Введение в информатику и системы программирования

Лекция 1.

I. Что такое информатика?

Информация присутствует в природе: организмы способны принимать, передавать,

запоминать и обрабатывать разнообразные сигналы и сведения.

Понятие информации происходит от латинского «informatio» - разъяснение, изложение.

Это первичное понятие, его невозможно разумно определить с помощью других базовых,

первичных понятий.

Информация с философской точки зрения — мера организации системы.

Этапы обработки информации в человеческом обществе:

1. Те же методы, что и в живой природе.

2. примерно миллион лет назад: появление речи (эффективный обмен информацией).

3. примерно 30 тысяч лет назад: появление наскальных рисунков, развившихся затем в письменность (сохранение информации). Этот этап называется ручным этапом обработки информации.

4. середина XV века: изобретение печатного станка (Иоганн Гутенберг) (тиражирование информации). Начало бумажного этапа информатики.

5. Механический этап обработки информации начался в середине XVII века:

• 1641-1645 года: «суммирующая машина» (Блез Паскаль), серия из примерно 50 устройств • 1671-1675 года: арифмометр (Готфрид Лейбниц) • 1822-1834 года: автоматические действия (Чарльз Бэббидж) 6. В конце XIX века начался электромеханический этап.

7. В 40-ые годы XX века были созданы электронные вычислительные машины.

В результате исключения механических операций скорость обработки информации существенно увеличилась. Начался этап электронной обработки информации.

8. 80-ые годы XX века: широкое внедрение персональных компьютеров.

Изменение характера и типа обрабатываемой информации.

9. 90-ые годы XX века: массовое использование компьютерных сетей.

10. Дальнейшее развитие информатики: оптическая? квантовая? что-то иное?

Слово информатика происходит от французского informatique и образовано комбинацией двух слов: информация и автоматика. Возникло это понятие в 60-ые годы XX века.

Аналог в английском языке – computer science. Такое название является «авансом»:

обработка информации до сих пор автоматизированная, а не автоматическая!

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

СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ:

II. Информатика как наука.

Определение: Информатика – фундаментальная естественная наука о структуре и общих свойствах информации, а также об осуществляемой с помощью автоматизированных средств целесообразной обработке информации. Это наука о средствах, методах и способах сбора, обмена, хранения и обработки информации.

Передача информации осуществляется с помощью сообщений (фактов, сведений).

Можно сказать, что сообщение – это материальная форма информации, а информация – это смысл сообщения.

Материальность информации (математический и физический смысл).

Информация и сообщение не тождественны!

Примеры:

1. объявления на разных языках: одна информация, разные сообщения.

2. Слэнг, «над всей Испанией безоблачное небо» (1936) – одно сообщение, разная информация.

Операции, производимые над информацией (точнее, над сообщениями):

• Сбор • Обмен (=передача+прием) • Хранение • Обработка Ш. Меры и свойства информации.

Меры информации:

1) Синтаксическая мера (данные) Формально-структурная часть, абстрагирована от смыслового и полезностного параметров.

а) Статистическая мера (Шэннон, 1948). [ См. подробнее в [1,2] ].

б) Алгоритмическая мера (Колмогоров).

2) Семантическая мера Смысловое содержание, проявляется при наличии единства информации и пользователя.

3) Прагматическая мера Единство информации, пользователя и цели. Ценность и полезность информации.

Свойства информации:

1. Репрезентативность — правильность, качественная адекватность отражения заданных свойств объекта. Репрезентативность информации зависит от правильности ее отбора и формирования.

2. Содержательность информации — это ее удельная семантическая емкость, равная отношению количества семантической информации в сообщении к объему данных, его отображающих.

3. Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения набор показателей.

4. Доступность информации - возможность и удобство восприятия информации пользователем.

5. Актуальность информации — это свойство информации сохранять свою полезность (ценность) во времени. Актуальность зависит от статистических характеристик отображаемого объекта (от динамики изменения этих характеристик) и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

6. Своевременность — это свойство информации, обеспечивающее возможность ее использования в заданный момент времени.

7. Точность информации — это степень близости отображаемого информацией значения и истинного значения данного параметра.

8. Достоверность информации — свойство информации отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, то есть вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой 9. Устойчивость информации — свойство информации реагировать на изменения исходных данных, сохраняя необходимую точность.

10. Ценность информации — комплексный показатель ее качества, ее мера на прагматическом уровне.

III. Информационная модель.

Любой объект или явления обладают специфическими чертами, свойствами, качествами, называющимися также их атрибутами. Как правило, атрибутов чрезвычайно много, и большинство(!) из них отбрасывается при рассмотрении.

Можно сказать, что ОБЪЕКТ(ЯВЛЕНИЕ) – несущественные подробности = модель.

Говоря точнее, можно дать Определение: Модель – материальный или идеальный образ совокупности реальных объектов или явлений, который используется в качестве заменителя или представителя исходных объектов или явлений.

Существуют разнообразные типы моделей, в информатике рассматриваются в основном информационные и математические модели.

Один и тот же объект может иметь разные модели.

Математические модели (уравнения, соотношения и т.д.) – частный случай информационной модели.

Две важные характеристики модели:

Отвлечение от несущественных деталей – абстрагирование.

Адекватность модели – верное отображение важнейших особенностей реальных объектов или явлений.

В модели, как правило, помимо собственно данных присутствует и необходимость их обработки. Обработка данных осуществляется с помощью алгоритмов.

Алгоритм – это последовательность действий, которую необходимо выполнить над исходными данными (информацией), для того чтобы достичь поставленной цели.

(Подробнее понятие и свойства алгоритма мы обсудим позже).

Исполняем алгоритм получаем результат.

Ничего не нужно понимать автоматическое выполнение (возможно выполнение на ЭВМ).

ЭВМ (компьютер) – электронное устройство, используемое для автоматизации процессов приема, хранения, обработки и передачи информации, которые осуществляются по заранее разработанным алгоритмам.

В контексте использования ЭВМ, мы часто будем употреблять как синонимы (там, где это не приводит к недоразумениям):

Алгоритм = программа, Информация = данные.

IV. Информационные технологии в современной науке и технике.

Компьютер как инструмент исследователя:

1. Моделирование эксперимента.

2. Автоматизация эксперимента.

3. Моделирование физических процессов.

4. Обработка результатов эксперимента.

5. Поиск и анализ информации.

6. Подготовка и оформление публикации.

7. Осуществление коммуникаций.

Основные применения информационных технологий в технике:

• Техническая поддержка.

ЛИТЕРАТУРА

1) Бройдо В.Л., Вычислительные системы, сети и телекоммуникации, (Питер, 2-е издание, 2004), Глава 1.

2) Макарова Н.В. и др., Информатика, (М., Финансы и статистика, 2000), параграфы 3) Степанов А.Н. Информатика. Учебник для вузов (Питер, 4-е издание, 2006), параграфы 1.1, 1.2.