Раздел 1. Основные понятия информатики

Информатика как единство науки и технологии. Структура современной

информатики. Место информатики в системе наук. Информация, её виды и

свойства. Различные уровни представлений об информации. Носители

данных. Операции с данными.

Тема 1 Основные понятия информатики

План лекции:

1. Информатика как единство науки и технологии.

2. Структура современной информатики.

3. Место информатики в системе наук.

Тема 2. Информация, ее виды и свойства

1.Информация, ее виды и свойства

2. Различные уровни представлений об информации.

3. Носители данных. Операции с данными

Информатики как единство науки и технологии

Современная информатика велика по объему и очень динамична. Если изучаемые в вузах курсы математики, физики, химии, теоретической механики, теории электрических цепей, химии и большинство других дисциплин практически не изменяются на протяжении многих лет обучения, то в информатике этот процесс обучения динамический.

Прежде всего, необходимо определиться, что такое информатика. До настоящего времени толкование термина «информатика» еще не является установившимся и общепринятым.

Информатика – молодая научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах деятельности человека. До настоящего времени толкование термина «информатика» еще не является установившимся и общепринятым. Посмотрим историю появления и развития первых ЭВМ.

После второй мировой войны возникла и бурно начала развиваться кибернетика – наука об общих закономерностях в управлении и связи в различных системах – искусственных, биологических, социальных. Рождение кибернетики связано с опубликованием в 1948г. американским математиком Н. Винером книги «Кибернетика или управление и связь в животном и машине». Развиваясь одновременно с развитием ЭВМ, кибернетика со временем перешла в общую науку о преобразовании информации. Под информацией в кибернетике понимается любая совокупность сигналов, воздействий или сведений, которые некоторой системой воспринимаются от окружающей среды (входная информация Х), выдается в окружающую среду (выходная информация Y), а также хранятся в себе (внутренняя информация Z).

Рисунок 1.1 – Общая схема обмена информацией между

системой и внешней средой

Вскоре вслед за появлением термина «кибернетика» в мировой науке стало использоваться англоязычное «Computer Science», а чуть позже, на рубеже 60-тых и 70-тых годов, французы ввели термин «Infotmatique».

Попытку определить, что же такое современная информатика, сделал в 1978г. Международный конгресс по информатике - «Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия».

---

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки.

Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником современных технологий. Многообразные информационные технологии, функционирующие в разных видах человеческой деятельности (управление производственным процессом, проектировании, финансовых операциях, образовании и т.п.) имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой.

Перечислим наиболее впечатляющие реализации информационных технологий:

1.АСУ – автоматизированные системы управления – комплекс технических и программных средств, которые взаимодействуют с человеком и организуют управление объектами в производстве и в общественной сфере.

2.АСУТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами. Например, программно управление станком, управление запуском ракеты, спутника.

3.АСНИ – автоматизированная система управления научных исследований – это программно- аппаратный комплекс, в котором научные приборы сопряжены с компьютером, вводят в него данные измерений автоматически, а компьютер производит обработку данных и представление их в наиболее удобной для исследователя форме.

4.АОС – автоматизированная система обучения. Это система помогающая обучающимся осваивать новые программы, производить контроль знаний, помогающая преподавателю готовить материал.

5.САПР – системы автоматизированного проектирования – программно- аппаратный комплекс, который взаимодействует с человеком позволяет максимально эффективно проектировать механизмы, здания, узлы сложных агрегатов.

Структура современной информатики

Составные части современной информатики – это теоретическая информатика, вычислительная техника, программирование, информационные системы и искусственный интеллект.

Теоретическая информатика - часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы, как теория алгоритмов и автоматов, теорию информации и теорию кодирования, теорию формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения вопросов обработки информации.

Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. О разработке новых архитектур вычислительных систем, определяющий состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры - неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.

---

Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Можно отметить среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем(Windows).Среди прикладного обеспечения – системы обработки текстов, электронные табличные процессоры, графические редакторы.

Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, глобальные системы хранения и поиска информации Internet, WWW.

Искусственный интеллект – область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с медициной, психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками.

Основные направления разработок в этой области – это моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов.

Место информатики в системе наук

Рассмотрим место науки информатики в системе наук – технических, естественных, гуманитарных. Академик Б.Н.Наумов определял информатику «как естественную науку, изучающую общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача)».

К фундаментальным принято относить те науки, основные понятия которых носят общенаучный характер, используются во многих других науках и видах деятельности.

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

Рисунок 1.2 – место информатики в системе наук

Тема 2: Информация, ее виды и свойства

План:

Информация, ее виды и свойства.

Различные уровни представлений об информации.

Носители данных. Операции с данными.

Понятие информация является одним из фундаментальных в современной науке вообще и базовым для изучаемой нами информатики. Информация – это совокупность каких – либо сведений, данных, передаваемых устно (в форме речи), письменно (в виде текста, таблиц, рисунков, чертежей, схем, условных обозначений и т.д.) либо другим способом (например, с помощью звукового или светового сигналов, электрических импульсов, запахов, перепадов давления или измерения температуры). В простейшем бытовом понимании с термином "информация" обычно ассоциируются некоторые сведения, данные, знания. Информация передается в виде сообщений.

