Глава 3. Информационная технология как составная часть информатики. Классификация информационных технологий

Целью информатики является изучение структуры и общих свойств информации с выявлением закономерностей процессов коммуникации. В современном понимании информатика — это область науки и техники, изучающая информационные процессы и методы их автоматизации. Пользователю она предоставляет методологические основы построения информационной модели предметной области.

Информационные технологии рассматриваются как система, включающая базовые технологические процессы, базовые и специализированные информационные технологии, инструментальную базу.

Приведенная эволюция информационных технологий является наглядной характеристикой прогресса в этой сфере.

Содержание информатики как научного направления. Основные уровни информатики

Теоретической базой для информационных технологий является информатика. Целью информатики является изучение структуры и общих свойств научной информации с выявлением закономерностей процессов коммуникации. В современном понимании информатика — это область науки и техники, изучающая информационные процессы и методы их автоматизации. Пользователю она предоставляет методологические основы построения информационной модели объекта. Примером такой модели является концептуальная модель, которая отражает реальное содержание конкретной предметной области.

В информатике можно выделить три уровня. Физический (нижний) уровень представляет собой средства вычислительной техники и техники связи. Их развитие оказывает решающее влияние на возможности и направление использования информатики. Логический (средний) уровень составляют информационные технологии. Прикладной (верхний) уровень определяет идеологию применения информационных технологий для проектирования различных систем.

Информатика как научное направление имеет ряд определений [47]. Это объясняется тем, что основным объектом изучения информатики является информация, точного определения которой нет до настоящего времени.

Информация — это абстрактное понятие, если относить ее к определенному классу закономерностей материального мира и процессу отражения его в человеческом сознании. Существуют различные определения. Н. Винер указывал, что информация — это обозначение содержания, полученного из внешнего мира. К. Шеннон определял ее как передаваемые сообщения, которые уменьшают неопределенность у получателя информации. У. Эшби определил информацию как передачу разнообразия. А. Яглом полагал, что информация — это вероятность выбора. Л. Бриллюен определил ее как отрицание энтропии. Энтропийные и негэнтропийные оценки информации оказались перспективными.

Понятие энтропии в теории информации впервые было введено К. Шенноном, как мера количества информации, вырабатываемой источником, пропускаемой каналом или попадающей к получателю (в пересчете на символ или единицу времени). В более общем плане энтропия является показателем неопределенности, беспорядка, разнообразия, хаоса, равновесия в системе. Негэнтропия, ошибочно рассматриваемая как энтропия с отрицательным знаком, является мерой порядка, упорядоченности, внутренней структуры, связанной информации.

Теория информации, кибернетика и синергетика внесли значительный вклад в развитие информатики, однако оказались не в состоянии описать разнообразные информационные процессы, имеющие место в природе и обществе, и дать их научное объяснение, Новое научное направление — инфодинамика связывает воедино массу, энергию и негэнтропию [31].

Поскольку однозначного понимания научного направления «информатика» не существует, целесообразно говорить не об истории, а о ее задачах на современном этапе. Так как информация является отражением, то в информационном обществе мы имеем дело с приближенными моделями реального мира. В связи с этим главной задачей информатики должно быть методологическое обоснование построения информационной модели объекта, явления, процесса. Использование этой модели для целенаправленной деятельности в любых сферах человеческого общества осуществляется на основе реализации информационных процессов и соответствующих им технологий.

Таким образом, для современного состояния информационных технологий необходим переход от информационного описания предметной области к представлению ее на уровне данных, осуществляемый на основе декомпозиции, абстракции, агрегирования.

Декомпозиция — это разбиение системы (программы, задачи) на компоненты, объединение которых позволяет решить данную задачу.

Абстракция позволяет правильно выбрать нужные компоненты для декомпозиции. Абстракция представляет собой эффективный способ декомпозиции, осуществляемый посредством изменения списка декомпозиции.

Процесс абстракции может быть рассмотрен как некоторое обобщение. Он позволяет забыть о различиях и рассматривать предметы и явления так, как если бы они были эквивалентны. Так как выделение общего у процессов и явлений есть основа классификации, то иерархия абстракций представляет собой фактически схему классификации.

Выделяют два основных способа абстрагирования: через параметризацию и через спецификацию.

Абстракция через параметризацию — выделение формальных параметров с возможностью их замены на фактические в различных контекстах. Выделение формальных параметров позволяет абстрагироваться от конкретного приложения и базируется на общности определенных свойств конкретных приложений.

Абстракция через спецификацию позволяет абстрагироваться от внутренней структуры до уровня знания свойств внешних проявлений (результата). Внешние свойства компонента указывают путем описания внешних связей, требований и эффектов.

Внешние связи — это связи различной природы данного компонента с окружением.

Требования (requires) — это условия, которые должны быть выполнены для правильного использования компонента.

Эффекты (effects) — это условия, которым удовлетворяют внешние проявления (результаты) компонента.

С точки зрения конкретных приложений выделяют следующие виды абстракций:

· процедурную абстракцию (ПА);

· абстракцию данных (АД);

· абстракцию через итерацию (АИ).

Процедурная (функциональная) абстракция позволяет расширить возможности виртуальной машины новой операцией.

Абстракция данных состоит из набора объектов и набора операций, характеризующих поведение этих объектов.

Абстракция через итерацию дает возможность не рассматривать информацию, не имеющую прямого отношения к управляющему потоку или циклу.

При построении модели данных предметной области наряду с естественным процессом декомпозиции используется и агрегирование. Это связано с необходимостью интеграции информационных ресурсов в силу их разнородности для ряда предметных областей.

Агрегирование— процесс объединения предметов в некоторую группу как в целях классификации, так и для обеспечения взаимодействия компонентов информационной системы.

В настоящее время при проектировании информационных систем используется два подхода: функционально-структурный и объектно-ориентированный [40].

Функционально-структурный подход (структурный) использует принцип алгоритмической декомпозиции с выделением функциональных элементов предметной области и установлением строгого порядка выполняемых действий. Недостатком данного способа является неизбежность продвижения информации в одну сторону («вниз по течению»), что в случае ошибки при проектировании приводит к деформированию системы.