Формирование информации. Свойства информации. Понятие количества информации. Информационные процессы: сбор, передача, хранение, обработка данных.

Информатика входит в число базовых дисциплин системы высшего образования и в комплексе с другими фундаментальными дисциплинами формирует основу профессионального образования в ВУЗе. Целью данного курса лекций является формирование целостного представления об информатике как фундаментальной науке через систематическое и последовательное изучение современных информационных технологий и, конечно, получение практических навыков работы с ними.

Трудно назвать другую сферу человеческой деятельности, которая развивалась бы столь стремительно и порождала бы такое разнообразие проблем, как информатизация и компьютеризация общества.

Еще несколько лет назад бесспорным казался лозунг «Программирование-вторая грамотность», под которым подразумевалось умение каждого образованного человека создавать алгоритмы и программировать в своей предметной области на каком-либо языке программирования. В современной жизни весьма актуальным для подавляющего большинства людей стало не столько программирование, сколько умение пользоваться современными информационными технологиями, готовыми программами и, грубо говоря, «не бояться» компьютера.

Проникновение компьютеров во все сферы жизни общества убеждает в том, что культура общения с компьютером становится частью общей культуры человека – термины «Word», e-mail, файл….. стали такими же обыденными как «телефон», «телевизор» и т.п. Сегодня важнейшей составляющей образованности человека является свободное владение информационными технологиями, так как деятельность людей все в большей степени зависит от информированности и способности эффективно использовать информацию.

А как известно:

Существуют четыре "жизненных закона" теории информации:

1. Информация, которая у вас есть, не та, которую вам хотелось бы получить.

2. Информация, которую вам хотелось бы получить, не та, которая вам на самом деле нужна.

3. Информация, которая вам на самом деле нужна, вам недоступна.

4. Информация, которая в принципе вам доступна, стоит больше, чем вы можете за нее заплатить.

Чтобы избежать этих проблем квалифицированный специалист любого профиля (как технического, так и гуманитарного) должен уметь находить (извлекать), обрабатывать и использовать информацию с помощью компьютеров и других вычислительных и телекоммуникационных средств. Знания информатики и информационных технологий - необходимые требования профессиональной пригодности в XXI веке.

Как же возникло понятие ИНФОРМАТИКА, является ли она наукой, как она связана с такими, например, понятиями как ИНФОРМАЦИЯ, КОМПЬЮТЕР, ОБЩЕСТВО?

На современном этапе развития человечества связывают с построением и переходом к новой формации – информационному обществу. Его основные черты:

1. большинство работающих (около 80%) занято в информационной сфере, то есть сфере производства информации и информационных услуг

2. обеспечена возможность доступа любому члену общества практически в любой точке территории в приемлемое время к нужной ему информации (за исключением гос. тайны)

3. В ИО информация - важнейший стратегический ресурс общества и занимает ключевое место в экономике, образовании, культуре.

Научный фундамент процесса информатизации – наука информатика. Таким образом, можно сказать, что информатизация общества - процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и деятельности общества. Хорошо это или плохо? Мало какие факторы так влияют на социальную сферу обществ, как информатизация. Очень мощны социальные аспекты этого явления. Так (согласно признаку № 1), последние полвека информатизация является одной из причин перетока людей из сферы прямого материального производства в так называемую информационную сферу. Все больше «белых воротничков» - людей, не создающих материальные ценности непосредственно, а занятых обработкой информации – учителя, банковские служащие, программисты и т.д. …. То есть идет оттеснение традиционных добывающих и обрабатываюих отраслей, выдвижение более наукоемких производств (электроника, связь, вычислительная техника), следовательно растет потребность в высококвалифицированных специалистах. В этом есть свои плюсы – рост производительности труда, изменение условий труда, интенсификация и т.п. Однако, есть и отрицательные стороны– безработица, прозрачность личности, незащищенность.

