ИНФОРМА́ТИКА (англ. informatics), наука об извлечении информации из сообщений, создании информационных ресурсов, программировании поведения машин и о других сущностях, связанных с построением и применением человеко-машинной среды решения задач моделирования, проектирования, взаимодействия, обучения и др. Изучает свойства информации, методы её извлечения из сообщений и представления в заданной форме; свойства, методы и средства информационного взаимодействия; свойства информационных ресурсов, методы и средства их создания, представления, сохранения, накопления, поиска, передачи и защиты; свойства, методы и средства построения и применения программируемых машин и человеко-машинной среды решения задач.

Научная продукция информатики

Научная продукция информатики служит методологическим основанием построения человеко-машинной среды решения задач (рис. 1), относящихся к различным областям деятельности .

Результаты исследований сущностей (в науке обычно называемых объектами) представлены их символьными и/или физическими моделями. Символьные модели – это описания добытых знаний [см. Символьное моделирование (s-моделирование)], а физические – прототипы изучаемых объектов, отражающие их свойства, поведение и др. Научный результат – модель системы знаний (или составляющая ранее определённой и опубликованной модели), описывающая совокупность объектов, включающую изучаемый объект, и связи между ними. Описание модели представлено в форме сообщения, рассчитанного на распознавание и интерпретацию научным сообществом. Значение результата зависит от предсказательной силы, воспроизводимости и применимости модели, а также от свойств сообщения, содержащего её описание.

Примерами результатов, сыгравших выдающуюся роль в методологическом обеспечении построения человеко-машинной среды решения задач, могут служить: изобретённая Дж. фон Нейманом модель цифровой электронной машины с хранимыми в общей памяти инструкциями программы и данными [известная как модель фон Неймана (the von Neumann model) и архитектура фон Неймана (the von Neumann architecture)] ; изобретённые создателем Веба (см. Всемирная паутина ) Т. Бернерс-Ли протокол HTTP (англ. HyperText Transfer Protocol – протокол передачи гипертекста ), являющийся протоколом прикладного уровня, определяющим правила передачи сообщений в гипермедийных (см. Мультимедиа ) системах, и унифицированный идентификатор ресурса URI (англ. Uniform Resource Identifier), ставший стандартом записи адреса ресурса, размещённого в сети Интернет . Трудно найти в наши дни (2017) область деятельности, где бы не применялась научная продукция информатики. На её основе созданы электронная почта, Веб, поисковые системы, IP-телефония, интернет вещей и другие интернет-сервисы (см. Интернет ); цифровая аудио-, фото- и видеозапись; системы автоматизированного проектирования (САПРы); компьютерные тренажёры и роботы (см. Компьютерное моделирование ), системы цифровой связи, навигационные системы, 3D-принтеры и др.

Основные понятия

Продолжающееся становление информатики сопровождается развитием её понятийного аппарата и уточнением предмета исследований. В 2006 в Институте проблем информатики Российской академии наук (ИПИ РАН) была создана новая область исследований – символьное моделирование произвольных объектов в человеко-машинной среде (сокращённо – с имвольное моделирование или s-моделирование). Один из первых научных проектов в этой области был посвящён методологии построения символьной модели системы знаний информатики в человеко-машинной среде. . В созданной в 2009 теории символьного моделирования (s-моделирования) была предложена очередная версия символьной модели ядра системы понятий информатики, включающего следующие понятия.

Сообщение (англ. message) рассматривается как конечная упорядоченная совокупность символов (визуальных, аудио- и др.; см. Символ в информатике) или её код (см. Код в информатике), удовлетворяющий протоколу взаимодействия источника с получателем. Существование сообщения предполагает наличие источника сообщения, получателя, носителя, среды передачи, средства доставки, протокола взаимодействия источника с получателем. В человеко-машинной среде решения задач (s-среде) люди с помощью программируемых машин (s-машин) формируют сообщения, представляя их на языках запросов, программирования и др.; выполняют различные преобразования (напр., из аналоговой формы в цифровую и обратно; из несжатой в сжатую и обратно; из одной формы представления документа в другую); распознают, используют сообщения для конструирования новых сообщений (программ, документов и др.); интерпретируют на моделях систем понятий (которые хранятся в памяти интерпретатора также в форме сообщений); обмениваются сообщениями, используя при этом программно-аппаратно реализованные системы правил (сетевые протоколы, см. Компьютерная сеть ); сохраняют и накапливают сообщения (создавая электронные библиотеки, энциклопедии и другие информационные ресурсы), решают задачи поиска и защиты сообщений.

Интерпретатор сообщения изучается как построитель выходного сообщения по входному в соответствии с заданной системой правил интерпретации. Необходимым условием построения интерпретатора сообщений является существование моделей входного и выходного языков, а также моделей систем понятий, на которых должны интерпретироваться сообщения, составленные на входном и выходном языках.

Данные (англ. data) – сообщение, необходимое для решения некоторой задачи или совокупности задач, представленное в форме, рассчитанной на распознавание, преобразование и интерпретацию решателем (программой или человеком). Человек воспринимает данные (текст, изображения и др.) в символьной форме, а программа компьютера или компьютерного устройства (смартфона, цифровой фотокамеры и др.) – в кодовой.

Информация (англ. information) изучается как результат интерпретации сообщения на модели системы понятий [см. Символьное моделирование (s-моделирование)]. Для извлечения информации из сообщения необходимо иметь принятое сообщение, представленное в форме, рассчитанной на распознавание и интерпретацию получателем сообщения; хранящиеся в памяти интерпретатора модели систем понятий, среди которых – необходимая для интерпретации принятого сообщения; механизмы поиска необходимой модели, интерпретации сообщения, представления результата интерпретации в виде, рассчитанном на получателя (рис. 2).

Например, результат интерпретации сообщения ma , представленного на языке a , полученный переводчиком (человеком или роботом) в виде сообщения mb на языке b , – информация, извлечённая из сообщения ma .

Программируемая задача (s-задача) рассматривается как набор {Formul , Rulsys , Alg , Prog }, где Formul – постановка задачи; Rulsys – множество систем обязательных и ориентирующих правил решения задачи , поставленных в соответствие Formul ; Alg – объединение множеств алгоритмов, каждое из которых соответствует одному элементу из Rulsys ; Prog – объединение множеств программ, каждое из которых поставлено в соответствие одному из элементов Alg . Для каждого элемента из Rulsys , Alg и Prog должно быть задано описание применения. Описания применения элементов Rulsys включают спецификацию типа решателя задачи (автономная s-машина, сетевая кооперация s-машин, кооперация «человек – s-машина» и др.), требование к информационной безопасности и др. Описания применения элементов из Alg включают данные о допустимых режимах работы решателя задачи (автоматический локальный, автоматический распределённый, интерактивный локальный и др.), о требованиях к полученному результату и др. Описания применения программ включают данные о языках реализации, операционных системах и др.

Алгоритм – формализованное описание конечного набора шагов решения задачи, соответствующего одному из элементов Rulsys и позволяющего поставить в однозначное соответствие заданному набору входных данных результирующий набор выходных данных.

Программа – алгоритм, реализованный на языке программирования высокого уровня, машинно-ориентированном языке и/или в системе машинных команд. Представлена в форме сообщения, определяющего поведение s-машинного решателя задачи с заданными свойствами. Существует в символьном, кодовом и сигнальном воплощениях, связанных отношениями трансляции (см. Компилятор в информатике).

Символ (англ. symbol) – заменитель природного или изобретённого объекта, обозначающий этот объект и являющийся элементом определённой системы построения символьных сообщений (текстов, нотных записей и др.), рассчитанных на восприятие человеком или роботом. Например, русский алфавит – система текстовых символов; буква А в этой системе – символ, заменяющий соответствующий звук из системы речевых аудиосимволов русского языка; букве А соответствует тактильный фактурный символ (воспринимаемый осязанием пальцами рук) в системе представления текстовых сообщений для слепых, известной как система Брайля (см. Брайлевский шрифт ). Множество визуальных, аудио- и других символов, выбранных для построения сообщений определённого типа, рассматривается как множество элементарных конструктивных объектов, каждый из которых наделён набором атрибутов и совокупностью допустимых операций. Создание конструкций из элементов этого множества определено системой правил построения символьных моделей [подробнее см. в статье Символ в информатике (s-символ)].

