Предмет и основные разделы информатики

Тема 1. Предмет и основные разделы информатики.

Бизнес-информатика- это наука  о проектировании, разработке и применении информационных и коммуникационных систем в бизнесе. Специальность  предполагает обучение дисциплинам, связанным  с информационными технологиями, информатикой, экономикой и концепциями  управления. Бизнес-информатика зародилась в Германии и сейчас успешно преподаётся  в Центральной Европе и США, а  также в России по программе бакалавра, магистра и специалиста.

Информатика – наука, изучающая закономерности получения, хранения, передачи и обработки информации в природе и человеческом обществе.

Слово информатика образовано объединением слов информация и автоматика. В большинстве стран Западной Европы и в США используется термин Computer Science (наука о компьютерах).

Системы, способные воспринимать и обрабатывать информацию, будем  называть информационными. Информационные системы можно классифицировать на естественные и искусственные. К  первым относятся все естественно  возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами  являются созданные человеком информационные системы.

Предметом изучения в данном курсе является один из разделов информатики  – компьютерная информатика. Под компьютерной информатикой будем понимать естественно-научную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, хранения, обработки и отображения информации с использованием средств вычислительной техники. В настоящее время компьютерная информатика используется в различных сферах человеческой деятельности и становится одним из стратегических направлений развития общества

Далее под информатикой будем  понимать компьютерную информатику.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
• программное обеспечение средств вычислительной техники;
• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения.

В информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия или интерфейсам. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными  и программными средствами называются пользовательским интерфейсом. Существуют аппаратные интерфейсы, программные  интерфейсы и аппаратно-программные  интерфейсы.

Основной задачей информатики  является систематизация приёмов и  методов работы с аппаратными  программными средствами вычислительной техники.

Можно выделить следующие  направления практических приложений информатики.

1. Архитектура вычислительных систем (приёмы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных).
2. Интерфейсы вычислительных систем (приёмы и методы управления программным и аппаратным обеспечением).
3. Программирование (приёмы, методы и средства разработки компьютерных программ).
4. Преобразование данных (приёмы и методы преобразования структур данных).
5. Защита информации (приёмы и средства защиты данных).
6. Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека).
7. Стандартизация (обеспечение совместимости между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

Информатика как наука  стала развиваться с середины прошлого столетия, что связано с  появлением ЭВМ и начавшейся компьютерной революцией. Появление вычислительных машин в 1950-е гг. создало для  информатики необходимую аппаратную поддержку, т.е. благоприятную среду  для ее развития как науки. Всю  историю информатики принято  подразделять на два больших этапа: предысторию и историю.

Предыстория информатики такая же древняя, как и история развития человеческого общества. В предыстории также выделяют (весьма приближенно) ряд этапов. Каждый из них характеризуется резким возрастанием, по сравнению с предыдущим этапом, возможностей хранения, передачи и обработки информации.

Начальный этап предыстории информатики  – освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации.

Второй этап – возникновение  письменности. На этом этапе резко возросли возможности хранения информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук (вспомним, например, Древнюю Грецию). С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия «натуральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.

Третий этап – книгопечатание. Его можно смело назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим на этом этапе не столько увеличивалась возможность хранения информации (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник – это часто один-единственный экземпляр, печатная книга – это целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении), сколько повысилась доступность информации и точность ее воспроизведения.

Четвертый (последний) этап предыстории информатики связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, а позднее и телевидение. Появились новые возможности получения и хранения информации – фотография и кино. К ним очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски). 

С разработкой первых ЭВМ  принято связывать возникновение  информатики как науки, начало ее истории. Для такой привязки имеется несколько причин. Во-первых, сам термин «информатика» появился благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации. В этом состояла инициирующая роль вычислительной техники при возникновении и оформлении новой науки.

На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину. Под этим названием объединен довольно обширный комплекс наук, таких, как кибернетика, системотехника, программирование, моделирование и др. Каждая из них занимается изучением одного из аспектов понятия информатики. Учеными прилагаются интенсивные усилия по сближению наук, составляющих информатику. Однако процесс их сближения идет довольно медленно, и создание единой и всеохватывающей науки об информации представляется делом будущего.

Основы кибернетики были заложены трудами по математической логике американского  математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 г.

Кибернетика – это наука об общих  принципах управления в различных  системах: технических, биологических, социальных и др. Управление является центральным понятием кибернетики, и оно пронизывает все сферы  деятельности человека и общества.

Часто возникает путаница в понятиях "информатика" и "кибернетика". Существует спорное мнение, что информатика  является одним из направлений кибернетики.

Информатика появилась благодаря  развитию компьютерной техники, базируется на ней и без нее немыслима. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, хотя и очень  активно использует все достижения компьютерной техники.

