Теоретические основы информатики

Во второй половине ХХ века человечество вступило в новый этап своего развития. В этот период начался переход от индустриального общества к информационному, в котором процессы сбора и обработки информации приобрели качественно новое значение. Начался процесс информатизации общества.

Неизбежность информатизации общества обусловлена резким ростом производительных сил и возрастанием роли и значения информации (объемов и своевременности) для управления ими в процессе созидательной деятельности человека. Процесс перехода от постиндустриального общества к информационному происходит в различных странах неодновременно, и характеризуется различными темпами. Первыми на этот путь встали США, Япония и страны Западной Европы. В этих государствах, начиная с 50-60 годов прошлого века, проводится политика повсеместной информатизации всех сфер деятельности человека. Завершение этого процесса в США предполагается к 2020 году, а в Японии и странах Западной Европы – 2030-2040 годам.

К основным признакам информационного общества следует отнести:

1. Большое количество трудящихся (около 80%) занято в информационной сфере, то есть в сфере производства информации, и информационных услуг (к числу которых относятся: переработка, хранение, передача и накопление информации).

2. Обеспечены техническая, технологическая и правовая возможности доступа любому члену общества практически в любой точке территории и в приемлемое время к нужной ему информации (за исключением военных и государственных секретов, точно оговоренных в соответствующих законодательных актах).

Информатизация – необходимое условие научно-технического, социального, экономического и политического прогресса в обществе. Это процесс разработки, создания и внедрения во все сферы жизнедеятельности общества технических средств и практических методов сбора, обработки, хранения, преобразования и использования научной информации, в целях достижения и поддержания уровня информированности всех членов общества необходимым для улучшения условий жизни общества, а также для обеспечения качества принимаемых решений.

Неизбежность информатизации обусловлена следующими основными причинами:

- беспрецедентным усложнением социально-экономических процессов в результате увеличения масштабов и темпов общественного производства, углубления разделения труда (в том числе и в военной сфере) и его специализации в научно-технической революции;

- необходимостью адекватно реагировать на возникающие проблемы в динамично меняющейся обстановке, присущей постоянно развивающемуся обществу;

- повышением степени самоуправления производственных предприятий, территорий, регионов.

Таким образом, в процессе научно-технического прогресса, вызвавшего активное развитие всех производственных сфер человечества, стало невозможно обеспечить своевременность, принимаемых решений по управлению технологическими системами и повышению качества их функционирования без информационного обеспечения, что и послужило объективной основой перехода к информационному обществу.

В СССР с 1989 г. разработана и реализуется концепция информатизации общества. По предварительным оценкам информатизация в России завершится к 2050 году при условии стабилизации экономической и политической обстановки в стране. По мнению научных экспертов, любая страна, насколько бы индустриально-развитой она ни была, перейдет в разряд стран третьего мира, если опоздает с информатизацией.

I. Цель, задачи, основные требования к процессу изучения дисциплины «Математика и Информатика»

Дисциплина «Математика и информатика» относится к группе общих математических и естественнонаучных дисциплин. Обучение по дисциплине имеет целью дать знания по теории информатики, позволяющие анализировать структуру и закономерности протекания информационных процессов в АСУ, знания методов и приемов обработки на компьютере текстовой, графической, аудио- и видеоинформации, ознакомить с математическими методами решения функциональных и вычислительных задач, способствовать развитию логического мышления. По окончании курса обучаемые должны:

Знать:

- современное состояние и направления развития компьютерной техники;

- основы информационных технологий и их влияние на успех решения специальных задач;

Уметь:

- работать на ПЭВМ в качестве оператора;

- решать стандартные задачи математической статистики, содержательно объяснять получаемые результаты;

- использовать средства электронного офиса и системного программного обеспечения для обработки текстовой, графической, аудио- и видеоинформации;

- применять текстовые редакторы, табличные процессоры и системы управления базами данных в автоматизированных системах специального назначения для решения задач обработки информации;

- выполнять работы в области режиссуры аудио и видеоинформации.

Быть ознакомленными:

- с методами хранения и передачи информации;

- с математическими моделями простейших систем и процессов;

- со структурой и направлениями развития технических средств и общего программного обеспечения;

Дисциплина состоит из двух разделов.

Первый раздел дисциплины состоит из четырех тем. Он посвящен изучению основ информатики, математических моделей решения функциональных и вычислительных задач. Кроме того, обучаемые изучают архитектуру персонального компьютера.

Во втором разделе, состоящем из пяти тем, обучаемые осваивают основы построения системного программного обеспечения ПЭВМ, необходимое программное обеспечения для обработки текстовой, графической, звуковой и видеоинформации, а также основы построения информационных систем и компьютерных сетей.

Основными видами учебных занятий являются: лекции, семинары, лабораторные работы, практические занятия, групповые занятия и самостоятельная работа курсантов.

Лекции составляют основу теоретического обучения и дают систематизированные основы научных знаний по дисциплине, раскрывают состояние и перспективы развития средств и методов решения информационных и расчётных задач, концентрируют внимание обучающихся на наиболее сложных и узловых вопросах, стимулируют их активную познавательную деятельность и способствуют формированию творческого мышления.

