Лекция 1. Введение в информатику

Лекция 1. Введение в информатику

Что такое инфоpматика?

Термин " информатика" (франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает " информационная автоматика" .

Широко распространён также англоязычный вариант этого термина — " Сomputer science" , что означает буквально " компьютерная наука" .

Инфоpматика — это основанная на использовании компьютерной техники дисциплина, изучающая структуру и общие свойства информации, а также закономерности и методы её создания, хранения, поиска, преобразования, передачи и применения в различных сферах человеческой деятельности.

В 1978 году международный научный конгресс официально закрепил за понятием " информатика" области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Таким образом, информатика базируется на компьютерной технике и немыслима без нее.

Инфоpматика — научная дисциплина с широчайшим диапазоном применения. Её основные направления:

· pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;

· теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;

· методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);

· системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;

· методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;

· средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;

· разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Информатику обычно представляют состоящей из двух частей:

· технические средства;

· программные средства.

Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как " твёрдые изделия" .

А для программных средств выбрано (а точнее, создано) очень удачное слово Software (буквально — " мягкие изделия" ), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины и вместе с тем подчёркивает способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться, развиваться.

Программное обеспечение — это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению.

Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну существенную ветвь — алгоритмические средства. Для неё российский академик А.А. Дородницин предложил название Brainware (от англ. brain — интеллект). Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приёмов их построения.

Алгоритмы — это правила, предписывающие выполнение последовательностей действий, приводящих к решению задачи.

Нельзя приступить к программированию, не разработав предварительно алгоритм решения задачи.

Роль информатики в развитии общества чрезвычайно велика. С ней связано начало революции в области накопления, передачи и обработки информации. Эта революция, следующая за революциями в овладении веществом и энергией, затрагивает и коренным образом преобразует не только сферу материального производства, но и интеллектуальную, духовную сферы жизни.

Рост производства компьютерной техники, развитие информационных сетей, создание новых информационных технологий приводят к значительным изменениям во всех сферах общества: в производстве, науке, образовании, медицине и т.д.

Что такое информация?

Термин " информация" происходит от латинского слова " informatio", что означает сведения, разъяснения, изложение.

Информация — это настолько общее и глубокое понятие, что его нельзя объяснить одной фразой. В это слово вкладывается различный смысл в технике, науке и в житейских ситуациях.

В обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют.

Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т.п. " Информировать" в этом смысле означает " сообщить нечто, неизвестное раньше" .

Информация — сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые воспринимают информационные системы (живые организмы, управляющие машины и др.) в процессе жизнедеятельности и работы.

Одно и то же информационное сообщение (статья в газете, объявление, письмо, телеграмма, справка, рассказ, чертёж, радиопередача и т.п.) может содержать разное количество информации для разных людей — в зависимости от их предшествующих знаний, от уровня понимания этого сообщения и интереса к нему.

Так, сообщение, составленное на японском языке, не несёт никакой новой информации человеку, не знающему этого языка, но может быть высокоинформативным для человека, владеющего японским. Никакой новой информации не содержит и сообщение, изложенное на знакомом языке, если его содержание непонятно или уже известно.

Информация есть характеристика не сообщения, а соотношения между сообщением и его потребителем. Без наличия потребителя, хотя бы потенциального, говорить об информации бессмысленно.

В случаях, когда говорят об автоматизированной работе с информацией посредством каких-либо технических устройств, обычно в первую очередь интересуются не содержанием сообщения, а тем, сколько символов это сообщение содержит.

Применительно к компьютерной обработке данных под информацией понимают некоторую последовательность символических обозначений (букв, цифр, закодированных графических образов и звуков и т.п.), несущую смысловую нагрузку и представленную в понятном компьютеру виде. Каждый новый символ в такой последовательности символов увеличивает информационный объём сообщения.

Более развёрнутое представление о существе рассматриваемых вопросов дается в [11, 41, 42].

В каком виде существует информация?

Информация может существовать в самых разнообразных формах:

· в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;

· в виде световых или звуковых сигналов;

· в виде радиоволн;

· в виде электрических и нервных импульсов;

· в виде магнитных записей;

· в виде жестов и мимики;

· в виде запахов и вкусовых ощущений;

· в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Предметы, процессы, явления материального или нематериального свойства, рассматриваемые с точки зрения их информационных свойств, называются информационными объектами.

Как передаётся информация?

Информация передаётся в виде сообщений от некоторого источника информации к её приёмнику посредством канала связи между ними. Источник посылает передаваемое сообщение, которое кодируется в передаваемый сигнал. Этот сигнал посылается по каналу связи. В результате в приёмнике появляется принимаемый сигнал, который декодируется и становится принимаемым сообщением.

	канал связи
ИСТОЧНИК	———————————®	ПРИЁМНИК

Примеры:

1. сообщение, содержащее информацию о прогнозе погоды, передаётся приёмнику (телезрителю) от источника — специалиста-метеоролога посредством канала связи — телевизионной передающей аппаратуры и телевизора;

2. живое существо своими органами чувств (глаз, ухо, кожа, язык и т.д.) воспринимает информацию из внешнего мира, перерабатывает её в определенную последовательность нервных импульсов, передает импульсы по нервным волокнам, хранит в памяти в виде состояния нейронных структур мозга, воспроизводит в виде звуковых сигналов, движений и т.п., использует в процессе своей жизнедеятельности.

Передача информации по каналам связи часто сопровождается воздействием помех, вызывающих искажение и потерю информации.

Вопросы для самоконтроля

1.1. Что означает термин " информатика" и каково его происхождение?

1.2. Какие области знаний и административно-хозяйственной деятельности официально закреплены за понятием " информатика" с 1978 года?

