Структура информатики

Предметная область и структура информатики.

План.

1. Определение информатики как некоторой области науки.

2. Структура информатики.

3. Задачи информатики.

Определение информатики как некоторой области науки.

В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций - преобразование общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований явилось приобретение человеческим обществом нового качества.

Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку. Появилась возможность передачи знаний из поколения в поколение.

Вторая революция (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

Третья (конец XIX в.) была обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

Четвертая революция (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуется тремя фундаментальными особенностями:

• переход от механических и электрических средств преобразования
информации к электронным;

• миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;

• создание программно-управляемых устройств и процессов.

Последняя информационная революция, связанная с изобретением и развитием микропроцессорной технологии и созданием современных информационных коммуникаций, компьютерных сетей и систем передачи данных, привела к созданию новой отрасли — информационной индустрии, направленной на производство технических средств и создание новых технологий производства знаний. Возникновение новой индустрии производства знаний привело к глобальным изменениям в обществе — информатизации общества — вовлечению всех его членов в общий процесс производства и реализации знаний на базе новых компьютерных и телекоммуникационных технологий и потребовало от всех его членов определенного уровня информационной культуры, определенных базовых знаний и умения целенаправленно использовать в своей деятельности современные информационные технологии, технические средства и методы. Научным фундаментом процесса информатизации современного общества и развития информационной индустрии является новая научная дисциплина — информатика.

Термин информатика произошел от слияния двух французских слов Informacion (информация) и Automatique (автоматика) и дословно определял новую науку об "автоматической обработке информации". В англоязычных странах этому термину соответствовал синоним Computer Science (наука о компьютерной технике).

Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов.

Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

Всовременном толковании информатика— это комплексная научно-инженерная дисциплина, изучающая различные аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования различного рода технических информационных систем (ИС), предназначенных для автоматизации информационных процессов сбора, хранения, поиска, отображения, обработки и передачи данных средствами современной вычислительной, информационно-измерительной техники и современных средств связи, а также изучающая вопросы применения этих систем и их воздействия на различные области социальной практики (по материалам сессии годичного собрания Академии наук СССР 1983 г.).

В таком широком толковании информатика объединяет и использует достижения целого ряда научно-технических направлений, связанных с разработкой:

– современных технических средств (hardware) сбора, хранения, поиска, отображения, обработки и передачи данных в ИС, а также технологий их создания и использования;

– математических моделей естествознания и общественных явлений с целью их формализации, численных и логических методов решения задач, возникающих при построении и реализации этих моделей;

– алгоритмических (brainware) и программных (software) средств автоматизации информационных процессов сбора, хранения, поиска, отображения, обработки и передачи данных в ИС.

Структура информатики.

Как и в других фундаментальных науках (физика, химия, биология, математика и др.), в информатике можно выделить различные стороны одного и того же объекта - информации. В связи с этим информатику можно условно разделить на ряд направлений, взаимосвязанных друг с другом:

1. теоретическая информатика;

2. кибернетика;

3. вычислительная техника;

4. программирование;

5. искусственный интеллект;

6. информационные системы;

7. информатика в природе;

8. информатика в обществе.

Теоретическая информатика -это математическая дисциплина, предметом изучения которой являются математические методы при построении моделей обработки, передачи и использования информации. Использованные в ней методы исследования опираются на идеи и понятия дискретной математики.

Теоретическая информатика распадается на ряд самостоятельных дисциплин, которые условно можно разделить на пять классов:

I. дисциплины, опирающиеся на математическую логику: теория алгоритмов и теория параллельных вычислений (анализ процессов переработки информации с помощь компьютеров), теория автоматов (изучение процессов, протекающих в самом компьютере).

II. вычислительная математика и вычислительная геометрия (реализация решения математических задач на компьютерах);

III. теория информации (выявлением общих свойств информации, законов, управляющих ее рождением, развитием и уничтожением). К ней близко примыкает теория кодирования (передачи информации по различным каналам связи);

IV. системный анализ (вопросы перехода от реальных объектов к моделям). Пограничное положение между теоретической информатикой и кибернетикой занимают две науки -имитационное моделирование и теория массового обслуживания.

V. дисциплины, ориентированные на использование информации для принятия решений в различных ситуациях теория принятия решений (выбор нужного решения), теории игр (выбор происходит в условиях конфликта), математическое программирование (выбор оптимального решения), исследование операций.

Родоначальницей информатики является кибернетика, возникшая в конце 40-х годов прошлого века. Само название происходит от греческого слова kyberneticos – искусный в управлении. Основоположником кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Кибернетика может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности - от управления отдельными объектами до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.

Кибернетика сыграла большую роль в возникновении структурной лингвистики, теории автоматического управления, автоматики, технической диагностики (контроль за функционированием систем и поиск повреждений в них).

Заметное место в кибернетике занимает теория распознавания образов. Ее задача - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности, соотносить их с некоторыми эталонами. Она является пограничной наукой между кибернетикой и искусственным интеллектом.

Использованием принципов работы живых систем в искусственных объектах занимается бионика. Нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Аппаратным фундаментом информатики является вычислительная техника, представляющая собой вполне самостоятельное направление исследований. В рамках этого направления решается немало задач, не имеющих прямого отношения к информатике. Например, ведутся многочисленные исследования, направленные на совершенствование элементной базы вычислительных машин. Основное содержание микроэлектроники составляют теория, методы расчета и технология изготовления интегральных микросхем, больших интегральных схем и сверхбольших интегральных схем (БИС, СБИС). Но, конечно, развитие современной информатики немыслимо без компьютеров - основного и пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией.

Эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Они не работают вне специально созданных для них операционных систем, тестирующих программ, трансляторов - всего того программного обеспечения, которое составляет программную среду, где “существует” вычислительная машина.

Это означает, что само развитие вычислительной техники невозможно без использования результатов, полученных в программировании, искусственном интеллекте и других разделах, составляющих информатику. Даже проектирование современных ЭВМ и разработка их элементной базы требуют специальных систем автоматизированного проектирования - САПР, созданием которых занимаются специалисты, работающие в области информатики.

Научное направление, своим появлением обязанное вычислительным машинам - это программирование, цель которого разработать средства для подготовки задач к решению на ЭВМ и создать средства программного обеспечения, с помощью которых реализуются вычислительный процесс на ЭВМ и обмен информацией с внешним миром.

В начальный период своего развития программирование не имело под собой прочной теоретической базы и напоминало труд ремесленников высшей квалификации, когда качество работы определяется не знаниями, а профессиональным умением. С накоплением опыта программирования определились общие идеи и положения, лежащие в основе построения программ для компьютеров и в самих процедурах программирования. Это повлекло за собой создание теоретического программирования.

Оказалось, что с появлением ЭВМ стало возможным решать не только задачи вычислительного характера, но и различные головоломки, логические задачи, играть в шахматы, создавать игровые программы, сочинять музыкальные мелодии, стихи, сказки, переводить с одного языка на другой, распознавать образы, доказывать теоремы и т.д. В связи с этим в начале 70-х годов 20-го века возникло новое направление информатики искусственный интеллект.

Основная цель работ в области искусственного интеллекта реализовать творческую деятельность человека в искусственных системах, научить систему накапливать опыт.

Искусственный интеллект появился на базе вычислительной техники, математической логики, программирования, психологии, лингвистики, нейрофизиологии и других областей знаний.

Существует несколько основных проблем, изучаемых в искусственном интеллекте: представление знаний; моделирование рассуждений; диалоговые процедуры общения на естественном языке; планирование целесообразной деятельности; обучение интеллектуальных систем в процессе их деятельности.

Интеллектуальные системы уже внедряются в практику человеческой деятельности. Это экспертные системы, интеллектуальные информационные системы, интеллектуальные работы.

Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации.

При их создании решаются следующие задачи:

– анализ и прогнозирование потоков разнообразной информации, перемещающихся в обществе;

– исследование способов представления и хранения информации, создание специальных языков для формального описания информации различной природы, разработка специальных приемов сжатия и кодирования информации, аннотирование объемных документов и реферирование их;

– построение различных процедур и технических средств для их реализации, с помощью которых можно автоматизировать процесс извлечения информации из документов, не предназначенных для вычислительных машин, а ориентированных на восприятие их человеком;

– создание информационно-поисковых систем, способных воспринимать запросы к информационным хранилищам, сформулированные на естественном человеческом языке, а также специальных языках запросов для систем такого типа;

– создание сетей хранения, обработки и передачи информации, в состав которых входят информационные банки данных, терминалы, обрабатывающие центры и средства связи.

Большое прикладное значение имеет изучение информационных процессов, протекающих в биологических системах, использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создание технических систем. В эту ветвь информатики входят три самостоятельные науки:

- биокибернетика (анализ информационно-управляющих процессов, протекающих в живых организмах, диагностика заболеваний и поиск путей их лечения);

- бионика (использованием принципов работы живых систем в искусственных объектах);

- биогеоценология (решение проблем, относящихся к системно-информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающие воздействия человеческой цивилизации на биомассу Земли).

Мир находится сейчас на пороге информационного общества. В этом обществе огромную роль будут играть системы распространения, хранения и обработки информации. Со временем, подобно мировой системе связи, возникнет единая информационная среда, которая обеспечит любому человеку доступ ко всей нужной для него информации. Широкое внедрение компьютеров во все среды человеческой деятельности наряду с использованием интеллектуальных роботов коренным образом изменили традиционную среду обитания людей. Растет количество людей, профессионально занятых сбором, накоплением, распространением и хранением информации. Информация становится товаром, имеющим большую ценность.

Перспективы перехода к информационному обществу вызывают много проблем социального, правового, технического характера. Например, применение роботов на производстве приведет к полному изменению технологии, которая в наши дни ориентирована на участие в ней человека. Резко изменится подготовка членов нового общества к самостоятельной жизни. Уже начаты поисковые работы в области создания новых форм обучения, которые заменят существующие традиционные формы. Полностью изменится номенклатура профессий, специальностей и способов организации труда.

Все эти проблемы составляют объект исследования тех психологов, социологов, философов и юристов, которые работают в области информатики. Создаются автоматизированные обучающие системы (АОС), автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного профиля, распределяемые банковские системы и многие другие, чье функционирование опирается на использование всего арсенала информатики.

В более узком смысле информатику понимают как базовую учебную дисциплину, охватывающую основные вопросы по изучению технических, программных и алгоритмических средств организации современных ИС и формирующую у обучаемого определенный кругозор, объем знаний, уровень алгоритмического мышления, а также практические навыки работы с конкретными программными системами, необходимыми для его дальнейшего обучения по применению ИС в определенных областях человеческой деятельности.

Задачи информатики.

Задачи информатики состоят в следующем:

§ исследование информационных процессов любой природы;

§ разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

§ решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.