Предмет и структура информатики основные тенденции развития реферат

Обновлено: 05.07.2024

Цель работы заключается в том, чтобы рассмотреть основные направления развития информатики, постигнуть суть каждого из них, понять принадлежность к той или иной науки.
Задачами нашей работы является:
понимание сути процесса развития информатики, определение её основных направлений и развернутая характеристика этих направлений;

Содержание

Введение………………………………………………………………………
3
1 Основные направления информатики ……………. ……….
5
2 Информатика как единство науки и технологии.………
10
3 Развитие информационных технологий с XVIII по XX век…………………………………………………………………………….
13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………

Вложенные файлы: 1 файл

реферат по информатике.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

(ФГБОУ ВПО КубГУ)

Основные направления развития информатики

Работу выполнил: Бобренко О.Е.

Курс 1 группа А

к.с.н. Белопольская Т.Н.

1 Основные направления информатики ……………. ……….

2 Информатика как единство науки и технологии.………

3 Развитие информационных технологий с XVIII по XX век……………………………………………………………………… …….

В современном мире информатика, определяя развитие экономики, науки, образования и культуры, играет важную роль, Она является научной основой постиндустриального общества. Поэтому тема основных направлений развития информатики является особенно актуальной.

В последнее десятилетие информатика, как фундаментальная наука, становится важной составляющей системы научного познания. В условиях формирования глобального информационного общества, развитие этой науки является стратегически важным. Ведь благодаря ней обуславливается конкурентоспособность той или иной страны, качество жизни её населения и национальную безопасность.

В последние годы в США, Китае и странах Западной Европы активизировался интерес к научно-методологическим и философским аспектам информатики. Так, например, в 2010 году Пекине состоялась Четвертая Международная конференция по фундаментальным основам информационной науки (Fourth International conference on the Foundations of Information Science – FIS 2010), для участия в которой в качестве Почетного Президента был приглашён К.К. Колин. Конференция была организована Международным Координационным Советом по фундаментальным основам информационной науки, который, начиная с 1994, проводит конференции в различных странах: Испании (1994), Австрии (1997), Франции (2005), Китае (2010), России (2012)1.

Такое разнообразие направлений формирования информационной науки подтолкнуло исследователей на её изучение, рассмотрение основных этапов развития, прогрессирования.

Цель работы заключается в том, чтобы рассмотреть основные направления развития информатики, постигнуть суть каждого из них, понять принадлежность к той или иной науки.

Задачами нашей работы является:

понимание сути процесса развития информатики, определение её основных направлений и развернутая характеристика этих направлений;
рассмотрение информатика как единства науки и техники и доказательство её синтеза с другими науками;
изучение истории развития информационных технологий с XVIII по XX века.

1 Основные направления в информатике

Своим появлением информатика обязана возникновению и распространению новых технологий сбора, обработки и передачи информации. Возможность информационного обмена между компьютерами дала мощный толчок к становлению информатики, как науки.

К основным направлениям информатики относят: Теоретическую информатику, Кибернетику, Программирование, Искусственный интеллект, Информационные системы, Вычислительную технику.

Теоретическая информатика – математическая дисциплина, использующая методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, она создает тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики. В рамках этого направления развивается такая дисциплина, как теория информации. Теория информации рассматривает информацию как некий абстрактный объект, лишенный какого-то конкретного содержания, и изучает ее общие свойства и законы развития. Теория кодирования занимается вопросами представления содержания информации в той или иной форме, а также теоретическими вопросами передачи информации по зашумленным каналам связи и исправления ошибок, возникающих в этих каналах. Вместо реальных объектов в компьютере рассматриваются упрощенные описания явлений и процессов. Переход от реальных объектов к их моделям рассматривается в такой науке, как системный анализ. Любая построенная модель требует адаптации к современной вычислительной технике, позволяющей воспроизводить реальные объекты в компьютере. Потребность в специальных методах и приемах, позволяющих обсчитывать модели и проводить численные эксперименты, обусловливает развитие таких наук, как вычислительная математика, теория алгоритмов и параллельных вычислений.

Кибернетика сейчас может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности.

Программирование – сфера деятельности, направленная на создание отдельных программ и пакетов прикладных программ, разработку языков программирования, создание операционных систем, организацию взаимодействия компьютеров с помощью протоколов связи.

