Основные понятия информации. 2

Оглавление

Введение

Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека, так или иначе, связана получением, накоплением и обработкой информации. Что бы человек ни делал: читает ли он книгу, смотрит ли он телевизор, разговаривает, он постоянно и непрерывно получает и обрабатывает информацию.

Для XXI века характерна небывалая скорость развития науки, техники и новых технологий. Так от изобретения книгопечатания (середина XV века) до изобретения радиоприемника (1895г.) прошло около 440 лет, а между изобретением радио и телевидения - около 30 лет. Разрыв во времени между изобретением транзистора и интегральной схемы составил всего 5 лет.

В области накопления научной информации её объем начиная  с XVII в. удваивался примерно каждые 10 - 15 лет. Поэтому одной из важнейших  проблем человечества является лавинообразный поток информации в любой отрасли его жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее время специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени, чтобы уследить за всеми новыми печатными работами в его области деятельности. Увеличение информации и растущий спрос на неё обусловили появление отрасли, связанной с автоматизацией обработки информации – информатики.

Информатика (от информация и автоматика) — наука  о методах и процессах сбора, хранения, обработки, анализа и оценки информации, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, например разработка языков программирования и протоколов передачи данных.

Но для полноценного рассмотреня информатики, как науки, необходимо сказать о самой информации.

Источниками (объектами) информации являются физические тела, поля или виртуальные объекты. Источники  информации проявляются в виде сигналов. Сообщением является форма представления информации в виде, понимаемом получателем. Получатель информации – человек, понимающий эту информацию или техническая система.

Несмотря на то, что с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строго и общепринятого её определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычно используют понятие об информации.

Для информатики  как для технической науки  понятие информации не может основываться на таких антропоцентрических понятиях, как знание, и не может опираться только на объективность фактов и свидетельств. Средства вычислительной техники обладают способностью обрабатывать информацию автоматически, без участия человека. Эти средства могут работать с искусственной, абстрактной и даже с ложной информацией, не имеющей объективного отражения ни в природе, ни в обществе.

Основные понятия информации

Перед тем как  рассматривать информатику следует  рассмотреть более подробно понятие информации, ее свойства.

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:

• это знания или сведения о ком-либо или о чем-либо;
• это сведения, которые можно собирать, хранить, передавать, обрабатывать, использовать;
• наука об информации;
• это наука о структуре и свойствах информации, способах сбора, обработки и передачи информации;
• информатика, изучает технологию сбора, хранения и переработки информации, а компьютер основной инструмент в этой технологии.

Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает сведения, разъяснения, изложение. В настоящее время  наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие многогранному понятию информация, но пока это понятие во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в различных отраслях человеческой деятельности:

1.    в  быту информацией называют любые данные, сведения, знания, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п.;

2.    в  технике под информацией понимают  сообщения, передаваемые в форме  знаков или сигналов (в этом  случае есть источник сообщений, получатель (приемник) сообщений, канал связи);

3.    в  кибернетике под информацией  понимают ту часть знаний, которая  используется для ориентирования, активного действия, управления, т.е.  в целях сохранения, совершенствования,  развития системы;

4.    в  теории информации под информацией  понимают сведения об объектах  и явлениях окружающей среды,  их параметрах, свойствах и состоянии,  которые уменьшают имеющуюся  о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Свойства информации:

1.    полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс;

2.    актуальность—  способность информации соответствовать  нуждам потребителя в нужный  момент времени; 

3.    достоверность  — свойство информации не иметь скрытых ошибок. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, если устареет и перестанет отражать истинное положение дел;

4.    доступность  — свойство информации, характеризующее  возможность ее получения данным  потребителем;

5.    релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя;

6.    защищенность  — свойство, характеризующее невозможность  несанкционированного использования  или изменения информации;

7.    эргономичность  — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя.

Информацию  следует считать особым видом  ресурса, при этом имеется в виду толкование "ресурса" как запаса неких знаний материальных предметов  или энергетических, структурных  или каких-либо других характеристик предмета. В отличие от ресурсов, связанных с материальными предметами, информационные ресурсы являются неистощимыми и предполагают существенно иные методы воспроизведения и обновления, чем материальные ресурсы.

С этой точки зрения можно рассмотреть такие свойства информации:

1. запоминаемость;
2. передаваемость;
3. воспроизводимость;
4. преобразуемость;
5. стираемость.

Запоминаемость  — одно из самых важных свойств. Запоминаемую информацию будем называть макроскопической (имея в виду пространственные масштабы запоминающей ячейки и время запоминания). Именно с макроскопической информацией мы имеем дело в реальной практике.

Передаваемость  информации с помощью каналов  связи (в том числе с помехами) хорошо исследована в рамках теории информации К.Шеннона. В данном случае имеется в виду несколько иной аспект — способность информации к копированию, т.е. к тому, что она может быть “запомнена” другой макроскопической системой и при этом останется тождественной самой себе. Очевидно, что количество информации не должно возрастать при копировании.

Воспроизводимость информации тесно связана с ее передаваемостью и не является ее независимым базовым свойством. Если передаваемость означает, что  не следует считать существенными  пространственные отношения между частями системы, между которыми передается информация, то воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, т.е. что при копировании информация остается тождественной самой себе.

