Лекция № 1
Сигналы и данные. Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов. При взаимодействии с сигналов с физическими телами в последних возникает определенные изменения свойств. Такие изменения можно наблюдать, измерять, регистрировать - при этом возникают новые сигналы, то есть образуются данные.
Данные - это зарегистрированные сигналы.
Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникающих в результате этих событий. Однако данные не тождественны информации. Наблюдая излучения звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией зависит от очень многих обстоятельств.
Например: Напишите на листе десять номеров телефонов в виде последовательности десяти чисел и покажите их Вашему другу. Он воспримет эти цифры как данные, так как они не предоставляют ему никаких сведений. Затем после каждого номера укажите имя и фамилию. Для Вашего друга непонятные сначала цифры обретут определенность, и превратятся из данных в информацию, которую можно использовать.
Движение информации — это обмен данными. Этот процесс выполняется только при наличии источника информации, передатчика, приемника и канала связи, способного отображать состояние передатчика в состояние приемника. При наличии всех трех перечисленных компонентов и их четкой, взаимосвязанной работе в единой информационной системе имеет место информационный процесс обмена информацией. Информационный процесс (information process) это процесс восприятия, накопления, обработки и передачи информации. Он обеспечивается информационными системами и средствами передачи данных. Например, оператор ЭВМ воспринимает информацию документа и выполняет функцию передатчика, нажимая на клавиши. Клавиатура воспринимает действия оператора и передает электрические сигналы по магистрали данных в оперативную память машины, продолжая свой участок передачи данных в компьютер. Оперативная память воспринимает и накапливает информацию, передаваемую клавиатурой, временно сохраняет ее, являясь приемником данных. Здесь информация обрабатывается и передается дальше. Оперативная память ЭВМ становится источником данных. Наконец, принтер, жесткий или гибкий диск, дисплей ЭВМ воспринимают, накапливают в промежуточной памяти и передают данные на тот или иной носитель информации. Одно и то же устройство компьютера в разных информационных процессах может выступать то, как приемник информации, то, как ее источник. Необходимо хорошо представлять себе, что ЭВМ, работая с огромными скоростями, участвует в тысячах информационных процессов. Информационные процессы, которые имеют место в компьютере, составляют сущность обработки данных. Информационные процессы происходят в живой природе, человеческом обществе, в технике. В неживой природе их нет. Так, камень на берегу моря может подвергаться физическому воздействию со стороны солнца, моря или человека. Он может участвовать в химических реакциях. Но он не принимает, не накапливает, не воспринимает и не обрабатывает информацию. Камень может быть только носителем информации, и не более того. Информацию можно передавать и принимать в двух формах: как сигнал или как знак (символ).
Запомните: ИНФОРМАЦИЯ ПЕРЕДАЕТСЯ ИЛИ ПРИНИМАЕТСЯ В ФОРМЕ ЗНАКОВ ИЛИ СИГНАЛОВ. Например:
§ через книгу или газету информация передается символами, которые называют буквенными знаками.
§ самолет, летящий над ночным городом, имеет габариты, обозначенные красными лампочками световыми сигналами он информирует о своем полете.
§ свисток милиционера, школьный звонок передают информацию звуковыми сигналами.
Таких примеров можно привести очень много. Присмотритесь к происходящему вокруг Вас, рядом с Вами. И Вы сами придете к выводу, что мир наполнен информацией. Что обмен информацией - это наличие самой жизни. Там, где нет обмена информацией, нет жизни. Существует две формы обмена информацией - знаки и сигналы. И каждая форма жизни через эти две формы обмена информацией заявляет о себе и передает информацию в окружающее пространство, во внешний мир.
Понятие об информации. Информация - самое первое слово в информатике. Это понятие первичное. Его нельзя еще определить через другие понятия, потому что их еще нет. Помните, как сказано в "Библии": "вначале было слово". В информатике это слово информация.
Несмотря на то что с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного ее определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычно используют понятие об информации. Понятия, в отличие от определений, не даются однозначно, а вводятся на примерах, причем каждая научная дисциплина делает это по-своему, выделяя в качестве основных компонентов те, которые наилучшим образом соответствуют ее предмету и задачам. Слово информация образовано от латинского слова INFORMATIQ (разъяснение, осведомление). В первоначальном смысле термин "информация" означал сведения вообще, сообщение данных, осведомление и т.п. С развитием кибернетики - науки об общих законах управления в природе, обществе, живых организмах и машинах и общей теории систем этот термин стал употребляться в более привычном нам смысле. Кибернетика вывела понятие информации за пределы обыденной человеческой речи и обычных форм общения между людьми. Она связала его с целенаправленными системами любой природы — биологическими, техническими, социальными. Информация выступает в трех формах:
§ биологической (биотоки в организмах, связи в генетических механизмах);
§ машинной (сигналы в электронных цепях);
§ социальной (движение человеческих знаний в общественных системах).