Код (англ. code) – заменитель символа или символьного сообщения, используемый для их представления в компьютерах, смартфонах и других программируемых машинах и предназначенный для построения, сохранения, передачи и интерпретации символьных сообщений [подробнее см. в статье Код в информатике (s-код )].

Сигнал (англ. signal) – оптическое, звуковое или другое воздействие, воспринимаемое органами чувств человека или сенсорами машины, либо представление кода в виде частоты электромагнитного излучения, композиций значений электрического напряжения, либо другое, рассчитанное на восприятие аппаратными средствами машины (например, центральным процессором компьютера, микропроцессором автомобильного навигатора). Символы, коды и сигналы связаны между собой отношениями преобразования. Каждому символу и символьной конструкции, рассчитанным на восприятие человеком или роботом, могут быть поставлены в однозначное соответствие коды, предназначенные для манипулирования ими с помощью программных средств компьютеров и компьютерных устройств.

Модель системы понятий. S-модель Cons системы понятий рассматривается как пара {ConsSet , ConsRel }, где ConsSet – множество понятий; ConsRel – семейство связей, заданных на ConsSet . Определение системы понятий – описание её модели, сопровождаемое указанием области применимости. Описание представлено в форме сообщения, рассчитанного на интерпретацию получателем, представление, сохранение, распространение, накопление и поиск в человеко-машинной среде интеллектуальной деятельности. В систему понятий, считающуюся определённой, не должны входить понятия, не имеющие определений (и при этом не относящиеся к понятиям-аксиомам). Определение области применимости модели – описание типов корреспондента (кому адресовано определение), цели, в процессе достижения которой определение имеет смысл (классы задач, при изучении которых определение может быть полезно), стадии, на которой целесообразно использовать определение (концепция, методология решения и т. д.).

Модель системы знаний. Понятие «знать» в s-моделировании [см. Символьное моделирование (s-моделирование)] определено как состояние получателя сообщения, когда выходное сообщение, полученное в результате интерпретации входного, распознаётся как уже известное и не требует изменений в моделях систем понятий, хранящихся в памяти получателя сообщения. Понятие «знание» определено как комплексное умение извлекать информацию из сообщений, содержащих условия задач определённого класса (это могут быть задачи распознавания образов, перевода с одного языка на другой или иные классы задач). S-модель системы знаний рассматривается как триада {Cons , Lang , Interp }, где Cons – s-модель системы понятий; Lang – s-модель совокупности языков сообщений, интерпретируемых на Cons ; Interp – s-модель совокупности интерпретаторов на Cons сообщений, составленных на языках из Lang .

Интерпретация сообщения на модели Cons включает:

1) построение выходного сообщения (извлечение информации) по заданному входному (сообщения представлены на языках из совокупности Lang );

2) анализ выходного сообщения (требуются ли изменения в модели Cons );

3) если требуется, то изменение модели Cons ; если нет – завершение.

Например, мозговым центром современной системы автоматизированного проектирования (САПР) является система знаний. От того, насколько она удачно построена, зависит продуктивность проектирования.

Программируемая машина (s-машина) – программно-аппаратное сооружение для решения задач. Суперкомпьютеры, мейнфреймы, персональные компьютеры, ноутбуки, смартфоны, навигаторы, цифровые фото- и видеокамеры – всё это s-машины. Клавиатуры, мыши, трекболы, тачпады и другие устройства ввода – составляющие s-машин, выполняющие преобразования символов в коды, воспринимаемые драйверами (см. Драйвер в информатике) соответствующих устройств. Мониторы персональных компьютеров, дисплеи ноутбуков, навигаторов и др. выполняют преобразования кодов, порождаемых видеоконтроллерами, в символьные композиции, рассчитанные на зрительный канал человека.

(s-среда) – объединение компьютерных сетей и отдельных программируемых машин, используемых для решения различных задач. Средство информатизации различных видов деятельности. S-среда должна обеспечивать представление цифровых кодов символьных моделей и манипулирование такими кодами с помощью s-машин. В основе современных цифровых технологий связи, автоматизированного проектирования и др. лежит идея, замечательная по последствиям своей реализации, – свести всё символьное многообразие к цифровым кодам [а каждый из них – к единому коду (до сих пор им остаётся двоичный код)] и поручить работу с кодами программируемым машинам, объединённым в человеко-машинную среду решения задач.

Информационное взаимодействие в s-среде (рис. 3) изучается как совокупность интерфейсов типа «человек – человек», «человек – программа», «человек – аппаратное средство программируемой машины», «программа – программа», «программа – аппаратное средство» (см. Интерфейс Порт в информатике). Человек воспринимает входные аналоговые сигналы (световые, звуковые и др.) с помощью зрительного, слухового и других входных устройств биоинтеллекта (биологической системы, обеспечивающей функционирование интеллекта). Интересующие его сигналы он преобразует в символьные визуальные, аудио- и другие конструкции, используемые в процессах мышления. Выходные сигналы биоинтеллекта реализуются посредством жестов (например, используемых при вводе с клавиатуры и мыши), речи и др. . Входом и выходом программ служат коды входных данных и результата (см. Код в информатике), а входом и выходом аппаратных средств – сигналы. Входные аналоговые сигналы преобразуются в цифровые с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП), а выходные цифровые – в аналоговые с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

В современной (2017) s-среде природные средства восприятия сигналов человеком, их обработки и сохранения дополнены изобретёнными: цифровыми фото- и видеокамерами, смартфонами и др. Широко известная часть технологий информационного взаимодействия представлена быстро развивающимися Интернет-сервисами. Для взаимодействия между людьми используются электронная почта (англ. e-mail), различные виды интернет-связи [интернет-телефонии (IP-телефония); например реализованной в интернет-сервисе Skype; мессенджеры (англ. messenger – связной); например интернет-сервис Telegram)], социальные сети (англ. social networks) и др. Для взаимодействия используемых людьми вещей (систем освещения, поддержания температуры и др.) между собой и с внешней средой применяются информационные технологии «интернета вещей» (см. Интернет ).

Классы базовых задач

На основании изучения свойств и закономерностей символьного моделирования (s-моделирования) определены следующие классы базовых задач информатики .

Представление моделей произвольных объектов , рассчитанных на восприятие человеком и программируемыми машинами, связано с изобретением языков сообщений, удовлетворяющих определённым требованиям. В этом классе изучаются системы символов и кодов, используемые соответственно в человеко- и машинно-ориентированных языках. К первым отнесены языки спецификации, программирования, запросов, ко вторым – системы машинных команд. Этот класс включает также задачи представления данных. В него входят задачи представления моделей систем понятий, на которых интерпретируются сообщения. На верхнем уровне задачной иерархии этого класса находится представление моделей систем знаний.

Преобразование типов и форм представления символьных моделей позволяет устанавливать соответствия между моделями. Задачи преобразования типов (например, речевой в текстовый и обратно) и форм (например, аналоговой в цифровую и обратно; несжатой в сжатую и обратно; *.doc в *.pdf) – необходимое дополнение к задачам представления моделей.

Распознавание сообщения предполагает необходимость его представления в формате, известном получателю. При выполнении этого условия для распознавания сообщения решаются задачи сопоставления с моделями-образцами, либо сопоставления свойств распознаваемой модели со свойствами моделей-образцов. Например, в задаче биометрической идентификации человека его биометрические данные (входное сообщение) сопоставляются с биометрическим образцом из базы данных биометрической системы.

