Курс лекций по "Информатике"

1. Предмет и структура информатики.

 

Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства и потребления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека, так или иначе, связана с получением, накоплением, обработкой и передачей  информации. Практически в любой деятельности человека: в процессе чтения книг, просмотра телепередач, в разговоре – мы постоянно получаем и обрабатываем информацию.

Начиная с XVII в. объем научной информации удваивался, примерно, каждые 20 лет, в настоящее время он удваивается в 5-6 лет и тенденция ускорения сохраняется. Одной из важнейших проблем человечества наших дней является лавинообразный рост потока информации в любой отрасли  жизнедеятельности. Подсчитано, что современный специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени на то, чтобы уследить за всеми новыми работами в его области деятельности.

Увеличение объема используемой человеком информации и растущий спрос на нее обусловили появление  отрасли знания, связанной с автоматизацией обработки информации, - информатики.  Информатика – наука, изучающая вопросы, связанные со сбором, поиском, хранением, преобразованием и использованием информации.

Генетически информатика  связана с вычислительной техникой, компьютерными сетями и системами, т.к. именно компьютеры позволяют порождать, хранить и преобразовывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится и необходимым, и возможным.

Информатика включает в  себя 4 части:

1. Теоретическая информатика.
2. Средства информатизации.
3. Информационные технологии.
4. Социальная информатика.

В первой половине XIX века французским физиком Андре Мари Ампером было введено понятие «кибернетика». Кибернетикой (от греч. кибернетикос) он назвал науку, занимающуюся изучением искусства управления людьми, обществом. В древней Греции этого титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами. 

Основоположником науки  кибернетики считается выдающийся американский ученый Норберт Винер, а датой рождения кибернетики считается 1948 год, когда вышла его книга под названием «Кибернетика или управление и связи в животном и машине». В ней были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Таким образом, кибернетика – наука об общих закономерностях в управлении и связях в различных системах: искусственных, биологических, социальных.

Развиваясь одновременно с развитием электронно-вычислительной техники, кибернетика постепенно превращалась в более общую науку о преобразовании информации, которая сейчас носит название «информатика».

Одной из важнейших особенностей информатики стали широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности такие как производство, управление, науку, образование, проектные работы, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и т.д. И,  может быть, самое главное из них совершенствование социального управления на основе новых информационных технологий.

Объектом приложений информатики являются самые разные отрасли науки и практической деятельности человека: АСУ (автоматизированные системы управления), АСУТП (автоматизированные система управления технологическими процессами), АСНИ (автоматизированные системы научных исследований), АОС (автоматизированные системы обучения), САПР (системы автопроектирования), диагностические системы в медицине, системы организации  продажи билетов, бухсервис и т.д.

Теоретическая информатика				Математические  и информационные модели. Алгоритмы. Методы разработки и проектирования информационных систем и технологий.
Средства информатизации	Технические	Обработка данных		ПК, Рабочие станции. Вычислительные системы. Устройства ввода/вывода.
		Передачи  данных		Сети ЭВМ. Комплексы. Технические средства связи, телекоммуникационные системы, Аудио - видео - системы, мультимедийные системы.
	Программные	Системные		Программные средства межкомпьютерной связи, вычислительные и информационные среды, операционные системы, системы и языки программирования, языки пользователя, сервисные оболочки, системы пользовательского интерфейса.
		Реализация  технологий	Универсальные	Текстовые и  графические редакторы, СУБД (системы управления базами данных), процессоры электронных таблиц. Средства моделирования объектов, процессов, систем.
			Профессиональные	Издательские  системы, профессионально ориентированные системы, реализации технологий автоматических расчетов, проектирования обработки данных. Системы искусственного интеллекта.
Информационные  технологии				Ввода/вывода, сбора, хранения, передачи и обработки данных. Подготовки текстовых и графических  документов, технической документации. Программирования, моделирования, проектирования, обучения, диагностики, управления.

 

2. Информация в жизни человека.        

2.1  Информационные революции.