Теория программирования включает в себя следующие направления: структуры данных, их представление в памяти компьютера; упорядочивание (сортировка) линейных массивов и файлов; информационный поиск; формальные языки, грамматики, автоматы и другие абстрактные машины; синтаксический анализ программ; эквивалентные преобразования алгоритмов, экономия процессорного времени и памяти; спецификация задач, доказательство свойств программ, автоматический синтез программ; семантика языков программирования (теория моделей программ).

Методология программирования – это объединенная единым философским подходом совокупность методов, применяемых в процессе разработки программного обеспечения. МП изучает методы с точки зрения основ построения. МП определяет, какие языки и системы будут применяться для разработки программного обеспечения и какой технологический подход будет при этом использован.

Искусственный интеллект. Это направление информатики – самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.

Основная цель работ в области искусственного интеллекта – стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии – науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление – когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта. Исследования в этой области необходимы при создании роботов, баз знаний и экспертных систем.

Информационная система – это совокупность, состоящая из одного либо нескольких компьютеров, соответствующих средств программирования, операторов, физических процессов, средств телекоммуникаций и других, образующих автономное целое, способное осуществлять обработку или передачу данных. Другими словами, информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Информационная технология является процессом, состоящим из четко регламентированных правил выполнения операций, действий, этапов разной степени сложности над данными, хранящимися в компьютерах. Основная цель информационной технологии: в результате целенаправленных действий по переработке первичной информации получить необходимую для пользователя информацию.

Информационная система является средой, составляющими элементами которой являются: аппаратные средства вычислительной техники, аппаратные средства телекоммуникаций (связи), программные средства, информационные базы данных и обслуживающий персонал. Основная цель информационной системы: организация обработки, хранения и передачи информации. Информационные системы, в которых представление, хранение и обработка информации осуществляется при помощи вычислительной техники, называются автоматизированными информационными системами или АИС.

Информационные системы являются основным средством, инструментарием решения задач и информационного обеспечения (рисунок 1). Информационное обеспечение – это совокупность процессов сбора, обработки, хранения, анализа и выдачи информации, необходимой для обеспечения управленческой деятельности и технологических процессов. Под информацией понимают изменения объема и структуры знания о некоторой предметной области воспринимающей системой независимо от формы и способа представления знания.

Автоматизация работ с данными имеет свои особенности и отличия от автоматизации других типов работ. Для этого класса задач используют особые виды устройств, большинство из которых являются электронными приборами. Совокупность устройств, предназначенных для автоматической, или автоматизированной обработки данных, называют вычислительной техникой. Конкретный набор взаимодействующих между собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка, называют вычислительной систем ой. Центральным устройством большинства вычислительных систем является компьютер. Развитие современной информатики невозможно без совершенствования компьютера – эффективного инструмента для работы с различной информацией 2.

Вычислительная техника развивает и совершенствует архитектуру, принципы функционирования компьютера, его элементной базы (Hardware), а также разрабатывает новые операционные системы и все программное обеспечение (Software ).

Современное общество, без сомнения, является информационным. В рамках направления информатики в природе и обществе рассматривают влияние процессов информатизации на человека и на его взаимоотношения с действительностью, а также информационные процессы, протекающие в биологических системах.

2 Информатика как единство науки и технологии.

Как наука, информатика изучает общие закономерности, свойственные информационным процессам (в самом широком смысле этого понятия). Когда разрабатываются новые носители информации, каналы связи, приемы кодирования, визуального отображения информации и многое другое, конкретная природа этой информации почти не имеет значения. Для разработчика системы управления базами данных (СУБД) важны общие принципы организации и эффективность поиска данных, а не то, какие конкретно данные будут затем заложены в базу многочисленными пользователями. Эти общие закономерности есть предмет информатики как науки.

Перечислим наиболее впечатляющие реализации информационных технологий, используя, ставшие традиционными, сокращения.

АСУ – автоматизированные системы управления – комплекс технических и программных средств, которые во взаимодействии с человеком организуют управление объектами в производстве или общественной сфере. Например, в образовании используются системы АСУ-ВУЗ.

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации.

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

- изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

- созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

- разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

- исследование информационных процессов любой природы;

- разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

- решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция к большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

Теоретический раздел любой науки базируется на математических методах исследования. Это относится и к информатике. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится всё здание информатики.

