Теоретические основы информатики

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

1. Понятие информации и информатики

    Стандарт основного общего образования по информатике и информационным технологиям ставит следующие цели:

• освоение основ научных представлений об информации, информационных процессах, системах, технологиях и моделях;
• умение работать с различными видами информации с помощью компьютера и других средств информационных и коммуникационных технологий (ИКТ), организовывать собственную информационную деятельность и планировать ее результаты;
• развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей средствами ИКТ;
• воспитание ответственного отношения к информации с учетом правовых и этических аспектов ее распространения; избирательного отношения к полученной информации;
• овладение навыками использования средств ИКТ в профессиональной деятельности, при выполнении индивидуальных и коллективных проектов, в учебной деятельности и дальнейшем освоении профессии.

1. Что такое информатика

    В наиболее развитых странах большое внимание уделяется к использованию методов информатики в самых различных областях научных исследований и практических разработок.

    Например, Консультативный комитет по информационным технологиям при Президенте США  в 2005 году в специальном аналитическом  докладе указал на необходимость безотлагательного принятия решительных действий на федеральном уровне по предотвращению снижения конкурентоспособности науки и образования в США в течение 15 лет, прямо указывая на то, что в 21-м веке главное внимание должно быть уделено развитию науки, образования и высоких технологий в промышленности и социальных сферах.

    Термин  информатика возник в 60-х гг. прошлого века во Франции и в России для  названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью  электронных вычислительных машин. Слияние двух слов informatigue (информатика) и automatigue (автоматика) дало название целому направлению науки - "информационная автоматика или автоматизированная переработка информации". В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).

    Развитие  компьютерной техники ускорило становление  информатики как самостоятельной  области человеческой деятельности. Микропроцессорная техника (интегральные схемы и микропроцессоры) стала  элементной базой вычислительных машин.

    В 1983 году в Академии наук СССР было создано  Отделение информатики, вычислительной техники и информатизации.

    В этом же году Академией наук СССР утверждён термин «информатика» как "комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики".

    Таким образом, информатика была нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных моделей, и её методы применимы везде, где существует возможность описания объекта, явления, процесса и т.п. с помощью информационных моделей.

    Из  всего множества определений  информатики, которые связаны с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов, можно предложить такую трактовку:

    Информатика — это техническая наука, систематизирующая закономерности и приемы процессов создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

    Можно дать и такое, более широкое определение  информации:

    Информатика - это отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах деятельности.

     Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники и телекоммуникаций;
• программное обеспечение средств вычислительной техники и телекоммуникаций;
• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

    Часто возникает путаница в понятиях "информатика" и "кибернетика".

    Концепция, заложенная Н. Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими  системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.

    Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др.

    С одной стороны, информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как кибернетика.

    Может сложиться впечатление об информатике  как о более емкой дисциплине, чем кибернетика.

    С другой стороны, информатика не занимается решением проблем, не связанных с использованием компьютерной техники, что, несомненно, сужает ее, казалось бы, обобщающий характер.

    Между этими двумя дисциплинами провести четкую границу не представляется возможным  в связи с ее размытостью и  неопределенностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

    Основы  кибернетики были заложены трудами  американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении).

    В кибернетике процесс управления представляется как взаимодействие двух систем - управляющей и управляемой (рис.1.1). Управление системой осуществляется путем подачи управленческого сигнала воздействия 1 с учетом обратной связи (2) - текущего состояния управляемой системы и внешней среды (3).

          Управляющая система  формирует воздействия на управляемую систему, которые побуждали бы последнюю принять состояние, определяемое целью управления. Обратная связь (2) – это информация о выполнении управляющих воздействий.

 
 
 
 

                                                              Рис.1.1. Структура системы управления.

    Грубый  анализ контура управления показывает, что при отсутствии обратной связи  невозможно создать устойчивую систему управления.

    Но, с использованием подобного контура  невозможно описать все процессы управления, так как в сложных  системах управления объекты могут  действовать по определенным, возможно даже своим, законам, которые называются принципом внешнего дополнения. Такими же принципами могут руководствоваться и управляющие органы. 

    Поэтому в настоящее время кибернетика  получила второй более мощный импульс развития, который может привести к прорыву в области,  как аппаратных, так и программных систем информатики.

    Предмет кибернетики - это принципы построения и функционирования систем автоматического  управления, и основные задачи кибернетики  это:

• методы моделирования процесса принятия решений техническими и программными средствами,
• связь между психологией человека и математической логикой,
• связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе,
• разработка принципов и методов искусственного интеллекта.

    Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее.

    Кибернетика же развивается сама по себе, строя  различные модели управления объектами, хотя и очень активно использует все достижения компьютерной техники. Кибернетика и информатика, внешне очень похожие дисциплины, но их различие состоит в том, что информатика изучает свойства информации и аппаратно-программных средств ее обработки, а в кибернетике – разрабатываются концепции построения моделей объектов с использованием, в частности, информационного подхода.

2. Структура информатики

    Информатика в широком смысле представляет собой  единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных  с переработкой информации главным  образом с помощью компьютеров  и телекоммуникационных средств  связи во всех сферах человеческой деятельности.

    Информатику в узком смысле слова можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей (рис 1.2):

• технических средств (hardware), это компьютеры, принтеры, мониторы и т.д.
• программных средств (software), это программы, которые загружаются в компьютеры,
• алгоритмических средств (brainware), это модели, алгоритмы, алгоритмические языки и. д.

    В широком смысле слова, информатику, как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций:

• как отрасль народного хозяйства,
• как фундаментальную науку,
• как прикладную дисциплину.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.2. Структура информатики как отрасли, науки, прикладной дисциплины

    Информатика как отрасль народного  хозяйства включает однородную совокупность предприятий разных форм хозяйствования, которые занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации.

    Специфика и значение информатики  как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства.

    Информатика как фундаментальная  наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем.

    Одна  из главных задач этой науки –  выяснение, что такое информационные системы, какое место они занимают, какую должны иметь структуру, как  функционируют и какие общие закономерности им свойственны.

    Цель  фундаментальных исследований в  информатике – получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения и функционирования.

    Информатика как прикладная дисциплина занимается:

• изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
• созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
• разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

    Таким образом, информатика занимается методами и средствами преобразования информации и их использованием в организации  технологического процесса переработки  информации.

    Задачи  информатики состоят в следующем:

• исследование информационных процессов любой природы;
• разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
• решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.