Вычислительные основы информационных технологий

Учебные вопросы: 1. Введение в информатику и информационные технологии. 2. Информационная система. Информационные процессы. Информация. 3. Цель и задачи изучения учебного курса «Информатика и информационные технологии в профессиональной деятельности».

1. Введение в информатику и информационные технологии. Термин «информатика» возник в 1960-х годах во Франции, как слияние французских слов information и automatique (F. Dreyfus, 1962): Информатика = ИНФОРмация + автоМАТИКА Информатика - дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы ее создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности. Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Информатика – это наука об обработке информации средствами вычислительной техники.

Предмет исследования информатики: 1. Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники. 2. Программное обеспечение средств вычислительной техники. 3. Средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения. 4. Средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением. Объект исследования информатики: 1. Архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных). 2. Интерфейсы вычислительных систем (ВС) (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением). 3. Программирование (приемы, методы и средства разработки компьютерных программ). 4. Преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных). 5. Защита информации (обобщение приемов, разработка методов и средств защиты данных). 6. Автоматизация (применение средств вычислительной техники в управленческой деятельности). 7. Стандартизация (обеспечение совместимости аппаратных и программных средств, форматов данных, относящихся к различным вычислительным системам).

Информационная система (ИС) – это взаимосвязанная совокупность средств, методов, персонала, используемая для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Автоматизированная информационная система (АИС) – это комплекс, который включает компьютерное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства, информационные ресурсы, а также системный персонал, обеспечивающий пользователей и для принятия решений. Структура АИС: 1. Информационные технологии (ИТ) – инфраструктура, обеспечивающая реализацию информационных процессов сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распространения информации. ИТ предназначены для снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, повышения их надежности и оперативности. Информационные и коммуникационные технологии – это совокупность методов, устройств и производственных процессов, используемых обществом для сбора, хранения, обработки и распространения информации. 2. Функциональные подсистемы и приложения – специализированные программы, предназначенные обеспечить обработку и анализ информации для целей подготовки документов, принятия решений в конкретной функциональной области на базе ИТ. 3. Управление ИС – компонент, который обеспечивает оптимальное взаимодействие ИТ, функциональных подсистем и связанных с ними специалистов, развитие их в течение жизненного цикла ИС.

Согласно определению, принятому ЮНЕСКО, Информационные технологии (ИТ) это комплекс взаимосвязанных научных, технологических, инженерных дисциплин, изучающих методы эффективной организации труда людей, занятых обработкой и хранением информации; вычислительную технику и методы организации и взаимодействия с людьми и производственным оборудованием, их практические приложения, а также связанные со всем этим социальные, экономические и культурные проблемы. Основные черты современных ИТ: 1. Структурированность стандартов цифрового обмена данными алгоритмов. 2. Широкое использование компьютерного сохранения и предоставление информации в необходимом виде. 3. Передача информации посредством цифровых технологий на практически безграничные расстояния.

В настоящее время выделяют следующие перспективные направления развития информационных технологий: 1. Искусственный интеллект (Теория и эксперименты, ограниченные применения в специальных областях). 2. Мобильная связь 4G (Стандарты LTE-advanced и IEEE m [мобильный WiMAX release 2] в стадии внедрения).LTE-advancedIEEE mWiMAX 3. Машинный перевод (Коммерческая эксплуатация). 4. Семантическая паутина или Вопросно-ответная система (Коммерческая эксплуатация). 5. Твердотельный накопитель (Распространение; разработки для больших ёмкостей). 6.Объёмная оптическая память или Голографическая память (Разработка прототипов и исследования). 7. Оптический компьютер (Теория и эксперименты некоторые компоненты интегральных схем уже разработаны). 8. Квантовый компьютер (Теория и эксперименты). 9. Лазерный телевизор (Первый коммерческий Laser TV представлен в 2008, телевизоры Mitsubishi LaserVue в коммерческом производстве).Laser TV 2008Mitsubishi LaserVue 10.3D-принтер (В коммерческом производстве). 11. Голография (Теория, ограниченная коммерциализация ).

2. Информационная система. Информационные процессы. Информация. Информационная система (ИС) - это взаимосвязанная совокупность средств, методов, персонала, используемая для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Понятие информационной системы в широком смысле Федеральный закон РФ от 27 июля 2006 года 149-ФЗ трактует: «Об информации, информационных технологиях и о защите информации»: «информационная система совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств». Стандарт ISO/IEC дает следующее определение: «Информационная система система обработки информации, включающая связанные с ней ресурсы, такие как людские, технические и финансовые, предназначенная для обеспечения информацией и распространения информации». Российский ГОСТ РВ определяет информационную систему, как «автоматизированную систему (АС), результатом функционирования которой является представление выходной информации в требуемом виде для последующего использования».

Информационная система в узком смысле рассматривают как программно-аппаратную систему, предназначенную для автоматизации целенаправленной деятельности конечных пользователей, обеспечивающую, в соответствии с заложенной в нее логикой обработки, возможность получения, модификации и хранения информации. Более подробно процессы накопления, использования информации в информационной системе (ИС) изучаются: в теме 6 «Проектирование и обработка баз данных», в теме 11 «Информационные системы как центры сбора, хранения и обработки служебной информации. Документальные и фактографические информационные системы в профессиональной деятельности», в теме 13 «Автоматизированные рабочие места сотрудников, как узловые центры единого информационного пространства профессиональной деятельности».

Процессы, связанные с поиском, хранением, передачей, обработкой и использованием информации, называются информационными процессами.

1. Поиск информации - это извлечение хранимой информации. Методы поиска информации: непосредственное наблюдение; общение со специалистами по интересующему вас вопросу; чтение соответствующей литературы; просмотр видео, телепрограмм; прослушивание радиопередач, аудиокассет; работа в библиотеках и архивах; запрос к информационным системам, базам и банкам компьютерных данных; другие методы. 2 Хранение информации - это способ распространения информации в пространстве и времени. Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска и размещения и выдачи информации.

3. Передача информации включает источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает, между ними действует канал передачи информации - канал связи. Канал связи - совокупность технических устройств, обеспечивающих передачу сигнала от источника к получателю. Кодирующее устройство - устройство, предназначенное для преобразования исходного сообщения источника к виду, удобному для передачи. Декодирующее устройство - устройство для преобразования кодированного сообщения в исходное. Криптология - наука, разрабатывающая способы защиты информации.

4. Обработка информации - преобразование информации из одного вида в другой, осуществляемое по строгим формальным правилам.

Информация происходит от латинского infomatio, что в переводе означает – сведение, разъяснение, ознакомление. Используют термин «понятие информации», которое не дается однозначно, а вводится на примерах. В физике информация рассматривается как антиэнтропия или энтропия с обратным знаком. В кибернетике (науке об управлении) «понятие информации» используется для описания процессов управления в сложных динамических системах (живых организмах или технических устройствах). Процессы управления включают в себя получение, хранение, обработку, преобразование и передачу информации.

Классификация информации по видам довольно условна, зависит она от того, какая характеристика, свойство или функция информации принята за классификационный признак:

Свойства информации. 1. Информация должна быть понятной. 2. Информация должна быть достоверной. Недостоверная информация вводит в заблуждение, приводит к неправильным управленческим решениям, и даже к социальным потрясениям. 3. Информация должна быть актуальной. Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. 4. Информация должна быть полной и точной. Полнота информации определяется достаточностью данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Ошибка в полноте и точности представления информации может приводить к неверным решениям. 5. Информация должна быть адекватной. Адекватность - это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению и т.п.

Со свойствами информации тесно связано ее понимание в трех аспектах: прагматическом, семантическом и синтаксическом. Прагматический (потребительский) аспект рассмотрения информации связан с ее ценностью, полезностью использования информации при выработке потребителем решения для достижения своей цели. Семантический (смысловой) аспект определяет степень соответствия образа объекта и самого объекта, позволяет оценить смысл передаваемой информации и определяется семантическими связями между словами или другими смысловыми элементами языка. Синтаксический аспект информации отображает формально- структурные характеристики информации, не затрагивая ее смыслового содержания, и связан со способом ее представления в виде специальных знаков, символов.

Измерение информации. За единицу количества информации принято такое количество информации, которое содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знания в два раза, т.е. количество возможных событий (N) и количество информации (I): N = 2 I. Минимальная единица информации называется бит. В случае, когда возможные события имеют различные вероятности реализации для вычисления количества информации используется формула Шеннона (названа по имени автора):, где I – количество информации, N – количество возможных событий, p i – вероятности отдельных событий.

Для частного, но широко распространенного случая, когда события равновероятны (p i = 1/N), величину количества информации можно рассчитать по формуле: Компьютер оперирует в двоичной системе счисления, таким образом, для измерения количества информации используется коэффициент 2 n. 1 байт = 2 3 бит = 8 бит 1 Кбайт = 2 10 байт = 1024 байт 1 Мбайт = 2 20 байт = 1024 Кбайт 1 Гбайт = 2 30 байт = 1024 Мбайт

Литература: 1. Степанов А.Н. Информатика. Базовый курс для студентов гуманитарных специальностей высших учебных заведений. – СПб., Питер, Симонович С.В. Информатика. Базовый курс. – СПб., Питер, Советов Б.Я., Целиховский В.В. Информационные технологии: Учебник для вузов. – М., Высшая школа, Острейковский В.А. Информатика: Учебник для вузов. – М., Высшая школа, Мельников В.П. Информационные технологии. Учебник. – М., Академия, 2009.