Глава 1. Возникновение и этапы становления информационных технологий

Советов, Б.Я.

Информационные технологии: Учеб. для вузов / Б.Я. Советов, В.В. Цехановский. — М.: Высш. шк., 2003.— 263 с.

В учебнике изложены фундаментальные основы информатики в области информационных технологий как составляющих формирования информационного общества. Рассмотрены базовые информационные процессы и их модели. Раскрыты содержание, возможности и области применения базовых и прикладных информационных технологий. Предложена информационная технология разработки систем Приведена инструментальная база с раскрытием программных, технических и методических средств информационных технологий.

Может быть полезен специалистам в области проектирования и использования информационных технологий.

 

 

Оглавление

Оглавление. 1

Предисловие. 4

ВВЕДЕНИЕ.. 6

Глава 1. Возникновение и этапы становления информационных технологий. 8

1.1. ОБЩЕСТВО И ИНФОРМАЦИЯ.. 8

1.2. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ, ЕЕ ВИДЫ... 9

1.3. КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ И КАЧЕСТВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФОРМАЦИИ.. 11

1.4. ПРЕВРАЩЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ В РЕСУРС.. 17

Глава 2. Понятие информатизации. Стратегия перехода к информационному обществу. 19

2.1. ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ОБЩЕСТВА И ИНФОРМАТИЗАЦИИ.. 19

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА 20

2.3. ИНФОРМАТИЗАЦИЯ КАК ПРОЦЕСС ПЕРЕХОДА ОТ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА К ИНФОРМАЦИОННОМУ.. 21

2.4. ЭТАПЫ ПЕРЕХОДА К ИНФОРМАЦИОННОМУ ОБЩЕСТВУ.. 22

Контрольные вопросы.. 23

Глава 3. Информационная технология как составная часть информатики. Классификация информационных технологии. 24

3.1. СОДЕРЖАНИЕ ИНФОРМАТИКИ КАК НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ. ОСНОВНЫЕ УРОВНИ ИНФОРМАТИКИ.. 24

3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ЗАДАЧИ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ.. 25

3.3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК СИСТЕМА.. 26

3.4. ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.. 28

Контрольные вопросы.. 31

Глава 4. Базовые информационные процессы, их характеристика и модели. 32

4.1. ИЗВЛЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ.. 32

4.2. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.. 33

4.3. ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ.. 37

4.4. ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ.. 41

4.5. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ.. 45

Контрольные вопросы.. 47

Глава 5 Базовые информационные технологии. 49

5.1. МУЛЬТИМЕДИА-ТЕХНОЛОГИИ.. 49

5.2. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.. 50

5.3. ТЕХНОЛОГИИ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ.. 54

5.4. CASE-ТЕХНОЛОГИИ.. 61

5.5. ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.. 67

5.6. ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА.. 72

Контрольные вопросы.. 79

Глава 6. Прикладные информационные технологии. 81

6.1. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОРГАНИЗАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ (КОРПОРАТИВНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ) 81

6.2. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭКОНОМИКЕ 83

6.3. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБРАЗОВАНИИ.. 90

6.4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ 102

Контрольные вопросы.. 106

Глава 7. Информационная технология построения систем.. 108

7.1. СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ... 108

1. Наличие сформулированной единой цели у информационных технологий в рамках разрабатываемой системы. 110

2. Согласование информационных технологий по входам и выходам с окружающей средой. 110

3. Типизация структур информационных технологий. 110

4. Стандартизация и взаимная увязка средств информационной технологии. 110

5. Открытость информационных технологий как системы. При разработке информационной технологии исходная цель ее. 110

7.2. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ... 111

7.3. ФОРМИРОВАНИЕ МОДЕЛИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ.. 115

7.4. ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 121

7.5. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ... 127

Контрольные вопросы.. 129

Глава 8. Инструментальная база информационных технологий. 131

8.1. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.. 131

8.2. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.. 134

8.3. МЕТОДИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.. 138

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 146

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 147

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ... 149

 

 

Предисловие

Информационные технологии являются составной частью научного направления «Информатика» и базируются на ее достижениях. Информатизация как процесс перехода к информационному обществу сопровождается возникновением новых и интенсивным развитием существующих информационных технологий. Информация превращается в коммерческий ресурс, способствуя получению прибыли при внедрении информационных технологий во многие сферы человеческой деятельности. Возникают информационная экономика, новая информационная инфраструктура промышленности и социальной сферы, формируется информационная культура. Достижения информатики могут позитивно воздействовать на развитие общества при приоритетном развитии образования. Существует мнение, что преодоление современного кризиса мировой образовательной системы возможно на основе информатизации.

