Глава 1Представление информации в ЭВМ1.1. Информатика. Предмет информатики. Основные задачи информатикиЗадачи накопления (хранения), обработки и передачи информации стояли перед человечеством на всех этапах его развития. Каждому этапу соответствовал определенный уровень развития средств информационного труда, прогресс развития которых всякий раз придавал человеческому обществу новое качество. Ранее были выделены основные этапы обращения с информацией, и они являются общими для всех наук при обработке информации с помощью ЭВМ. Научным фундаментом для их решения стала такая наука, как информатика.Информатика комплексная научно-техническая дисциплина, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации, информационных процессов, разработкой на этой основе информационной техники и технологии, а также решением научных и инженерных проблем создания, внедрения и эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной практики.Истоки информатики можно искать в глубине веков. Много столетий тому назад потребность выразить и запомнить информацию привела к появлению речи, письменности, счета. Люди пытались изобретать, а затем совершенствовать способы хранения, обработки и распространения информации. До сих пор сохранились свидетельства попыток наших далеких предков сохранять информацию примитивные наскальные рисунки, записи на берестяной коре и глиняных дощечках, затем рукописные книги.Появление в ХVI веке печатного станка позволило значительно увеличить возможности человека обрабатывать и хранить нужные сведения. Это явилось важным этапом развития человечества. Информация в печатном виде была основным способом хранения и обмена и продолжала им оставаться вплоть до середины ХХ века. Только с появлением ЭВМ возникли принципиально новые, гораздо более эффективные способы сбора, хранения, обработки и передачи информации (рис.P1.1).Рисунок 1.1. Развитие способов хранения информацииРазвивались способы передачи информации. Примитивный способ передачи посланий от человека к человеку сменился более прогрессивной почтовой связью. Почтовая связь давала достаточно надежный способ обмена информацией. Однако не следует забывать, что таким образом могли передаваться только сообщения, написанные на бумаге. А главное скорость передачи сообщения была соизмерима только со скоростью передвижения человека. Изобретение телеграфа, телефона дало принципиально новые возможности обработки и передачи информации.Появление электронно-вычислительных машин позволило обрабатывать, а впоследствии и передавать информацию со скоростью, в несколько миллионов раз превышающей скорость обработки (рис.P1.2) и передачи информации человеком (рис.P1.3).Рисунок 1.2. Развитие способов обработки информацииРисунок 1.3. Развитие способов передачи информацииОснову современной информатики образуют три составные части, каждая из которых может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина (рис.P1.4).Теоретическая информатика часть информатики, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации и информационных процессов, разработкой общих принципов построения информационной техники и технологии. Она основана на использовании математических методов и включает в себя такие основные математические разделы, как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и др.).Средства информатизации (технические и программные)P раздел, занимающийся изучением общих принципов построения вычислительных устройств и систем обработки и передачи данных, а также вопросов, связанных с разработкой систем программного обеспечения.Информационные системы и технологии раздел информатики, связанный с решением вопросов анализа потоков информации, их оптимизации, структурирования в различных сложных системах, с разработкой принципов реализации в данных системах информационных процессов.Информатика находит широкое применение в различных областях современной жизни: в производстве, науке, образовании и других сферах деятельности человека.Развитие современной науки предполагает проведение сложных и дорогостоящих экспериментов, таких, как, например, при разработке термоядерных реакторов. Информатика позволяет заменить реальные эксперименты машинными. Это экономит колоссальные ресурсы, дает возможность обработать полученные результаты самыми современными методами. Кроме того, такие эксперименты занимают гораздо меньше времени, чем настоящие. А в некоторых областях науки, например, в астрофизике, проведение реального эксперимента просто невозможно. Здесь в основном все исследования проводятся посредством вычислительных и модельных экспериментов.Рисунок 1.4. Структура информатики как научной дисциплиныДальнейшее развитие информатики, как и любой другой науки, влечет за собой новые достижения, открытия, а следовательно, и новые области применения, которые, может быть, трудно сегодня предположить.Информатика очень широкая сфера научных знаний, возникшая на стыке нескольких фундаментальных и прикладных дисциплин.Как комплексная научная дисциплина информатика связана (рис.P1.5): Pс философией и психологией через учение об информации и теорию познания; Pс математикой через теорию математического моделирования, дискретную математику, математическую логику и теорию алгоритмов; Pс лингвистикой через учение о формальных языках и о знаковых системах; Pс кибернетикой через теорию информации и теорию управления; Pс физикой и химией, электроникой и радиотехникой через «материальную» часть компьютера и информационных систем.Рисунок 1.5. Связь информатики с другими наукамиРоль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. Она является научным фундаментом процесса информатизации общества. С ней связаны прогрессивное увеличение возможностей компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий, которые приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.Pд.Главная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера и в применении их при организации технологического процесса преобразования информации.Выполняя свою функцию, информатика решает следующие задачи: Pисследует информационные процессы в социальных системах; Pразрабатывает информационную технику и создает новейшие технологии преобразования информации на основе результатов, полученных в ходе исследования информационных процессов; Pрешает научные и инженерные проблемы создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.1.2. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информацииВся жизнь человека так или иначе связана с накоплением и обработкой информации, которую он получает из окружающего мира, используя пять органов чувств зрение, слух, вкус, обоняние и осязание. Как научная категория «информация» составляет предмет изучения для самых различных дисциплин: информатики, кибернетики, философии, физики, биологии, теории связи и т.Pд. Несмотря на это, строгого научного определения, что же такое информация, до настоящего времени не существует, а вместо него обычно используют понятие об информации. Понятия отличаются от определений тем, что разные дисциплины в разных областях науки и техники вкладывают в него разный смысл, с тем чтобы оно в наибольшей степени соответствовало предмету и задачам конкретной дисциплины. Имеется множество определений понятия информации от наиболее общего философского (информация есть отражение реального мира) до наиболее частного прикладного (информация есть сведения, являющиеся объектом переработки).