Предмет и задачи информатики

Лекция №1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ИНФОРМАТИКИ.

 

Понятия и структуры  информационного процесса.Основные понятия: сигналы и данные, данные и методы, аппаратное обеспечение, программное обеспечение, информация,  количество информации, обработка информации, файлы и файловая структура. Предмет и задачи информатики. Носители данных. Операции над данными. Кодирование информации.

 

Мы живём в материальном мире. Всё, что нас окружает, и  с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Такие изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые данные.

Данные – это зарегистрированные сигналы. Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий.

Несмотря на то что  с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного  её определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения обычно используют понятие об информации.

Информация – это  продукт взаимодействия данных и  адекватных им методов.

Информатика – это  техническая наука, систематизирующая  приёмы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи, данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики  составляют следующие понятия:

• Аппаратное обеспечение средств ВТ
• Программное обеспечение средств ВТ
• Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения
• Средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами

Как видно из этого  списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие – интерфейс. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приёмов и методов работы с аппаратными и программными средствами ВТ. Цель систематизации состоит в выделении и внедрении и развитии передовых наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых технологических исследований.

Информатика – это  практическая наука. Её достижения должны проходить подтверждение практикой  и приниматься в тех случаях, когда они соответствуют критерию повышения эффективности. В составе  основной задачи информатики сегодня можно выделить следующие направления для практических приложений:

• Архитектура вычислительных систем (применение и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных)
• Интерфейсы вычислительных систем (приёмы и методы управления аппаратным и программным обеспечением)
• Программирование (приёмы и методы и средства разработки компьютерных программ)
• Преобразование данных (приёмы и методы преобразования структур данных)
• Защита информации (сообщение приёмов, разработка методов и средств защиты данных)
• Автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека)
• Стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между формами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем)

На всех этапах технического обеспечения информационных процессов  для информатики ключевым понятием является эффективность.

Основным является вопрос (для информатики) как сделать  данную операцию эффективно.

В качестве источников информатики  обычно называют две науки – документалистику и кибернетику.

Слово информатика происходит от французского слова – informatique, образованного в результате объединения терминов information (информация). Automatique (автоматика), что выражает её суть как науки об автоматической обработке информации.

Все процессы в природе  сопровождаются сигналами, зарегистрированные сигналы образуют данные. Данные преобразуются с помощью методов. При взаимодействии данных и адекватных им методов образуется информация. Информация – динамический объект, образующийся в ходе информационного процесса. Он отражает диалектическую связь между объективными данными и субъективными методами. Свойства информации зависят как от свойств данных, так и от свойств методов.

 

 Данные – зарегистрированные сигналы.

Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Термин “информатика” (франц. informatique) происходит от французских  слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает “информационная автоматика”.

Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.  

  Аппаратное обеспечение – комплекс технических средств, образующих аппаратную конфигурацию.

А для программных  средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово Software (буквально — “мягкие изделия”), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчёркивает способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.

Программное обеспечение — это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.  

Термин “информация” происходит от латинского слова “informatio”, что означает сведения, разъяснения, изложение.

Информация — это  настолько общее и глубокое понятие, что его нельзя объяснить одной фразой. В это слово вкладывается различный смысл в технике, науке и в житейских ситуациях.

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.  

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией  понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.  

Информация может существовать в самых разнообразных формах:

• в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
• в виде световых или звуковых сигналов;
• в виде радиоволн;
• в виде электрических и нервных импульсов;
• в виде магнитных записей;
• в виде жестов и мимики;
• в виде запахов и вкусовых ощущений;
• в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Какое количество информации содержится, к примеру, в тексте романа “Война и мир”, в фресках Рафаэля  или в генетическом коде человека? Ответа на эти вопросы наука не даёт и, по всей вероятности, даст не скоро.

А возможно ли объективно измерить количество информации? Важнейшим  результатом теории информации является вывод:

В определенных, весьма широких  условиях можно пренебречь качественными особенностями информации, выразить её количество числом, а также сравнить количество информации, содержащейся в различных группах данных.  

В качестве единицы информации условились принять один бит (англ. bit — binary, digit — двоичная цифра).

