Предмет и основные понятия информатики

ПРЕДМЕТ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

Информатика наука, сложившаяся сравнительно недавно. Её развитие связано с появлением в середине ХХ века электронно-вычислительных машин, которые явились универсальными средствами для хранения, обработки и передачи информации.

Информатика - это комплексная, техническая наука, основанная на использовании компьютерной техники, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

Термин "информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика". Этот термин введён во Франции в середине 60-х годов XX века, когда началось широкое использование вычислительной техники. Тогда в англоязычных странах вошёл в употребление термин "Computer Science", что означает буквально "компьютерная наука", для обозначения науки о преобразовании информации, которая базируется на использовании вычислительной техники. Теперь эти термины являются синонимами.

Предмет информатики  как науки составляют:

1. Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
2. Программное обеспечение средств вычислительной техники;
3. Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
4. Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Основной задачей  информатики как науки - это систематизация приёмов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия".

Для программных средств выбрано слово Software (буквально - "мягкие изделия"), которое подчеркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчеркивает способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

Программное обеспечение - это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.

К программным средствам относятся операционные системы, интегрированные оболочки, системы программирования и проектирования программных продуктов, различные прикладные пакеты, такие, как текстовые и графические редакторы, бухгалтерские и издательские системы и т.д.

Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну существенную ветвь - алгоритмические средства – Brainware (от англ. brain - интеллект). Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приёмов их построения.

Алгоритмы - это правила, предписывающие выполнение последовательностей действий, приводящих к решению задачи. Нельзя приступить к программированию, не разработав предварительно алгоритм решения задачи.

Разработкой абстрактных  методов, моделей и алгоритмов, а  также связанных с ними математических теорий занимается фундаментальная наука. Её прерогативой является исследование процессов преобразования информации и на основе этих исследований разработка соответствующих теорий, моделей, методов и алгоритмов, которые затем применяются на практике.

Практическое использование  результатов исследований информатики  как фундаментальной науки воплощают отрасли производства. Помимо производства самих технических и программных средств разрабатываются также и технологии преобразования информации.

Подготовкой специалистов в области преобразования информации занимается информатика как прикладная дисциплина. Она изучает закономерности протекания информационных процессов в конкретных областях и методологии разработки конкретных информационных систем и технологий.

Таким образом, главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а также в применении их при организации технологического процесса преобразования информации.

В составе основной задачи сегодня можно выделить такие  основные направления информатики для практического применения:

1. Архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
2. Интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);
3. Программирование (приемы, методы и средства разработки комплексных задач);
4. Преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
5. Защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);
6. Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
7. Стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым вопросом является эффективность.

Для аппаратных средств под эффективностью понимают соотношение производительности оснащения к его стоимости.

Для программного обеспечения под эффективностью принято понимать производительность работающих с ним пользователей.

В программировании под эффективностью понимают объём программного кода, созданного программистами за единицу времени. Основным вопросом для информатики является вопрос, как совершить данную операцию эффективно.

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. Рост производства компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.

Понятие информации и её свойства

Как видно из определения  информатики, её функций и задач, одним из ключевых понятий информатики является информация.

Информация (от лат. informatio — осведомление, разъяснение, изложение) - это совокупность сведений (данных), которые воспринимаются из окружающей среды (источник информации), передаются в окружающую среду путём передачи сигналов и воспринимаются определенной информационной системой (потребитель информации) в процессе жизнедеятельности и работы.

Как следует из определения, с информацией всегда связывают  три понятия (их взаимосвязь показана на рис. 2):

Рис. 2. Схема взаимосвязи основных понятий информации

• Источник информации - это элемент окружающего мира, сведения о котором являются объектом преобразования;
• Сигнал - материальный носитель, который фиксирует информацию для переноса её от источника к потребителю;
• Потребитель информации - это элемент окружающего мира, который использует информацию.

Например: сообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передаётся приёмнику (телезрителю) от источника - специалиста-метеоролога посредством канала связи - телевизионной передающей аппаратуры и телевизора.

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

Классификация информации

Информацию можно разделить  на виды по нескольким признакам.

1) По способам восприятия

Для человека информация подразделяется на виды в зависимости  от типа воспринимающих её рецепторов.

1. Визуальная — воспринимаемая органами зрения;
2. Аудиальная — воспринимаемая органами слуха;
3. Тактильная — воспринимаемая тактильными рецепторами;
4. Обонятельная — воспринимаемая обонятельными рецепторами;
5. Вкусовая — воспринимаемая вкусовыми рецепторами.

2) По форме представления информация делится на следующие виды:

1. Текстовая — передаваемая в виде символов;
2. Числовая — в виде цифр и знаков;
3. Графическая — в виде изображений, событий, предметов, графиков.
4. Звуковая — устная или в виде записи передача лексем (слово, выражение, оборот речи) языка аудиальным путём.