 

Человечество со дня  своего выделения из животного мира значительную часть своего времени и внимания уделяет информационным процессам.

• На первых этапах носителем информации была память. Информация передавалась от человека к человеку устно. Этот способ передачи  информации был ненадежен и подвержен большим искажениям, ввиду естественного свойства памяти утрачивать редко используемые данные. По мере развития цивилизации, объемы информации, которые необходимо было накапливать и передавать, росли, и человеческой памяти стало не хватать – появилась письменность. Это великое изобретение было сделано шумерами около шести тысяч лет назад. Оно позволило наряду с простыми записями счетов, векселей, рецептов записывать наблюдения за погодой, звездным небом, за природой. Изменился смысл информационных сообщений. Появилась возможность обобщать, сопоставлять, переосмысливать ранее сохраненные сведения. Это в свою очередь дало толчок развитию истории, литературы, точным наукам и в конечном итоге изменило общественную жизнь. Изобретение письменности характеризует первую информационную революцию.
• Дальнейшее накопление человечеством информации привело к увеличению числа людей, пользовавшихся ею, но письменные труды одного человека могли быть достоянием небольшого окружения. Возникшее противоречие было разрешено созданием печатного станка. Эта веха в истории человечества характеризуется как вторая информационная революция (началась в XVI в). Доступ к информации перестал быть уделом избранных, появилась возможность многократно увеличить объем обмена информацией, что привело к большим изменениям в науке, культуре и общественной жизни. 
• Третья информационная революция связывается с открытием электричества и появлением (в конце XIX в.) новых средств коммуникации – телефона, телеграфа, радио. Возможности накопления информации для тех времен стали поистине безграничными, а скорость обмена очень высокой. К середине ХХ века появились быстрые технологические процессы, управлять которыми человек не успевал. Проблема управления техническими объектами могла решаться только с помощью универсальных автоматов, собирающих, обрабатывающих данные и выдающие решение в форме управляющих команд. Ныне эти автоматы называются компьютерами. Бурно развивавшаяся наука и промышленность привели к росту информационных ресурсов в геометрической прогрессии, что породило проблемы доступа к большим объемам информации.
• Наше время отмечается как четвертая информационная революция. Пользователями информации стали миллионы людей. Появились дешевые компьютеры, доступные миллионам пользователей.  Появились  мультимедийные системы, способные обрабатывать различные виды информации: звуковую, графическую, видео и т.д. Это, в свою очередь, дало толчок к широчайшему использованию компьютеров в различных областях науки, техники, производства, быта. Средства связи получили повсеместное распространение, а компьютеры для совместного участия в информационном процессе соединяются в компьютерные сети. Появилась всемирная компьютерная сеть Интернет, услугами которой пользуется значительная часть населения планеты, оперативно получая и обмениваясь данными, т.е. формируется единое мировое информационное пространство. Последняя четвертая информационная революция дала толчок человеческой цивилизации для перехода от индустриального общества к информационному. На наших глазах появляется информационное общество – это общество, где большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы – знаний.  Т.е. акцент внимания и значимости смещается с традиционных видов ресурсов (материальные, финансовые, энергетические и пр.) на информационный ресурс, который, хотя всегда существовал, но не рассматривался ни как экономическая, ни какая другая категория. Информационные ресурсы – это отдельные документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах). Иными словами, информационные ресурсы – это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе. Информационные ресурсы страны, региона, организации все  чаще рассматриваются как стратегические ресурсы, аналогичные по значимости запасам сырья, энергии, ископаемых и прочим ресурсам.

 

2.2. Некоторые характерные черты информационного общества.

 

Быстрый рост объема информации требует привлечения для ее обработки и хранения специальных технических средств. В информационном обществе людям и коллективам прежде, чем предпринять какое-то действие или принять решение, необходимо собрать, обработать и проанализировать информацию. Объем ее столь велик, что обработка информации доступна только с помощью технических средств.

Неизбежно использование ПК, т.к. это обеспечивает доступ к надежным источникам информации,  избавляет от рутинной работы, ускоряет процесс принятия оптимальных решений.