Зарубежный и российский опыт внедрения информационных технологий подтверждает их высокую экономическую эффективность для многих сфер применения. Ярким примером может служить организация дистанционного обучения на базе современных телекоммуникационных и информационных технологий. В настоящее время высшее образование США называют 100-миллиардным бизнесом, составляющим 2,7% валового национального продукта. Являясь одним из крупнейших экспортеров образовательных технологий, американцы ежегодно получают в казну 7 млрд дол. В 2000 г. в США обучались 454 тыс. иностранных студентов, из которых 57% представляли Азию и лишь 15% — Европу. Эти результаты достигнуты в основном за счет широкого применения информационных технологий. Перспективными направлениями внедрения информационных технологий в образование можно считать: построение систем дистанционного обучения; разработку сетевых учебных курсов для всех форм обучения; развитие автоматизированных лабораторий удаленного доступа, основанных на использовании реального оборудования; создание виртуальных лабораторий, использующих различные методы моделирования и численного эксперимента; разработку доступных педагогу инструментальных средств.

Для России также характерен более высокий уровень внедрения информационных технологий в социальную сферу и, в том числе, в образование, что объясняется как управляемой информатизацией сверху (со стороны Министерства образования РФ), так и неуправляемой — снизу, инициатива реализации которой принадлежит педагогическим коллективам системы образования. На сегодня формирование кадров с высшим образованием в России регламентируется Перечнем направлений подготовки дипломированных специалистов и специальностей высшего профессионального образования, включающим 95 направлений подготовки бакалавров (магистров), 10 групп специальностей, 87 направлений подготовки дипломированных специалистов. При этом из общего числа специальностей высшего профессионального образования 480 сформировано в области техники и технологии: 81 направление с 289 специальностями. Причем им соответствует 41 направление бакалавриата (магистратуры).

Обучение кадров в области современных информационных технологий осуществляется по 4 направлениям подготовки бакалавров (магистров), 8 направлениям подготовки дипломированных специалистов (1 направление в области лингвистики и информацио-логии с 1 специальностью и 7 направлений в области техники и технологии с 15 специальностями), по группе специальностей 070000 в области информационной безопасности (4 из 6 специальностей) и по 5 отдельным специальностям, отнесенным к различным группам (в том числе и междисциплинарной). Следует отметить недостаточное число специальностей, по которым осуществляется подготовка разработчиков информационных технологий по сравнению со специальностями по подготовке пользователей. Системными, с этой точки зрения, можно считать направления подготовки дипломированных специалистов 654600 «Информатика и вычислительная техника» и 654700 «Информационные системы».

Базовой дисциплиной общепрофессиональной подготовки для этих направлений является дисциплина «Информационные технологии», учебник по которой авторы и предлагают вниманию читателей. С целью более глубокого изучения моделей, методов и средств информационных технологий читатель может обратиться к списку литературы, приведенному в книге.

Авторы благодарны заслуженному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук, проф. B.C. Шибанову, взявшему на себя труд по рецензированию учебника и сделавшему ценные замечания, способствовавшие улучшению его содержания.

Замечания и пожелания по содержанию книги направлять по адресу:

127994, Москва, ГСП-4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».

ВВЕДЕНИЕ

Информатика, как научное направление, приобретает в подготовке специалистов разных уровней фундаментальный характер, являясь основой изучения ряда общепрофессиональных и специальных дисциплин. Наступивший век, предсказанный Р. Винером как век информатики, будет завершающим при переходе человечества к информационному обществу. Сфера информатики становится доминирующей в деятельности человека, потребляя уже в настоящее время ббльшую долю трудовых ресурсов, чем материальная. Информационный ресурс приобретает коммерческий характер. Получает развитие новый вид услуг — информационный. Однако для большинства стран, в том числе и для России, пока характерно преобладание числа телекоммуникационных услуг над информационными. В 2000 г. число пользователей Интернета в мире составило, по некоторым оценкам, 250 млн, число персональных компьютеров — 560 млн, число разработанных учебных курсов — 80000, а число web-страниц в 2001 г. превысило численность населения Земли и составило более 6 млрд. Развивается рынок телекоммуникационных услуг и в России: если в 2000 г. число пользователей Интернета составляло 2,5 млн человек, то в 2010 г. оно возрастет до 26,1 млн. Таким образом видно, что телекоммуникационные услуги уже органично вписались в жизнь современного человека. Более сложные проблемы возникают с применением информационных услуг, которые еще не являются востребованными обществом в полном объеме, хотя их количество и качество непрерывно возрастают за счет интенсивного создания новых и развития существующих информационных технологий. Внедрение информационных технологий требует подготовки как пользователей, так и разработчиков, но для всех обучаемых необходимо:

• знать базовые информационные процессы, структуру, модели, методы и средства базовых и прикладных информационных технологий, методику создания, проектирования и сопровождения систем на базе информационной технологии;

• уметь применять информационные технологии при решении функциональных задач в различных предметных областях, а также при разработке и проектировании информационных систем;

• иметь представление об областях применения информационных технологий и их перспективах в условиях перехода к информационному обществу.