Бит в теории информации — количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений. А в вычислительной технике битом называют наименьшую “порцию” памяти, необходимую для хранения одного из двух знаков “0” и “1”, используемых для внутри машинного представления данных и команд.  

Бит — слишком мелкая единица измерения. На практике чаще применяется более крупная единица  — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28>).

В настоящее время  получили распространение подходы  к определению понятия “количество  информации”, основанные на том, что  информацию, содержащуюся в сообщении, можно нестрого трактовать в смысле её новизны или, иначе, уменьшения неопределённости наших знаний об объекте.

Широко используются также ещё более крупные производные  единицы информации:

• 1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210> байт,
• 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220> байт,
• 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230> байт.

В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:

• 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240> байт,
• 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250> байт.

Обработка информации – получение одних информационных объектов из других информационных объектов путем выполнения некоторых алгоритмов.

Обработка является одной из основных операций, выполняемых над информацией, и главным средством увеличения объёма и разнообразия информации.

Средства обработки информации — это всевозможные устройства и системы, созданные человечеством, и в первую очередь, компьютер — универсальная машина для обработки информации.

Компьютеры обрабатывают информацию путем выполнения некоторых  алгоритмов.

Файл - это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем.

Файловая структура – это иерархическая структура, с помощью которой организуется хранение файлов.

 

Основная литература: [1] – 1-638 c, [2] 1- 432 c.

Дополнительная  литература: [18] – c, [19] - c

Контрольные вопросы:

1. Что такое информация?
2. Приведите примеры, подтверждающие наличие и общность информационных процессов в живой природе, обществе, технике.
3. Что позволяет говорить об информационной деятельности человека?
4. В какой форме можно передать информацию от человека к человеку, от чего зависит выбор этой формы?
5. Какие средства для передачи информации возможны?
6. Приведите примеры формальных языков.

 

Лекция №2 СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЧИСЛОВОЙ И СИМВОЛЬНОЙ  ИНФОРМАЦИИ.

 

Перевод чисел  из одной системы счисления в другую.  Системы счисления. Операции над двоичными кодами. Перевод из одной системы счисления в другую.

 

Вопросами систематизации приёмов и методов создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи, данных средствами ВТ занимается техническая наука – информатика.

С целью унификации приёмов  и методов работы с данными  в ВТ применяется универсальная  система, кодирования данных называются двоичным кодом. Элементарной единицей представления данных в двоичном коде является двоичный разряд (бит). Другой, более крупной единицей представления данных является байт.

Существует множество  систем представления данных. С одной  из них, принятой в информатике и  ВТ, двоичным кодом, мы познакомимся…

Своя система существует и в ВТ – она называется двоичным кодированием. Для автоматизации работы с данными, относящиеся к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого обычно используется приём кодирования, т. е. выражение данных одного типа через данные другого типа.

Двоичное кодирование  основана на представлении данных последовательность всего двух знаков: 0 и 1. эти знаки  называются: двоичными цифрами, по-английски – binary digit или сокращенно bit (бит).

Совокупность двоичных разрядов, выражающих числовые данные, образует некий битовый рисунок. Практика показывает, что с битовым представлением удобнее работать, если этот рисунок имеет регулярную форму.

В настоящее время  в качестве таких форм используются группы из восьми битов, которые называются байтами.

Понятия о байте, как группе взаимосвязанных битов, появилось вместе с первыми образцами ЭВТ. Долгое врем оно было машинно-зависимым, т. е. для разных вычислительных машин длина байта была разной. Только в конце 60-х годов понятие байта стало универсальным и машинно-независимым.

Группа из 16 взаимосвязанных  бит (двух взаимосвязанных байтов) в  информатике называется словом.

Соответственно, группы из четырёх взаимосвязанных байтов (32 разряда) называется удвоенным словом, а группы из восьми байтов (64 разряда) – учетверённым словом.

При хранении данных решаются две проблемы:

• Как сохранить данные в наиболее компактном виде
• Как обеспечить к ним удобный и быстрый доступ (если доступ не обеспечен, то это не хранение)

В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый – файлом. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.