Конструирование моделей систем понятий, систем знаний, интерпретаторов сообщений на моделях систем понятий; моделей задач, технологий программирования, взаимодействия в s-среде; моделей архитектур s-машин, компьютерных сетей, сервис-ориентированных архитектур; моделей сообщений и средств их построения, документов и документооборота. На верхнем уровне иерархии этого класса находятся задачи конструирования моделей s-среды и технологий символьного моделирования.

Интерпретация сообщений (извлечение информации) предполагает существование принятого сообщения, модели системы понятий, на которой оно должно интерпретироваться, и механизма интерпретации. Решение задач в человеко-машинной среде – интерпретация исходных данных (входное сообщение) на модели системы понятий, представленной в алгоритме. Результат решения – выходное сообщение (информация, извлечённая из входного сообщения). Если интерпретатором служит исполняемая программа, то исходные данные, программа и результат решения задачи представлены соответствующими кодами (см. Код в информатике). Для микропроцессора программируемой машины сообщения, подлежащие интерпретации, и результаты интерпретации представлены сигналами, соответствующими кодам машинных команд и данных. Например, при съёмках цифровой фотокамерой сообщение (в виде светового сигнала) воздействует на светочувствительную матрицу, распознаётся ею, а затем преобразуется в цифровой код изображения, который интерпретируется программой, улучшающей качество изображения. Полученный результат преобразуется и записывается (на встроенный накопитель камеры или карту памяти) как графический файл .

Обмен сообщениями: изучаются задачи построения интерфейсов типа «человек – человек», «человек – программа», «человек – аппаратное средство программируемой машины», «программа – программа», «программа – аппаратное средство» (см. Интерфейс в информатике), «аппаратное средство – аппаратное средство» (см. Порт в информатике); задачи обмена сообщениями в человеко-машинной среде решения задач (с типизацией отправителей и получателей; средств отправки, передачи и получения сообщений; сред передачи сообщений). Изобретаются системы правил обмена сообщениями (сетевые протоколы); архитектуры сетей; системы документооборота. Например, сообщениями обмениваются процессы операционных систем (ОС), программы s-машин в компьютерной сети, пользователи электронной почты и др.

Сохранение, накопление и поиск сообщений: изучаются и типизируются память и накопители, механизмы управления ими; формы сохранения и накопления; носители, методы сохранения, накопления и поиска; базы данных и библиотеки программ. Изучаются модели предмета поиска (по образцу, по признакам, по описанию свойств) и методов поиска.

Информационная защита: изучаются задачи предотвращения и обнаружения уязвимостей, контроля доступа, защиты от вторжений, вредоносных программ, перехвата сообщений и несанкционированного применения.

Области исследований

Наиболее важные научные идеи, влияющие на развитие информатики, воплощены в методологическом обеспечении построения средств поддержки процессов познания, информационного взаимодействия и автоматизированного решения различных задач. На современном этапе (2017) развития информатики актуальными являются следующие взаимосвязанные комплексы областей исследований.

Автоматизация вычислений (вычисления с помощью программируемых машин): изучаются модели, архитектуры и системы команд программируемых машин; алгоритмизация программируемых задач [алгоритмы и структуры данных, распределённые алгоритмы (Distributed Algorithms), рандомизированные алгоритмы (Randomized Algorithms) и др.]; распределённые вычисления (Distributed Computing), облачные вычисления (Cloud Computing); сложность и ресурсоёмкость вычислений.

Программирование: изучаются системы текстовых символов и кодов; языки программирования и спецификации задач; трансляторы; библиотеки программ; системное программирование; операционные системы; инструментальные системы программирования; системы управления базами данных; технологии программирования; онлайн-сервисы решения задач и др.

Человеко-машинная среда решения задач (s-среда): изучаются модели, методы и средства построения s-среды, компьютерных сетей, сетей цифровой связи, Интернета.

Восприятие и представление сообщений, взаимодействие в s-среде: изучаются модели, методы и средства восприятия и представления визуальных, аудио, тактильных и др. сообщений; компьютерное зрение, слух и др. искусственные сенсоры; формирование аудио-, визуальных, тактильных и др. сообщений (включая комбинированные), рассчитанных на человека и робота-партнёра; распознавание аудио, визуальных и др. сообщений (речи, жестов и др.); обработка изображений, компьютерная графика, визуализация и др.; обмен сообщениями (модели сообщений, методы и средства их приёма и передачи); интерфейсы пользователя, программ, аппаратных средств, программ с аппаратными средствами; онлайн-сервисы взаимодействия (мессенджеры, социальные сети и др.).

Информационные ресурсы и системы для решения задач в s-среде: изучаются модели, методы и средства построения, представления, сохранения, накопления, поиска, передачи и защиты информационных ресурсов; электронный документооборот; электронные библиотеки и другие информационные системы; Веб (см. Всемирная паутина ).

Информационная безопасность и криптография: изучаются методы предотвращения и обнаружения уязвимостей; контроля доступа; защиты информационных систем от вторжений, вредоносных программ, перехвата сообщений; несанкционированного использования информационных ресурсов, программных и аппаратных средств.

Искусственный интеллект: изучаются модели, методы и средства построения интеллектуальных роботов, используемых в качестве партнёров человека (для решения задач безопасности, ситуационного управления и др.); экспертные методы принятия решений.

Символьное моделирование: изучаются системы визуальных, аудио-, тактильных и других символов, рассматриваемых как конструктивные объекты для построения рассчитанных на человека моделей произвольных сущностей (систем понятий и систем знаний, объектов окружающей среды и объектов, изобретённых людьми); системы кодов, поставленные в соответствие системам символов, которые предназначены для построения кодовых эквивалентов символьных моделей, рассчитанных на манипулирование с помощью программ; языки описания символьных моделей; типизация символьных моделей и их кодовых эквивалентов; методы построения символьных моделей систем понятий и систем знаний (включая системы знаний о программируемых задачах) [подробнее см. в статье Символьное моделирование (s-моделирование)].

Становление информатики

Символьное моделирование изучаемых объектов издавна служит основным инструментом представления добытых знаний. Изобретение символов (жестовых, графических и др.) и построенных из них символьных моделей сообщений, представление и накопление таких моделей во внешней среде стали ключевыми средствами формирования и развития интеллектуальных способностей. Доминирующая роль символьных моделей в интеллектуальной деятельности определяется не только их компактностью и выразительностью, но и тем, что не существует ограничений на типы носителей, применяемых для их хранения. Носителями могут быть память человека, бумажный лист, матрица цифровой фотокамеры, память цифрового диктофона или ещё что-то. Затраты на построение, копирование, передачу, сохранение и накопление символьных моделей несопоставимо меньше, чем аналогичные затраты, связанные с несимвольными моделями (например, макетами судов, зданий и др.). Без инструментария символьного моделирования трудно представить развитие науки, инженерного дела и др. видов деятельности.

На ранних этапах развития моделирования разнообразие моделируемых объектов ограничивалось тем, что принято называть объектами окружающей среды, и модели этих объектов были физическими. Развитие звуковых, жестовых и других средств символьного моделирования смыслов, вызванное потребностями сообщать об опасности, размещении объектов охоты и других объектах наблюдения, способствовало совершенствованию механизмов познания, взаимопонимания и обучения. Стали формироваться языки сообщений, включающие звуковые и жестовые символы. Стремление моделировать поведение (включая собственное) поставило новые задачи. Можно предположить, что изначально это стремление было связано с обучением рациональному поведению на охоте, в быту, при стихийных бедствиях. На определённом этапе задумались о создании таких средств моделирования, которые позволяли бы строить модели, допускающие их хранение, копирование и передачу.