Следует отметить, что образование в области информационных технологий необходимо также и для специалистов других направлений подготовки для формирования новой информационной культуры человека будущего общества. Такое образование возможно лишь при наличии специалистов-профессионалов в области информатики, на подготовку которых в основном и рассчитан предлагаемый учебник. Эти специалисты являются востребованными в России и за рубежом. Например, в Германии доля профессионалов, не имеющих квалификации в области информатики, снизилась с 95% в 1970 г. до 36% в 2000 г. Профессионалы в сфере информационных технологий (специалисты-компьютерщики) в 1970 г. составляли всего 0,5% населения, занятого профессиональным трудом, а в 2000 г. их доля — 4%. Профессионалы, компетентные в применении средств информатики в эти годы, составляли соответственно 3 и 40%.

В Российской высшей школе подготовка дипломированных специалистов-профессионалов в области информационных технологий осуществляется по ряду направлений, из которых наиболее глубоко реализуется по направлениям 654600 «Информатика и вычислительная техника» и 654700 «Информационные системы». Студентам, обучающимся по специальностям этих направлений, в основном и предназначен данный учебник. Учебник соответствует программе дисциплины «Информационные технологии» и состоит из восьми глав. В первой главе последовательно раскрыты причины возникновения и этапы становления информационных технологий, даны фундаментальные определения информации, ее количественные и качественные оценки, поставлена проблема превращения информации в ресурс. Вторая глава посвящена стратегии перехода в информационное общество. Авторы проводят мысль о необходимости применения информационных технологий на всех этапах эволюции общества, что подтверждается современным состоянием и прогнозом перехода к информационному обществу. Сформулированы этапы перехода и дана их характеристика. Третья глава вводит студента в научное направление—информатику, составной частью которой являются информационные технологии, рассматриваемые авторами как система. Определены основные понятия и задачи информационной технологии, приведены этапы эволюции. В четвертой главе раскрыты базовые информационные процессы, входящие в состав информационных технологий. Для каждого из рассматриваемых процессов, таких как извлечение информации, ее транспортирование, обработка, хранение, представление и использование, дана подробная характеристика с описанием их моделей и современного состояния. Непосредственно содержанию информационных технологий посвящены пятая и шестая главы книги. В пятой главе детально раскрываются базовые информационные технологии, к которым отнесены: мультимедиа, технологии, геоинформационные, технологии защиты информации, CASE-технологии, телекоммуникационные, технологии искусственного интеллекта. В шестой главе авторами осуществлен анализ прикладных информационных технологий, в состав которых включены: информационные технологии организационного управления автоматизированного проектирования, информационные технологии в промышленности и экономике, в образовании. Наряду с содержанием каждой технологии рассмотрены модели, методы и средства. Особое внимание уделено современным и перспективным типовым стандартным технологическим и инструментальным средствам, которые полезно применять в различных сферах деятельности. Седьмая глава посвящена информационной технологии построения систем, что особо актуально для обучения профессионалов-разработчиков. Приведены основы системного подхода, адаптированные к задачам построения информационных систем. Раскрыты стадии их разработки. Особое внимание уделено наиболее трудно формализуемому этапу—формированию модели предметной области. Приведена методика построения информационных систем с оценкой их качества. Непрерывное совершенствование существующих и возникновение новых информационных технологий невозможно без развития их инструментальной базы, чему и посвящена восьмая глава. В учебнике дан анализ и приведены рекомендации по использованию программных, технических и методических средств информационных технологий. Это позволит читателю сориентироваться на сложившемся рынке вычислительной и сетевой продукции с учетом изложенных в книге мировых стандартов, а также самостоятельно выявить тенденции развития и перспективы информационных технологий и информатики в целом. Методически учебник включает контрольные вопросы по каждой главе, что даст возможность студенту проверить качество усвоения материала. Информационные технологии изложены в учебнике таким образом, что они могут быть реализованы читателем как перспективное средство поддержки конкретного вида деятельности, как объект разработки и как технологии разработки информационных систем. Это позволяет использовать предлагаемый учебник при подготовке дипломированных специалистов разных квалификаций в высших учебных заведениях различных профилей. Освоение информационных технологий обществом должно способствовать улучшению качества жизни каждого человека. Информационное общество — очередная ступень развития человечества, на которой возникает новая среда обитания человека, опирающаяся на информационные технологии. Авторы надеются, что данный учебник будет не только способствовать повышению качества подготовки специалистов, но будет также полезен всем читателям, интересующимся современным состоянием информационного общества и перспективами перехода к нему.