Однако роль информации, информатики и компьютерных технологий обработки информации стала заметной лишь в последние десятилетия. Почему это так? Когда начался данный процесс и в чем его причины? Краткий экскурс в историю, чтобы все это понять. Для характеристики информационного обеспечения исторических эпох выделим несколько параметров:

· организация передачи информации в ПРОСТРАНСТВЕ (то есть распространение информации между удаленными людьми в относительно небольшой временной интервал)

· организация передачи информации во ВРЕМЕНИ (то есть накопление и хранение информации)

· организация ОБРАБОТКИ информации, то есть преобразование ее с целью использования в практических целях – управление, образование, создание новой информации (наука)

Все эти показатели развивались очень неравномерно, что привело к возникновению, а затем и преодолению так называемых информационных барьеров. Из сказки о мамонтах вы должны были догадаться, что они образовывались в результате противоречий между информационными запросами общества и техническими возможностями их обеспечения. Их три:

1. V тысячелетие до нашей эры. Противоречие- необходимо сохранять и передавать накопленные опыт и знания, а не на чем. Появление письменности. Носителями информации стали камни, глиняные таблички, папирус, пергамент, а во II веке до н.э. появилась и бумага. Т.О. хранилище информации – не только человеческий мозг.

2. XV век – развитие производства (появление цехов. мануфактур и т.п) – как следствие потребность в большом числе образованных людей, способных всем этим управлять. Противоречие состояло в том, что рукописных книг не хватало. Было изобретено книгопечатание (в Европе в XV веке Гутенбергом и в XVI веке Иваном Федоровым). Основной носитель информации – бумага. Скорость передачи ее=скорости передачи бумажного носителя. Глушков назвал это "бумажная информатика".

Затем – к началу XX века изменилась ситуация со скоростью распространения информации – сначала почта, потом телеграф, телефон, 1905-радио, 20-30 гг. - телевидение. Появились и устройства для хранения информации - фотография. кинолента, магнитная запись. Не изменилась только переработка информации – по-прежнему эту функцию выполнял только человек.

3. середина XX столетия. Общие объемы информации настолько возросли, что человеческий мозг не был в силах с ними справиться. Еще толчок – II мировая война. И был изобретен компьютер. Об этой истории поговорим подробнее на одной из следующих лекций.

Термин "информатика" появился и установился не сразу. В СССР в 60-е годы все вопросы по разработке, функционированию и применению АС обработки информации назывались термином КИБЕРНЕТИКА. Это не совсем удачно, поскольку на самом деле К-это наука о законах управления в живой и неживой природе, то есть охватывает лишь часть используемых человеком информационных процессов и систем. В Америке и англоязычных странах - термин "computer science", а во Франции "informatique" –"информатика". Он и вошел в жизнь в середине 70-х гг.

Однако до настоящего времени предметную область дисциплины информатика установившейся считать нельзя.

У большинства людей слово «информатика» ассоциируется, прежде всего, и только с компьютером. На самом деле, кроме компьютера в информатике есть еще много полезных и не менее увлекательных вещей. Существует несколько определений понятия термина «информатика».

Информатика, это:

• название фундаментальной естественной науки, изучающей общие свойства информации, процессы, методы и средства ее обработки (сбор, хранение, преобразование, перемещение, выдача)
• наука о преобразовании информации, которая базируется на вычислительной технике. Состав информатики – это три неразрывно и существенно связанные составные части: технические средства, программные и алгоритмические.
• комплексная научная и технологическая дисциплина, которая изучает аспекты разработки, проектирования, создания машинных систем обработки данных, а также их воздействия на жизнь общества
• наука о проблемах обработки различных видов информации, создании новых видов высокоэффективных ЭВМ, позволяющая представлять человеку широкий спектр информационных ресурсов
• наука об осуществляемой с помощью автоматических средств целесообразной обработке информации, рассматриваемой как представление знаний и сообщений в технических, экономических и социальных областях
• наука, техника и применение машинной обработки, хранения и передачи информации
• отрасль науки, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах деятельности

Как следует из всех этих определений термином «информатика» обозначают совокупность научных направлений, изучающих информацию, информационные процессы в природе, обществе, технике, формализацию и моделирование как методы познания, способы представления, накопления, обработки и передачи информации с помощью технических средств и многое другое.