Стремление повысить эффективность пояснений, сопровождающих показ, приводило к совершенствованию понятийного аппарата и средств его речевого воплощения. Развитие символьных моделей в виде графических схем и совершенствование речи привели к графической модели речи. Была создана письменность. Она стала не только важным этапом в становлении символьного моделирования, но и мощным инструментом в развитии интеллектуальной деятельности. Теперь описания объектов моделирования и связей между ними могли быть представлены композициями текстов, схем и рисунков. Был создан инструментарий для отображения наблюдений, рассуждений и планов в виде символьных моделей, которые можно было хранить и передавать. Актуальными стали задачи изобретения носителей, инструментов для письма и создания изображений, красящих средств и др. Это были первые задачи на пути построения среды символьного моделирования.

Важный этап в графическом моделировании связан с моделями схематических изображений (прародителей чертежей) – основы проектирования. Представление проектируемого трёхмерного объекта в трёх двумерных проекциях, на которых показаны размеры и наименования деталей, сыграло решающую роль в развитии инженерного дела. На пути от рукописных текстов, рисунков и схем к книгопечатанию и графическим моделям в проектировании, от звукозаписи, фотографии и радио к кино и телевидению, от компьютеров и локальных сетей к глобальной сети, виртуальным лабораториям и дистанционному образованию постоянно растёт роль символьных моделей, которые человек создаёт с помощью машин.

Продуктивность решателей задач – ключевая проблема производительности интеллектуальной деятельности, постоянно находящаяся в центре внимания изобретателей. Потребность в количественных оценках материальных объектов издавна стимулировала изобретение систем звуковых, жестовых, а затем и графических символов. Какое-то время обходились правилом: каждой величине – свой символ. Счёт с использованием камешков, палочек и других предметов (предметный счёт) предшествовал изобретению символьного счёта (на основе графического представления величин). По мере увеличения числа предметов, которые надо было применять, актуализировалась задача символьного представления величин. Формирование понятия «числа» и идея экономии символов при моделировании чисел привела к изобретению систем счисления. Особого упоминания заслуживает идея позиционных систем счисления, одной из которых (двоичной) в 20 в. суждено было сыграть ключевую роль в изобретении цифровых программируемых машин и цифровом кодировании символьных моделей. Изменение значения символа с изменением его позиции в последовательности символов – весьма продуктивная идея, обеспечившая продвижение в изобретении вычислительных устройств (от абака до компьютера ) .

Средства повышения продуктивности решателей задач. В 1622 –33 английский учёный Уильям Отред предложил вариант логарифмической линейки , ставший прототипом логарифмических линеек, которыми инженеры и исследователи всего мира пользовались более 300 лет (до того, как стали доступны персональные ЭВМ). В 1642 Б. Паскаль , стремясь помочь отцу в расчётах при сборе налогов, создаёт пятиразрядное суммирующее устройство (« Паскалину » ), построенное на основе зубчатых колёс. В последующие годы им были созданы шести- и восьмиразрядные устройства, которые были предназначены для суммирования и вычитания десятичных чисел. В 1672 немецкий учёный Г. В. Лейбниц создаёт цифровой механический калькулятор для арифметических операций над двенадцатиразрядными десятичными числами. Это был первый калькулятор, выполнявший все арифметические операции. Механизм, названный «Колесо Лейбница», вплоть до 1970-х гг. воспроизводился в различных ручных калькуляторах. В 1821 начался промышленный выпуск арифмометров. В 1836–48 Ч. Бэббидж выполнил проект механической десятичной вычислительной машины (названной им аналитической машиной), которую можно рассматривать как механический прототип будущих вычислительных машин. Программа вычислений, данные и результат записывались на перфокартах. Автоматическое выполнение программы обеспечивало устройство управления. Машина не была построена. В 1934 – 38 К. Цузе создал механическую двоичную вычислительную машину (длина слова – 22 двоичных разряда; память – 64 слова; операции с плавающей запятой). Вначале программа и данные вводились вручную. Примерно через год (после начала проектирования) было сделано устройство ввода программы и данных с перфорированной киноленты, а механическое арифметическое устройство (АУ) было заменено на АУ, построенное на телефонных реле. В 1941 Цузе с участием австрийского инженера Г. Шрайера создаёт первую в мире работающую полностью релейную двоичную вычислительную машину с программным управлением (Z3). В 1942 Цузе создал также и первую в мире управляющую цифровую вычислительную машину (S2), которая использовалась для управления самолётами-снарядами. Из-за секретности работ, выполненных Цузе, об их результатах стало известно только после окончания 2-й мировой войны . Первый в мире язык программирования высокого уровня Планкалкюль (нем. Plankalkül – план исчисления) был создан Цузе в 1943–45, опубликован в 1948. Первые цифровые электронные вычислительные машины, начиная с американского компьютера ЭНИАК [(ENIAC – Electronic Numerical Integrator and Computer – электронный числовой интегратор и вычислитель); начало разработки – 1943, представлен публике в 1946], создавались как средства автоматизации математических вычислений.

Создание науки о вычислениях с помощью программируемых машин. В сер. 20 в. началось производство цифровых вычислительных машин, которые в США и Великобритании были названы компьютерами (computers), а в СССР – электронными вычислительными машинами (ЭВМ). С 1950-х гг. в Великобритании и с 1960-х – в США стала развиваться наука о вычислениях с помощью программируемых машин, получившая название Computer Science (компьютерная наука). В 1953 в Кембриджском университете была сформирована программа по специальности Computer Science; в США аналогичная программа введена в 1962 в Университете Пердью (Purdue University).

В Германии Computer Science получила название Informatik (информатика). В СССР область исследований и инженерного дела, посвящённая построению и применению программируемых машин, получила название «вычислительная техника». В декабре 1948 И. С. Брук и Б. И. Рамеев получили первое в СССР авторское свидетельство на изобретение автоматической цифровой машины. В 1950-е гг. было создано первое поколение отечественных ЭВМ (элементная база – электронные лампы): 1950 – МЭСМ (первая советская электронная вычислительная машина, разработанная под руководством С. А. Лебедева ); 1952 – М-1, БЭСМ (по 1953 самая быстродействующая ЭВМ в Европе); 1953 – « Стрела » (первая в СССР серийно выпускавшаяся ЭВМ); 1955 – «Урал-1 » из семейства «Урал » цифровых ЭВМ общего назначения (главный конструктор Б. И. Рамеев).

Совершенствование методов и средств автоматизации. С ростом доступности ЭВМ для пользователей из различных областей деятельности, начавшимся в 1970-х гг., наблюдается убывание доли математических задач, решаемых с помощью ЭВМ (изначально созданных как средства автоматизации математических вычислений), и рост доли нематематических задач (коммуникационных, поисковых и др.). Когда во второй половине 1960-х гг. стали производиться компьютерные терминалы с экранами, начались разработки программ экранных редакторов, предназначенных для ввода, сохранения и коррекции текста с отображением его на полном экране [одним из первых экранных редакторов стал O26, созданный в 1967 для операторов консоли компьютеров серии CDC 6000; в 1970 был разработан vi – стандартный экранный редактор для ОС Юникс (Unix) и Линукс (Linux)]. Применение экранных редакторов не только увеличило производительность труда программистов, но и создало предпосылки для существенных перемен в инструментарии автоматизированного построения символьных моделей произвольных объектов. Например, использование экранных редакторов для формирования текстов различного назначения (научных статей и книг, учебных пособий и др.) уже в 1970-е гг. позволило значительно увеличить производительность создания текстовых информационных ресурсов. В июне 1975 американский исследователь Алан Кей [создатель языка объектно-ориентированного программирования Смолток (Smalltalk) и один из авторов идеи персонального компьютера] в статье «Personal Computing» (« Персональные вычисления » ) написал: «Представьте себя обладателем автономной машины знаний в портативном корпусе, имеющем размер и форму обычного блокнота. Как бы вы стали использовать её, если бы её сенсоры превосходили ваше зрение и слух, а память позволяла хранить и извлекать при необходимости тысячи страниц справочных материалов, стихов, писем, рецептов, а также рисунки, анимации, музыкальные произведения, графики, динамические модели и что-то ещё, что вы хотели бы создать, запомнить и изменить?» . Это высказывание отражало совершившийся к тому времени поворот в подходе к построению и применению программируемых машин: от средств автоматизации в основном математических вычислений к средствам решения задач из различных областей деятельности. В 1984 компания « Kurzweil Music Systems » (KMS), созданная американским изобретателем Реймондом Курцвейлом, произвела первый в мире цифровой музыкальный синтезатор Kurzweil 250. Это был первый в мире специализированный компьютер, который жестовые символы, вводимые с клавиатуры, преобразовывал в музыкальные звуки.

