Создание, переработка и хранение информации в технике

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Создание, переработка и хранение информации в технике

 

 

Реферат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

 

1.1. Что изучает наука информатика…………………………………..3

1.2. Источники и предыстория информатики………………………...11

1.3. Искусственный интеллект…………………………………………..14

1.4. Эвристическое программирование………………………………..16

1.5. Экспертные системы…………………………………………………17

1.6. Геоинформационные системы……………………………………...20

Список литературы……………………………………………………….22

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    1.1. Что изучает наука информатика

Любая деятельность человека связана с обработкой различной информации. Поэтому проблема создания различных средств и методов оперирования информацией всегда привлекала внимание общества. Но качественный скачок произошел в начале 40-х годов в результате изобретения электронных вычислительных машин (ЭВМ). Создание первых ЭВМ принято считать отправной точкой возникновения науки информатики, хотя сам термин появился только гораздо позже.  

Если информация - категория всеобщая, присущая всем историческим периодам, то информатика - категория конкретно-историческая, присущая лишь современному и будущему историческим периодам, когда обработка информации осуществляется машинным способом.

С момента создания первых ЭВМ человечество вступило в новый этап своего развития: начался переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот переход, получил название информатизации.

Рис. 1.1. Первая электронная вычис-    лительная машина ABC (1939 г.)

Информатизация -  организационный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей людей на основе формирования и использования информационных ресурсов.

В общем смысле информатизация означает повышение степени информированности общества с помощью электронных вычислительных машин. 

Информационное общество характеризуется высокоразвитой информационной сферой, которое включает деятельность человека по созданию, переработке, хранению, передаче и накоплению информации.

Впервые термин информационное общество появился в докладе японских ученых ещё в 1966 г., а его краткая современная трактовка следующая: "…это общество, в котором производство и потребление информации является важнейшим видом деятельности, а информация признается наиболее значимым ресурсом…, а информационная среда наряду с социальной и экологической - новой средой обитания человека".

Признаки информационного общества:

- единое информационное пространство;

- высокий уровень образования,

- ведущая роль информационных  ресурсов в поступательном развитии  общества;

- определяющее значение массового  использования информационных технологий  и телекоммуникаций во всех  сферах деятельности человека;

- обеспечение информационной безопасности  личности, общества и государства.

Руководители стран “Большой Восьмерки” в июле 2000 г. во время встречи на Окинаве подписали "Окинавскую хартию глобального информационного общества". В этом документе определены основные задачи, которые необходимо решить для построения Информационного общества:

- повышение степени воздействия  информационных технологий на  обеспечения устойчивого экономического  роста, повышения общественного  благосостояния,

- ликвидация международного разрыва в области информации знаний,

- разработка информационных сетей, обеспечивающих быстрый, надежный, безопасный и экономичный доступ  к ресурсам,

- защита прав интеллектуальной  собственности на информационные  технологии,

- развитие международной электронной торговли,

- усиление деятельности международного  сообщества в борьбе с преступностью  в компьютерной сфере, с использованием  нелицензионного программного обеспечения,

- представление всем гражданам  возможности освоить и получить навыки работы с информационно-коммуникативными технологиями посредством образования, пожизненного обучения и подготовки.

В нашей стране разработана "Концепция формирования информационного общества в России". Целью настоящей Концепции является определение российского пути перехода  к Информационному обществу, определение приоритетов государственной информационной политики, обеспечивающих его реализацию. При этом стратегической целью перехода к информационному обществу является создание развитой информационно-коммуникационной среды общества и интеграция России в мировое информационное сообщество, что должно обеспечить существенное повышение качества жизни населения и социально-политическую стабильность общества и государства.

В ближайшей перспективе Концепция рассматривает переход к информационному обществу как необходимое условие выхода страны из сегодняшнего экономического кризиса, как инструмент преодоления трудностей социальной, политической и духовной жизни.  

По прогнозам специалистов информационное общество будет построено в США к 2020 году, в Японии и странах Западной Европы - 2030, в России - 2050 г.