1.3. Какие сферы человеческой деятельности и в какой степени затрагивает информатика?

1.4. Назовите основные составные части информатики и основные направления её применения.

1.5. Что подразумевается под понятием " информация" в бытовом, естественно-научном и техническом смыслах?

1.6. Какие формы существования информации Вы можете назвать?

1.7. Приведите примеры знания фактов и знания правил. Назовите новые факты и новые правила, которые Вы узнали за сегодняшний день.

1.8. От кого (или чего) человек принимает информацию? Кому передает информацию?

1.9. В каких формах человек передаёт и принимает информацию?

1.10. Где и как человек хранит информацию?

1.11. Что необходимо добавить в систему " источник информации — приёмник информации", чтобы осуществлять передачу сообщений?

1.12. Какие типы действий выполняет человек с информацией?

1.13. Приведите примеры ситуаций, в которых информация

а) создаётся;	д) копируется;	и) передаётся;
б) обрабатывается;	е) воспринимается;	к) разрушается;
в) запоминается;	ж) измеряется;	л) ищется;
г) делится на части;	з) принимается;	м) упрощается.

1.14. Приведите примеры обработки информации человеком. Что является результатами этой обработки?

1.15. Приведите примеры информации:

· а) достоверной и недостоверной;

· б) полной и неполной;

· в) ценной и малоценной;

· г) своевременной и несвоевременной;

· д) понятной и непонятной;

· е) доступной и недоступной для усвоения;

· ж) краткой и пространной.

1.16. Назовите системы сбора и обработки информации в теле человека.

1.17. Приведите примеры технических устройств и систем, предназначенных для сбора и обработки информации.

1.18. От чего зависит информативность сообщения, принимаемого человеком?

1.19. Почему количество информации в сообщении удобнее оценивать не по степени увеличения знания об объекте, а по степени уменьшения неопределённости наших знаний о нём?

1.20. Как определяется единица измерения количества информации?

1.21. В каких случаях и по какой формуле можно вычислить количество информации, содержащейся в сообщении?

1.22. Почему в формуле Хартли за основание логарифма взято число 2?

1.23. При каком условии формула Шеннона переходит в формулу Хартли?

1.24. Что определяет термин " бит" в теории информации и в вычислительной технике?

1.25. Приведите примеры сообщений, информативность которых можно однозначно определить.

1.26. Приведите примеры сообщений, содержащих один (два, три) бит информации.

Упражнения

1.1. Запишите множество вариантов загорания двух светофоров, расположенных на соседних перекрёстках.
[ Ответ ]

1.2. Три человека, Иванов, Петров и Сидоров, образуют очередь. Запишите все возможные варианты образования этой очереди.
[ Ответ ]

1.3. Назовите все возможные комбинации из двух различных нот (всего нот семь: до, ре, ми, фа, соль, ля, си).
[ Ответ ]

1.4. Пусть голосуют 3 человека (голосование " да" /" нет" ). Запишите все возможные исходы голосования.
[ Ответ ]

1.5. Предположим, что имеются 3 автомобильные дороги, идущие от Парижа до Тулузы, и 4 — от Тулузы до Мадрида. Сколькими способами можно выбрать дорогу от Парижа в Мадрид через Тулузу? Попытайтесь найти систематический метод для последовательного нахождения решения так, чтобы можно было составить список способов, не пропустив ни одного из них.
[ Ответ ]

1.6. Поезд находится на одном из восьми путей. Сколько бит информации содержит сообщение о том, где находится поезд?
[ Ответ ]

1.7. Сколько существует различных двоичных последовательностей из одного, двух, трех, четырёх, восьми символов?
[ Ответ ]

1.8. Каков информационный объём сообщения " Я помню чудное мгновенье" при условии, что один символ кодируется одним байтом и соседние слова разделены одним пробелом?
[ Ответ ]

1.9. Определите приблизительно информационный объём:

· а) этой страницы книги;

· б) всей книги;

· в) поздравительной открытки.

1.10. Сколько бит необходимо, чтобы закодировать оценки: " неудовлетворительно", " удовлетворительно", " хорошо" и " отлично"?
[ Ответ ]

1.11. Сколько различных символов, закодированных байтами, содержится в сообщении: 1101001100011100110100110001110001010111?
[ Ответ ]

1.12. Сколько байт памяти необходимо, чтобы закодировать изображение на экране компьютерного монитора, который может отображать 1280 точек по горизонтали и 1024 точек по вертикали при 256 цветах?
[ Ответ ]

1.13. Решите уравнение: 8^x (бит) = 32 (Кбайт).
[ Ответ ]

1.14. Решите систему уравнений

ж 2^х+2 (бит) = 8^y-5 (Кбайт), н и 2^2y-1 (Мбайт) = 16^x-3 (бит).

[ Ответ ]

1.15. Определите правила формирования приведённых ниже последовательностей и вставьте пропущенные числа [49]:

а) 1, 3, 5, ..., 9;	ж) 128, 64, 32, ..., 8;	н) 15 (27) 42
б) 20, 15, ..., 5;	з) 4, 9, 17, 35, ..., 139;	30 (...) 55;
в) 1, 2, 4, ..., 16;	и) 1, 2, 2, 4, 8, ..., 256;	о) 10 (50) 15
г) 1, 4, 9, ..., 25;	к) 2, 3, 10, 15, ..., 35;	17 (...) 20;
д) 1, 8, 27, ..., 125;	л) 1, 3, 3, 9, ..., 6561;	п) 143 (56) 255
е) 1, 2, 6, ..., 120;	м) к, о, ж, з, г, ..., ф;	218 (...) 114.