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

Информатика занимается изучением  процессов преобразования и создания новой информации более широко. Поэтому  может сложиться впечатление  об информатике как о более  емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика  не занимается решением проблем, не связанных  с использованием компьютерной техники.

Можно сказать, что кибернетика  и информатика различаются в  расстановке акцентов. Если в информатике  важны свойства информации и аппаратно-программные  средствах ее обработки, то в кибернетике  – это разработка концепций и  построение моделей управления. Информатика  и кибернетика – разные науки, сферы деятельности которых, однако, сильно пересекаются.

Управление – это целенаправленная организация того или иного процесса, протекающего в системе.

Процесс управления – это информационный процесс, который включает в себя сбор информации, ее переработку и  анализ, принятие решений, выработку  управляющих воздействий и их доведение до объектов управления.

Каждая фаза процесса управления протекает  во взаимодействии с окружающей средой при воздействии разного рода помех.

Через объект управления проходят в  основном материальные потоки и в  значительно меньшей степени  – информационные; в то же самое  время через управляющий орган  проходят только информационные потоки. Именно поэтому процесс управления является информационным процессом, а  все люди, занятые в сфере управления, имеют дело только с информацией.

Из чего состоит информатика

Информатика – это очень обширная наука. Она включает в себя различные научные направления, разработку технологий, изучение техники и производства. Единственное, что привязывает все эти различные области окружающего мира к информатике – это обработка любой информации с помощью вычислительной техники.

При изучении предмета «информатика» обычно выделяют такие части науки как аппаратное обеспечение (hardware), программное обеспечение (software) и алгоритмы (brainware).

С другой стороны, у информатики, помимо теоретического, есть и практическое значение. Информатика – это не только наука, но и сфера деятельности людей, прикладная дисциплина, имеющая  широкое практическое применение. Например, существуют организации, занимающиеся производством компьютерной техники  и программного обеспечения.

Особую роль информатике  придает ее влияние на все отрасли  производства. Развитие информатики  и внедрение ее достижений позволяет  увеличивать производительность труда.

Увеличение влияния информатики  на все сферы жизни человека также  связано с тем, что мы живем  в информационном обществе и с  каждым годом «потребляем» все больше информации.

Если смотреть на информатику как теоретическую науку, то можно увидеть, что она занимается

• разработкой методов, обеспечивающих процесс управления данными с использованием вычислительных машин;
• исследованием понятия «информационные системы», их роли, структуры, функционирования, закономерностей.

Теоретическая информатика  выявляет и исследует общее во всех информационных системах.

Прикладная информатика, в частности, занимается тем, что разрабатывает конкретные информационные системы для различных областей деятельности.

Так или иначе, информатика  разрабатывает методы и средства по обработке различной информации. Отсюда вытекают ее задачи:

• изучение всех известных информационных процессов;
• создание техники и технологий для обработки информации;
• эффективное внедрение вычислительных машин в подавляющее большинство сфер человеческого общества.

Итак, информатика – это комплексная научно-техническая наука, которая создает новые оборудование и технологии для решения информационных и управленческих задач в других областях. От информатики зависит прогресс во всех сферах общества.

Теория систем, общая теория систем — междисциплинарная область науки, изучающая поведение и взаимодействие различных систем в природе, обществе и науке. Основной целью теории является обнаружение основных принципов функционирования систем, необходимых для описания любой группы взаимодействующих объектов, во всех областях исследований. Это может быть единственный организм, любая организация или общество, или любое электромеханическое или информационное устройство. Теория систем в качестве технической и обобщённой академической области знаний обычно связывается с Общей Теорией Систем (ОТС) Людвига Берталанфи. Системный подход часто используется в кибернетике и в социологии.

Понятие информации

Термин информация происходит от латинского слова informatio – разъяснение, изложение. Первоначальное значение этого термина – «сведения, передаваемые людьми устным, письменным или иным способом». В середине ХХ века термин «информация» превратился в общенаучное понятие, означающее обмен сведениями между людьми, между человеком и автоматом, между автоматами, а также обмен сигналами в животном и растительном мире.

В философском смысле информация есть отражение реального мира. Это  сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.

В информатике под информацией  понимается сообщение, снижающее степень  неопределенности знаний о состоянии  предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу.

Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщений, называется сигналом.

Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел  и физических полей. Физические объекты  находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергией и переходом  ее из одной формы в другую. Для  того чтобы в материальном мире происходил обмен информацией, ее преобразование и передача, должны существовать носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Канал связи представляет собой  среду, в которой происходит передача информации. Канал связи объединяет источник и получателя информации в  единую информационную систему(рис. 1).

Подобные информационные системы существуют как в технических  системах, так и в человеческом обществе и живой природе. Информационные системы можно разделить на естественные и искусственные. К первым относятся  все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические  организмы. Искусственными информационными  системами являются информационные системы, созданные человеком.