42

Министерство образования Российской Федерации

Московская Государственная академия приборостроения и информатики

Конспект лекций по информатике и программированию

для специальностей 2102, 2103, 3514, 0719

Автор доц., к.т.н. Каширская Е.Н.

Москва, 2001

Часть 1. ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

1. ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИЗАЦИИ СОВРЕМЕННОГО ОБЩЕСТВА

Фундаментальной чертой цивилизации является рост производства, потребления и накопления информации во всех отраслях человеческой деятельности. Вся жизнь человека, так или иначе, связана с получением, накоплением и обработкой информации. Что бы человек ни делал: читает ли он книгу, смотрит ли он телевизор, разговаривает ли - он постоянно и непрерывно получает и обрабатывает информацию.

1.1 Информация и время

Информация в переводе с латинского языка означает: разъяснение, изложение чего-либо или сведения о чём-либо. Такое понятие, как обработка информации, появилось совсем недавно, но обрабатывать информацию люди начали ещё в древние времена. Так, первые наскальные рисунки, изображающие животных, растения, людей, появились примерно 20-30 тыс. лет назад.

Начатый поиск более совершенных способов фиксирования информации привёл к появлению письменности – нового шага человечества в области хранения и передачи информации. Однако первым революционным явлением в этой сфере стало изобретение печатного станка, благодаря которому появилась книга и, таким образом, стало возможно массовое тиражирование профессиональных знаний, зафиксированных на материальном носителе. Но книга является сложным, дорогим, а главное "медленным" носителем информации. Вся многогранность содержания раскрывается человеку при перелистывании, чтении и рассматривании книги. Она не может непосредственно влиять на производственный процесс.

Был и другой вид информационной деятельности. Подготовка и ведение боевых действий требовали информации о военном потенциале противника. Её добывали, например, через разведчиков. Тогда остро встал вопрос о защите информации от утечки в посторонние руки. Стали развиваться методы кодирования, разрабатываться способы быстрой и безопасной пересылки информации.

Для сбора, переработки и распространения информации создавались издательства, типографии - родилась информационная промышленность. Помимо печати появились и другие органы массовой информации - радио и телевидение.

Второе революционное изобретение XX века - Электронная Вычислительная Машина (ЭВМ). Она-то и является носителем информации и средством доставки её потребителю. В совокупности с линиями связи, такими, как проводная, радио-, космическая и оптическая, ЭВМ делает человеку доступной и мобильной любую часть гигантского объёма информации, которая без непосредственного воздействия на человека может влиять на работу производственного оборудования, например, на станки с программным управлением.

1.2. Информатика

Для нашего века - века автомобиля, электричества, авиации, атомной энергии, космонавтики, электронной техники – характерна небывалая скорость развития науки, техники и новых технологий. Так от изобретения книгопечатания (середина XV века) до изобретения радиоприемника (1895 год) прошло около 440 лет, а между изобретением радио и телевидения - около 30 лет. Разрыв во времени между изобретением транзистора и интегральной схемы составил всего 5 лет.

В области накопления научной информации ее объем, начиная с XVII века, удваивался примерно каждые 10 - 15 лет. Поэтому одной из важнейших проблем человечества является лавинообразный поток информации в любой отрасли его жизнедеятельности. Подсчитано, например, что в настоящее время специалист должен тратить около 80% своего рабочего времени, чтобы уследить за всеми новыми печатными работами в его области деятельности.

Бурное развитие науки и промышленности в XX веке, неудержимый рост объёмов поступающей информации привели к тому, что человек оказался не в состоянии воспринимать и перерабатывать всё, ему предназначенное. Возникла необходимость классифицировать поступления по темам, организовывать их хранение, доступ к ним, понять закономерности движения информации в различных сферах деятельности и т.д. Увеличение информации и растущий спрос на нее обусловили появление отрасли, связанной с автоматизацией обработки информации. Исследования, позволяющие разрешить возникшие проблемы, стали называть информатикой.

Информатика - наука о законах, методах измерения, хранения, переработки и передачи информации с использованием ЭВМ. Это слово произошло от слияния двух французских слов: automatic и information. Это научная дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности всех процессов обмена информацией при непосредственном устном и письменном общении специалистов до формальных процессов обмена посредством различных носителей информации. Значительную часть этих процессов составляет научно-информационная деятельность по сбору, переработке, хранению, поиску и распространению информации. Роль информатики в экономике и управлении современного общества чрезвычайно велика.

Информатика – наука, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переработкой, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.

«То, что мы есть, - ничто, то, что мы ищем – все» (Г. Э. Лессинг). «Искать есть все».

Методы поиска ищут все, даже такие области человеческой деятельности, которые связаны с фантазией и творчеством. Этим, в общем, и занимается информатика.

Информатика тесно связана с кибернетикой.

Кибернетика (от греч. искусство управления) – наука об общих законах получения, хранения, передачи и переработки информации с целью управления. Основной объект исследования – так называемые кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы.

Примеры кибернетических систем: автоматические регуляторы в технике, компьютеры, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

Отрасль науки, называемая экономической кибернетикой, занимается приложением идей и методов кибернетики к экономическим системам. Это научная основа автоматизации управления.

Когда-то информатика считалась одним из разделов кибернетики, однако ряд проблем, решаемых информатикой (оптимизация системы научной коммуникации, структура научного документа, повышение эффективности научного исследования путем применения научно-информационных средств) выходит за пределы кибернетики.

Основная задача информатики заключается в определении общих закономерностей, в соответствии с которыми происходит создание научной информации, ее преобразование, передача и использование в различных сферах деятельности человека. Прикладные задачи заключаются в разработке более эффективных методов и средств осуществления информационных процессов, в определении способов оптимальной научной коммуникации с широким применение технических средств.

1.3. Как развивалась информатика

На начальном этапе своего развития информатика являлась базой библиотечного дела. Что же такое информатика? Если это сбор и обработка информации об окружающем нас мире, как отличить её от физики, химии, геологии и других наук? Она существует для помощи другим наукам и вместе с математикой снабжает их методами исследований и обработки информации.

До 50-х годов нашего столетия не существовало почти ничего общего в методах сбора и обработки информации у медиков, физиков, психологов и т.д. Примеров отдельных связей было много, но не было общего стержня, вокруг которого объединились бы все науки. Положение существенно изменилось с рождением ЭВМ.

1.4. Рождение ЭВМ

Первые ЭВМ создавались для проведения расчётов в ядерной физике, в летательной и ракетной технике. Последовавшее далее внедрение ЭВМ в область административного управления и экономики дало не только экономический эффект, но и привело к созданию и бурному росту новой отрасли - средств и методов электронной обработки информации. Информация стала товаром. Электронно-вычислительные машины, созданные первоначально для решения вычислительных задач, стали обрабатывать числовую, текстовую, графическую и другую информацию.

В развитии ЭВМ можно выделить три этапа: вычислительный, общеинформационный и интеллектуальный. Наука и технологии находятся сейчас на пороге третьего этапа - развития машинного интеллекта. Машинный интеллект войдёт в жизнь в виде ЭВМ, выполняющих такие функции, которые раньше были привилегией работников умственного труда.

1.5. Современная информатика

Современную информатику составляют три направления:

1) разработка методов и алгоритмов автоматизированного сбора, хранения, поиска и передачи информации;

2) разработка методов и алгоритмов обработки и преобразования информации;

3) разработка технологии и электронно-вычислительной техники, позволяющих развивать первые два направления.

Современная информатика сложилась в недрах математики и кибернетики, системотехники и электроники, логики и лингвистики. Основные научные направления информатики образуют такие дисциплины, как теоретические основы вычислительной техники, статистическая теория информации, теория вычислительного эксперимента, алгоритмизация, программирование и искусственный интеллект.

