Предмет и задачи информатики. Место информатики в системе наук. Основные части информатики

Термин информатика возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин образован путем слияния слов “информация” и “автоматика” и означает “информационная автоматика или автоматизированная переработка информации”. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

• изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
• созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
• разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

• исследование информационных процессов любой природы;
• разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
• решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Основные понятия и методы теории информатики и кодирования. Информация и ее свойства. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации.

Общая характеристика сбора, передачи, обработки и накопления информации. Истоки информатики можно искать в глубине веков. Много столетий тому назад потребность выразить и запомнить информацию привела к появлению речи, письменности, счета. Люди пытались изобретать, а затем совершенствовать способы хранения, обработки и распространения информации. До сих пор сохранились свидетельства попыток наших далеких предков сохранять информацию – примитивные наскальные рисунки, записи на берестяной коре и глиняных дощечках, затем рукописные книги.

Появление в ХVI веке печатного станка позволило значительно увеличить возможности человека обрабатывать и хранить нужные сведения. Это явилось важным этапом развития человечества. Информация в печатном виде была основным способом хранения и обмена и продолжала им оставаться вплоть до середины ХХ века. Только с появлением ЭВМ возникли принципиально новые, гораздо более эффективные способы сбора, хранения, обработки и передачи информации (рис. 1.1).

Развивались способы передачи информации. Примитивный способ передачи посланий от человека к человеку сменился более прогрессивной почтовой связью. Почтовая связь давала достаточно надежный способ обмена информацией. Однако не следует забывать, что таким образом могли передаваться только сообщения, написанные на бумаге. А главное – скорость передачи сообщения была соизмерима только со скоростью передвижения человека. Изобретение телеграфа, телефона дало принципиально новые возможности обработки и передачи информации.

Появление электронно-вычислительных машин позволило обрабатывать, а впоследствии и передавать информацию со скоростью, в несколько миллионов раз превышающей скорость обработки (рис. 1.2) и передачи информации человеком.

Большинство ученых в наши дни отказываются от попыток дать строгое определение информации и считают, что информацию следует рассматривать как первичное, неопределимое понятие подобно множества в математике. Некоторые авторы учебников предлагают следующие определения информации:

Информация - это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо.

Информация - это сведения, которые можно собирать, хранить,

передавать, обрабатывать, использовать.

Информатика - наука об информации или

- это наука о структуре и свойствах информации,

- способах сбора, обработки и передачи информации или

- информатика, изучает технологию сбора, хранения и переработки информации, а компьютер основной инструмент в этой технологии.

Термин " информатика " происходит от французского слова «Informatique» и образован из двух слов: информация и автоматика.

Информация - от латинского «information» - сведения, разъяснения, изложение.

В быту под информацией понимают сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах.

В теории информации под информацией понимают не любые сведения, а лишь те, которые снимают полностью или уменьшают существующую до их получения неопределенность. По определению К.Шеннона, информация - это снятая неопределенность.

Информация - это отражение внешнего мира с помощью знаков или сигналов.

Информационная ценность сообщения заключается в новых сведениях, которые в нем содержатся (в уменьшении незнания).

Свойства информации:

1)полнота,

2)достоверность,

3)ценность,

4)актуальность,

5)ясность.

Информация всегда связана с материальным носителем. Носителем информации может быть:

* любой материальный предмет (бумага, камень и т.д.);

* волны различной природы: акустическая (звук), электромагнитная (свет, радиоволна) и т.д.;

* вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и т.д.

Машинные носители информации: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, и т.д.

Сигнал - способ передачи информации. Это физический процесс, имеющий информационное значение. Он может быть непрерывным или дискретным.

Сигнал называется дискретным, если он может принимать лишь конечное число значений в конечном числе моментов времени.

Аналоговый сигнал - сигнал, непрерывно изменяющийся по амплитуде и во времени.

Сигналы, несущие текстовую, символическую информацию, дискретны.

Аналоговые сигналы используют в телефонной связи, радиовещании, телевидении.

Говорить об информации вообще, а не применительно к какому- то ее конкретному виду беспредметно. Классифицировать ее можно:

* по способам восприятия (визуальная, тактильная и т.д.);

* по форме представления (текстовая, числовая, графическая и т. д.);

* по общественному значению (массовая, специальная, личная).

Основные направления в информатике: кибернетика, программирование, вычислительная техника, искусственный интеллект, теоретическая информатика, информационные системы.

Персональный компьютер - это устройство для хранения и переработки информации или программно-управляемое устройство, предназначенное для приема, переработки, хранения и выдачи информации.

Системный блок, клавиатура, монитор (дисплей)- основные части любого персонального компьютера.

В корпусе системного блока располагаются: ПЗУ, ОЗУ, блок питания, центральный процессор (мозг ЭВМ, который перерабатывает информацию).

ОБЩАЯ СХЕМА ЭВМ

Рис.1 Общая схема ЭВМ

УВ - устройства ввода информации в ЭВМ (клавиатура, мышь, ВЗУ, сканер);

УВЫВ - устройства вывода информации (дисплей, принтер, ВЗУ, графопостроитель);

ОЗУ (ОП или RAM) -оперативное запоминающее устройство (оперативная память) быстрая память, которая состоит из ячеек, имеющих свой адрес.

Принципиальной особенностью ОЗУ является его способность хранить информацию только во время работы машины. Когда вы включаете компьютер, в оперативную память заносятся (загружаются) цепочки байтов в которых хранится операционная система. Когда вы выключаете компьютер, то содержимое ОЗУ стирается.

ВЗУ - (внешние запоминающие устройства) предназначены для постоянного хранения информации, (дискета, жесткий диск, компакт-диск)

ПЗУ (ROM) - память, предназначенная только для чтения.

Современные компьютеры обладают принципом открытой архитектуры.

Принцип открытой архитектуры означает, что возможна лёгкая замена устаревших частей ЭВМ, новая деталь (блок) будет совместима со всем тем оборудованием, которое использовалось ранее.

Возможность обмена данными между компьютерами по обычной телефонной связи обеспечивают модемы, факс-модемы, которые преобразуют телефонные сигналы в компьютерные и наоборот.

Предмет информатики как науки составляют:

* аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

* программное обеспечение средств вычислительной техники;

* средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

* средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом. Поэтому средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения иногда называют также программно- аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами -- интерфейсом пользователя.

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым вопросом есть эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают соотношение производительности оснащение к его стоимости. Для программного обеспечения под эффективностью принято понимать производительность работающих с ним пользователей. В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, созданного программистами за единицу времени. В

информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос как осуществить ту или другую операцию, для информатики важный, но не основной. Основным есть вопрос -- как совершить данную операцию эффективно.

В рамках информатики, как технической науки можно сформулировать понятия информации, информационной системы и информационной технологии.

Данные (data) - это такое же первоначальное понятие, как, скажем, в математике "точка": попытка дать определение начальным понятиям приводит к необходимости дополнительно определять использованные термины.

Итак, будем считать, что данные - это те или иные сведения (необязательно несущие смысловую нагрузку).

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 за заданным признаком 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 принято называть сервером, а потребителя - клиентом;

* преобразование данных -- преобразование данных с одной формы в другую, или с одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

Информация (information)-- это данные, сопровождающиеся смысловой нагрузкой.

При этом, очевидно, то, что для одних 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.

Информация, которая воспринимается из окружающей среды называется входной информацией; которая выдается в окружающую среду называется исходная информацией.

Информация существует в виде документов, чертежей, рисунков, текстов, звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов и т.п..

Важнейшие свойства информации:

* объективность и субъективность;

* полнота;

* достоверность;

* адекватность;

* доступность;

* актуальность.

Знание - есть переживание, сравнённое с другими переживаниями это определение, которое дал Лосский Н. О. в своей работе "Обоснование интуитивизма", является наиболее точным.

В информатике понятие "система" чаще используют относительно набора технических средств и программ. Системой называют также аппаратную часть компьютера. Дополнение понятия "система" словом "информационная" отображает цель ее создания и функционирования.

Информационная система - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемая для сохранения, обработки и выдачи информации с целью решения конкретной задачи.

Современное понимание информационной системы предусматривает использование компьютера как основного технического средства обработки информации. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом информационной системы.

В работе информационной системы можно выделить следующие этапы:

1. Зарождение данных - формирование первичных сообщений, которые фиксируют результаты определенных операций, свойства объектов и субъектов управления, параметры процессов, содержание нормативных и юридических актов и т.п.

2. Накопление и систематизация данных -- организация такого их размещения, которое обеспечивало бы быстрый поиск и отбор нужных сведений, методическое обновление данных, защита их от искажений, потери, деформирование целостности и др.

3. Обработка данных - процессы, вследствие которых на основании прежде накопленных данных формируются новые виды данных: обобщающие, аналитические, рекомендательные, прогнозные.

Производные данные тоже можно обрабатывать, получая более обобщенные сведения.

4. Отображение данных - представление их в форме, пригодной для восприятия человеком. Прежде всего - это вывод на печать, то есть создание документов на так называемых твердых (бумажных) носителях. Широко используют построение графических иллюстративных материалов (графиков, диаграмм) и формирование звуковых сигналов.

Сообщения, которые формируются на первом этапе, могут быть обычным бумажным документом, сообщением в "машинном виде" или тем и другим одновременно. В современных информационных системах сообщения массового характера большей частью имеют "машинный вид". Аппаратура, которая используется при этом, имеет название средства регистрации первичной информации.

Потребности второго и третьего этапов удовлетворяются в современных информационных системах в основном средствами вычислительной техники. Средства, которые обеспечивают доступность информации для человека, то есть средства отображения данных, являются компонентами вычислительной техники.

Подавляющее большинство информационных систем работает в режиме диалога с пользователем.

Типичные программные компоненты информационных систем включают: диалоговую подсистему ввода--вывода, подсистему, которая реализует логику диалога, подсистему прикладной логики обработки данных, подсистему логики управления данными. Для сетевых информационных систем важным элементом является коммуникационный сервис, обеспечивающий взаимодействие узлов сети при общем решении задачи. Значительная часть функциональных возможностей информационных систем закладывается в системном программном обеспечении: операционных системах, системных библиотеках и конструкциях инструментальных средств разработки. Кроме программной составной информационных систем важную роль играет информационная составная, которая задает структуру, атрибутику и типы данных, а также тесно связана с логикой управления данными.

В широком смысле слово технология - это способ освоения человеком материального мира с помощью социально организованной деятельности, которая включает три компоненты: информационную (научные принципы и обоснование), материальную (орудие работы) и социальную (специалисты, имеющие профессиональные навыки). Эта триада составляет сущность современного понимания понятия технологии.

Понятие информационной технологии появилось с возникновением информационного общества, основой социальной динамики в котором являются не традиционные материальные, а информационные ресурсы: знания, наука, организационные факторы, интеллектуальные способности, инициатива, творчество и т.д. К сожалению, это понятие настолько общее и всеохватывающее, что до сих пор специалисты не пришли к четкой, формализованной формулировке. Наиболее удачным определением понятия информационной технологии дано академиком Глушковым В.М., который трактовал ее как человеко-машинную технологию сбора, обработки и передачи информации, которая основывается на использовании вычислительной техники.

3 Единицы измерения информации. Позиционные системы счисления. Логические основы ЭВМ.

Единицы измерения количества информации.
Единицы измерения информации служат для измерения объёма информации — величины, исчисляемой логарифмически.[1] Это означает, что когда несколько объектов рассматриваются как один, количество возможных состояний перемножается, а количество информации — складывается. Не важно, идёт речь о случайных величинах в математике, регистрах цифровой памяти в технике или в квантовых системах в физике.
Чаще всего измерение информации касается объёма компьютерной памяти и объёма данных, передаваемых по цифровым каналам связи.

Объёмы информации можно представлять как логарифм[2] количества состояний.

Наименьшее целое число, логарифм которого положителен — 2. Соответствующая ему единица — бит — является основой исчисления информации в цифровой технике.

Целые количества бит отвечают количеству состояний, равному степеням двойки.

Особое название имеет 4 бита — ниббл (полубайт, тетрада, четыре двоичных разряда), которые вмещают в себя количество информации, содержащейся в одной шестнадцатеричной цифре.

Следующей по порядку популярной единицей информации является 8 бит, или байт (о терминологических тонкостях написано ниже). Именно к байту (а не к биту) непосредственно приводятся все большие объёмы информации, исчисляемые в компьютерных технологиях.

Такие величины как машинное слово и т. п., составляющие несколько байт, в качестве единиц измерения почти никогда не используются.

Арифметико-логические основы ЭВМ.
В ЭВМ применяют ПСС с недесятичным основанием: двоичную, восьмеричную, шестнадцатеричную и др.
Двоичная ПСС получила самое широкое применение в ЭВМ благодаря следующим достоинствам.

1. Числовая информация в ЭВМ отождествляется с состоянием используемых двоичных физических элементов. В двоичной ПСС. Поэтому для физического представления достаточно использования элементов с устойчивыми состояниями, кодируемыми 1 и 0. Например, транзистор может быть в открытом или закрытом состоянии, а следовательно, иметь на выходе высокое или низкое напряжение, ферритовый сердечник в устойчивом состоянии может иметь положительную или отрицательную остаточную магнитную индукцию, лампочка включена или выключена, отверстия на перфокарте пробиты или нет. Такие элементы принято называть двухпозиционными или двоичными. Очевидно, что реализация элементов, которые должны различать одно из двух состояний (0 или 1), оказывается проще и надежнее, чем реализация элементов, которые должны различать одно из 10 состояний.

2. Арифметические операции выполняются наиболее просто.
3. Процесс синтеза схем ЭВМ упрощен, так как обозначение переменных и функций в используемом математическом аппарате алгебры логики, принимающих два значения 0 или 1, совпадает с двоичными цифрами.

В то же время громоздкость записи чисел в двоичной ПСС и трудность их восприятия человеком (см. табл.) приводит к необходимости перевода исходных данных (чисел) из десятичной системы счисления в двоичную, а результатов — из двоичной в десятичную. Эти переводы осуществляются в ЭВМ автоматически по определенным программам.

Позиционные системы счисления.
Позиционной называется такая система счисления, в которой значение цифры зависит от ее положения в ряду цифр, изображающих число, т. е. веса. В десятичной системе счисления вес каждой последующей цифры в 10 раз больше веса предыдущей. Например, цифра 2 в 1235 имеет значение 200, так как она в третьей справа позиции числа.

Позиционная система счисления (ПСС) характеризуется количеством различных цифр, используемых для записи чисел. Максимальное количество различных цифр, используемых для записи чисел в данной системе счисления, называется основанием системы счисления.