Первоначально смысл слова «информация» (от лат. Informatio разъяснение, изложение) трактовался как нечто присущее только человеческому сознанию и общению: «знания, сведения, сообщения, известия, передаваемые людьми устным, письменным или другим способом».Информация не является ни материей, ни энергией. В отличие от них, она может возникать и исчезать.Особенность информации заключается в том, что проявляется она только при взаимодействии объектов, причем обмен информацией может совершаться не вообще между любыми объектами, а только между теми из них, которые представляют собой организованную структуру (систему). Элементами этой системы могут быть не только люди: обмен информацией может происходить в животном и растительном мире, между живой и неживой природой, людьми и устройствами.Информация наиболее важный ресурс современного производства: он снижает потребность в земле, труде, капитале, уменьшает расход сырья и энергии, вызывает к жизни новые производства, является товаром, причем продавец информации не теряет ее после продажи, может накапливаться.Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов «источника» информации и «приемника» (потребителя, адресата) информации.Информация передается от источника к приемнику в материально-энергетической форме в виде сигналов (например, электрических, световых, звуковых и т.Pд.), распространяющихся в определенной среде.Сигнал (от лат. signum знак)P физический процесс (явление), несущий сообщение (информацию) о событии или состоянии объекта наблюдения.Информация может поступать в аналоговом (непрерывном) виде или дискретно (в виде последовательности отдельных сигналов). Соответственно различают аналоговую и дискретную информацию.Понятие информации можно рассматривать с двух позиций: в широком смысле слова это окружающий нас мир, обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами; вPузком смысле слова информация это любые сведения, которые можно сохранить, преобразовать и передать.Информация специфический атрибут реального мира, представляющий собой его объективное отражение в виде совокупности сигналов и проявляющийся при взаимодействии с «приемником» информации, позволяющим выделять, регистрировать эти сигналы из окружающего мира и по тому или иному критерию их идентифицировать.Из этого определения следует, что: Pинформация объективна, так как это свойство материи отражение; Pинформация проявляется в виде сигналов и лишь при взаимодействии объектов; Pодна и та же информация различными получателями может быть интерпретирована по-разному в зависимости от «настройки» «приемника».Человек воспринимает сигналы посредством органов чувств, которые «идентифицируются» мозгом. Приемники информации в технике воспринимают сигналы с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. При этом приемник, обладающий большей чувствительностью при регистрации сигналов и более совершенными алгоритмами их обработки, позволяет получить большие объемы информации.Информация имеет определенные функции. Основными из них являются: Pпознавательная получение новой информации. Функция реализуется в основном через такие этапы обращения информации, как: Pее синтез (производство) Pпредставление Pхранение (передача во времени) Pвосприятие (потребление) Pкоммуникативная функция общения людей, реализуемая через такие этапы обращения информации, как: Pпередача (в пространстве) Pраспределение Pуправленческая формирование целесообразного поведения управляемой системы, получающей информацию. Эта функция информации неразрывно связана с познавательной и коммуникативной и реализуется через все основные этапы обращения, включая обработку.Без информации не может существовать жизнь в любой форме и не могут функционировать любые информационные системы, созданные человеком. Без нее биологические и технические системы представляют груду химических элементов. Общение, коммуникации, обмен информацией присущи всем живым существам, но в особой степени человеку. Будучи аккумулированной и обработанной с определенных позиций, информация дает новые сведения, приводит к новому знанию. Получение информации из окружающего мира, ее анализ и генерирование составляют одну из основных функций человека, отличающую его от остального живого мира.В общем случае роль информации может ограничиваться эмоциональным воздействием на человека, однако наиболее часто она используется для выработки управляющих воздействий в автоматических (чисто технических) и автоматизированных (человеко-машинных) системах. В подобных системах можно выделить отдельные этапы (фазы) обращения информации, каждый из которых характеризуется определенными действиями.Последовательность действий, выполняемых с информацией, называют информационным процессом.Основными информационными процессами являются: Pсбор (восприятие) информации; Pподготовка (преобразование) информации; Pпередача информации; Pобработка (преобразование) информации; Pхранение информации; Pотображение (воспроизведение) информации.Так как материальным носителем информации является сигнал, то реально это будут этапы обращения и преобразования сигналов (рис.P1.6).Рисунок 1.6. Основные информационные процессыНа этапе восприятия информации осуществляется целенаправленное извлечение и анализ информации о каком-либо объекте (процессе), в результате чего формируется образ объекта, проводятся его опознание и оценка. Главная задача на этом этапе отделить полезную информацию от мешающей (шумов), что в ряде случаев связано со значительными трудностями.На этапе подготовки информации осуществляется ее первичное преобразование. На этом этапе проводятся такие операции, как нормализация, аналого-цифровое преобразование, шифрование. Иногда этап подготовки рассматривается как вспомогательный на этапе восприятия. В результате восприятия и подготовки получается сигнал в форме, удобной для передачи, хранения или обработки.На этапе передачи информация пересылается из одного места в другое (от отправителя получателю адреса
Контрольные вопросы
1.4. Кодирование информации
1.3. Системы счисления
1.2. Понятие информации. Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации
1.1. Информатика. Предмет информатики. Основные задачи информатики
Физическая химия
Транспорт и авиация
Технические науки
Строительство и сопромат
Самосовершенствование
Радиоэлектроника
Научная литература - прочее
Литературоведение
Компьютеры и Интернет
Глава 1 Представление информации в ЭВМ / Основы информатики: Учебник для вузов