Совершенствование методов и средств информационного взаимодействия. В 1962 американские исследователи Дж. Ликлайдер и У. Кларк опубликовали доклад о человеко-машинном взаимодействии в режиме онлайн . В докладе содержалось обоснование целесообразности построения глобальной сети как инфраструктурной платформы, обеспечивающей доступ к информационным ресурсам, размещённым на компьютерах, подключённых к этой сети. Теоретическое обоснование пакетной коммутации при передаче сообщений в компьютерных сетях было дано опубликованной в 1961 в статье американского учёного Л. Клейнрока. В 1971 Р. Томлинсон (США) изобрёл электронную почту , в 1972 этот сервис был реализован. Ключевым событием в истории создания Интернета стало изобретение в 1973 американскими инженерами В. Серфом и Р. Каном протокола управления передачей – TCP . В 1976 они продемонстрировали передачу сетевого пакета по протоколу TCP. В 1983 г. семейство протоколов TCP/IP было стандартизовано. В 1984 создана система доменных имён (DNS – Domain Name System) (см. Домен в информатике). В 1988 разработан протокол чата [интернет-сервиса обмена текстовыми сообщениями в реальном времени (IRC – Internet Relay Chat)]. В 1989 реализован проект Веба (см. Всемирная паутина ), разработанный Т. Бернерс-Ли . 6.6.2012 – знаменательный день в истории Интернета: крупные интернет-провайдеры, производители оборудования для компьютерных сетей и веб-компании стали использовать протокол IPv6 (наряду с протоколом IPv4), практически решив проблему дефицита IP-адресов (см. Интернет ). Высокому темпу развития Интернета способствует то, что со времени его зарождения профессионалы, занимающиеся научно-техническими задачами построения Интернета, без задержек обмениваются идеями и решениями, используя его возможности. Интернет стал инфраструктурной платформой человеко-машинной среды решения задач. Он служит коммуникационной инфраструктурой электронной почты , Веба, поисковых систем, интернет-телефонии (IP-телефонии) и других интернет-cервисов, применяемых при информатизации образования, науки, экономики, государственного управления и других видов деятельности. Созданные на основе Интернета электронные сервисы сделали возможным успешное функционирование разнообразных коммерческих и некоммерческих интернет-образований: интернет-магазинов, социальных сетей [Фейсбук (Facebook), ВКонтакте, Твиттер (Twitter) и др.], поисковых систем [Гугл (Google), Яндекс (Yandex) и др.], энциклопедических веб-ресурсов [Википедия (Wikipedia), Webopedia и др.], электронных библиотек [Всемирная цифровая библиотека (World Digital Library), Научная электронная библиотека eLibrary и др.], корпоративных и государственных информационных порталов и др.

Начиная с 2000-х гг., интенсивно растёт число интернет-решений – «умный дом» (Smart House), «умная энергосистема» (Smart Grid) и др., воплощающих концепцию «интернета вещей» (The Internet of Things). Успешно развиваются М2М-решения (M2M – Machine-to-Machine), основанные на информационных технологиях межмашинного взаимодействия и предназначенные для мониторинга датчиков температуры, счётчиков электроэнергии, воды и др.; отслеживания местоположения подвижных объектов на основе систем ГЛОНАСС и GPS (см. Спутниковая система позиционирования ); контроля доступа на охраняемые объекты и др.

Официальное оформление информатики в СССР. Официальное оформление информатики в СССР произошло в 1983, когда в составе Академии наук СССР было образовано Отделение информатики, вычислительной техники и автоматизации. В его состав вошли созданный в том же году Институт проблем информатики АН СССР, а также Институт прикладной математики АН СССР, Вычислительный центр АН СССР, Институт проблем передачи информации АН СССР и ряд других институтов. На первом этапе основными считались исследования в области технических и программных средств массовой вычислительной техники и систем на их основе. Полученные результаты должны были стать основанием для создания семейства отечественных персональных ЭВМ (ПЭВМ) и их применения для информатизации научной, образовательной и других актуальных видов деятельности.

Проблемы и перспективы

Методологическое обеспечение построения персональной s-среды. В ближайшие годы одно из актуальных направлений методологического обеспечения совершенствования s-среды будет связано с созданием персонализируемых систем решения задач, аппаратные средства которых размещаются в экипировке пользователя. Скорости передовых технологий беспроводной связи уже достаточны для решения многих задач на основе интернет-сервисов. Ожидается, что до 2025 скорости и распространённость беспроводных технологий связи достигнут таких уровней, при которых часть проводных интерфейсов наших дней будет вытеснена беспроводными. Снижение цен на интернет-сервисы также будет способствовать продвижению технологий персонализации s-среды пользователя. Актуальными проблемами, связанными с персонализацией s-среды, являются: создание более совершенных символьных и кодовых систем; программно-аппаратное преобразование аудио- и тактильных сообщений, отправляемых человеком, в графические, представленные композицией текста, гипертекста, специальных символов и изображений; технологическое совершенствование и унификация беспроводных интерфейсов [прежде всего видео-интерфейсов (вывод по выбору пользователя: на специальные очки, экраны монитора, телевизора или другого устройства видео-вывода)].

Методологическое обеспечение построения персональной s-среды должно опираться на результаты исследований в области искусственного интеллекта, направленных на построение не машинного имитатора интеллекта человека, а интеллектуального партнёра, управляемого человеком. Развитие технологий построения персональной s-среды предполагает усовершенствование методологий дистанционного обучения, взаимодействия и др.

Формирование информатики как науки происходило в XX веке и было связано с развитием вычислительной техники.

Понятие "информатика" возникло в 60-х годах во Франции. Так решили назвать область знаний, изучающую применение электронных вычислительных машин для автоматизации обработки данных. Слово "информатика" образовано из двух слов "информация" и "автоматика".

В англоязычных странах, особенно в США, вместо термина "informatics" обычно используют "computer science", то есть компьютерная наука.

Хотя понятия "информатика" и "компьютерная наука" можно считать синонимами, второй появился раньше, в начале 40-х годов XX века. Компьютерная наука представляла собой соединение возможностей электронно-вычислительных машин (ЭВМ) того времени, математической логики и теории алгоритмов.

В дальнейшем в компьютерной науке появлялись новые направления. Это было связано с усовершенствованиями ЭВМ, которые позволили использовать их в более широком спектре областей человеческой деятельности.

Хотя информатика делает акцент на обработке информации, ее появление и развитие неразрывно связаны с существованием компьютерной техники. Об информатике как о научной дисциплине наряду с другими науками заговорили в 70-80-х года XX века, когда вычислительные машины стали более доступными для разнообразной публики.

Изначально компьютер был инструментом для автоматизации трудоемких вычислений. Однако постепенно эволюционировал в инструмент для работы с почти любой информацией, а не только числовой. На сегодняшний день существует огромное количество программ и приложений, предназначенных для работы с текстом, графикой, таблицами, базами данных и многим другим.

Из информатики начали выделяться отдельные научные направления. Так как материальный мир разнообразен, и существует множество сфер человеческой деятельности, то предмет изучения информатики также весьма неоднороден. Поэтому информатику можно рассматривать как комплексную науку, что затрудняет ее однозначное определение.

В 80-х годах Е.П. Ершов дал ей такое определение:

Информатика – это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

Информатика тесно связана с математикой, так как опирается на ее достижения. Это объясняется тем, что объекты естественных и технических наук, а также социальные явления можно описать с помощью понятий математики – функций, систем уравнений, неравенств и другого.