Информатика – это не только «чистая» наука. У нее , конечно, есть научное ядро. Но важная особенность информатики – широчайшие приложения, охватывающие почти сферы человеческой деятельности. Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам и именно эти общие закономерности есть предмет информатики как науки. Объектомприложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала непрерывным источником самых современных технологий – «новых информационных технологий».

«Ядро» (как бы теоретическая часть ) информатики состоит из следующих частей:

· Теоретическая информатика – часть информатики, занимающаяся изучением структуры и общих свойств информации и информационных процессов. Основана на использовании математических методов и включает ряд математических разделов (теория алгоритмов, теория автоматов, теория кодирования. Метматическая логика, исследование операций и др).

· Вычислительная техника – раздел, в котором описываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет о принципиальных решениях на уровне архитектуры вычислительных систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств (например – архитектура многопроцессорной обработки информации - объяснить).

· Программирование– деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения.

· Информационные системы– раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно- поисковые системы, и, конечно, Internet привлекают внимание все большего числа пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известный пример решения проблемы на глобальном уровне – гипертекстовая поисковая система –WWW, а на значительно более низком уровне – справочная система 09.

· Искусственный интеллект– область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Основные направления разработок в этой области – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем и другие. И вечный вопрос – сможет ли компьютер думать и как научить его делать это?

Проанализировав приведенные рассуждения можно нарисовать схему – о месте информатики в системе наук:

Основные понятия информатики

Информация

Как видно, базовым понятием информатики является информация. Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятия на ее основе решений и их выполнения. С появлением современных средств вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов научно-технического прогресса.

По современным представлениям информация является одной из исходных категорий мироздания наряду с материей и энергией. Эти категории тесно взаимосвязаны между собой. Эти связи можно усмотреть и в природе и процессах, порожденных человеком. Пример связи этих категорий в природных явлениях: переход жидкости их твердого состояния в жидкое – здесь есть материальные преобразования, энергетические затраты, а также потеря информации относительно расположения атомов. Пример связи материя-энергия-информация в обществе: 1. образовательный процесс – это сам по себе процесс информационный и, конечно, он требует материального, энергетического обеспечения; 2. любое управление, например автомобилем. Однако есть существенное отличие информации от материи и энергии – она может возникать и исчезать.

Невозможно ответь на вопрос – какая категория (материя, энергия или информация) важнее для человека. Вместе с тем прогресс человечества неизбежно влечет увеличение общего объема информации, которым оно располагает, прчем объем этот растет гораздо быстрее чем население земного шара и его материальные потребности. Таким образом, можно утверждать что значимость информации по отношению к двум другим рассмотренным категориям постепенно возрастает.

Информация содержится в человеческой речи, текстах книг, журналов, газет, сообщениях радио и телевидения, показаниях приборов и т.д. Человек воспринимает информацию с помощью органов чувств. Хранит и перерабатывает ее с помощью мозга и центральной нервной системы. Передаваемая информация обычно касается каких-то предметов или нас самих и связана с событиями, происходящими в окружающем нас мире.

Понятие "информация" - есть первичное и неопределяемое понятие (как, например «точка» в геометрии, «множество» в математике).

Сам термин "информация" происходит от латинского слова informatio - разъяснение, пояснение.

Первоначально смысл слова «информация» трактовался как нечто присущее только человеческому сознанию и общению – знания, сведения, известия. Затем смысл этого слова начал расширяться и обобщаться. Так, с позиций материалистической теории познания од­ним из всеобщих свойств материи (наряду с движением, развити­ем, пространством, временем и др.) было признано отражение, зак­лючающееся в способности адекватно отображать одним реальным объектом другие реальные объекты, а сам факт отражения одного объек­та в другом и означает присутствие в нем информации об отражае­мом объекте. Таким образом, как только состояния одного объекта находятся в соответствии с состояниями другого объекта (напри­мер, соответствие между положением стрелки вольтметра и напря­жением на его клеммах или соответствие между нашим ощущени­ем и реальностью}, это значит, что один объект отражает другой, т. е. содержит информацию о другом.

Высшей, специфической формой отражения является сознание человека.

Особенностью понятия «информация» является его универсальность - оно используется во всех без исключения сферах человеческой деятельности: в философии, естественных и гуманитарных науках, в биологии, медицине, в психологии человека и животных, в социологии, искусстве, в технике и экономике и, конечно, в повседневной жизни.

Рассмотрим ряд других понятий, связанных с информацией.

Информация – категория нематериальная, следовательно, она должна быть связана с какой материальной основой, без этого она просто не сможет существовать (вспомним про изобретение письменности).

Опр: Материальный объект или среду, которые служат для представления или передачи информации, будем называть ее материальным носителем (бумага, диск, воздух и т.п.).

При этом хранение информации связана с фиксацией состояния носителя (например уже напечатанный текст на бумаге), а распространение информации – с процессом, который протекает в носителе. Но только с нестационарным процессом, то есть характеристики которого меняются. (стационарный информацию не переносит – лампа просто горит и все, а мигает – уже азбука Морзе). И при этом информация связывается не с существованием процесса (просто горит лампа), а именно с изменением какой-либо его характеристики.

Опр: Изменение характеристики носителя, которое используется ля представления информации, называется сигналом, а значение этой характеристики, отнесенное к некоторой шкале измерений, называется параметром сигнала.

Примеры:

Одиночный сигнал не может содержать много информации. Нужно их много.

Опр: Последовательность сигналов называется сообщением.

Сообщение, таким образом, служит переносчиком информации, а информация является содержанием сообщения.

Выше уже говорилось о том, что в отличие от материи и энергии информация может создаваться и исчезать.

Опр.: изменение с течением времени содержания информации или представляющего его сообщения – это информационный процесс.

Основные виды информационных процессов:

1. создание новой информации

2. преобразование информации

3. уничтожение информации

4. передача информации

Понятие «информация» обычно предполагает наличие двух объектов – источника и приемника информации. Информация передается от источника к приемнику в материально-энергетической форме в форме сигналов, распространяющихся в определенной среде.

Опр: Источник информации – это субъект или объект, порождающий информацию и представляющий ее в виде сообщения.

Опр: Получатель информации - это субъект или объект, принимающий сообщение и способный правильно его интерпретировать.

!! получатель информации не равен получателю сообщения (слышу речь на керунди – я получатель сообщения, но не информации)

Итак, информация передается в форме сообщений от некоторого источника информации к получателю посредством системы связи между ними.

Совокупность технических средств, используемых для передачи сообщений от источника к получателю, называется системой связи.

Канал связи – совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от передатчика к приемнику.

Кодирующее устройство предназначено для кодирования информации (преобразования исходного сообщения от источника к виду, удобному для передачи информации).

Декодирующее устройство предназначено для преобразования полученного сообщения в исходное.

Выше говорилось о том. что передача информации производится с помощью сигналов. Их различают два вида:

Опр: Сигнал называется непрерывным (или аналоговым), если его параметр моожет принимать любое значение в пределах некоторого интервала (речь, музыка)

Опр: Сигнал называется дискретным , если его параметр может принимать конечное число значений в пределах некоторого интервала.

В этом случае говорят соответственно дискретная и непрерывная информация.

Следует различать непрерывность или дискретность сигнала по уровню и во времени.

Пример дискретного сообщения – процесс чтения книги, информация в которой представлена текстом, то есть дискретной последовательностью отдельных букв. Примеров непрерывной информации служит человеческая речь, передаваемая модулированной звуковой волной, параметром сигнала в этом случае является давление, создаваемое этой волной в точке нахождения приемника - человеческого уха.

непрерывный по уровню и во времени сигнал X дискретный по уровню и непрерывный по времени сигнал X

непрерывный по уровню и дискретный по времени сигнал X

дискретный по уровню и во времени X

Принципиальное различие: дискретные сигналы можно обозначить, то есть каждому из значений (их конечное множество!) можно приписать некоторый знак

Опр: Знак– это элемент некоторого конечного множества отличных друг от руга сущностей.

Опр: Набор знаков, в котором установлен порядок их следования, называется алфавитом. Пример – десятичные цифры от 0 до 9. Ими можно записать любое число в системах от двоичной до десятичной.