Под информацией стали понимать сведения и знания, получаемые наблюдателем о системе и среде ее функционирования: об организации, структуре, параметрах системы, ее состоянии и поведении в целом.
ИНФОРМАЦИЯ - СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТАХ ИЛИ ЯВЛЕНИЯХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ИХ ПАРАМЕТРАХ, СВОЙСТВАХ И СОСТОЯНИИ. Эти сведения в информатике называют данными. Также, в рамках нашей дисциплины будет справедливо понятие информации как продукта взаимодействия данных и адекватных им методов.
Рассмотрим пример, как информация отдельных членов популяции становится информацией общества.
Допустим, я нахожусь в лесах вдвоем со смышленым дикарем, который не может говорить на моем языке и на языке которого я тоже не могу говорить. Даже без какого-либо условного языка знаков, известного нам обоим, я могу многое узнать от него. Мне нужно лишь быть особо внимательным в те моменты, когда он обнаруживает признаки волнения или интереса. Не пройдет много времени, как я открою, какие предметы представляются важными для него.
Анализируя этот пример, мы видим, что здесь речь идет о данных и методах. Мы можем составить даже конкретный алгоритм этого гипотетического эксперимента (посмотреть, запомнить, открыть...).
Виды информации. ЭВМ получает различные документы, тексты, рисунки, фотографии. Она их сортирует, накапливает, хранит, при необходимости обрабатывает, классифицирует, отыскивает, передает по запросам для дальнейшего использования числовые, нечисловые, текстовые, мультимедийные, графические, музыкальные и так далее данные. Существуют следующие виды информации. Запомните их:
§ текстовая;
§ числовая;
§ графическая;
§ звуковая;
§ световая;
§ электромагнитная (информация электромагнитных волн).
В памяти компьютера информация хранится и обрабатывается в виде электрических сигналов. Говорят, что она записывается с помощью ноликов и единиц. На самом деле в компьютере нет никаких ноликов и единичек в привычном для нас виде, например, как в школьной тетради. Их придумал человек. Здесь функционирует только электрический ток. Как известно, ток можно включить или выключить. Это два состояния электрического тока. Состояние, когда "ток включен" стали обозначать как "1". Другое возможное состояние, когда "ток выключен", стали обозначать как "0". Это сделано для того, чтобы облегчить понимание процессов, происходящих внутри компьютера. При изучении новых, еще не известных явлений, пытаются найти, сравнить их с уже давно известным. Если сравнение получается, то эта "похожесть" дает ключ к пониманию нового. Метод аналогий - очень сильный метод изучения и познания нового в науке. Эта аналогия между состояниями электрического тока и двумя цифрами - 0 и 1 оказалась очень продуктивной и, главное, правильной. Поэтому этим теперь всегда и всюду пользуются, когда хотят объяснить, как работает компьютер.
Свойства информации. Как и всякий объект, информация обладает определенными свойствами. Можно привести немало разнообразных свойств информации. Каждая научная дисциплина рассматривает те свойства, которые ей наиболее важны. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: полнота, достоверность, адекватность, доступность и актуальность информации.
Полнота информации. Означает, что она содержит минимальный, но достаточный набор данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать, тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса.
Достоверность информации определяется ее свойством реально отражать объекты с необходимой точностью.
Доступность информации — мера возможности получить ту или иную информацию или форма информации должна иметь вид, понятный человеку.
Актуальность (своевр6еменность) информации — это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. Поскольку информационные процессы растянуты во времени, то достоверная и адекватная, но устаревшая информация может приводить к ошибочным решениям.
Адекватность информации — это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может образовываться при создании новой информации на основе неполных или недостоверных данных.
Адекватность и формы адекватности информации. В реальной жизни вряд ли возможна ситуация, когда Вы сможете рассчитывать на полную адекватность информации. Всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию объекта или процесса зависит правильность принятия решений человеком.
Пример. Вы успешно закончили школу и хотите продолжить образование по выбранному направлению. Поговорив с друзьями, Вы узнаете, что подобную подготовку можно получить в разных ВУЗах. В результате таких бесед Вы получаете весьма разноречивые сведения, которые не позволяют Вам принять решение в пользу того или иного варианта, т.е. полученная информация неадекватна реальному состоянию дел. Для того, чтобы получить более достоверные сведения, Вы покупаете справочник для поступающих в ВУЗы, из которого Вы получаете исчерпывающую информацию. В этом случае можно говорить, что информация, полученная Вами из справочника, адекватно отражает направления обучения в ВУЗах и реально помогает Вам определиться в окончательном выборе.