Движущей силой общества становится производство информационного продукта. Во второй половине ХХ века произошел переход людей из сферы прямого производства материальных продуктов в информационную сферу. Появился новый социальный слой – «белые воротнички» - люди, занятые обработкой информации.

Увеличение доли умственного труда, т.к. увеличивается объем знаний, которые являются продуктом производства в информационном обществе.

Изменение уклада жизни современного человека и его культурного досуга. Компьютерные игры занимают большую часть свободного времени человека, трансформируются в сетевые игры с участием нескольких удаленных партнеров. Растет время, проведенное в Интернете, где можно путешествовать по образовательным сайтам, виртуальным музеям, читать литературу и т.д. Большой популярностью пользуются чаты и служба ICQ, которые позволяют общаться с людьми на расстоянии в режиме реального времени.

Наблюдается бурное развитие компьютерной техники, компьютерных сетей, информационных технологий. Сеть Интернет развивается на 10-15% в месяц, а число ее участников перевалило за 200 млн. человек. Развитие мультимедийных систем приводит к универсализации информационных технологий. Устройства хранения информации становятся все меньше по габаритам и все больше по объему хранимой информации. В результате мы получим такие устройства для хранения информации, которые будут содержать собственные справочники, объемы которых будут сопоставимы с объемом нескольких энциклопедий.

Внедрение в быт людей всевозможных электронных приборов и компьютеризированных устройств. Дома будут оснащены вместо системы проводов одним силовым кабелем и одним информационным, который возьмет на себя все информационные связи, в т.ч. кабельное телевидение и выход в Интернет. Специальный электронный блок будет контролировать всю бытовую технику и все системы жизнеобеспечения. Здание станет «умным». Автомобиль станет «умным», т.к. будет снабжен компьютером, который будет контролировать не только состояние его технической части,  но и будет иметь систему, которая свяжет с городскими информационными службами.

Производством энергетических и материальных продуктов будут заниматься машины, а человек – обработкой информации. На производстве происходит сокращение людей и внедрение на их место роботов и манипуляторов.

В сфере образования будет создана система непрерывного обучения.

Дети смогут обучаться на дому с помощью компьютерных программ.

Информация становится товаром, вследствие чего развивается рынок информационных услуг.

В ХХ веке возникла ситуация информационного кризиса, т.к. лавинообразный поток информации, хлынувшей на человека, сделал практически невозможной его ориентацию в этом объеме. Возникло большое количество избыточной, лишней информации. Началом перехода от индустриального общества к информационному стало внедрение современных средств обработки и передачи информации в различных сферах деятельности людей. Этот процесс называется информатизация общества. Информатизация общества – это процесс, при котором создаются условия, удовлетворяющие потребностям любого человека в получении необходимой информации.

 

3. Информация.

 

3.1. Понятие информации.

 

Термин информация используется во многих отраслях науки и во многих сферах человеческой деятельности. Слово информация произошло от латинского «informatio», что означает «сведения, разъяснения, изложение». Поэтому первоначально смысл этого слова трактовался как нечто, присущее только человеческому сознанию и общению. Информацией обычно называют любые сведения, которые кого-либо интересуют, которые мы получаем или передаем. Например, мы говорим: «В результате научных исследований нами была получена информация о …» или «По телевидению была передана информация о …». Другими словами, информацией называют  сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком непосредственно с помощью органов чувств или с помощью специальных устройств (термометры, барометры, и пр.) или отражение реального мира с помощью  сведений (сообщений), передаваемых людьми устным, письменным  или другим способом.  Сообщением называют представление информации в виде речи, текста, изображений, цифровых данных, графиков, таблиц,  диаграмм и т.п.

 В широком смысле информация – это отражение свойств одного объекта в свойствах другого, выраженного в виде сигналов и знаков.

В ХХ веке термин «информация» стал общенаучным понятием, включающим обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму. В теории информатики информацией называют сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах, состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.