Фундаментальное свойство информации — преобразуемость. Оно означает, что информация может менять способ и форму своего существования.

Копируемость  есть разновидность преобразования информации, при котором ее количество не меняется. В общем случае количество информации в процессах преобразования меняется, но возрастать не может.

Свойство стераемости  информации также не является независимым. Оно связано с таким преобразованием  информации (передачей), при котором  ее количество уменьшается и становится равным нулю.

Данных свойств  информации недостаточно для формирования ее меры, так как они относятся к физическому уровню информационных процессов.

Информация  всегда связана с материальным носителем. 

Носителем информации может быть:

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

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

Основные понятия информатики

Краткая история информатики

Корни информатики  лежат в другой науке — кибернетике. Понятие «кибернетика» впервые  появилось в первой половине XIX века, когда французский физик Андре Мари Ампер, известный нам из школьного курса физики по закону Ампера, решил создать единую классификацию всех наук, как существовавших в то время, так и гипотетических (которые не существовали, но, по его мнению, должны были бы существовать). Он предположил, что должна существовать некая наука, занимающаяся изучением искусства управления. Ампер не имел в виду управление техническими системами, поскольку сложных технических систем в те времена еще не было. Он имел в виду искусство управления людьми, то есть обществом. Эту несуществующую науку Ампер назвал кибернетикой от греческого слова кибернетикос (искусный в управлении). В Древней Греции этого титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами.

С тех пор о кибернетике забыли более чем на сто лет. В 1948 году выдающийся американский математик Норберт Винер, труды которого по математической логике легли в основу зарождавшегося тогда программирования вычислительной техники, вновь возродил термин «кибернетика» и определил ее как науку об управлении в живой природе и в технических системах. Это определение оказалось весьма спорным. Смешивание живой природы и технических систем в одной дисциплине привело к резкому неприятию такого определения учеными многих стран. Особенно сильной критике зарождавшаяся кибернетика подверглась в Советском Союзе. В большинстве стран мира научная дискуссия привела к расколу в научных кругах, а в СССР, где кибернетика получила даже политическое осуждение, работы в этой области были вообще прекращены на много лет, что болезненно сказывается и по сей день.

Так из-за спорного определения в молодой зарождающейся  науке произошел раскол. Сегодня кибернетика продолжает изучать связь между психологией и математической логикой, разрабатывает методы создания искусственного интеллекта, но наряду с ней уже действует другая, отделившаяся от нее наука. Она занимается проблемами применения средств вычислительной техники для работы с информацией. В Великобритании и США эту науку называют computer science (наука о вычислительной технике). Во Франции она получила другое название — informatique (информатика). Оттуда это название и пришло к нам в Украину и Россию, а также в некоторые другие страны Восточной Европы.

Структура информатики

Информатика делится  на ряд разделов.

Теоретическая информатика занимается теорией формальных языков и автоматов, теориями вычислимости и сложности, теорией графов, криптологией, логикой (включая логику высказываний и логику предикатов), формальной семантикой и предлагает основы для разработки Компиляторов языков программирования.

Практическая  информатика обеспечивает фундаментальные  понятия для решения стандартных  задач, таких, как хранение и управление информацией с помощью структур данных, построения алгоритмов, модели решения общих или сложных задач. Примеры включают в себя алгоритмы сортировки и быстрого преобразования Фурье.

Одной из центральных  тем практической информатики является инженерия программного обеспечения (англ. Software Engineering). Речь идет о систематическом  процессе разработок от идеи до готового программного обеспечения.

Практическая  информатика предоставляет также  необходимые инструменты для  разработки программного обеспечения, например, компиляторы.

Техническая информатика

Техническая информатика  занимается аппаратной частью вычислительной техники, например основами микропроцессорной техники, компьютерных архитектур и распределенных систем. Таким образом, она обеспечивает связь с электротехникой. Компьютерная архитектура — это наука, исследующая концепции построения компьютеров. Здесь определяется и оптимизируется взаимодействие микропроцессора, памяти и периферийных контроллеров.

Ещё одним важным направлением является связь между  машинами. Она обеспечивает электронный  обмен данными между компьютерами и, следовательно, представляет собой техническую базу для Интернета. Помимо разработки маршрутизаторов, коммутаторов и межсетевых экранов, к этой дисциплине относятся разработка и стандартизация сетевых протоколов, таких как TCP, HTTP или SOAP, для обмена данными между машинами.

Прикладная информатика

Прикладная  информатика объединяет конкретные применения информатики в тех  или иных областях жизни, науки или  производства, например, бизнес-информатика, геоинформатика, компьютерная лингвистика, биоинформатика, хемоинформатика и  т.д.

Естественная  информатика

Естественная  информатика — это естественнонаучное направление, изучающее процессы обработки  информации в природе, мозге и  человеческом обществе. Она опирается  на такие классические научные направления, как теории эволюции, морфогенеза и биологии развития, системные исследования, исследования мозга, ДНК, иммунной системы и клеточных мембран, теория менеджмента и группового поведения, история и другие. Кибернетика, определяемая, как «наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество» представляет собой близкое, но несколько иное научное направление. Так же, как математика и основная часть современной информатики, оно вряд ли может быть отнесено к области естественных наук, так как резко отличается от них своей методологией. (Несмотря на широчайшее применение в современных естественных науках математического и компьютерного моделирования.)

Хранение цифровой информации. Бит

Компьютеры  предпочитают работать с цифровой информацией, а не с аналоговой. Так происходит потому, что цифровую информацию очень удобно кодировать, а значит, ее удобно хранить и обрабатывать.

Компьютер работает с информацией по принципу «разделяй  и властвуй». Если это книга, то она делится на главы, разделы, абзацы, предложения, слова и буквы (то есть, символы). Компьютер отдельно работает с каждым символом. Если это рисунок, то компьютер работает с каждой точкой этого рисунка отдельно.

Спрашивается, а до каких же пор можно делить информацию? Буква — это самая маленькая часть информации? Оказывается, нет. Существует много различных букв, и, для того чтобы компьютер мог различать буквы, их тоже надо кодировать. В телеграфной азбуке, например, буквы кодирую г с помощью точек и тире:

Точки и тире — это действительно самая  малая часть информации, но в информатике  кодом телеграфной азбуки не пользуются. Вместо точек и тире применяют  нули и единицы — такой код  называется двоичным. По-английски  двоичный знак звучит как binary digit Сокращенно получается bit (бит).

Бит — это  наименьшая единица информации, которая  выражает логическое значение. Да или  Нет и обозначается двоичным числом 1 или 0.

Если какая-то информация представлена в цифровом виде, то компьютер легко превращает числа, которыми она закодирована, в последовательности нулей и единиц, а дальше уже работает с ними.

Основные структуры данных

Работа с  большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют заданную структуру. Существуют три основных типа структур данных: линейная, иерархическая и табличная. Самая простейшая структура данных – линейная. Она представляет собой список. Для быстрого поиска информации существует иерархическая структура. Для больших массив поиск данных в иерархической структуре намного проще, чем в линейной, однако и здесь необходима навигация, связанная с необходимостью просмотра.

Основным недостатком  иерархических структур данных является увеличенный размер пути доступа. Очень  часто бывает так, что длина маршрута оказывается больше, чем длина самих данных, к которым он ведёт. Поэтому в информатике применяют методы для регуляризации иерархических структур с тем, чтобы сделать путь доступа компактным. Один из методов получил название дихотомии. В иерархической структуре, построенной методом дихотомии, путь доступа к любому элементу можно представить как через рациональный лабиринт с поворотами налево (0) и направо (1) и, таким образом, выразить путь доступа в виде компактной двоичной записи.

Единицы измерения данных

Наименьшей единицей после бита является байт (1 байт = 8 бит = 1 символ). Поскольку одним байтом, как правило, кодируется один символ текстовой информации, то для текстовых документов размер в байтах соответствует лексическому объёму в символах. Более крупная единица измерения килобайт (1 Кб = 1024 байт). Более крупные единицы образуются добавлением префиксов мега-, гига-, тера-; в более крупных единицах пока нет практической надобности:

1 Мб = 1048580 байт;

1 Гб = 10737740000 байт.

1 Тб = 1024 Гб.

Заключение

Информация - явление несравненно более древнее, чем сам человек. Уже природа в ходе своей эволюции передавала закодированную информацию в растениях и живых организмах. С первых шагов своих люди ищут и находят новые средства передачи и хранения информации. Об этом рассказывают и наскальные рисунки, и иероглифические плиты цивилизации Майя в "Храме надписей", и папирусы древних египтян. Однако никогда ранее человечество не накапливало информацию и знания столь стремительными темпами.

Удвоение объема знаний и увеличение потока информации в десятки раз ожидаются уже в ближайшем будущем. Все это в известной степени застало людей врасплох. Как справиться с этим бушующим морем сообщений, сведений, данных и цифр. Не окажется ли Земля под информационным панцирем столь же недвижна и мертва, как некогда под ледниковым панцирем? Что несет человеку "великая эра информатики?" К счастью, создавая проблему, люди, как правило, находят ее решение и это решение - информатика.

Список литературы

1. Леонтьев В.П. ПК: универсальный справочник пользователя Москва 2000.
2. Симонович С.В. Информатика. Базовый курс 2000.
3. Макарова Информатика. Учебник для ВУЗов М.: Дрофа 2003
4. Корнеев И.К., Ксандопуло Г.Н., Машурцев Г.А. – Информационные технологии, 2008 г.
5. Угринович Н.Д. «Практикум по информатике и информационным технологиям», Издательство: БИНОМ, 2009 г.
6. «Информатика и ИКТ» под редакцией Н.В. Макаровой Издательство: Питер, 2008 г.
7. Мозговой М.В. «Занимательное программирование. Самоучитель» Издательство: Питер, 2009 г.
8. Чуркина Т.Е. «Информатика. Практикум по выполнению типовых тестовых заданий ЕГЭ: учебно-методическое пособие» Издательство: Экзамен, 2010 г.