Существуют три формы адекватности информации:
· Синтаксическая;
· Семантическая;
· Прагматическая (потребительская).
Синтаксическая (техническая) адекватность — это точность, надежность, скорость передачи сигналов и т.д. Она отображает формально-структурные характеристики информации и не затрагивает ее смыслового содержания. На синтаксическом уровне учитываются тип носителя и способ представления информации, скорость передачи и обработки, размеры кодов представления информации, надежность и точность преобразования этих кодов и т.д. Информацию, рассматриваемую только с синтаксических позиций, обычно называют данными, так как при этом не имеет значения смысловая сторона.
Семантическая (смысловая) адекватность. Эта форма представляет собой передачу смысла текста с помощью кодов. Семантический аспект предполагает учет смыслового содержания информации. На этом уровне анализируются те сведения, которые отражает информация. Эта форма служит для формирования понятий и представлений, выявления смысла, содержания информации и ее обобщения.
Прагматическая (потребительская) адекватность. Она отражает насколько эффективно информация влияет на поведение объекта, соответствие информации цели управления, которая на ее основе реализуется. Прагматический аспект рассмотрения связан с ценностью, полезностью использования информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели. С этой точки зрения анализируются потребительские свойства информации. Эта форма адекватности непосредственно связана с практическим использованием информации.
Информатика – предмет и задачи. На сегодняшний день информатика стала одной из самых популярных научных дисциплин. Вопросам этой науки посвящено много книг, журналов, различных публикаций. Однако, не всегда люди, интересующиеся проблемами информатики, могут достаточно четко определить круг вопросов, которые охватывает информатика как наука.
Часто бытует мнение, что эта дисциплина включает в себя лишь задачи программирования, обработки данных или учение о вычислительных машинах. Да, информатика этим занимается, но частично. На самом деле эта наука включает в себя множество математических, инженерных и даже философских аспектов, через которые она становится фундаментальной наукой, занимающейся схематичным, "формализованным" представлением информации, вопросами ее обработки, а также различными средствами, с помощью которых можно производить необходимую обработку информации. Это включает в себя вопросы анализа и моделирования взаимосвязей и структур в самых различных областях применения. При этом возникает необходимость в разработке способов решения задач информационной обработки на вычислительных машинах, а также в разработке, организации и эксплуатации самих вычислительных машин и систем.
Формирование моделей информатики нацелено на представление определенных структур, взаимодействий и процессов в какой-либо области применения с помощью формальных средств - таких как, структуры данных, языки программирования или логические формулы.
Задача информатики состоит в том, чтобы исследовать свойства формальных моделей и развивать их дальше, и не в последнюю очередь - устанавливать связи между формальными моделями и реальным миром в данной предметной области в смысле постановки задачи.
Таким образом, на основании вышеизложенных фактов можно дать следующее определение информатики:
Информатика — это наука и техника, связанные с машинной обработкой, хранением и передачей информации.
Информатика – отнюдь не только «чистая наука». У нее имеется научное ядро, но важная особенность информатики – широчайшие приложения, охватывающие почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др.
Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам (в самом широком смысле этого понятия). Например, когда разрабатываются новые носители информации, конкретная природа этой информации почти не имеет значения. Для разработчика системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу пользователями.
Таким образом, предмет информатики как науки – это общие закономерности, свойственные информационным процессам.
Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, часто называемых «новые информационные технологии» (НИТ).
Перечислим некоторые реализации информационных технологий:
АСУ – автоматизированные системы управления – комплекс технических и программных средств, которые во взаимодействии с человеком организуют управление объектами в производстве или общественной сфере (например, в образовании).
АСУТП – автоматизированные системы управления технологическими процессами. Например, такая система управляет работой станка с числовым программным управлением (ЧПУ), процессом запуска космического аппарата и т.д.
АСНИ – автоматизированная система научных исследований – программно-аппаратный комплекс, в котором научные приборы сопряжены с компьютером, вводят в него данные измерений автоматически, а компьютер производит обработку этих данных и представление их в наиболее удобной для исследователя форме.
АОС – автоматизированная обучающая система. Есть системы, помогающие учащимся осваивать новый материал, производить контроль знаний, помогать готовить учебные материалы и т.д.
САПР – система автоматизированного проектирования – программно-аппаратный комплекс, который во взаимодействии с человеком (конструктором, инженером-проектировщиком, архитектором и т.д.) позволяет максимально эффективно проектировать механизмы, здания, узлы сложных агрегатов и др.
Существуют также диагностические системы в медицине, системы организации продажи билетов, системы ведения бухгалтерско-финансовой деятельности – спектр применения информационных технологий чрезвычайно широк.
