Связь с другими дисциплинами

Мировоззренческая сущность современной информатики,

Информатики

Краткий экскурс в историю и методологию формирования

ВВЕДЕНИЕ

 

 

 

Информатика - это наука, изучающая все аспекты получения, хранения, преобразования, передачи и использования информации. Информатика стала развиваться с середины нашего столетия, когда появились специальные устройства - компьютеры, ориентированные на хранение и преобразование информации.

С информацией люди оперировали уже задолго до появления компьютеров. Конторские счеты, механические устройства типа арифмометров, счетные электрические клавишные машины, счетно-аналитическая техника и многие другие приборы были нацелены на решение тех задач, которые в полном объеме стали реализовываться в компьютерах.

Для хранения и передачи символьной информации (текстов различного характера) также придумывали и создавали различные приспособления и устройства. Простейшим примером могут служить различные каталоги, на карточках которых можно хранить в систематизированном виде любую информацию, записанную на некотором естественном или специальном языке.

Компьютер в одной системе объединяет хранение и обработку как числовой, так и текстовой информации. Именно поэтому его появление ознаменовало начало новой науки.

Слово “информатика” в нашей стране прижилось не сразу. Сначала исследования, связанные с использованием информации с системах управления, назвали кибернетикой, и этот термин стал у нас синонимом информатики. Постепенно выяснилось, что кибернетика - вполне самостоятельное научное направление, составляющее лишь часть информатики. В англоязычных странах новую науку стали называть вычислительной наукой (Computer Science ) , а во франкоязычных странах появился термин “информатика” ( Informatique). Именно из французского и был заимствован этот термин, который начиная с середины 70-х гг. прочно вошел в обиход

 

Под понятием информатика объединяют ряд научных направлений, исследующих разные стороны одного и того же объекта - информации. В информатике, как в физике или математике, можно выделить два научных направления - теоретическая информатика и прикладная информатика. Каждый из этих разделов можно делить и дальше. Такая структуризация информатики не слишком удобна, ибо в один раздел попадают научные направления, значительно отличающиеся друг от друга и взглядом на информацию, и теми методами, которые в них используются. Поэтому чаще применяется другое деление информатики на основные направления, опирающееся на внутреннее единство решаемых в них задач и подходов к пониманию сущности информации. Такое деление показано на рис. 1.

Теоретическая информатика - математическая дисциплина, использующая методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации. Это теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики. По своему характеру теоретическая информатика близка

к дискретной математике.

Сама теоретическая информатика распадается на ряд дисциплин, которые условно можно разделить на 5 классов (рис. 2). К первому классу относятся дисциплины, опирающиеся на математическую логику. В них разрабатываются методы, позволяющие использовать достижения логики для анализа процессов переработки информации с помощью компьютеров (теория алгоритмов, теория параллельных вычислений ), а также методы, с помощью которых можно на основе моделей логического типа изучать процессы, протекающие в самом компьютере во время вычислений ( теория автоматов, теория сетей Петри).

Ко второму классу относятся дисциплины (вычислительная математика и вычислительная геометрия), лежащие на границе между дискретной математикой и теоретической информатикой. Эти дисциплины направлены на разработку в математике специальных приемов и методов решения задач, ориентированных на реализацию в компьютерах.

К третьему классу относятся дисциплины, изучающие информацию как таковую (т.е. в виде абстрактного объекта, лишенного конкретного содержания ), а также выделяющие общие свойства информации, законы, управляющие ее рождением, развитием и уничтожением. Такой дисциплиной является теория информации, к которой близки примыкает теория кодирования, в задачу которой входит изучение тех форм, в которые может быть ”отлито” содержание любой конкретной информационной единицы.

К четвертому классу относятся дисциплины, изучающие переход от реальных объектов к моделям, которые можно использовать для изучения и реализации в компьютерах. Системный анализ изучает структуру реальных объектов и дает способы их формализованного описания. Частью системного анализа является общая теория систем, изучающая разнообразные по характеру системы с единых позиций. Имитационное моделирование - наука, создающая и использующая специальные приемы воспроизведения процессов, протекающих в реальных объектах, в тех моделях этих объектов, которые реализуются в вычислительных малинах. Теория массового обслуживания изучает специальный класс моделей передачи и переработки информации, так называемые системы массового обслуживания.

Последний класс дисциплин, входящий в теоретическую информатику, ориентирован на использование информации для принятия решений в самых различных ситуациях. Теория принятия решений изучает общие схемы, используемые людьми при выборе нужного им решения из множества альтернативных возможностей. Теория игр изучает модели выбора в условиях конфликта или противоборства. Математическое программирование изучает проблемы, возникающие при выборе наилучшего или близкого к нему решения среди всех возможных. Исследование операций изучает способы построения планов, ведущих к нужной цели. В этой науке изучаются способы организации различного рода процессов, ведущих к получению нужных результатов.

Кибернетика возникла в конце 40-х гг., когда Н. Винер впервые выдвинул идею о том, что системы управления в живых, неживых и искусственных системах обладают многими общими чертами. Эта гипотеза не выдержала проверку временем, но накопленные в кибернетике сведения о самых разных системах управления принесли большую пользу. Возникли научные направления, получившие характерные названия: химическая кибернетика, юридическая кибернетика, техническая кибернетика и т. п. Все эти “кибернетики” изучают использование информации при управлении в том классе систем, который изучает соответствующая наука. Общая методология и ряд общих положений помогают получать в этом направлении теоретически и практически значимые результаты.

Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В ее состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Без исследований в этой области невозможны были бы достижения в области приборостроения, атомной энергетики, ракетостроения, в системах управления промышленными процессами, научными исследованиями, в системах управления оружием и войсками. С теорией автоматического управления связана техническая диагностика, в задачи которой входит контроль за функционированием систем и поиск повреждений в них.

Кибернетика может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования автоматических и автоматизированных систем управления разной степени сложности, от управления отдельными объектами (станком, автомобилем, ракетой и т.п.) до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, системами связи, ракетными войсками стратегического назначения.

Программирование.В начальный период своего развития программирование не имело под собой прочной теоретической базы и напоминало труд ремесленников высшей квалификации, когда качество работы определяется не знаниями, а профессиональным умением. С накоплением опыта программирования нащупывались общие идеи и положения, лежащие в основе построения программ для компьютеров и в самих процедурах программирования. Так возникло теоретическое программирование, в котором сейчас можно выделить насколько направлений.

Одно из них связано с созданием разнообразных языков программирования, предназначенных для облегчения взаимодействия человека с машиной и информационными системами. Кроме разработки языков, на которых пользователь записывает программы, необходимы еще специальные средства, обеспечивающие автоматический перевод программы на некотором языке программирования в форму, воспринимаемую устройствами компьютера. Этот перевод осуществляется специальными программными системами - трансляторами. Разработкой языков программирования и трансляторов занимаются системные программисты. Системное программирование - особая отрасль, в которой трудятся профессионалы высокого уровня.

Другая область деятельности системных программистов - создание операционных систем, без которых не может функционировать никакая вычислительная машина.

Кроме системного выделяют проблемно-ориентированное программирование. В этой сфере создаются пользовательские программы, нацеленные на решение задач в той или иной области человеческой деятельности, например для решения задач из области аэродинамики, медицинской диагностики, банковского дела и т.п.

Искусственный интеллект.Это направление появилось в информатике в начале 70-х гг. нашего столетия. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, кибернетикой, математической и прикладной лингвистикой, нейрокибернетикой, программированием и рядом других научных направлений. Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению навыками, знаниями и умениями. Искусственный интеллект - наука не чисто теоретическая. Она занимается и прикладными вопросами, связанными с построением реально действующих интеллектуальных систем, например роботами и экспертными системами.

Информационные системы.Начало этому направлению положили исследования в области документалистики и анализа научно-технической информации, которые проводились еще до еще до появления компьютеров. Сейчас в этой области решается несколько основных задач.

А. Анализ и прогнозирование потоков разнообразной информации, перемещающихся в обществе.

Б. Исследование способов представления и хранения информации, создание специальных языков для формального описания информации различной природы, разработка специальных приемов сжатия и кодирования информации.

В. Построение различных процедур и технических средств их реализации для автоматизации процессов извлечения информации из документов.

Г. Создание информационно-поисковых систем, способных воспринимать запросы к информационным хранилищам, сформулированные на естественном языке.

Д. Создание сетей хранения, обработки и передачи информации, в состав которых входят информационные банки данных.

Вычислительная техника.Развитие современной информатики немыслимо без компьютеров - основного и пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией. Создать современную вычислительную технику невозможно без использования результатов, полученных в программировании, искусственном интеллекте, кибернетике и других разделах, составляющих информатику. Вычислительная техника и самостоятельное направление исследований. Например, в микроэлектронике ведутся многочисленные исследования, направленные на совершенствование элементной базы вычислительных машин. Проектирование современных вычислительных машин и разработка их элементной базы требует специальных систем автоматизированного проектирования, созданием которых занимаются специалисты, работающие в области информатики.

Информатика в обществе.Мир сейчас находится на пороге информационного общества. В этом обществе огромную роль будут играть системы распределения, хранения и обработки информации. Подобно мировой системе связи возникает единая информационная среда, которая обеспечит любому человеку доступ ко всей нужной ему информации. Широкое внедрение компьютеров изменяет традиционную среду обитания людей. Растет количество людей, профессионально занятых сбором, накоплением, обработкой, распределением и хранением информации. Информация становится товаром, имеющим большую ценность, и индустрия информации в обществе становится весьма значительным явлением.

Информатика в природе.Основная задача этого направления - изучение информационных процессов, протекающих в биологических системах, и использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создании технических систем. Три самостоятельных науки, входящие в эту ветвь информатики, решают указанные задачи. Биокибернетика решает проблемы, связанные с анализом информационно-управляющих процессов, протекающих в живых организмах, диагностикой заболеваний и поиском путей их излечения. Бионика - это наука о том, как процессы живой природы, реализованные в живых организмах, можно перенести в искусственные системы. Биогеоценология нацелена на решение проблем, относящихся к системно-информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающее воздействие человеческой цивилизации на биосферу Земли.

 

ИНФОРМАТИКА

 
 


Теоретическая Кибернетика Программирование Искусственный

информатика интеллект

 

               
   
       
 
 


Информационные Вычислительная Информатика Информатика

системы техника в обществе в природе

 

Рис. 1. Основные направления в информатике

 

 

 
 


КЛАССЫ ДИСЦИПЛИН,

включаемые в теоретическую

информатику

 
 

 


1-й класс 2-й класс 3-й класс 4-й класс 5-й класс

 

Дисциплины, Дисциплины, Дисциплины, Дисциплины, Дисциплны,

опирающиеся лежащие на изучающие разрабатываю- ориентирован-

на математи- границе меж- информацию щие специаль- ные на исполь-

ческую логику ду дискретной ные абстракт- зование ин-

математикой и ные модели формации для

теоретической физической принятия ре-

информатикой среды, в кото- шений

рой циркули-

рует информ.

теория вычислит. теория системный теория

алгоритмов математика информации анализ принятия

решений

 

теория вычислит. теория имитационное теория

параллельн. геометрия кодирования моделирование игр

вычислений

 

теория теория математич.

аитоматов масового программи-

обслуживания рование

 

теория се- иследова-

тей Петри ние опера-

ций

 

Рис.2. Структура теоретической информатики