По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах и точечном виде на рисунках. С учётом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики. Следующее направление теоретической информатики - вычислительная математика , которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.

Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.

Системный анализ - еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.

Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр. Рисунок 1 Условное изображение структуры информатики в виде карты:

1.2 Искусственный интеллект

Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой , откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта . И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования (рис. 1).

Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии - науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление - когнитивная психология , исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что. но и знать как. 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.

Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение , которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня в программы на машинном языке используются специальные программы - трансляторы , которые также создаются системными программистами.

Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решения тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС) , в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

1.4 Прикладная информатика

Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС - автоматизированные обучающие системы) и др.

Раздел информатики, посвящённый вычислительной технике. Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне, так называемой, архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области – неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.

Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Здесь отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример – общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – система обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.

Информационные системы – раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне – справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер 09'.

Термин "кибернетика" (от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием "КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине" . Идея "общей теории управления" получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 40-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в кибернетике развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления. идея измерения информации через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой "ничейной территории" между различными сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберёт в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.

Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления , которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.

Ведущее место в кибернетике занимает распознавание образов . Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная область между кибернетикой и искусственным интеллектом , ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.

Ещё одно научное направление связывает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Недавно возникло и ещё находится в стадии оформления научное направление кибернетики - гомеостатика , изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.

Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие.

Сегодня информатика не только важная научная и учебная дисциплина. Можно с полным основанием утверждать, что она превратилась в динамично развивающуюся отрасль народного хозяйства. В этом смысле информатика включает средства и способы, с помощью которых осуществляется сбор, обработка, хранение и представление разнообразной информации. Сюда же относят создаваемые на основе информатики методы выработки и принятия решений в хозяйственной, общественно-политической, научной, педагогической и других сферах деятельности. Информация, средства ее обработки и применения являются частью средств производства. Такие средства, а также специалисты в области информатики составляют часть производительных сил общества, без которой современное общественное производство не может функционировать так же, как, например, без энергетики и транспорта.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и молодежной политики Ставропольского края

Филиал государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

Направление подготовки 44.03.05. Педагогическое образование

Профили Начальное образование и Русский язык

Реферат

Тема: Структура информатики

По дисциплине Основы математической

Студентки ___ курса ___________ группы

Преподаватель

_______________________

Содержание

Введение

Глава 1. Основные разделы информатики

1.1 Теоретическая информатика

1.2 Искусственный интеллект

1.3 Программирование

1.4 Прикладная информатика

Глава 2. Кибернетика и вычислительная техника

2.1 Вычислительная техника

2.2 Кибернетика

Заключение

Список литературы

Введение

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации. Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

· изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

· созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;

· разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Задачи информатики состоят в следующем:

· исследование информационных процессов любой природы;

· разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;

· решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Глава 1. Основные разделы информатики

1.1 Теоретическая информатика

По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах и точечном виде на рисунках. С учётом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики. Следующее направление теоретической информатики - вычислительная математика, которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.

Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие её рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.

Системный анализ - еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели. Имитационное моделирование - один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.

Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр. Error: Reference source not found

1.2 Искусственный интеллект

Это направление информатики - самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования (рис. 1).

Рис. 1 - Структура информатики

Основная цель работ в области искусственного интеллекта - стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии - науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление -когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.

Другое направление психологии - психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Её результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.

Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.

Экспертная система - еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности: 1 - она адаптирована для любого пользователя, 2 - она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только даёт знать что. но и знать как. 3 - она передаёт не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.

1.3 Программирование

Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.

Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.

Есть ещё машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня в программы на машинном языке используются специальные программы -трансляторы, которые также создаются системными программистами.

Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решения тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС), в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определённой предметной области.

1.4 Прикладная информатика

Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности: в научных исследованиях (АСНИ - автоматизированные системы для научных исследований), в разработке новых изделий (САПР - системы автоматизированного проектирования), в информационных системах (АИС - автоматизированные информационные системы), в управлении (АСУ - автоматические системы управления), в обучении (АОС - автоматизированные обучающие системы) и др.