В информационном обществе деятельность как отдельных людей, так и общества в целом, в большей степени будет зависеть от информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию.

Движущей силой развития общества будет потребность  человека в получении и осмыслении информации.

Материальный продукт станет более "информационно емким",  его стоимость будет в значительной степени зависеть от использования информационных технологий при его создании.

Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей, проживающих на различных континентах, где расстояние будет определяться быстродействием компьютера и пропускной способностью коммуникационного канала.

Материально-технической основой информационного общества станут различного рода системы на базе компьютерной техники, компьютерных сетей и информационных технологий.

Научным фундаментом процесса информатизации  и становления информационного общества является научная дисциплина - информатика.

Информатика - это наука, изучающая вопросы сбора, хранения,  накопления, переработки и использования информации с помощью  компьютерных информационных систем. Сам термин “Информатика” происходит от французского слова Informatique (объединение терминовInformacion- информация и Automatique- автоматика).

Предметная область информатики как науки

Рассмотрим  объект и предмет исследования в информатике. Под объектом исследования понимается часть окружающей нас реальной действительности, которая изучается различными науками.

Предмет исследования - исследуемый участок объекта конкретной наукой, объект и предмет исследования относятся друг с другом как общее и частное.

Объект исследования в информатике -  автоматизированные информационные системы, основанные на электронно-вычислительных машинах и телекоммуникационной технике. Информатика изучает все стороны их проектирования, создания, анализа и использования их на практике. Автоматизированные информационные системы реализуются посредством информационных технологий - машинизированными способами на основе программы (очевидно, отсюда их называют автоматизированными).

Если говорить о системе вообще, то это  любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как совокупность разнородных элементов, объединенная для достижения поставленной цели (производство, услуги). Добавление к понятию "система" слова"информационная" отражает цель ее создания и функционирования.  Системой может называться аппаратная часть компьютера, множество программ для решения конкретных задач, сам компьютер и т.д.. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации; помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты.

Информационная система - это система, связанная с существованием информационных процессов. Информационный процесс – это процесс передачи информации от одного объекта к другому, а также ее создание и преобразование.

В информационном процессе информация рассматривается в качестве основного объекта воздействия с определенной последовательностью изменений этого объекта.  К информационным процессам можно отнести не только обработку информации на компьютере, но и многие другие процессы более общего характера, например, чтение.

Предмет исследования в информатике - информационный ресурс. Информатика изучает его сущность, законы функционирования, механизмы  взаимодействия с другими ресурсами общества. Наука информатика подводит теоретический фундамент под использование компьютеров для создания, хранения и использования информационного ресурса.

Информационный ресурс – это совокупность документов в архивах,  библиотеках, фондах, базах и банках данных и других информационных системах. Информационные ресурсы являются объектами отношений физических, юридических лиц и государства, поэтому подлежат обязательному учету.

Некоторые  информационные ресурсы могут составлять государственную тайну, поэтому такими ресурсами  только с разрешения соответствующих органов государственной власти.

Информационный ресурс может быть пассивный и активный. Пассивный информационный ресурс можно использовать только как источник информации (например, книга). Активный информационный ресурс предполагает определенное взаимодействие, в результате которого можно его изменить или получить новый ресурс (например, файл на диске). Резюмируя вышесказанное, можно вывести следующее утверждение (триаду): автоматизированная информационная система реализуется посредством информационных технологий, в результате на выходе мы получаем информационный ресурс.

Классификация  информационных систем

Существует множество классификаций информационных систем в зависимости от типа решаемых задач.

Рассмотрим классификацию информационных систем по назначению и  по способу функционирования.