Современные ЭВМ не настолько совершенны, чтобы понимать программы, составленные на каком-то употребляемом человеком языке - русском, польском, японском. Поэтому команды, предназначенные машине, необходимо записывать в понятной форме. С этой целью применяют искусственные языки, называемые алгоритмическими или языками программирования.

1.6. Компьютеризация общества

Единство законов обработки информации в системах различной природы (физических, экономических, биологических и т.п.) является фундаментальной основой теории информационных процессов, определяющей ее общую значимость и специфичность. Объектом изучения этой теории является информация - понятие во многом абстрактное, существующее "само по себе" вне связи с конкретной областью знания, в которой она используется.

Это обстоятельство накладывает определенный отпечаток на всю информатику как науку об организации компьютерных информационных систем. Такие системы могут использоваться в самых разных предметных областях, привнося в них "свои правила игры", свои закономерности, ограничения и вместе с тем новые возможности организации бизнеса, которые были бы немыслимы без информатики и связанного с ней компьютера.

1.7. Информационная технология

Информатика стала развиваться с появлением компьютеров. Первые счетные машины (их называли счетно-решающими устройствами) были только вычислительными. Затем машины стали применять для расчетных и логических задач и далее – для проектирования и оптимизации процессов.

Теперь компьютеры применяются во всех областях деятельности человека, а в решении инженерных задач без них вообще очень сложно обойтись.

Только с появлением персональных ЭВМ появилась возможность работы в интерактивном (диалоговом) режиме, что привело к управлению с помощью ЭВМ процессом решения задач и процессом проектирования.

С появлением компьютеров переход на качественно новый этап в скорости решения и сложности решаемых задач произошел не за счет количественных изменений, а за счет реализации новых информационных технологий, качественно отличающихся от прежних уровнем автоматизации и интеллектуализации информационных процессов.

Многозадачный или мультизадачный режим работы компьютера предусматривает параллельное, то есть одновременное выполнение нескольких программ по разным задачам, использующих результат одной задачи как исходные данные для другой. Другими словами, в операционной системе должны быть средства, позволяющие задачам взаимодействовать друг с другом. В отличие от многопрограммного режима, где используется принцип разделения времени между программами, в этом режиме идет параллельная работа по всем задачам.

Информационной технологией является технология сбора, хранения, обработки и передачи информации, вытекающая из нужд автоматизации и управления.

Информационная деятельность, информационные процессы и информационные технологии это совокупность методов и средств сбора, передачи, хранения и обработки информации. Условием эффективного функционирования информационных систем является согласованность методологического, информационного, методического, программно-технического, лингвистического и организационного обеспечения.

Литература

1. 1.Информатика, т.1 (учебник), под ред. Н.В. Макаровой.

2. М.: Финансы и статистика, 1997.

3. Бауэр Ф.Л., Г. Гооз. Информатика. М.: Мир, 1990.

4. Каган Б.М. ЭВМ и системы. М.: Энергоатомиздат, 1991.

5. Долголаптев В.Г. Работа в Windows на примерах. М.: Бином, 1997.

6. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователя. Изд.6 и 7, М.: Финансы и статистика.1997.

7. Фаронов В.В. Программирование на персональных ЭВМ в среде ТУРБО-ПАСКАЛЬ. М.: Изд-во МГТУ, 1990.

2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ИНФОРМАТИКИ

2.1. Определение информации

Информация - сведения об окружающем нас мире, о протекающих в нем процессах, которые воспринимают живые организмы, управляющие машины и другие информационные системы. Особенность информации в том, что, будучи материальным явлением, она не является ни материей, ни энергией. Информация – это НЕ ВЕЩЕСТВО И НЕ ЭНЕРГИЯ. Слово «информация» латинское. За долгую жизнь его значение претерпевало эволюции, то расширяя, то предельно сужая свои границы. Вначале под словом «информация» подразумевали «представление», «понятие», затем - «сведения», «передачу сообщений» и, наконец, «меру определенности в сообщении ».

Понятие «информация» стало фундаментальным понятием и рассматривается под различными углами зрения в многочисленных работах.

Единого взгляда на информацию не существует.