1. Понятие информации и ее основные свойства
1.1. Предмет и задачи информатики
Информатика – наука, изучающая закономерности получения, хранения, передачи и обработки информации в природе и человеческом обществе.
Слово информатика образовано объединением слов информация и автоматика. В большинстве стран Западной Европы и в США используется термин Computer Science (наука о компьютерах).
Системы, способные воспринимать и обрабатывать информацию, будем называть информационными. Информационные системы можно классифицировать на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются созданные человеком информационные системы.
Предметом изучения в данном курсе является один из разделов информатики – компьютерная информатика. Под компьютерной информатикой будем понимать естественно-научную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, хранения, обработки и отображения информации с использованием средств вычислительной техники. В настоящее время компьютерная информатика используется в различных сферах человеческой деятельности и становится одним из стратегических направлений развития общества
Далее под информатикой будем понимать компьютерную информатику.
Предмет информатики составляют следующие понятия:
В информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия или интерфейсам. Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называются пользовательским интерфейсом. Существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.
Основной задачей информатики является систематизация приёмов и методов работы с аппаратными программными средствами вычислительной техники.
Можно выделить следующие направления практических приложений информатики.
1.2. Понятие информации
Термин информация происходит от латинского слова informatio – разъяснение, изложение. Первоначальное значение этого термина – «сведения, передаваемые людьми устным, письменным или иным способом». В середине ХХ века термин «информация» превратился в общенаучное понятие, означающее обмен сведениями между людьми, между человеком и автоматом, между автоматами, а также обмен сигналами в животном и растительном мире.
В философском смысле информация есть отражение реального мира. Это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.
В информатике под информацией понимается сообщение, снижающее степень неопределенности знаний о состоянии предметов или явлений и помогающее решить поставленную задачу.
Изменение некоторой физической величины во времени, обеспечивающее передачу сообщений, называется сигналом.
Мы живем в материальном мире, состоящем из физических тел и физических полей. Физические объекты находятся в состоянии непрерывного движения и изменения, которые сопровождаются обменом энергией и переходом ее из одной формы в другую. Для того чтобы в материальном мире происходил обмен информацией, ее преобразование и передача, должны существовать носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Канал связи представляет собой среду, в которой происходит передача информации. Канал связи объединяет источник и получателя информации в единую информационную систему(рис. 1).
Подобные информационные системы существуют как в технических системах, так и в человеческом обществе и живой природе. Информационные системы можно разделить на естественные и искусственные. К первым относятся все естественно возникшие системы. Такими системам являются биологические организмы. Искусственными информационными системами являются информационные системы, созданные человеком.
Рис.1. Информационная система.
Зарегистрированные сигналы называются данными. Для их регистрации с целью хранения и передачи необходим некоторый язык. Этот язык должен быть понятен как отправителю информации, так и ее получателю. Данные могут нести в себе информацию о событиях, происходящих в материальном мире. Однако данные не тождественны информации. Для получения информации нужен метод обработки данных. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов их обработки.
Информация существует только в момент взаимодействия данных и методов. В остальное время она содержится в виде данных. Таким образом, во-первых, не существует информации самой по себе как некоторой самостоятельной сущности без ее носителя в виде некоторых материальных процессов, во-вторых, не существует информации безотносительно к субъекту, способному извлекать ее из полученного сообщения. Из одних и тех же данных разные получатели могут извлечь разную информацию в зависимости от адекватности методов их обработки.
Данные являются объективными, так как это результат регистрации объективно существующих сигналов, вызванных изменениями в материальных телах и полях. В то же время методы являются субъективными, так как в их основе лежат алгоритмы, составленные людьми.
Получатель информации оценивает ее в зависимости от того, для решения какой задачи она будет использована. При оценке информации различают ее синтаксический, семантический и прагматический аспекты.
Передаваемое сообщение должно быть представлено в виде последовательности символов некоторого алфавита. Синтаксический аспект касается формальной правильности сообщения с точки зрения синтаксических правил используемого языка безотносительно к его содержанию.
Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит её с ранее имевшейся информацией. Знания об определенной предметной области фиксируются в форме тезауруса, то есть совокупности понятий и связей между ними. При получении информации тезаурус может изменяться. Степень этого изменения характеризует воспринятое количество информации. Семантический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации, т.е. определяет ценность информации.
Количество информации, содержащейся в некотором сообщении, можно оценить степенью изменения индивидуального тезауруса получателя под воздействием данного сообщения. Иными словами, количество информации, извлекаемой получателем из поступающих сообщений, зависит от степени подготовленности его тезауруса для восприятия такой информации. Если индивидуальный тезаурус получателя сообщения не пересекается с тезаурусом отправителя, то получатель не понимает сообщение и для него количество принятой информации равно нулю. Такая ситуация аналогична прослушиванию сообщения на неизвестном языке. Несомненно, что сообщение не лишено смысла, однако оно непонятно, а значит, не информативно. Если тезаурусы отправителя и получателя совпадают, то количество информации в сообщении также будет равно нулю, поскольку его получатель знает абсолютно всё о предмете. В этом случае сообщение не дает ему ничего нового. Сообщение несет информацию для получателя только в том случае, когда их тезаурусы пересекаются частично.
Человек сначала наблюдает некоторые факты, которые отображаются в виде набора данных. Здесь проявляется синтаксический аспект. Затем после структуризации этих данных формируется знание о наблюдаемых фактах, которое фиксируется на некотором языке. Это семантический аспект информации. Полученное знание и созданные на его основе информационные модели человек использует в своей практике для достижения поставленных целей.
В реальной жизни часто возникает ситуация, когда даже наличие полной информации не позволяет решить поставленную задачу. Прагматический аспект информации проявляется в возможности её практического использования.
Таким образом, не любое сообщение несет информацию. Для того чтобы сообщение несло некоторую информацию, и было полезно получателю, оно должно быть:
1.3. Свойства информации
На свойства информации влияют как свойства данных, так и свойства методов её обработки.
1.4. Носители данных
Физический метод регистрации данных может быть любым: механическое перемещение, изменение формы, изменение электрических или магнитных характеристик, изменение химического состава или характера химических связей и др. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на различных носителях.
Самым распространенным носителем данных является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик её поверхности. Изменение оптических свойств поверхности используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием (CD-ROM).
Магнитные ленты и магнитные диски используют изменение магнитных свойств.
Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ используется в фотографии.
Свойства информации тесно связаны со свойствами её носителей. Любой носитель характеризуется следующими параметрами:
Одной из важнейших задач информатики является задача преобразования данных с целью смены носителя. Стоимость устройств ввода и вывода вычислительных систем, работающих с носителями информации, составляет до половины стоимости аппаратных средств.
1.5. Операции с данными
Над данными можно выполнять различные операции, состав которых определяется решаемой задачей. Перечисленные ниже операции с данными не зависят от того, кто их выполняет – техническое устройство, компьютер или человек.