С другой стороны, предмет изучения информатики – информация – кроме прочего является общенаучным и социальным понятием.

По-сути задачей информатики является изучение способов использования научных и технических достижений для обработки данных разной природы. Цивилизация в XX веке пришла к тому рубежу накопления данных, когда возникла проблема их хранения, использования, доступа, передачи, преобразования. Компьютерная наука изучает решение этих проблем с помощью вычислительной техники.

В настоящее время активно протекают процессы, связанные с переводом информации, накопленной цивилизацией, в электронный вид. Можно ожидать, что многие объекты реального мира в скором времени обретут свой цифровой аналог.

Развиваемые компетенции:

знать

• определения и виды информации;
• основные меры и единицы измерения информации;

уметь

Выбирать способ измерения информации для конкретной задачи;

владеть

• вопросами истории развития информатики как научного направления;
• вопросами структуризации информатики;
• знаниями законов диалектики в применении к понятию логической информации.

Общепризнано, что роль информатизации возрастает, особенно в связи с переходом на следующую ступень цивилизации – информационное общество. В то же время, несмотря на достаточно длительный период осмысления понятий "информация" и "информатика", все еще не существует единой трактовки этих понятий. Поэтому в данной главе приводятся некоторые сведения из истории развития термина "информатика" (параграф 1.1), дастся представление об информации и ее основных видах (параграф 1.2), о подходах к измерению и оценке информации (параграф 1.3), характеризуется диалектическая сущность понятия "информация".

Понятие об информатике как научном направлении

Из истории развития термина "информатика"

Термин информатика использовался первоначально в зарубежных научных публикациях (нем. informatik, фр. informatique, англ, informatics) для названия научно-практического направления, занимающегося автоматизированной обработкой информационных данных.

Этот термин впервые был введен в 1957 г. в Германии К. Штейнбухом (К. Steinbuch) . Затем – в 1962 г. во Франции Ф. Дрейфусом (F. Dreyfus) , который образовал его как слияние французских слов information и automatique. В том же 1962 г. этот термин использовал в США У. Ф. Бауэр для названия фирмы, занимающейся автоматизированной переработкой информации.

В отечественной научной литературе термин "информатика" был первоначально использован в 1963 г. профессором Московского энергетического института Ф. Е. Темниковым , который определил информатику как науку об информации вообще, состоящую из 3-х основных частей:

• 1) теория информационных элементов ;
• 2) теория информационных процессов ;
• 3) теория информационных систем.

В журнале "Известия вузов: Электромеханика", № 11, 1963 г. Федор Евгеньевич Темников опубликовал всего одну страничку, начав ее фразой: "Давно ощущается потребность в интегральной научной дисциплине, связывающей воедино многочисленные вопросы сбора, передачи, обращения, переработки и использования информации" и предложил программу создания такой дисциплины, "...могущей послужить важным теоретическим стержнем автоматики, телемеханики, измерительной и вычислительной техники, связи и радиолокации, бионики и кибернетики". Проект программы Ф. Е. Темников представил в виде таблицы со столбцами "Теория информационных элементов", "Теория информационных процессов" и "Теория информационных систем".

В таком значении термин использовался в технической литературе в начальный период создания автоматизированных информационных систем. Однако в последующем это определение долгое время оставалось лишь историческим фактом и не было оценено должным образом. Возможно, потому что было опубликовано только в специальном журнале "Известия вузов: Электромеханика".

В 1966 г. термин "информатика" был введен вместо термина "теория научной информации". Директором Всесоюзного института научной и технической информации (ВИНИТИ) АН СССР профессором А. И. Михайловым и научными сотрудниками ВИНИТИ А. И. Чёрным и Р. С. Гиляревским информатикой была названа "...научная дисциплина, изучающая структуру (не конкретное содержание) и свойства научной информации, а также закономерности научно-информационной деятельности, ее теорию, историю, методику и организацию" . Появлению этого термина предшествовала рекомендация директора Института проблем передачи информации (ИППИ) АН СССР члена-корреспондента А. А. Харкевича , содержащаяся в его отзыве 11 октября 1962 г. на подготовленную коллективом сотрудников ВИНИТИ Проблемную записку "Научная информация (Вопросы советской науки)".

В таком значении в советской научно-технической литературе термин "информатика" стал широко известен. Благодаря работам А. И. Михайлова, А. И. Чёрного и Р. С. Гиляревского он использовался на протяжении достаточно длительного времени в сфере бурно развивающегося в тот период направления "Научно-техническая информация" .

В последующем термин "информатика" стал употребляться в нашей стране в более узком смысле применительно к техническим и программным средствам хранения и обработки данных на электронно-вычислительных машинах. Новое значение соответствовало немецкому и французскому, в то время как в США и Великобритании применялся термин computer science – компьютерная наука.

В 1978 г. Международным конгрессом в Японии было принято следующее определение: "Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием системы обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного, социального и политического воздействия" .

Академик А. А. Дородницын определил информатику как науку о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике.

В таком понимании информатика включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и довольно конкретные, например, разработка языков программирования.

Широкому распространению термина в таком значении способствовал академик А. П. Ершов , основавший школьную информатику, обеспечившую широкое распространение компьютерной грамотности в школе .

Термин оказался удобным как краткое название курса о применении ЭВМ для обработки данных в учебном процессе школы, поскольку школьникам сложно объяснить понятия информационных процессов, информационных систем, поиск, хранение и обработку текстовой информации.

Однако такое сужение смысла термина "информатика" нежелательно в учебном процессе вуза, поскольку уже достаточно давно стало понятно, что информация – важнейший ресурс социально-экономических организаций, обеспечивающий их развитие, и нужно уметь оценивать содержание, смысл информации как интеллектуального ресурса.

Это понимание приходило постепенно.

В 1985 г. академик А. А. Самарский обращает внимание на новую научную методологию, возникшую благодаря информатике: "Она основана на развитии в широком применении методов математического моделирования и вычислительного эксперимента и служит ближайшим стратегическим резервом ускорения научно-технического прогресса. Сущность математического моделирования и его главное преимущество состоит в замене исходного объекта соответствующей математической моделью и в дальнейшем ее изучении (экспериментирование с нею) на ЭВМ с помощью вычислительно-логических алгоритмов. Математическое моделирование представляет собой естественное развитие и обобщение методов научного исследования, соединенных с современной информационной технологией. Цикл вычислительного эксперимента объект – модель – алгоритм – программа – ЭВМ – управление объектом отражает основные этапы процесса познания в нынешнем компьютерном воплощении. Здесь органично соединяются сильные стороны теоретических методов и натурного эксперимента. Работа с моделью, а не с объектом, оборачивается оперативным получением подробной и наглядной информации, вскрывающей его внутренние связи, качественные характеристики и количественные параметры. Многократно уменьшаются материальные и трудовые затраты, присущие традиционным экспериментальным подходам, дающим, как правило, лишь крупицы нужной информации. Вычислительный эксперимент не подвластен каким-либо ограничениям – математическая модель может быть безопасно испытана в любых мыслимых и немыслимых условиях" .

Академик Н. Н. Моисеев считает, что "информатика – это некая синтетическая дисциплина, которая включает в себя и разработку новой технологии научных исследований и проектирования, основанные на использовании электронной вычислительной техники, и несколько крупных научных дисциплин, связанных с проблемой общения с машиной, и, наконец, с созданием машины" .

В ряде определений информатики на первое место ставили собственно информацию.

Директор Института проблем передачи информации АН СССР В. И. Сифоров считал, что "в основу определения должны быть положены действия над информацией. Информатика развивается под действием потребности общества и согласно внутренней логике развития. В основе этого развития лежат закономерности процессов в ЭВМ, закономерности развития ЭВМ. Информатика имеет дело не с конкретными формами материи, а с категориями: информация, модель и т.п. Информатика – комплексная дисциплина – это наука (фундаментальные исследования) и отрасль производства (опытно-конструкторские работы и совершенствование технологий), а кроме того, и инфраструктурная область (эксплуатация информационных систем)" .