3) По предназначению

1. Массовая — содержит тривиальные сведения и оперирует набором понятий, понятным большей части социума (обыденная, общественно-политическая, эстетическая).
2. Специальная — содержит специфический набор понятий, при использовании происходит передача сведений, которые могут быть не понятны основной массе социума, но необходимы и понятны в рамках узкой социальной группы, где используется данная информация (научная, техническая, управленческая, производственная).
3. Личная — набор сведений о какой-либо личности, определяющий социальное положение и типы социальных взаимодействий внутри популяции (наши знания, умения, интуиция).

Свойства информации

Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной  особенностью информации от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства исходных данных, составляющих её содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информацию.

С точки зрения информатики  наиболее важными представляются следующие  общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и т.д.

1. Объективность

Информация, которая отражает явления или объекты материального мира и не зависит от методов её фиксации, чьего-либо мнения, суждения является объективной..

Например, сообщение «На улице тепло» несёт субъективную информацию, а сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения.

Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании конкретного человека, информация перестает быть объективной, так как, преобразовывается (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта.

2. Достоверность

Информация, отражающая истинное положение дел и помогающая принять нам правильное решение является достоверной.

Объективная информация всегда достоверна, но достоверная  информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестает отражать истинное положение дел.

Информация, которая может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений является недостоверной.

Недостоверной информация может быть по следующим причинам:

• преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
• искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.

3. Полнота

Информацию можно  назвать полной, если её достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.

Избыточный набор также  затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов (фильтрация, сортировка). И неполный и избыточный наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного решения.

4. Точность информации определяется степенью её близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.д.
5. Адекватность - это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться на основе неполных или недостоверных данных.
6. Доступность - это возможность получения информации при необходимости. Доступность складывается из двух составляющих: из доступности данных и доступности методов. Отсутствие хотя бы одного даёт неадекватную информацию.
7. Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна. Устаревшая информация может приводить к ошибочным результатам.

Например, программа телепередач  на нынешнюю неделю будет неактуальна для многих телезрителей на следующей неделе.

Понятие об информации мы уже рассмотрели. Теперь остановимся на рассмотрении таких понятий как данные и информационные процессы.

Данные – это составная часть информации, представляющая собой зарегистрированные сигналы.

Информация не существует сама по себе, она проявляется в информационных процессах.

Информационные процессы - это процессы, связанные с получением, хранением, обработкой и передачей информации (т.е. действия, выполняемые с информацией). Т.е. это процессы, в ходе которых изменяется содержание информации или форма её представления.

Во время информационного  процесса данные преобразовываются из одного вида в другой с помощью методов.

Основные методы обработки данных:

1. Сбор (ввод) данных - накопление данных с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
2. Формализация данных - приведение данных поступающих из разных источников, к одинаковой форме, для повышения их доступности;
3. Фильтрация данных - устранение лишних данных, в которых нет необходимости для повышения достоверности и адекватности;
4. Сортировка данных - упорядочивание данных по заданному признаку с целью удобства использования;
5. Архивация данных – организация хранения данных в удобной и доступной форме;
6. Защита данных - комплекс мер, направленных на предотвращение потерь, воспроизведения и модификации данных;
7. Транспортировка данных - прием и передача данных между участниками информационного процесса. Источник данных принято называть сервером, а потребителя - клиентом;
8. Преобразование данных - перевод данных из одной формы в другую, или из одной структуры в другую, или изменение типа носителя.

Понятие количества информации

Информация, вводимая в  компьютер должна быть конкретной и  однозначной. Издавна люди пользовались шифрами. Самыми простыми и удобными из них были цифровые шифры. Самая разнообразная информация - цвета, ноты, дни недели - может быть представлена в виде цифр.

Для обработки компьютером  любая информация кодируется с помощью  цифр. Цифры представляются электрическими сигналами, с которыми работает компьютер. Для удобства различения в компьютере используют сигналы двух уровней. Один из них соответствует цифре 1, другой - 0. Цифры 1 и 0 называются двоичными и являются символами, из которых состоит язык, понимаемый и используемый компьютером. Любая информация в компьютере представляется с помощью двоичных цифр.

Под количеством информации понимают количество кодируемых, передаваемых или хранимых символов.

Наименьшей единицей информации является бит (от англ. binary digit (bit)).

Бит - это наименьшая единица памяти, необходимая для хранения одного из двух знаков 0 и 1, используемых для внутримашинного представления данных и команд.

В современных компьютерах  помимо двоичной системы счисления  применяют и другие: восьмеричную и шестнадцатеричную системы  счисления – для компактной записи двоичных кодов чисел и команд.

В информатике принято  рассматривать последовательности длиной 8 бит. Такая последовательность называется байтом (1 байт=8 битам).

Байт - это восьмиразрядный двоичный код, с помощью которого можно представить один символ.

С помощью одного байта можно записать двоичные коды 256 (28) чисел от 0 до 255.

Широко используются также еще более крупные производные  единицы информации:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 2¹⁰ байт,

1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 2²⁰ байт,

1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 2³⁰ байт.

В последнее  время в связи с увеличением  объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные  единицы, как:

1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 2⁴⁰ байт,

1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 2⁵⁰ байт.