Предмет и структура информатики

ДЕ1. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Лекция 1.1. Основные задачи информатики

Место информатики в современном научном знании

 

В жизни современного человека слово «информация» очень распространено и часто используется в разных контекстах. Информацией обычно называют любые сведения, которые кого-либо интересуют, которые мы получаем или передаем. Например, мы говорим: «В результате научных исследований нами получена информация о …» или «Из книг мы информированы о …, «По телевидению была передана информация о …».

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, передачей информации. Практически в любой деятельности человека: в процессе чтения книг, просмотра телепередач, в разговоре мы получаем и обрабатываем информацию.

Начиная с ХVII 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 является лавинообразный рост потока информации в любой отрасли жизнедеятельности. Подсчитано, что современный специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени, чтобы уследить за всеми новыми работами в его области деятельности.

Увеличение объема используемой человеком информации и растущий спрос на нее обусловили появление отрасли знаний, связанной с автоматизацией обработки информации – информатики.

 

Предмет и структура информатики

Термин информатики получил распространение с середины 80-х г.г. прошлого века. Inform – «информация» и matic – «наука о …». Т.о., информатика – это наука об информации. В англоязычных странах используется термин Computer Science – наука о компьютерах.

Информатика – это наука, изучающая:

- Методы реализации информационных процессов средствами вычислительной техники (СВТ);

- Состав, структуру, общие принципы функционирования;

- Принципы управления СВТ.

Из определения следует, что информатика – прикладная наука, использующая научные достижения многих наук.

Кроме того, информатика – практическая наука, которая не только занимается описательным изучением перечисленных вопросов, но и во многих случаях предлагает способы их решения. В этом смысле информатика технологична и часто смыкается с информационными технологиями.

Методы реализации информационных процессов находятся на стыке информатики с теорией информатики, статистикой, теорией кодирования, математической логикой, документоведением и т.д.

В этом разделе изучаются вопросы:

- Представление различных типов данных (числа, символы, текст, звук, графика, видео и т.д.) в виде, удобном для обработки СВТ.(кодирование данных);

- Форматы представления данных (одни и те же данные могут быть представлены разными способами);

- Структуры данных, т.е. способы хранения, с целью удобного доступа к данным.

 

В изучении состава, структуры, принципов функционирования СВТ используются научные положения из электроники, автоматики, кибернетики. В целом этот раздел известен как аппаратное обеспечение (АО) информационных процессов.

В этом разделе изучаются:

- Основы построения элементов цифровых устройств;

- Основные принципы функционирования цифровых вычислительных устройств;

- Архитектура СВТ – основные принципы функционирования систем, предназначенных для автоматической обработки данных;

- Приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию вычислительных систем;

- Приборы и аппараты, составляющие аппаратную конфигурацию компьютерных сетей.

В разработке методов управления СВТ используют научные положения из теории алгоритмов, логики, теории графов, лингвистики, теории игр. Этот раздел информатики известен как программное обеспечение СВТ. В этом разделе изучается:

- Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

- Средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением, объединяемые понятием интерфейс;

- Программное обеспечение СВТ (ПО).

Обобщая сказанное, можно предложить следующую структурную схему:

 

Информатика

 

	Информационные процессы	Аппаратное обеспечение	Программное обеспечение
Теоретический уровень	Теория кодирования Теория информации Теория графов Теория множеств Логика и др.	Логика Электроника Автоматика Кибернетика И др.	Теория алгоритмов Логика Теория графов Теория игр Лингвистика И др.
Практический уровень	Кодирование данных Форматы данных Сжатие данных Структуры данных И др.	Синтез цифровых устройств Архитектура СВТ Аппараты и приборы ВС Аппараты и приборы компьютерных сетей	Интерфейсы Вспомогательные программы Системы программирования Прикладные программные продукты

 

Третья составляющая информатики – ПО неоднородна и имеет сложную структуру, включающую несколько уровней: базовый, системный, служебный, инструментальный, прикладной.

Самый низкий уровень ПО представляет базовое программное обеспечение. Оно отвечает за взаимодействие с базовыми аппаратными средствами. Как правило, базовые программные средства непосредственно входят в состав базового оборудования и хранятся в специальных микросхемах, называемых постоянными запоминающими устройствами (ПЗУ – Read Only Memory, ROM). Программы и данные записываются («прошиваются») в микросхемы ПЗУ на этапе производства и не могут быть изменены в процессе эксплуатации.

В последнее время вместо микросхем ПЗУ применяют перепрограммируемые запоминающие устройства (ППЗУ), позволяющие изменять базовые программные средства во время эксплуатации. Изменение содержания ППЗУ можно выполнять как непосредственно в составе вычислительной системы (такая технология называется флэш - технологией), так и вне ее, на специальных устройствах, называемых программаторами.

Комплект программ, находящихся в ПЗУ образуют систему ввода/вывода (BIOS). Основное назначение программ этого пакета – проверка состава и работоспособности компьютерной системы и обеспечение взаимодействия с клавиатурой, монитором, жестким диском и дисководами гибких дискет и CD-ROM.

Программы, входящие в BIOS позволяют наблюдать на экране диагностические сообщения, сопровождающие запуск компьютера, а также вмешиваться в ход запуска с помощью клавиатуры.

На следующем уровне находятся комплексы программ, осуществляющих интерфейсные функции (посреднические между человеком и компьютером, аппаратным и программным обеспечением, между одновременно работающими программами), т.е. распределение различных ресурсов компьютера. Программы этого уровня называются системными. Любые пользовательские программы запускаются под управлением системных программ, называемых операционными системами.

Следующий уровень – служебное ПО. Программы этого уровня, называемые утилитами, выполняют различные вспомогательные функции. Это могут быть ремонтные или диагностические программы, используемые при обслуживании различных устройств, тестовые программы, представляющие комплекс программ технического обслуживания, архиваторы, антивирусы и т.п. Служебные программы, как правило, работают под управлением операционной системы. В некоторых классификациях системный и служебный уровни объединяются в один класс – системного ПО.

Инструментальное ПО представляет комплекс программ для создания других программ. Программы инструментального ПО управляются системными программами.

Прикладное программное обеспечение – самый большой по объему класс программ. Это программы конечного пользователя, с помощью которых на данном рабочем месте выполняются конкретные задания. Спектр этих заданий очень широк – от производственных до творческих и развлекательно - обучающих. ППО также управляется системными программами, и имеет более высокий уровень.

В настоящее время программные продукты многих фирм стали объединять в себе программные элементы из разных классов. Например, ОС Windows, являясь комплексом системных программ, в своем составе содержит блок служебных программ (дефрагментация, проверка, очистка диска и др.), а также текстовый процессор Word Pad, графический редактор Paint, принадлежащих к классу прикладных программ.

 

1.1.3. Цели и задачи курса "Информатика"

Главная функция информатики – разработка методов и средств преобразования информации и их использовании технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

Исследование информационных процессов любой природы;

Разработка информационной техники и создание новейших технологий переработки информации на базе полученных результатов исследований информационных процессов;

Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно - технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция ко все большей информатизации общества в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

Вопросы для самоконтроля

1. Как появилась и развивалась наука «Информатика»?

2. Опишите структуру информатики.

3. Каковы главная функция и задачи информатики?