Сообщения - это совокупность знаков или первичных сигналов, отображающих ту или иную информацию. Примерами сообщений являются - телепередача, музыкальные произведения, текст письма, результаты работы на ПК.

---

Передача сообщений на расстояние осуществляется с помощью какого-либо материального носителя (бумаги, фотопленки, магнитной ленты , магнитного диска и т.д.) или физического процесса(звуковых, световых или электромагнитных волн и т.п.). Таким образом, информация передается путем обмена между отправителем и получателем. Физический процесс, несущий передаваемое сообщение, называется сигналом.

Источник

передатчик

КА

КА

приемник

получатель

Канал связи

Линия связи

Сообщения могут быть функциями времени (информация представляется в виде первичных сигналов - музыка, речь, показания датчиков) или не являться функциями времени (информация представляется в виде совокупности знаков).

В современных системах связи чаще всего используются электрические или оптические сигналы. Передача информации осуществляется путем изменения какого-либо параметра сигнала в соответствии с передаваемым сообщением. Например, путем изменения амплитуды, частоты, фазы гармонических колебаний или длительности прямоугольных импульсов. Процесс изменения параметров сигнала на передающей стороне, происходящий в соответствии с содержанием передаваемого сообщения, называется модуляцией. Процесс восстановления сообщения из принятого сигнала называется демодуляцией.

Линией связи называется физическая среда, используемая для транспортировки сигналов от передатчика к приемнику. В качестве примера линии связи можно назвать оптоволоконный и коаксиальный кабели связи, пространство, в котором распространяются радиоволны. Совокупность технических средств, предназначенных для передачи сообщений от отправителя к получателю, называется системой связи. В качестве составных частей в систему связи входят передающее устройство(передатчик), канал связи и приемное устройство(приемник).

Отправителями и получателями информации могут быть субъекты (пользователи, абоненты, корреспонденты) и объекты (датчики, компьютеры, факс-модемы, принтеры, устройства автоматики).

Существуют каналы проводной связи (проводные, кабельные, световодные и др.) и каналы радиосвязи (телевизионные, радио- и сотовые станции). Широкое распространение получили радиорелейные линии (РРЛ). В РРЛ радиосигнал передается от одной станции к другой (ретранслируется). Разновидностью РРЛ являются тропосферные линии, которые используют отражения радиосигнала от неоднородностей тропосферы. Существуют спутниковые сети - радио релейные линии, в которых ретранслятор располагают на искусственном спутнике земли. Применительно к глобальной сети Интернет можно сказать, что она содержит самые разнообразные каналы связи, которые соединяют между собой узлы с коммутационным оборудованием и компьютерами-серверами.

Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств: важность, достоверность, своевременность, доступность и т.д. Использование терминов "больше информации" или "меньше информации" подразумевает некую возможность ее измерения.

---

Виды информации

Непрерывная и дискретная информация

Чтобы сообщение было передано от источника к получателю, необходима некоторая материальная субстанция - носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, назвали сигналом. Процесс передачи содержит различные характеристики, которые назвали параметрами сигнала.

Когда параметр сигнала принимает последовательное во времени конечное число значений (они могут быть пронумерованы), сигнал называется дискретным, а сообщение, передаваемое с помощью таких сигналов - дискретным сообщением. Информация, передаваемая источником, в этом случае также называется дискретной. Если же источник вырабатывает непрерывное сообщение (соответственно параметр сигнала - непрерывная функция от времени), соответствующая информация называется непрерывной.

Различают две формы представления информации - непрерывную (аналоговую) и дискретную (цифровую). На рисунке 1. 3 схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой.

t

время

t

Рисунок 1.3- Процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой.

После преобразования непрерывный сигнал представляется последовательностью чисел: 2-3- 4 - 4 – 4 –3 – 2 –2 –3 – 4 – 4. Десятичные числа кодируются в последовательности 1 и 0. Результат представим в таблице1:

Время	Десятичные числа	Двоичные числа
	2	0010
	3	0011
	4	0100
	4	0100
	4	0100
	3	0011
	2	0010
	2	0010
	3	0011
	4	0100
	4	0100

Таким образом, любое сообщение может быть представлено как дискретное, иначе говоря, последовательностью знаков некоторого алфавита. Возможность дискретизации непрерывного сигнала с любой желаемой точностью принципиально важна с точки зрения информации и ее обработки на ЭВМ, так как внутреннее представление информации в ней дискретно.

Единицы количества информации

Определить понятие "количества информации" довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода. Американский математик Клод Шеннон развил вероятностный подход к измерению количества информации, а работы по созданию ЭВМ привели к "объемному подходу".

Вероятностный подход. Рассмотрим в качестве примера опыт, связанный с бросанием правильной игральной кости, имеющей N граней(наиболее распространенным является случай шестигранной кости: N= 6). Результатом данного опыта могут быть следующие: выпадание грани с одним из следующих знаков-1, 2, …, N.

Введем в рассмотрение численную величину, измеряющую неопределенность - энтропию( обозначим ее H). Величины N и H связаны между собой некоторой функциональной зависимостью:

---