступность (мера возможности получить ту или иную информацию). На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов для их интерпретации. Отсутствие доступа к данным или отсутствие адекватных методов обработки данных приводят к одинаковому результату: информация оказывается недоступной. Отсутствие адекватных методов для работы с данными во многих случаях приводит к применению неадекватных методов, в результате чего образуется неполная, неадекватная или недостоверная информация.
  • актуальность (степень соответствия информации текущему моменту времени). Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям. Необходимость поиска (или разработки) адекватного метода для работы с данными может приводить к такой задержке в получении информации, что она становится неактуальной и ненужной. На этом, в частности, основаны многие современные системы шифрования данных с открытым ключом. Лица, не владеющие ключом (методом) для чтения данных, могут заняться поиском ключа, поскольку алгоритм его работы доступен, но продолжительность этого поиска столь велика, что за время работы информация теряет актуальность и, соответственно, связанную с ней практическую ценность.
  • 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. 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).
Динамические свойства - это те свойства, которые характеризуют изменение информации во времени.
  • рост информации. Движение информации в информационных коммуникациях и постоянное ее распространение и рост определяют свойство многократного распространения или повторяемости. Хотя информация и зависима от конкретного языка и конкретного носителя, она не связана жестко ни с конкретным языком, ни с конкретным носителем. Благодаря этому информация может быть получена и использована несколькими потребителями. Это свойство многократной используемости и проявление свойства рассеивания информации по различным источникам.
  • старение. Информация подвержена влиянию времени.

Основные требования, предъявляемые к качеству информации

Среди требований, предъявляемых к информации, можно выделить следующие:

  • своевременность;
  • достоверность (с определенной вероятностью);
  • достаточность;
  • надежность (с определенной степенью риска);
  • комплектность системы информации;
  • адресность;
  • правовая корректность информации;
  • многократность использования;
  • высокая скорость сбора, обработки и передачи;
  • возможность кодирования;
  • актуальность информации.
Формы подачи информации



Кто изображен на рисунке?
Заяц? Утка?
Кто изображен на рисунке?
Заяц? Утка?






А какую информацию можно получить с этой картинки? Сколько здесь изображено персонажей? Всего 9 шт.

Информация, которая представлена на рисунке со зрительными искажениями. ВСЕ прямые на рисунке ПАРАЛЛЕЛЬНЫ





Информация, которая представлена на рисунке со зрительными искажениями. На рисунке не спирали, а окружности

А что изображено на этом рисунке? Что Вы видите – люди смотрят с балкона вниз или Вы видите ограду около газона?


Роль вычислительной техники в процессе информатизации

Компьютеры в информационном обществе стали естественной его составляющей и элементом повседневной жизни каждого человека, хотя часто мы их просто не замечаем. Трудно сегодня найти хотя бы одну область деятельности людей, где бы не применялись компьютеры или ту, которая хотя бы косвенно не зависела от их применения. Часто компьютеры отличаются от годами устоявшегося представления об ЭВМ. Достаточно привести пример банковского автомата для выдачи наличных денег, системы управления современным автомобилем, цифровую фотокамеру или просто микроволновую печь. Все они являются сами по себе компьютерами, включают их в качестве своих составных элементов.

Именно поэтому в последнее время к основным компонентам средств, способствующим обработке информации, причисляют и бытовую электронику (теле-, аудио-, видео- и другое оборудование), начинающую играть все большую роль в экономической жизни отдельных членов информационного общества, выступая в роли важнейших оконечных устройств приема/передачи и накопления данных, информации и знаний.

Электронные вычислительные машины (ЭВМ), или, как их все чаще называют, компьютеры (от английского слова COMPUTE - вычислять, подсчитывать), - одно из самых удивительных творений человека. Простейшие устройства для облегчения счета появились в глубокой древности, несколько тысячелетий назад. По мере развития человеческой цивилизации они медленно эволюционировали, непрерывно совершенствуясь.

Однако только в 40-е годы ХХ-го столетия было положено начало созданию вычислительных машин современной архитектуры и с современной логикой - современных электронных вычислительных машин. С тех пор за исторически очень короткий срок компьютеры - благодаря огромным успехам электроники - проделали такой путь в своем техническом совершенствовании и масштабах применения и влияния на человеческое общество, с каким не сравнится никакое другое изобретение человечества, включая атомную энергию и космическую технику. Да и последние не могли бы получить столь мощного развития без использования достижений вычислительной техники.