Заместитель директора ВИНИТИ в 1970-е гг. Ю. И. Шемакин в книге "Введение в информатику" отмечает, что "основной задачей информатики является изучение закономерностей, в соответствии с которыми происходят создание, преобразование, хранение, передача и использование информации всех видов, в том числе с применением современных технических средств".

Академик Б. Н. Наумов в предисловии к сборнику подчеркивает, что информатика – это "естественная наука, изучающая общие свойства информации, процессы, методы и средства ее автоматизированной обработки". При этом под обработкой информации понимаются процессы ее восприятия, хранения, преобразования, перемещения и вывода (ввода) с применением средств вычислительной техники".

В документах ЮНЕСКО 1986–1988 гг. термину "информатика" дается широкое толкование . Утверждается, что этот термин охватывает собственно информацию, ее сбор, анализ и обработку, а также соответствующие аппаратные средства, включая микропроцессоры или другие электронные системы. Информатика рассматривается как крупное научное направление, заслуживающее активного развития в интересах всего человечества, которое способно (при соответствующем освоении ее методов и средств) помочь человеку полнее использовать информационные ресурсы в интересах научно-технического прогресса и социального развития.

В 1988 г. академик А. П. Ершов в Математическом энциклопедическом словаре дал следующее определение информатики как науки, отрасли промышленности и разновидности человеческой деятельности: "Информатика – 1) находящаяся в становлении наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ; 2) родовое понятие, охватывающее все виды человеческой деятельности, связанные с применением ЭВМ".

Роль теории искусственного интеллекта в информатике была обоснована академиком Г. С. Поспеловым .

Известный специалист в области информатики доктор технических наук В. Д. Ильин предложил дать следующее определение информатики: "Предметом информатики как науки будем считать процесс создания, накопления и применения знаний" .

В формулировке одного из ведущих специалистов в области создания крупных автоматизированных систем доктора технических наук К. К. Колина "Информатика является общенаучной дисциплиной, которая изучает свойства, закономерности, процессы, методы и средства формирования, хранения и распространения знаний в природе и обществе" . В 2000 г. им было издано учебное пособие , в котором он развивает представление об информатике как междисциплинарной науке о закономерностях и формах движения информации в природе и обществе.

В некоторых работах на основе сопоставления различных определений информатики предлагается рассматривать ее как науку о формализованном общении.

Во многих учебниках и учебных пособиях информатика трактуется как наука о законах и методах получения и измерения, накопления и хранения, переработки и передачи информации с применением математических и технических средств. И в качестве краткого определения используется исходное определение К. Штейнбуха и Ф. Дрейфуса, согласно которому информатика – ИНФОРМАция плюс автомаТИКА, что сужает представление о современной информатике.

В силу ряда объективных причин в учебном процессе вузов практически не используется понятие информатики в трактовке А. И. Михайлова – А. И. Чёрного – Р. С. Гиляревского, предложенной ими в 1966 г. для названия науки о научно-технической информации.

Очевидно, что важная функция информатики состоит в разработке методов и средств преобразования информации с использованием компьютера, а также в применении их при организации технологического процесса преобразования информации. В то же время, выполняя эту функцию, информатика как прикладная наука должна решать более широкий спектр задач исследовать информационные процессы в технических и социально-экономических системах, разрабатывать и (или) адаптировать технические средства и создавать новые технологии для преобразования информации на основе результатов, полученных в ходе исследования информационных процессов, решать научные и инженерные проблемы создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах человеческой деятельности.

При этом информатика исследует разнородные аспекты:

• технические, связанные с изучением методов и средств падежного сбора, хранения, передачи, обработки и выдачи информации;
• синтаксические, связанные с решением задач по формализации и автоматизации некоторых видов научно-информационной деятельности, в частности индексирование, автоматическое реферирование, машинный перевод;
• семантические, определяющие способы описания смысла информации, изучающие языки ее описания;
• прагматические, представляющие собой методы анализа и преобразования информации для решения конкретных прикладных задач.

На основе обобщения различных точек зрения в современном представлении можно дать следующее обобщающее определение: информатика – научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, закономерности процессов обмена информацией от непосредственного устного и письменного общения специалистов до формальных процессов обмена посредством различных носителей информации. Важной сферой информатики является научно-информационная деятельность по сбору, переработке, хранению, поиску и распространению научно-технической информации.

• При подготовке данного раздела использовались следующие работы: Колин К. К. Теоретические проблемы информатики. Т. 1. Актуальные философские проблемы информатики / под общ. ред. К. И. Курбакова. М.: КоСИнф, 2009; Чёрный Ю. Ю. Полисемия в науке: когда она вредна? (на примере информатики) / Ю. Ю. Чёрный // Открытое образование = = Open education. М, 2010. Sfe 6. С. 97–107 // URL: e-joe.ru/i-joe/i-joe_01/files/chomiy.pdf.
• Steinbuch К. Informatik: Automatische Informations verarbeitung / K. Steinbuch // SEG-Nachrichten (TechnischeMitteilungender Standard Elektrik Gruppe). Berlin, 1957. Nr. 4. S. 171.
• Dreyfus Ph. L"informatique / Ph. Dreyfus // Gestion, 1962. Vol. 5. June. P. 240-241.

Понятие информация является базовым в курсе информатики.

Термин информация происходит от латинского слова informatio — оно означает сведение, разъяснение, ознакомление.

Для различных областей деятельности человека термин информация означает разные понятия, а именно:

В быту	Сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах
В технике	Сообщения, передаваемые в форме знаков и сигналов
В науке	Сведения, которые снимают неопределенность
В кибернетике	Часть знаний, которая используется для активного действия, управления
В семантической теории	(Смысл общения) Сведения, обладающие новизной
В докумен-талистике	Все то, что зафиксировано в знаковой форме в виде документов

Виды и свойства информации

При качественной оценке получаемой информации говорят о следующих ее свойствах:

• объективность — не зависит от чьего-либо мнения, суждения;
• достоверность — отражение истистинного положения дел, отсутствие скрытых ошибок;
• полезность или релевантность оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с её помощью, соответствие запросам потребителя;
• полнота — достаточно для понимания и принятия решения;
• актуальность или своевременность — важность для настоящего времени;
• понятность — информация понятна, если она выражена на языке, доступном для получателя;
• доступность — возможность ее получения данным потребителем;
• защищенность — невозможность несанкционированного использования или изменения;
• эргономичность — удобство формы или объема с точки зрения данного потребителя;
• краткость, четкость — отсутствие в информации ненужных сведений.

Иногда выделяют такие свойства информации как достоверность, полнота, ценность, ясность . Все названные свойства определяются относительно некоторого исполнителя (получателя информации).

Достоверность (Д) — мера оценки легитимности источника информации.

Ясность (Я) — мера правильной интерпретации информации исполнителем.

Полнота (П) — мера соответствия полученной (требуемой) информации запрошенной (количественная интерпретация).

Ценность (Ц) — мера соответствия полученной информации запрошенной (требуемой) (качественная интерпретация).

Информатика

Информатика — это комплексная, техническая наука, которая систематизирует приемы создания, сохранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ними.

Т ермин «информатика» образован из двух слов: информация и автоматика . Этот термин введен во Франции в середине 60-х лет XX ст., когда началось широкое использование вычислительной техники.

Появление информатики обусловлено возникновением и распространением новой технологии сбора, обработки и передачи информации, связанной с фиксацией данных на машинных носителях.

Приведем некоторые определения науки информатики.

Информатика – наука об информации.

– это наука о структуре и свойствах информации, способах сбора, обработки и передачи информации

– информатика, изучает технологию сбора, хранения и переработки информации, а компьютер основной инструмент в этой технологии.