Ведущим методом в лекции выступает устное изложение учебного материала, сопровождающееся демонстрацией видео- и кинофильмов, схем, плакатов, слайдов, а также использованием электронно-вычислительной техники.

Семинары проводятся по наиболее сложным вопросам (темам, разделам) учебной программы и имеют целью углубленное изучение учебной дисциплины, привитие обучающимся навыков самостоятельного поиска и анализа учебной информации, формирование и развитие у них научного мышления, умения активно участвовать в творческой дискуссии, делать правильные выводы, аргументировано излагать и отстаивать свое мнение.

Лабораторные работы имеют целью практическое освоение курсантами техники экспериментальных исследований и анализа полученных результатов, привитие навыков работы с вычислительной техникой.

Практические занятия проводятся в целях: выработки практических умений и приобретения навыков в решении специальных задач, производстве расчетов, разработке и оформлении боевых и служебных документов с использованием электронно-вычислительной техники и математических аппаратов распознавания объектов и ситуаций.

Групповые занятия проводятся в целях изучения военной техники (объектов) и составляют основу обучения слушателей и курсантов организации их применения и эксплуатации.

Текущий контроль освоения теоретического содержания дисциплины и приобретения практических навыков осуществляется путем опроса (проведением 10-15 минутных летучек) и выполнения контрольных заданий при проведении семинарских, лабораторных и практических занятий.

При изучении дисциплины главный упор делается на связь математического аппарата решения задач с реальной практической деятельностью, а также на привитие обучаемым практических навыков использования ЭВМ, как при решении специальных задач, так и при подготовке мультимедийной продукции.

Для приобретения практических навыков использования ПЭВМ, все виды занятий проводятся в специальных классах, оборудованных персональными компьютерами.

Курс изучения дисциплины рассчитан на 130 часов, из них в 1-м семестре - 50 часов, во 2-м семестре 80 часов учебных занятий. В том числе:

- лекции – 20 часов;

- семинары – 16 часов;

- лабораторные занятия – 10 часов;

- практические занятия – 66 часов;

- групповые занятия – 10 часов;

Изучение дисциплины завершается в 1-м семестре – зачетом без оценки (4 часа), во 2-м семестре – зачетом с оценкой (4 часа).

II. Предмет и структура информатики.

Как уже отмечалось, во второй половине XX века человечество вступило в новый этап своего развития. В этот период начался переход от индустриального общества к информационному. Процесс, обеспечивающий этот переход, получил название информатизации.

Информатизация, как уже отмечалось, - это процесс создания, развития и всеобщего применения информационных средств и технологий, обеспечивающих достижение и поддержание уровня информированности всех членов общества, необходимого и достаточного для кардинального улучшения качества труда и условий жизни в обществе. При этом, информация становится важнейшим стратегическим ресурсом общества и занимает ключевое место в экономике, образовании и культуре.

Научным фундаментом процесса информатизации общества является научная дисциплина – информатика.

В широком смысле информатика – наука об информационной деятельности, информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах. Другими словами, это отрасль знаний, изучающая общие структуру и свойства научной информации, а также закономерности и принципы её создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных областях человеческой деятельности.

Основными разделами информатики являются исследование информационных средств и технологий, программных средств и моделирование предметных областей.

Слово информатика происходит от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической обработке информации. Кроме Франции термин информатика используется в ряде стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и США используется другой термин — Computer Science (наука о средствах вычислительной техники).

В качестве источников информатики обычно называют две науки — документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

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

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

• программное обеспечение средств вычислительной техники;

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.

Информатика — практическая наука. Ее достижения должны проходить подтверждение практикой и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:

· архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);

· интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением);

· программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ);

· преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);

· защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных);

· автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);

· стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов для информатики ключевым понятием является эффективность. Для аппаратных средств под эффективностью понимают отношение производительности оборудования к его стоимости (с учетом стоимости эксплуатации и обслуживания). Для программного обеспечения под эффективностью понимают производительность лиц, работающих с ними (пользователей). В программировании под эффективностью понимают объем программного кода, создаваемого программистами в единицу времени.

В информатике все жестко ориентировано на эффективность. Вопрос, как сделать ту или иную операцию, для информатики является важным, но не основным. Основным же является вопрос, как выполнить данную операцию эффективно.

Говоря об информатике необходимо владеть ее терминологией. Термин информация имеет множество определений. Согласно «Энциклопедии кибернетики» информация (лат. informatio - разъяснение, осведомленность) – одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких – либо данных, знаний и т.п.

В широком смысле «информация» – это отражение реального мира, в узком смысле «информация» – это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

В математике и кибернетике информация, определяется ещё и как количественная мера устранения неопределённости (энтропии), какого-либо события.

По функциям управления информация бывает: плановой, учётной и оперативной.

С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщений и каналом связи (рис.1.1). Данная схема была

Рис.1.1. Общая схема передачи информации.