Кратко характеризуя темпы развития вычислительной техники, можно сослаться на образное сравнение в журнале «Сайнтифик Америкэн» (декабрь 1982 г.): «Если бы авиапромышленность в последние 25 лет развивалась столь же стремительно, как и промышленность средств вычислительной техники, то сейчас самолет «Боинг-767» стоил бы 500 долларов, совершал бы облет земного шара за 20 минут, затрачивая при этом 5 галлонов (примерно 20 литров) топлива». Приведенные цифры весьма ярко отражают относительное снижение стоимости, рост быстродействия и повышение экономичности ЭВМ.

Однако с появлением ЭВМ возникли новые проблемы, о существовании которых ранее и не знали.

Компьютер в первую очередь является МАШИНОЙ - не существующим в природе, а созданным человеком объектом, предназначенным для усиления природных возможностей человека. В отличие от инструментов, приспособлений и механизмов компьютер, как и любая машина, не использует для своего функционирования физическую силу (энергию) человека. При работе с любой машиной человек выполняет только функцию управления.

Компьютер является особенной - ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ, информационной машиной, усиливающей не физические возможности человека, а его способность к вычислениям, накоплению и обработке информации, выполняющей разного рода вычисления или облегчающей этот процесс.

Компьютер является ЭЛЕКТРОННОЙ вычислительной машиной, основные функциональные элементы которой выполнены (реализованы, построены, осуществлены) на электронных приборах, с использованием современной наиболее развитой технологии обработки сигналов, на базе применения достижений электроники. Теоретически возможно построение вычислительных машин на другой материальной базе: история знает механические, наши современники - электронные и оптические, а футурологи - биологические вычислительные машины.

По способу представления информации вычислительные машины разделяют на три группы:
  • аналоговые вычислительные машины (АВМ), в которых информация представляется в виде непрерывно изменяющихся переменных, выраженных какими-либо физическими величинами;
  • цифровые вычислительные машины (ЦВМ), в которых информация представляется в виде дискретных значений переменных (чисел), выраженных комбинацией дискретных значений какой-либо физической величины (цифр);
  • гибридные вычислительные машины, в которых используются оба способа представления информации.
Ключевая роль в современной инфраструктуре информатизации принадлежит системам телекоммуникаций и вычислительным сетям, в которых сосредоточены новейшие средства вычислительной техники, информатики, связи, а также самые прогрессивные информационные технологии. Именно они обеспечивают пользователям широкий набор информационно-вычислительных услуг с доступом к локальным и удаленным машинным ресурсам, технологиям и базам данных.

По мере развития сетей с начала 70-х годов расширяется перечень предоставляемых ими услуг и повышается их интеллектуальный уровень.

К числу наиболее распространенных услуг, предоставляемых современными сетями, относятся:

  1. Телекоммуникационные услуги:
  • обмен сообщениями в режиме “электронная почта” как между пользователями одной сети, так и между пользователями различных сетей;
  • обмен сообщениями между участниками телеконференций и телесеминаров;
  • организация электронных бюллетеней новостей (электронных досок объявлений);
  • организация диалога и обмен сообщениями двух абонентов в режиме “запрос - ответ”;
  • передача больших массивов - файлов;
  • размножение сообщений и передача их по заранее подготовленному списку; приоритетное обслуживание сообщений согласно категориям срочности;
  • организация замкнутых групп абонентов (подсетей) для взаимного обмена информацией только в рамках группы;
  • доставка факсимильных сообщений; переадресация сообщений в случае изменения адреса получателя информации;
  • выдача копий сообщений по запросам абонентов и др.
  1. Информационные услуги:
  • поиск информации по вопросам, интересующим абонентов
  1. Консультационные услуги:
  • консультации по информационному и программному обеспечению сети;
  • консультации по технологии использования общесетевых ресурсов;
  • обучение навыкам работы с компьютером и другими техническими средствами и др.
  1. Технические услуги:
  • установка программного обеспечения, установка и тестирование модемов и др.
  1. Рекламные услуги: размещение рекламы в электронных конференциях и семинарах, на электронных досках объявлений.