Предмет информатики как науки составляют:

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

Средства взаимодействия в информатике принято называть интерфейсом . Поэтому средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения иногда называют также программно-аппаратным интерфейсом, а средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами — интерфейсом пользователя .

Основной задачей информатики как науки — является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

Информатика — практическая наука . Ее достижения должны проходить проверку на практике и приниматься в тех случаях, если они отвечают критерию повышения эффективности.

В составе основной задачи сегодня можно выделить такие основные направления информатики для практического применения:

• 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 комплексных задач);
• 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, между форматами представления данных, относящихся к разным типам вычислительных систем).

Информационные процессы

1. Хранение информации

Хранение информации – это процесс помещения информации в определенное хранилище с целью извлечения ее оттуда через некоторое время для дальнейшего использования

Для хранения информации человек, прежде всего, использует свою память . Можно считать, что мозг – это одно из самых совершенных хранилищ информации, во многом превосходящее компьютерные средства. Для запоминания и поиска информации используются нервные клетки мозга – нейроны , их более ста миллиардов. К сожалению, человек многое забывает, поэтому необходимо хранить информацию.

Устройства хранения информации

Древние: камень, папирус, береста, пергамент

2. Передача (трансляция) информации

Передача информации – это целенаправленный процесс, в результате которого информация передается от одного объекта к другому.

Простейшая схема передачи информации

Для существования информации обязателен какой-либо материальный объект передающий или хранящий ее. Такой объект называют носителем .

Носители бывают :

а) кратковременные (ток, звуковые волны, оперативная память)

б) долговременные (бумага, ткань, жесткий диск)

Основная характеристика носителей является разрешающая способность носителя — максимальный объем данных передаваемых с помощью носителя

Среда, по которой носитель перемещается в пространстве от источника к потребителю (воздух, вода, электропровод) называется каналом связи .

Основная характеристика канала — пропускная способность , т.е. максимальное количество (объем) информации, проходящее по нему в единицу времени.

3. Обработка информации

Обработка – это любое изменение информации, причем изменяться может как содержание информации, так и ее форма.

Создание новой информации — например, решение задачи с помощью вычислений или логических рассуждений;

Кодирование — когда меняется форма (внешний вид), но не содержание информации; например, перевод текста на другой язык; один из видов кодирования – шифрование, цель которого – скрыть смысл (содержание) информации от посторонних;

Поиск информации — например, в книге, в библиотечном каталоге, на схеме или в Интернете;
Сортировка — расстановка элементов списка в заданном порядке, например, расстановка чисел по возрастанию или убыванию, расстановка слов или фамилий по алфавиту; одна из задачсортировки – облегчить поиск информации.

Дискретная и аналоговая информация

Сигнал называется аналоговым , если параметр сигнала непрерывно изменяется во времени от точки к точке (непрерывный сигнал).

Отличие между аналоговыми и дискретными сигналами

Непрерывный сигнал, изменяясь, принимает огромное множество информационных значений. Дискретный сигнал имеет только два информационных значения, которые можно условно обозначить цифрами 0 и 1.

Преимущества дискретных сигналов

1. Первое из них заключается в том, что в каждом дискретном сигнале можно исправить появляющиеся ошибки. Если пришел дискретный сигнал, величина которого близка к 1, то легко догадаться, что это — сигнал 1, в который вкралась ошибка. Непрерывный же сигнал принимает всевозможные значения. Поэтому при появлении сигнала, похожего на 1, нельзя узнать, пришел ли новый сигнал либо это сигнал 1, в который вкралась ошибка.
2. Второе важное преимущество заключается в том, что любой аналоговый сигнал может быть с той или иной степенью точности преобразован в дискретный . Для этого применяются специальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В свою очередь, дискретный сигнал вновь может быть преобразован к аналоговому виду с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Таким образом, любой физический процесс может быть представлен посредством дискретных сигналов либо смоделирован с их помощью .
3. Третье важное преимущество дискретного сигнала заключается в том, что аппаратура для приема, обработки и передачи дискретного сигнала может быть устроена значительно проще, чем для аналогового .

Таким образом, можно сделать вывод, что дискретная форма сигнала является наилучшей основой всех видов информационной техники.

Единицы измерения информации

За единицу измерения информации приняты следующие величины:

1 бит – двоичная цифра, может принимать только два значения 0 или1

1 байт = 8 бит = 2 3

1 Килобайт = 1024 байт = 2 10

1 Мегабайт = 1024 Килобайт = 2 20

1 Гигабайт = 1024 Мегабайт = 2 30

– умение человека работать с информацией и грамотно использовать для ее получения, передачи и хранения компьютерных информационных технологий.

Наличие навыков по использованию различных технических средств – от телефона до персональных компьютеров и компьютерных сетей.

• Способность использовать в своей работе компьютерную информационную технологию.
• Умение извлекать и работать с информацией из различных источников – от периодической печати до электронных коммуникаций.
• Умение представлять информацию в понятном виде и эффективно ее использовать.
• Умение работать с различными видами информации.

Н. В. Бирюков

РФ. Тула

ИНФОРМАТИКА КАК НАУКА. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Информатика – научная дисциплина, изучающая вопросы, связанные с поиском, сбором, хранением, преобразованием и использованием информации в самых различных сферах человеческой деятельности. Генетически информатика связана с вычислительной техникой, компьютерными системами и сетями, так как именно компьютеры позволяют порождать, хранить и автоматически перерабатывать информацию в таких количествах, что научный подход к информационным процессам становится одновременно необходимым и возможным .

Информатика - это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.

Информатика (от информация и автоматика) - наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, анализа и оценивания информации, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, например разработка языков программирования и протоколов передачи данных. Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п .

Несколько определений приведено здесь не случайно, это показывает то, что информатика - молодая наука и толклвание термина “информатика” еще не является установившимся и общепринятым.

После второй мировой войны возникла и начала бурно развиваться кибернетика как наука об общих закономерностях в управлении и связи в различных системах. Рождение кибернетики принято связывать с опубликованием в 1948 г. американским математиком Норбертом Винером книги “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”. В этой работе были показаны пути создания общей теории управления и заложены основы методов рассмотрения
проблем управления и связи для различных систем с единой точки зрения. Одновременно с этим началось бурное развитие электронно-вычислительных машин.

Вскоре вслед за появлением термина “кибернетика” в мировой науке стало использоваться англоязычное “Computer Science”, а чуть позже, на рубеже шестидесятых и семидесятых годов, французы ввели получивший сейчас широкое распространение термин “Informatique” (информация + автоматика). В русском языке ранее под термином “информатика” понималось изучение структуры и общих свойств научной информации, передаваемой посредством научной литературы.

Попытку определить, что же такое современная информатика, сделал в 1978 г. Международный конгресс по информатике: “Понятие информатики охватывает области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально ‐ техническим обслуживанием систем обработки информации, включая машины, оборудование, математическое обеспечение, организационные аспекты, а также комплекс промышленного, коммерческого, административного и социального воздействия".

Информатика – это не только теоретическая наука, прикладные напревления информатики охватывают почти все виды человеческой деятельности: производство, управление, науку, образование, проектные разработки, торговлю, финансовую сферу, медицину, криминалистику, охрану окружающей среды и др. (перечисление может быть бесконечным).

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам (в самом широком смысле этого понятия). Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки.

Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий, называемых часто “новые информационные технологии”.

Перечислим наиболее впечатляющие реализации информационных технологий, используя, ставшие традиционными, сокращения.

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 используются системы АСУ ‐ ВУЗ.

АСУТП – автоматизированные системы управления технологическими процессами. Например, такая система управляет работой станка с числовым программным у правлением (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, производящие контроль знаний, помогающие преподавателям 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.

Упомянем также диагностические системы в медицине, системы организации продажи билетов, системы ведения бухгалтерско ‐ финансовой деятельности, системы обеспечения редакционно ‐ издательской деятельности – спектр применения информационных технологий чрезвычайно широко.

Список использованной литературы:

http://profbeckman.narod.ru/EVM

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8