По назначению выделяют следующие информационные системы:

- информационно-управляющие системы (системы для сбора, анализа и обработки информации, необходимой для управления организацией, предприятием, отраслью);

- информационно-поисковые системы (системы, основное назначение которых поиск информации, содержащейся в различных базах данных, различных вычислительных системах, разнесенных, как правило, на значительные расстояния. Примером может служить информационно-поисковые системы Интернет: Rambler, Yandex и др.);

- информационно-справочные системы (автоматизированные системы, обеспечивающие пользователей справочной информацией. Например автоматические справочные системы в аэропортах, вокзалах и др.);

- системы обработки данных. Банки данных (основная функция -  обработка и архивация больших объемов данных. Например, системы управления базами данных, объединенные в один банк данных).

По способу функционирования выделяют разомкнутые и замкнутые информационные системы.

В разомкнутой информационной системе получаемая потребителем информация используется произвольно (рисунок 1.2). От потребителя в информационную систему ничего не поступает.

Рис. 1.2.  Разомкнутая информационная система

Примером разомкнутой информационной системы служит электронная справочная система каталогов библиотеки.  Установленная в библиотеке система обеспечивает любого читателя информацией по интересующей его тематике. Получив по запросу перечень литературы, читатель прекращает взаимодействие с информационной системой, не повлияв ни на ее работу, ни на хранящуюся в ней информацию.

В замкнутой информационной системе (рисунок 1.3) существует обратная связь между ее структурой и потребителем. По каналу обратной связи передается в аппаратно-программную часть информационной системы реакция потребителя на полученную им информацию. Происходит обработка вновь поступивших данных с уже имеющимися. Результирующая вновь отправляется потребителю.

Примером замкнутой информационной системы служит электронный каталог билетов железнодорожной кассы. При покупке билета вводятся данные об этом в компьютер, для того, чтобы повторно не продать этот же билет.

Рис. 1.3.  Замкнутая информационная система

Сегодня часто информатику отождествляют с ЭВМ. Отчасти это верно, но нельзя объявлять информатику наукой об ЭВМ. Практическая необходимость в информатике возникла в связи с использованием ЭВМ как универсального средства обработки информации в цифровой форме. Но сегодня ЭВМ – это только инструмент, информатика во краю угла ставит новое понятие - информационный ресурс,  его социальную значимость (можно сказать, что информатика - это наука о развития социальных систем под воздействием информационного ресурса). 

Информатика, исходя из ее определения, решает 4 задачи:

- собрать информацию,

- сохранить информацию,

- переработать информацию,

- представить информацию в виде, удобном для пользования.

Рассмотрим для сравнения каким образом решают эти задачи компьютер и человек.

1. Человек сбор информации осуществляет с помощью пяти органов чувств: зрения (до 80% от всего объема информации), слуха, осязания, обоняния и вкуса. На уровне компьютера для ввода информации служат клавиатура (аналог осязания), а также манипуляторы типа “мышь”, джойстик, трекбол, дигитайзер (осязание), микрофон со звуковой картой (слух), сканер, видеокамера с TV-тюнером (зрение). В настоящее время для компьютеров не разработаны или не получили массового распространения устройства, аналогичные органам обоняния и вкуса человека, однако существует целый ряд устройств ввода информации, специфичных для компьютера: накопители на дисках, лентах, барабанах, модемы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и т.д.

2. На уровне человека сохранение  информации осуществляется в  отдельных областях мозга, а на  уровне компьютера – во внешней (различные виды дисков) и внутренней (оперативной) памяти.

3. На уровне человека переработка информации осуществляется в отдельных областях мозга, а на уровне компьютера – в арифметико-логическом устройстве – АЛУ (Arithmetic-Logical Unit - ALU) блока центрального процессора – БЦП (Central Processing Unit - CPU) и вспомогательных процессорах (микроконтроллерах).

4. На уровне человека представление  информации заключается в поведенческой  реакции, а также в виде умозаключений (выводов). На уровне компьютера  для вывода информации служат  дисплей, принтер, плоттер (письмо, рисунки), дисковые накопители, динамик и аудиоколонки со звуковойкартой (голос), модем, АЦП и т.д. по командам блока управления – БУ (Control Unit – CU) БЦП

 

 

 

 

Теоретическая и прикладная информатика

 

Информатика как наука включает в себя два основополагающих направления: теоретическая информатика и прикладная информатика.