Глава 2. Кибернетика и вычислительная техника

2.1 Вычислительная техника

2.2 Кибернетика

Термин "кибернетика" (от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов. В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием "КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине". Идея "общей теории управления" получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 40-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в кибернетике развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления. идея измерения информации через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой "ничейной территории" между различными сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберёт в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.

Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В её состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.

Ведущее место в кибернетике занимает распознавание образов. Основная задача этой дисциплины - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов - это пограничная область между кибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.

Ещё одно научное направление связывает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Недавно возникло и ещё находится в стадии оформления научное направление кибернетики - гомеостатика, изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.

Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие.

Информатика в таком понимании нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных моделей. Поэтому методы информатики применимы всюду, где существует возможность описания объекта, явления, процесса и т.п. с помощью информационных моделей.

Часто возникает путаница в понятиях информатики и кибернетики. Поясним сходство и различие этих понятий.

Основная концепция, заложенная Н. Винером в кибернетику, связана с разработкой теории управления сложными динамическими системами в разных областях человеческой деятельности. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров.

Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации с более широкой точки зрения, практически не занимаясь задачами управления различными объектами как кибернетика. Поэтому с этой точки зрения может сложиться впечатление об информатике как о более емкой дисциплине, чем кибернетика. Однако, с другой стороны, информатика не занимается решением проблем не связанных с использованием компьютерной техники, что несомненно сужает ее казалось бы обобщающий характер. Между этими двумя дисциплинами провести четкую границу не представляется возможным в связи с ее размытостью и неопределенностью, хотя существует довольно распространенное мнение, что информатика является одним из направлений кибернетики.

Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, хотя и очень активно использует все достижения компьютерной техники. Кибернетика и информатика, внешне очень похожие дисциплины, различаются, скорей всего, в расстановке акцентов:

в информатике - на свойствах информации и аппаратно-программных средствах ее обработки;
в кибернетике - на разработке концепций и построения моделей объектов, используя, в частности, информационный подход.

Обобщим опубликованные в литературе по информатике определения в следующем виде:

1.1.2. СТРУКТУРА ИНФОРМАТИКИ

Информатика в широком смысле представляет единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации, главным образом, с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.

Информатику в узком смысле можно представить состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических средств ( hardware ), программных средств ( software ), алгоритмических средств ( brainware ). В свою очередь информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций (рис.1):

как отрасль народного хозяйства;
как фундаментальную науку;
как прикладную дисциплину.

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются созданием, преобразованием и потреблением информации с помощью компьютерной техники и современной технологии. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоит в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства. Более того, для нормального развития этих отраслей производительность труда в самой информатике должна возрастать более высокими темпами, так как в современном обществе информация все чаще выступает как предмет конечного потребления: людям необходима информация о событиях, происходящих в мире, о предметах и явлениях, относящихся к их профессиональной деятельности, о развитии науки и самого общества. Дальнейший рост производительности труда и уровня благосостояния возможен лишь на основе использования новых интеллектуальных средств и человеко-машинных интерфейсов, ориентированных на прием и обработку больших объемов мультимедийной информации (текст, графика, видеоизображение, звук, анимация). При отсутствии достаточных темпов увеличения производительности труда в информатике может произойти существенное замедление роста производительности труда во всем народном хозяйстве. В настоящее время порядка 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Существует мнение, что одна из главных задач этой науки - выяснение, что такое информационные системы, какое место они занимают, какую должны иметь структуру, как функционируют, какие общие закономерности им свойственны. В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Цель фундаментальных исследований в информатике - получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения и функционирования.

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

Рис. 1. Структура информатики

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использования в организации технологического процесса переработки информации.

Задачи информатики состоят в следующем:

исследование информационных процессов любой природы;
разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, предназначенной для создания новой информационной техники и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства исследования другим областям, даже таким, где считается невозможным применение количественных методов из-за неформализуемости процессов и явлений. Особенно следует выделить в информатике методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной благодаря достижениям компьютерной техники.

Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция ко все большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

Выводы

Представление об информатике может быть сформировано с трех позиций: как о многогранной отрасли, как о фундаментальной науке, как о прикладной дисциплине.

Информатика как учебный предмет предназначена для изучения информационных процессов. Для этой цели изучаются и используются последние достижения в области компьютерной индустрии, современные компьютерные информационные технологии.

Читайте также: