Информатика. 4

РЕФЕРАТ

На тему: «Информатика».

СОДЕРЖАНИЕ:

1.)Что представляет собой информатика, как учебная дисциплина, и как  междисциплинарное научное направление?

2.) Какие определения информатики  вы знаете?

3.) Какова общая структура информатики?

4.) Самые известные программы?

5.) Какое место занимает информатика  в системе наук?

Формирование информатики как науки происходило в XX веке, что было связано с развитием вычислительной техники.

Само понятие информатики возникло где-то в 60-х гг. во Франции. Так решили назвать область знаний, изучающую применение электронных вычислительных машин для автоматизации обработки информации. Слово информатика образовано путем слияния французских слов информация и автоматика. В англоязычных странах вместо «информатики» часто используют термин «computer science»(компьютерная наука).

Хотя термины "информатика" и "компьютерная наука" можно считать аналогичными, второй появился раньше, примерно в начале 40-х годов XX века. На тот момент компьютерная наука представляла собой объединение возможностей электронно-вычислительных машин, математической логики и теории алгоритмов. В дальнейшем в компьютерной науке появлялись новые направления, что было обусловлено усовершенствованием ЭВМ.

Отсюда следует, что появление информатики неразрывно связано с существованием компьютерной техники. Хотя вычислительные машины существовали и до 70-80-х годов, их относительно массовое распространение пришлось именно на эти годы. Именно в это время заговорили и об информатике как о научной дисциплине.

Изначально компьютер был инструментом для автоматизации трудоемких вычислений. Однако постепенно эволюционировал в инструмент для работы фактически с любой информацией, а не только числовой. Получая исходную информацию в виде чисел, таблиц, изображений, текстов программное обеспечение вычислительных машин способно преобразовывать ее в другую информацию, а также сохранять и передавать в той или иной форме.

Наука информатика стала заниматься разработкой информационных моделей объектов реального мира, для которых вообще можно создать информационную модель. Т.к. материальный мир весьма разнообразен, то и объекты изучения информатики также очень разнообразны. В связи с этим информатика – очень разнородная наука, что затрудняет ее однозначное определение.

В свое время Е.П. Ершов определил информатику так:

Информатика - это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

Можно предположить, что теоретическая информатика – это наука, возможно до сих пор, находящаяся в становлении и развитии.

Информатика тесно связана с математикой, т.к. опирается на ее достижения. Это объясняется тем, что объекты естественных и технических наук, а также социальные явления можно описать с помощью понятий математики – функций, систем уравнений, неравенств и др. При этом предмет изучения информатики –информация – общенаучное и социальное понятие.

В настоящее время активно протекают процессы, связанные с переводом информации, накопленной цивилизацией, в электронный вид. Можно ожидать, что многие вещи, к которым мы привыкли в реальном мире, в скором времени обретут электронную форму существования.

Информатика — молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным.

До настоящего времени толкование термина «информатика» (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) ещё не является установившимся и общепринятым. Обратимся к истории вопроса, восходящей ко времени появления электронных вычислительных машин.

Понятие информатики является таким же трудным для какого-либо общего определения, как, например, понятие математики. Это и наука, и область прикладных исследований, и область междисциплинарных исследований, иучебная дисциплина (в школе и в вузе).

Несмотря на то, что информатика как наука появилась относительно недавно (см. ниже), её происхождение следует связывать с работами Лейбница по построению первой вычислительной машины и разработке универсального (философского) исчисления.

Отдельной наукой информатика была признана лишь в 1970-х; до этого она развивалась в составе математики, электроники и других технических наук. Некоторые начала информатики можно обнаружить даже в лингвистике. Первый факультет информатики был основан в 1962 году в университете Пёрдью (Purdue University). Сегодня факультеты и кафедры информатики имеются в большинстве университетов мира.

В школах СССР учебная дисциплина «Информатика» появилась в 1985 году одновременно с первым учебником А. П. Ершова «Основы информатики и вычислительной техники».

Высшей наградой за заслуги в области информатики является премия Тьюринга.

4 декабря отмечается День российской информатики, так как в этот день в 1948 году Государственный комитет Совета министров СССР по внедрению передовой техники в народное хозяйство зарегистрировал за номером 10 475изобретение И. С. Брука и Б. И. Рамеева — цифровую электронную вычислительную машину.

Основные понятия и определения информатики. 
 
Начало развития информатики как науки положило появление ЭВМ в 50-е годы прошлого столетия.  
 
Выделению информатики в отдельную науку способствовало наличие единой формы представления информации в компьютерах: числовая, символьная и аудиовизуальная (звук, изображение) представляется в двоичной форме. 
 
Необходимость в информатике возникла в связи с использованием ЭВМ и первоначально информатика понималась как наука о вычислениях, но информатика - это не просто наука о ЭВМ. 
 
Информатика - отрасль науки, изучающая структуру и свойства информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, передачей, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности. 
 
Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров 
 
Основными разделами информатики являются исследование и разработка информационных средств и технологий, программных средств и моделирование предметных областей. 
 
Информация – (данные - это первичная необработанная информация (какие то первичные сведения о предметной области), а информация уже имеет определенный смысл для получателя, т.е. это продукт переработки данных) любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. По способу организации информацию делят на: 

•  
  данные (логически неупорядоченный набор сведений);
•  
  структуры данных (логически упорядоченные, организованные наборы данных); к этой группе относят знания - особым образом организованная информация об устройстве множества фактов определенного типа.

 
Аналоговая (непрерывная) информация характеризуется непрерывной функцией f(t). Источниками аналоговой информации обычно являются объекты природы и производственно-технологических процессов (ртутный или спиртовой столбик термометра – изменяется непрерывно) 
 
Дискретная информация характеризуется, соответственно, дискретной функцией f(t). Дискретными являются сообщения, передаваемые в устном и письменном виде, с помощью жестов, посредством световых и звуковых дискретных сигналов и т.п. (Современная цифровая фотография 10 млн. (или мега) пикселов, которое описывает изображение) 
 
Свойства информации: 

•  
  релевантность (степень соответствия информации запросам получателя);
•  
  полнота (свойство информации исчерпывающим для потребителя образом характеризовать отображаемый объект или процесс);
•  
  своевременность (способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени);
•  
  достоверность (свойство информации не иметь скрытых ошибок (например, дезинформация) будут давать стипендию…);
•  
  доступность (свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем);
•  
  защищенность (свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения);
•  
  эргономичность (свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя)

 
эргономика – научн. дисциплина, комплексно изучающая человека в конкретных условиях его деятельности в современном производстве с целью оптимизации орудий, условий и процесса труда, например проектируют станок, то выбирают конструкции элементов с которыми взаимодействует человек с учетом анатомии человеческого тела, опасные места окрашиваются в красный цвет; 

•  
  адекватность (свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению).

 
Свойства информации, характеризующие поведение объекта при взаимодействии с другими объектами: 

•  
  объем информации;
•  
  способ организации информации.

 
 
Объект и предмет информатики. 
 
^ Объект познания - некий фрагмент реального мира. Один и тот же объект может изучаться различными науками. 
 
Предмет познания - выбранная для исследования методами данной науки сторона (аспект) объекта. 
 
Объектом информатики являются информационные технологии (ИТ). 
 
Информационные технологии - это машинизированные способы обработки, хранения, передачи и использования информации, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС). 
 
^ Примеры АИС: автоматизированные системы научных исследований - АСНИ, системы автоматизированного проектирования - САПР, экспертные системы - ЭС и т.д. 
 
ИТ включают в себя технические средства, математическое, алгоритмическое, программное, лингвистическое обеспечения, средства связи. 
 
В формировании ИТ участвуют различные науки: кибернетика, системотехника, теория информации, экономика, правоведение, психология, медицина, педагогика, военные науки и т.д. Каждая из этих наук рассматривает ИТ со своей точки зрения, прилагая к ним свои принципы. 
 
Предметом информатики является информационный ресурс (ИР). 
 
Информационный ресурс - это семантическая информация, т.е. информация в виде понятийного знания. (семантическая – смысловая сторона) 
 
Понятийное знание - это отражение какой-либо стороны объективной реальности, выраженное в виде идей, понятий, представлений о каком-то предмете или явлении, т.е. выраженное семантически. 
 
^ Существуют также интуитивные знания, идущие из подсознания; чтобы такие знания стали сообщениями, они должны быть выражены в понятийной (семантической) форме. 
 
Основные особенности ИР: 

•  
  он практически неисчерпаем в отличие от других видов ресурсов (материальных), по мере развития общества и роста потребления ИР, его запасы растут;
•  
  он сам по себе имеет лишь потенциальное значение и проявляется как движущая сила только в соединении с другими ресурсами (энергией, сырьем, техникой);
•  
  эффективность применения ИР связана с тем, что затраты на усвоение знания значительно меньше, чем затраты на непосредственное генерирование этого знания (легко выучит уже доказанную кем-то теорему);
•  
  в информационном обществе ИР является формой непосредственного включения науки в состав производительных сил (в индустриальном обществе наука выступает опосредованной производительной силой, при этом посредниками являются машины, новые материалы и препараты); использование ИР повышает в10-100 раз производительность труда (напр., основой телематических - безлюдных - систем служат ИР и информационные связи);
•  
  ИР возникает в результате творческой части умственного труда; рутинная часть умственной работы не увеличивает потенциала нужных знаний, поэтому и не ведет к росту ИР;
•  
  превращение знаний в информационный ресурс зависит от возможностей коммуникационной системы общества (если возможности невелики, то при избытке знаний общество будет испытывать недостаток ИР).

 
Существуют две формы ИР, как отчуждаемых знаний, становящихся сообщениями: пассивная и активная. 
 
Пассивные формы ИР: книги, статьи, банки данных. 
 
Активные формы ИР: модель, алгоритм, проект, программа и база знания (БЗ). Эти формы ИР представляют собой также стадии развития ИР. 
 
^ Модель - описание системы, отображающее определенную группу ее свойств и позволяющее предсказывать поведение системы в определенном диапазоне условий. 
 
Качество алгоритма зависит от степени его общности. 
 
Информационное общество - это общество, структуры, техническая база и человеческий потенциал которого приспособлены для оптимального превращения знаний в ИР и переработки ИР-са с целью перевода пассивных форм в активные. 
 
Особую роль в активизации информационного потенциала общества играет преобразование традиционных баз данных (БД) в БЗ, основанные на применении искусственного интеллекта (ИИ).  
 
Тогда как БД содержат сведения о количественных и качественных характеристиках конкретных объектов, БЗ содержат выраженные на естественном языке концептуальные знания о классах объектов, их свойствах и логических связях, так, чтобы этим знаниями могла оперировать машина логического вывода как элемент ИИ. Резко актуализировать информационный потенциал общества на основе БЗ общего и специального назначения позволит применение ЭВМ 5-го поколения.

На рисунке представлена структура Информатики как научной и прикладной дисциплины, в которой выделено 6 научно-технических направлений: 1. Теоретическая информатика. 2. Искусственный интеллект. 3. Программирование. 4. Прикладная информатика. 5. Вычислительная техника. 6. Кибернетика. Эти разделы информатики перечислены не в порядке их важности или преемственности, а лишь учитывая удобство их расположения на рисунке. Краткая характеристика каждому направлению будет дана в указанном выше порядке.

1. Теоретическая  информатика. Теоретический раздел любой науки базируется на математических методах исследования. Это относится и к информатике. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится всё здание информатики.

По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах и точечном виде на рисунках. С учётом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики. Раздел информатики, посвящённый математической логике. представлен на сайте "Бинарная логика".

Следующее направление теоретической информатики - вычислительная математика, которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.

Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.

Системный анализ - еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.

Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр.

2. Искусственный  интеллект. Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика игомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.

Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии - науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление -когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что..., но и знать как..., 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

3. Программирование. Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает  значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.

Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатываютсистемное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для  разработки прикладного программного обеспечения. Эти  языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня. в программы на машинном языке используются специальные программы -трансляторы, которые также создаются системными программистами.

Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решении тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС), в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

4. Прикладная информатика. Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС - автоматизированные обучающие системы) и др.

5. Вычислительная  техника. Раздел информатики, посвящённый вычислительной технике. представлен на сайте "Устройство ЭВМ".

6. Кибернетика. Термин "кибернетика"( от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием "КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине". Идея "общей теории управления" получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 40-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в  кибернетике  развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления. идея измерения информации  через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой "ничейной территории" между различными  сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберёт в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.

Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.

Ведущее место в кибернетике занимает распознавание образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности. соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная область междукибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.

Ещё одно научное направление связывает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Недавно возникло и ещё находится в стадии оформления научное направление кибернетики - гомеостатика, изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.

Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие.

Рассмотрим место науки информатики в традиционно сложившейся системе наук (технических, естественных, гуманитарных и т.д.). В частности, это позволило бы найти место общеобразовательного курса информатики в ряду других учебных предметов.

Напомним, что по определению А.П.Ершова информатика- “фундаментальная естественная наука”. Академик Б.Н.Наумов определял информатику “как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача)”.

Уточним, что такое фундаментальная наука и что такое естественная наука. К фундаментальным принято относить те науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности. Нет, например, сомнений в фундаментальности столь разных наук как математика и философия. В этом же ряду и информатика, так как понятия “информация”, “процессы обработки информации” несомненно имеют общенаучную значимость.

Естественные науки – физика, химия, биология и другие – имеют дело с объективными сущностями мира, существующими независимо от нашего сознания. Отнесение к ним информатики отражает единство законов обработки информации в системах самой разной природы – искусственных, биологических, общественных.

Рис. 2. К вопросу о месте информатики в системе наук

Однако, многие ученые подчеркивают, что информатика имеет характерные черты и других групп наук – технических и гуманитарных (или общественных).

ВЫВОД:

Черты технической науки придают информатике ее аспекты, связанные с созданием и функционированием машинных систем обработки информации. Так, академик А.А.Дородницын определяет состав информатики как “три неразрывно и существенно связанные части: технические средства, программные и алгоритмические”. Первоначальное наименовании школьного предмета “Основы информатики и вычислительной техники” в настоящее время изменено на “Информатика” (включающее в себя разделы, связанные с изучением технических. программных и алгоритмических средств). Науке информатике присущи и некоторые черты гуманитарной (общественной) науки, что обусловлено ее вкладом в развитие и совершенствование социальной сферы. Таким образом, информатика является комплексной, междисциплинарной отраслью научного знания.