Глава 1. Возникновение и этапы становления информационных технологий

В процессе своего развития человечество в любой сфере деятельности последовательно проходило стадии от ручного кустарного труда до высокотехнологичного промышленного производства. В первую очередь усилия были направлены на облегчение физического труда, а информационная сфера долгие годы была уделом умственного труда человека и с каждым годом требовала большего количества трудовых ресурсов. Появление ЭВМ и сетей передачи данных способствовало революционным процессам в области информатизации и позволило перейти на промышленный уровень технологий и инструментальных средств.

На основе информационных технологий решается задача автоматизации информационных процессов. Информация, как продукт информационных технологий, в значительной степени структурируется и формируется в виде знаний. В любой предметной области, а также в обществе в целом, выделяется как самостоятельный компонент, информационный ресурс, приобретающий материальный характер.

ОБЩЕСТВО И ИНФОРМАЦИЯ

Отличительной чертой человеческого общества является то, что в течение длительного времени основным предметом труда оставались материальные объекты. Воздействуя на них, человек добывал себе средства к существованию, и на протяжении многих веков решалась задача усиления мускульных возможностей человека с помощью различных инструментов, агрегатов и машин. На это была направлена механизация производства, которую стали интенсивно внедрять в начале XX в. Развитие человеческого общества практически на всех этапах проходило на основе технического прогресса. Это—и овладение огнем, и использование паровых машин, и проникновение в тайны атомной энергии, и т.п. Повышению производительности труда способствовала автоматизация. В процессе формирования трудовых коллективов возникла необходимость обмена знаниями. Первоначально знания передавали устно из поколения в поколение; появление письменности позволило по-новому показать накопленные знания—представить их в виде информации. Предполагают, что между первыми инструментами обработки материальных объектов и средствами отображения информационных образов существовал временной интервал около миллиона лет. Таким образом, появление информации является естественным следствием развития человеческого общества.

В настоящее время информация—один из самых дорогих видов ресурсов. Это проявляется в тенденции стремительного перекачивания трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную. Например, в США в конце XIX в. свыше 95% трудоспособного населения было занято физическим трудом и только менее 5% — работой по обработке информации. Сегодня мы наблюдаем картину соотношения трудовых ресурсов с точностью до наоборот. В 40-х годах XX в. экстенсивный фактор как средство преодоления разрыва между потребностями и возможностями обработки информации себя исчерпал. Это явилось толчком к созданию новых средств обработки информации—ЭВМ и переходу к интенсивному развитию информационной индустрии.

Создание информационного общества—политическая, экономическая и культурная цель большинства субъектов экономики. Движение к этой цели стимулируется национальными стратегическими программами, программами развития и большим числом других инициатив. Ведутся тысячи международных, национальных, региональных и местных проектов. Формирование информационного общества является наиболее привлекательным и многообещающим направлением деятельности в сегодняшние бурные времена.

Концепция информационного общества довольно абстрактна. Она упоминается уже более 20 лет в национальных программах, таких как «инфодеревни» в Японии, и telematics во Франции. Различные субъекты мировой экономики уже находятся на третьей стадии развития информационного общества. Первые концепции были по своей сути футуристическими и ориентированными на технологии доставки информации. Затем быстрое развитие информационных и коммуникационных технологий коренным образом изменило различные виды бизнеса и услуг — появилось «общество информационных технологий». Темы современных дискуссий сосредоточены вокруг информационного содержания, сердца информационного общества. Теперь это не только техническая или экономическая проблема, но также культурный и социальный вопрос, часть каждодневной жизни.

В процессе движения мирового сообщества к экономике, основанной на информации, телекоммуникации и информационные технологии быстро изменяются. В развитии телекоммуникаций все более полагаются на участие частных лиц и конкуренцию. Обработка информации играет все большую роль во всех секторах экономики как развитых, так и развивающихся стран. Разработаны новые средства сжатия данных. Технологии оптоволоконной и беспроводной связи постоянно совершенствуются. Стоимость услуг связи падает так быстро, что в пределах последующих 20 лет обмен информацией, возможно, станет практически бесплатной услугой. Переход к технологиям цифровой связи приводит к сближению служб передачи, распространения информации и других информационных служб и открывает перспективы глобальных сетей, доступных благодаря одному движению пальца. Для появляющихся экономических систем эти изменения открывают волнующие возможности. Новые технологии позволяют странам преодолевать различные препятствия на пути к развитию. Например, система дистанционного образования может стать жизнеспособным дополнением к его традиционным методам. Современная информацион-] ная инфраструктура может привести к «концу географии» и позво-

i' лить изолированным государствам, которые зачастую являются ^! беднейшими, принимать участие в экономических процессах. Финансирование и право собственности в информационной структуре становятся привлекательными для частного сектора, снижая таким образом бремя ее финансирования для общественного сектора.