Теоретическая информатика (В англоязычных странах - Informatics) – это фундаментальная наука, является математической дисциплиной, используя методы математического моделирования для обработки, передачи и использования информационного ресурса (информации), методы и модели оценки количества информации. К теоретической информатике относят также теорию алгоритмов.

Прикладная информатика (В англоязычных странах - Computer Science)– это средства и методы информатики, включающие в себя информационно-вычислительную технику, программные средства, сети, технологические средства связи и компьютерные телекоммуникационные системы.

К прикладной информатике относятся также информационные технологии, или, как сейчас принято называть, новые информационные технологии, пришедшие к нам с появлением ЭВМ.

В общем случае технология – это способ описания деятельности для получения определенного продукта (термин пришел из промышленности).Информационная технология – это совокупность способов и приемов обработки информации во всех видах человеческой деятельности с использованием современной вычислительной техники, программного обеспечения и средств связи. Выделяют технологии обработки текстовой информации, технологии обработки числовой информации, технологии обработки графической информации, технологии мультимедиа, базы и банки данных, сетевые технологии.

К элементам информационных технологий также относят:

- искусственный интеллект,

- эвристическое программирование,

- экспертные системы,

- геоинформационные системы.

В информатике как в области деятельности можно выделить три  направления:

- научное (фундаментальные исследования процессов получения, передачи, представления, хранения и обработки информации, а также разработка технических и программных средств для оперирования с информацией);

- промышленное (массовое производство компьютеров и других технических средств информатики);

- социальное (изучение и решение социальных вопросов информатизации и компьютеризации общества, в том числе и учебно-тренировочного процесса).

 

1.2. Источники и предыстория  информатики

 

В качестве источников  информатики принято считать две науки: документалистику и кибернетику.

Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с интенсификацией капиталлистических производственных отношений. Её целью являлось повышение эффективности документооборота за счет поиска рациональных средств и методов обработки информации.

Основы кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само названия происходит от греческого слова kyberneticos – искусный в управлении.

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

Сегодня предметом кибернетики являются принципы управления и связи в живых, неживых, искусственных системах, а основными задачами – методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами. 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:

-         методы моделирования информационных процессов принятия решений,

-         методы и принципы искусственного интеллекта.

Информатика также опирается на другие науки: физику, математику, теорию информации, семиотику и другие. Для информатики в физике важно исследование физической природы информационных сигналов, в математике -  двоичная логика (0,1), теория вероятности, в теории информации -количественная оценка информационных сигналов. Энтропия – как мера неопределенности информации, в семиотике – преобразование одних знаковых системам в другие.

Предыстория информатики.

Информатика как наука стала развиваться с середины двадцатого столетия, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией. Появление вычислительных машин в 40-50-е годы создало для информатики необходимую ей аппаратную поддержку, или, иначе говоря, благоприятную среду для ее развития как науки. Тем не менее, обработка информации с помощью технических средств, прежде всего выполнение вычислений, выполнялась уже тогда, когда человек научился говорить со своими соплеменниками. Поэтому, исторический период до появления ЭВМ принято называть предысторией.

Предыстория делится на четыре этапа:

1 -освоение человеком развитой устной речи,

2 - появление символьной письменности (иероглифы),

3 -  книгопечатание,

4 - начало научно-технической революцией (достижения точных наук).

Каждый из этих этапов характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки информации.

Первый этап предыстории — освоение человеком развитой устной речи.

Уровень материальной и духовной культуры людей, человеческого общества в целом неразрывно связан с накоплением информации и обменом ею. Уже доисторический человек в своей борьбе за существование запоминал повадки и тропы зверей, местонахождение съедобных плодов, способы добывания пищи и накапливал такие сведения, т.е. информацию об окружающем мире в своей памяти. Он сообщал эти сведения своим соплеменникам – распространял среди них накопленную информацию. Во всех этих процессах люди использовали только свой мозг, память (для накопления информации) и речь (для передачи ее соплеменникам и потомкам).

Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации.

Информация, которую человек накопил за свою жизнь, биологическими путями не наследуется, поэтому человек с древности стремился сохранить собранную им информацию. Существенную роль в накоплении и передачи информации сыграло появление символьной письменности (иероглифы) около трех тысячелетий до нашей эры. Это связывают с началом второго этапа предыстории информатики.

Прежде всего, резко возросли (по сравнению с предыдущим этапом) возможности по хранению информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство для передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук (вспомним Древнюю Грецию, например). С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия натуральное число. Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.

Третий этап — книгопечатание (IX в. н.э.,  Китай - печать с форм, выгравированных на деревянных досках). Книгопечатание можно  назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим этот этап не столько увеличил возможности по хранению (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник — часто один-единственный экземпляр, печатная книга — целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении (вспомним «Слово о полку Игореве»), сколько повысил доступность информации и точность ее воспроизведения.

Четвертый и последний этап предыстории связан с достижениями точных наук (прежде всего математики и физики) в начале XIX века и начинающейся в то время научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение. Кроме средств связи появились новые возможности по получению и хранению информации — фотография и кино. К ним также очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски).

С разработкой первых ЭВМ принято связывать возникновение информатики как науки, начало ее истории. Для такой «привязки» имеется несколько причин. Во-первых, сам термин «информатика» появился на свет благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение, видео) информации. В этом состояла инициирующая роль вычислительной техники при возникновении и оформлении новой науки.

На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину, интегрирующую обширный комплекс наук, каждая из которых занимается изучением отдельных аспектов  автоматизации обработки и передачи информации. 

1.3. Искусственный интеллект

Интеллект в переводе с латинского intellectus - разум, рассудок.

В психологии под интеллектом понимается результат взаимодействия природных, врожденных познавательных способностей человека и среды, которая активизировала эти способности.

Искусственный интеллект - это программно реализуемая система, моделирующая решение задач человеком в процессе его деятельности.

ИИ как научное направление, связанное с попытками формализовать мышление человека, имеет длительную историю. Еще Платон, Аристотель, Р. Декарт, Г.В. Лейбниц, Дж. Буль и многие другие исследователи на уровне современных им знаний стремились описать мышление как совокупность некоторых элементарных операций, правил и процедур. Качественно новый период развития ИИ связан с появлением в научных лабораториях ЭВМ.  Первое современное научное представление об искусственном интеллекте изложено в книге Норберта Винера “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”.

Первые шаги кибернетиков были направлены на изучение и осмысление процессов, протекающих в живых системах, включая и мыслящие. Исследования имели ярко выраженный познавательный характер. Но уже тогда стали появляться разработки, направленные на воспроизведение в ЭВМопределенных процессов и феноменов мышления. Позднее именно это направление работ и оформилось в самостоятельную область, разрабатывающую проблему искусственного  интеллекта.

В ходе последующего развития исследований по искусственному  интеллекту, в 60-х — 70-х годах XX века, произошло их разделение на два самостоятельных направления, которые сохраняются и до настоящего времени.  

Разделение работ по искусственному  интеллекту на два направления связано с существованием двух точек зрения  на вопрос о том, каким именно образом строить системы искусственного  интеллекта. Сторонники одной точки зрения убеждены в том, что важнее всего результат, т.е. совпадениеповедения искусственно созданных и естественных интеллектуальных систем , а что касается внутренних механизмов формирования поведения, то разработчик искусственного  интеллекта вовсе не должен копировать или даже принимать во внимание особенности естественных,  живых аналогов (Олбус, Сутро, Килмер).

Другая точка зрения заключается в том, что именно изучение механизмов естественного мышления и анализ данных о способах формирования разумного поведения человека могут создать основу для построения систем искусственного  интеллекта, причем построение это должно осуществляться прежде всего как моделирование, воспроизведение техническими средствами биологических систем (Розенблат,  Мински, Хопфилд, Галушкин).