предложена одним из основателей теории информации американским учёным Клодом Шенноном. Источник сообщения – это обобщённое понятие формирователя сообщения (говорящий человек) и технических устройств, преобразования его характеристик (микрофоны – специальные устройства, с помощью которых колебания звуковых волн преобразуются в электрические сигналы, при более упрощенном рассмотрении микрофон также можно считать кодирующим устройством). Под кодированием понимается любое преобразование информации, идущей от источника, в форму, пригодную для передачи по каналу связи. Кодирующее устройство предназначено для преобразования первичного сообщения (первичного электрического сигнала)

к виду удобному для передачи по каналу связи. Выделяют два процесса кодирования: кодирование источника – для преобразования сигнала к виду удобному для передачи информации и канальное кодирование – для обеспечения своевременности, защищённости и доступности передаваемой информации. Декодирующее устройство преобразует радиосигнал, поступивший из канала связи в первичный электрический сигнал, аналогичный тому, который был на выходе источника сообщения. Этот сигнал воспринимается получателем информации.

Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Для защиты от них применяются различные технические средства и методы, например фильтры, отделяющие полезный сигнал от шума.

Кроме того, после кодирования производится процесс модуляции, то есть воздействия низкочастотного (НЧ) информационного колебания на высокочастотное (ВЧ). В результате изменяются характеристики последнего, которое принято называть несущим. Такое преобразование необходимо для передачи информации на дальние расстояния.

В предложенном случае с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины несущего колебания, определяющей состояние приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить функцией X(t), характеризующей изменение во времени материально-энергетических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы. К числу таких параметров можно отнести параметры электромагнитных волн (амплитуда, частота, фаза).

В современном мире информация, как правило, обрабатывается на вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с понятием вычислительной машины, которая является её инструментарием.

Рис.1.2. Классы вычислительных машин.

Компьютер (Computer) – устройство преобразования информации посредством выполнения управляющей (задающей) программой последовательности операций. Синоним компьютера – вычислительная машина.

В зависимости от вида перерабатываемой (обрабатываемой) информации и принципу действия вычислительные машины можно подразделить на классы (рис. 1.2).

Аналоговые ВМ обеспечивают обработку информации, представленной в аналоговом виде, т.е. в виде непрерывных электромагнитных колебаний. Цифровые - цифровой информации, получаемой из аналоговых источников, путём осуществления аналогово-цифровых преобразования, в целях обеспечения качественной передачи, приёма сигналов и обеспечения эффективного использования имеющихся ресурсов. Наибольший интерес для информатизации представляют электронные вычислительные машины (ЭВМ).

Предметом информатики, как новой фундаментальной науки выступает информационный ресурс (ИР), как симбиоз знания и информации.

Объектом информатики выступают автоматизированные, основанные на ЭВМ и телекоммуникационной технике, информационные системы (ИС) различного класса и назначения. Информатика изучает все стороны их разработки, проектирования, создания, анализа и использования на практике.

Со второй половины ХХ века большинство вычислительных задач стали решаться комплексами вычислительных машин – информационными системами (ИС). ИС – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации. Автоматизированные ИС (АИС), позволяют выполнять ряд операций (циклов) информационного процесса в автоматизированном режиме, то есть без участия человека.

Информационные технологии (ИТ) – это процессы, использующие совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи первичной информации для получения информации нового качества. Они представляют собой машинизированные (инженерные) способы обработки семантической информации – данных и знаний, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем (АИС). В настоящее время АИС получили широчайшее распространение.

Классификация АИС осуществляется по ряду признаков, и в зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. При этом одна и та же АИС может характеризоваться одним или несколькими признаками. В качестве признаков классификации АИС используются: область применения, охватываемая территория, организация информационных процессов, направление деятельности, назначение, структура и др. Пример классификации АИС по направлению деятельности показан на следующем рисунке (рис.1.3).

Информатика делится на две части: теоретическую и прикладную

Теоретическая информатика рассматривает все аспекты разработки автоматизированных информационных систем: их проектирования, создания и использования не только формально-технической, но и содержательной

стороны, а также комплекс экономического политического и культурного воздействия на социальную динамику.

В орбиту анализа теоретической информатики попадают и традиционные системы преобразования информации и распространения знаний: средства и системы массовой информации, система лекционной пропаганды, кино, театры, справочные службы, и т.д. Но теоретическая информатика рассматривает их с определенной стороны – с позиции получения и использования информационного ресурса (ИР), то есть совокупности знаний и технических средств их обновления и совершенствования, форм и способов воздействия указанных систем на общественный прогресс, возможной их технологизации.

Рис.1.3. Классификация АИС по направлению деятельности

Теоретическая информатика изучает ИР, законы его функционирования и использования как движущей силы социального прогресса, а также общие, фундаментальные проблемы информационной технологии (ИТ).

Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, которые формируются с помощью специальных информационных систем (ИС) (управленческих, медицинских, обучающих, военных и других).

Дата добавления: 2014-12-29