Информатика
Определение. Информатика — наука об общих свойствах и закономерностях информации, а также методах её поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека.
Формирование информатики как науки происходило в XX веке, что было связано с развитием вычислительной техники.
Само понятие информатики возникло где-то в 60-х гг. во Франции. Так решили назвать область знаний, изучающую применение электронных вычислительных машин для автоматизации обработки информации. Слово информатика образовано путем слияния французских слов информация и автоматика. В англоязычных странах вместо «информатики» часто используют термин «computer science» (компьютерная наука).
Хотя термины информатика и компьютерная наука можно считать аналогичными, второй появился раньше, примерно в начале 40-х годов XX века. На тот момент компьютерная наука представляла собой объединение возможностей электронно-вычислительных машин, математической логики и теории алгоритмов. В дальнейшем в компьютерной науке появлялись новые направления, что было обусловлено усовершенствованием ЭВМ.
Отсюда следует, что появление информатики неразрывно связано с существованием компьютерной техники. Хотя вычислительные машины существовали и до 70-80-х годов, их относительно массовое распространение пришлось именно на эти годы. Именно в это время заговорили и об информатике как о научной дисциплине.
Изначально компьютер был инструментом для автоматизации трудоемких вычислений. Однако постепенно эволюционировал в инструмент для работы фактически с любой информацией, а не только числовой. Получая исходную информацию в виде чисел, таблиц, изображений, текстов программное обеспечение вычислительных машин способно преобразовывать ее в другую информацию, а также сохранять и передавать в той или иной форме.
Наука информатика стала заниматься разработкой информационных моделей объектов реального мира, для которых вообще можно создать информационную модель. Т.к. материальный мир весьма разнообразен, то и объекты изучения информатики также очень разнообразны. В связи с этим информатика – очень разнородная наука, что затрудняет ее однозначное определение.
В свое время Е.П. Ершов определил информатику так:
Информатика — это находящаяся в процессе становления наука, изучающая законы и методы накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ, а также область человеческой деятельности, связанная с применением ЭВМ.
Можно предположить, что теоретическая информатика – это наука, возможно до сих пор, находящаяся в становлении и развитии.
Информатика тесно связана с математикой, т.к. опирается на ее достижения. Это объясняется тем, что объекты естественных и технических наук, а также социальные явления можно описать с помощью понятий математики – функций, систем уравнений, неравенств и др. При этом предмет изучения информатики – информация – общенаучное и социальное понятие.
По-сути задачей информатики является изучение способов использования научных и технических достижений для той или иной обработки информации. Цивилизация в XX веке пришла к тому рубежу накопленной информации, что возникли проблемы ее хранения, использования, доступа, передачи и др. На все эти вопросы призвана ответить наука информатика.
В настоящее время активно протекают процессы, связанные с переводом информации, накопленной цивилизацией, в электронный вид. Можно ожидать, что многие вещи, к которым мы привыкли в реальном мире, в скором времени обретут электронную форму существования.
Информатика как наука стала развиваться с середины прошлого столетия, что связано с появлением ЭВМ и начавшейся компьютерной революцией. Появление вычислительных машин в 1950-е гг. создало для информатики необходимую аппаратную поддержку, т.е. благоприятную среду для ее развития как науки. Всю историю информатики принято подразделять на два больших этапа: предысторию и историю.
Предыстория информатики такая же древняя, как и история развития человеческого общества. В предыстории также выделяют (весьма приближенно) ряд этапов. Каждый из них характеризуется резким возрастанием, по сравнению с предыдущим этапом, возможностей хранения, передачи и обработки информации.
Начальный этап предыстории информатики – освоение человеком развитой устной речи.Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации.
Второй этап – возникновение письменности.На этом этапе резко возросли возможности хранения информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук (вспомним, например, Древнюю Грецию). С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия «натуральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.
Третий этап – книгопечатание. Его можно смело назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим на этом этапе не столько увеличивалась возможность хранения информации (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник – это часто один-единственный экземпляр, печатная книга – это целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении), сколько повысилась доступность информации и точность ее воспроизведения.
Четвертый (последний) этап предыстории информатики связан с успехами точных наук(прежде всего математики и физики) и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, а позднее и телевидение. Появились новые возможности получения и хранения информации – фотография и кино. К ним очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски).
Информатика – это очень обширная наука. Она включает в себя различные научные направления, разработку технологий, изучение техники и производства. Единственное, что привязывает все эти различные области окружающего мира к информатике – это обработка любой информации с помощью вычислительной техники.
В информатике можно выделить несколько различных направлений. Вот основные:
- аппаратное обеспечение (hardware) изучает строение и принципы работы компьютерного и сетевого оборудования;
- алгоритмы (brainware), языки программирования, разработка программ и приложений;
- искусственный интеллект (вопросы распознавания образов и звуков, интеллектуального перевода, возможностей саморазвития вычислительных систем и др.).
- теоретическая информатика (понятие об информации, кодирование, математическая логика и др.)
- прикладная информатика и программное обеспечение (software) (возможности и использование программ, приложений, компьютеров, баз данных в различных сферах человеческой деятельности).
Информация
Информация является основным предметом изучения для науки информатика.
Слово «информация» большинству интуитивно понятно, т.к. данное понятие постоянно используется в повседневной жизни. Очевидно, что люди передают друг другу информацию, обрабатывают ее, создают новую.
Но что же такое информация как научное понятие? Можно ли дать однозначный ответ на данный вопрос? В настоящее время — нет. Определение термина «информация» зависит от контекста, в котором он употребляется. Когда понятию невозможно дать однозначное определение, то оно вдруг становится почти философским, и каждый автор может претендовать на собственное определение. Факт лишь то, что информация – это фундаментальное научное понятие, наряду с веществом и энергией. Однако информация нематериальна, возможно существование информации следует рассматривать как результат сознательной умственной деятельности человека.
В определенных науках Вселенную рассматривают с точки зрения потоков вещества и энергии. Однако можно посмотреть на мир с точки зрения потоков информации. Например, биологический объект, создавая себе подобного, передает ему генетическую информацию; получивший информацию человек может преобразовать ее в знание и, следовательно, немного изменить свое сознание.
Из литературы можно выделить несколько определений информации, характерных для различных наук. Например, для физики характерно следующее определение. Информация — это неотъемлемое свойство всех существующих элементов и систем, выражающая их смысл существования и сама существующая вечно.Это определение не включает деятельность человека. Творчество и изобретения – это новая информация, ранее не существовавшая во Вселенной.
А вот достаточно интересный подход к определению информации. Информация — это отражение разнообразия в существующем мире. Конечно, ведь если всё одинаково, то это, по сути, пустота и отсутствие информации. Отсюда следует, что чем больше разнообразия в системе, тем больше в ней информации.
Определение К. Шеннона: Информация – это снятая неопределенность. Чтобы пояснить это, можно прибегнуть к следующей аналогии: человек не знает содержание какого-либо предмета, но чем больше изучает его, тем большей информацией о нем имеет и тем меньше неизвестности (неопределенности) у него по этому предмету. Можно ли предположить, что когда-нибудь вся неопределенность во Вселенной будет снята человеком (его разумом, сознанием, деятельностью и т.п.)? Ведь если посмотреть, то постепенно, в результате развития цивилизации, неопределенность уменьшается, а объем информации, которой человечество располагает, растет.
Если рассматривать все человечество в его эволюции как некую единицу, то можно усмотреть, что это самое человечество занимается получением, накоплением, обработкой и созданием новой информации.
Можно говорить об информационном рывке в настоящее время, т.к. современные техника и технологии позволяют быстро обрабатывать информацию и обмениваться ей.
Можно сказать, что информация в широком смысле – это отражение реального мира; а в узком – любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.
С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщения и каналом связи.
Очень широко употребляется еще одно понятие – данные. Его принято применять в отношении информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств. Поэтому наряду с терминами «ввод информации», «обработка информации», «хранение информации», «поиск информации» используются термины «ввод данных», «обработка данных», «хранение данных» и т.п.
Информация существует не только в виде данных, но и в виде знаний. Здесь знания – это совокупность объективных фактов, способов и технологий, систематизированных и дающих реальное представление о предметах, процессах и явлениях, т.е. специальным образом структурированная информация.
Знания могут быть декларативными и процедурными. В первом случае это какая-либо понятая человеком информация, а во втором — это умение решать определенные задачи, т.е. владение алгоритмами конкретного действия.
Провести четкую грань между понятиями информация, данные и знания почти невозможно.
Данные и знания в виде информационных потоков циркулируют в информационных системах. Сбор, накопление, обработка, хранение и использование информации в информационных системах осуществляются с помощью информационных технологий. Информационные технологии – это машинизированные (инженерные) способы обработки информации, которые реализуются посредством автоматизированных информационных систем.
Свойства информации
Орг. момент.
Изучение материала с использованием презентации.
1) Озвучивание темы урока и план изучения темы (1 и 2 слайды).
2) Вычисления в доэлектронную эпоху.
(3 слайд) Потребность счета у человек возникла ещё в доисторические времена. Древнейший метод счета предметов заключался в сопоставлении предметов некоторой группы (например, животных) с предметами другой группы, играющей роль счетного эталона. У большинства народов первым таким эталоном были пальцы (счет на пальцах). Расширяющиеся потребности в счете заставили людей употреблять другие счетные эталоны (зарубки на палочке, узлы на веревке и т. д.).
(4 слайд) Каждый школьник хорошо знаком со счетными палочками, которые использовались в качестве счетного эталона в первом классе.
(4-5 слайды) В древнем мире при счете больших количеств предметов для обозначения определенного их количества (у большинства народов — десяти) стали применять новый знак, например зарубку на другой палочке. Первым вычислительным устройством, в котором стал применяться этот метод, стал абак. Древнегреческий абак представлял собой посыпанную морским песком дощечку. На песке проводились бороздки, на которых камешками обозначались числа. Одна бороздка соответствовала единицам, другая — десяткам и т. д. Если в какой-то бороздке при счете набиралось более 10 камешков, их снимали и добавляли один камешек в следующий разряд. Римляне усовершенствовали абак, перейдя от песка и камешков к мраморным доскам с выточенными желобками и мраморными шариками.
(6 слайд)По мере усложнения хозяйственной деятельности и социальных отношений (денежных расчетов, задач измерений расстояний, времени, площадей и т. д.) возникла потребность в арифметических вычислениях.
Для выполнения простейших арифметических операций (сложения и вычитания) стали использовать абак, а по прошествии веков — счеты.
(7 слайд)Развитие науки и техники требовало проведения все более сложных математических расчетов, и в XIX веке были изобретены механические счетные машины — арифмометры. Арифмометры могли не только складывать, вычитать, умножать и делить числа, но и запоминать промежуточные результаты, печатать результаты вычислений и т. д.
(8 слайд)В середине XIX века английский математик Чарльз Бэббидж выдвинул идею создания программно управляемой счетной машины, имеющей арифметическое устройство, устройство управления, а также устройства ввода и печати.
(9 слайд)Аналитическую машину Бэббиджа (прообраз современных компьютеров) по сохранившимся описаниям и чертежам построили энтузиасты из Лондонского музея науки. Аналитическая машина состоит из четырех тысяч стальных деталей и весит три тонны.
Вычисления производились Аналитической машиной в соответствии с инструкциями (программами), которые разработала леди Ада Лавлейс (дочь английского поэта Джорджа Байрона).
(10 слайд)Графиню Лавлейс считают первым программистом, и в ее честь назван язык программирования АДА.
(11 слайд)Программы записывались на перфокарты путем пробития в определенном порядке отверстий в плотных бумажных карточках. Затем перфокарты помещались в Аналитическую машину, которая считывала расположение отверстий и выполняла вычислительные операции в соответствии с заданной программой.
3) Развитие электронно-вычислительной техники. ЭВМ первого поколения
(12 слайд) В 40-е годы XX века начались работы по созданию первых электронно-вычислительных машин, в которых на смену механическим деталям пришли электронные лампы. ЭВМ первого поколения требовали для своего размещения больших залов, так как в них использовались десятки тысяч электронных ламп. Такие ЭВМ создавались в единичных экземплярах, стоили очень дорого и устанавливались в крупнейших научно-исследовательских центрах.
(13 слайд)В 1945 году в США был построен ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и калькулятор), а в 1950 году в СССР была создана МЭСМ (Малая Электронная Счетная Машина).
(14 слайд)ЭВМ первого поколения могли выполнять вычисления со скоростью несколько тысяч операций в секунду, последовательность выполнения которых задавалась программами. Программы писались на машинном языке, алфавит которого состоял из двух знаков: 1 и 0.
4) ЭВМ второго поколения
(15 слайд)В 60-е годы XX века были созданы ЭВМ второго поколения, основанные на новой элементной базе — транзисторах, которые имеют в десятки и сотни раз меньшие размеры и массу, более высокую надежность и потребляет значительно меньшую электрическую мощность, чем электронные лампы. Такие ЭВМ производились малыми сериями и устанавливались в крупных научно-исследовательских центрах и ведущих высших учебных заведениях.
(16 слайд)В СССР в 1967 году вступила в строй наиболее мощная в Европе ЭВМ второго поколения БЭСМ-6 (Большая Электронная Счетная Машина), которая могла выполнять 1 миллион операций в секунду.
(17 слайд)В БЭСМ-6 использовалось 260 тысяч транзисторов, устройства внешней памяти на магнитных лентах для хранения программ и данных, а также алфавитно-цифровые печатающие устройства для вывода результатов вычислений. Работа программистов по разработке программ существенно упростилась, так как стала проводиться с использованием языков программирования высокого уровня (Алгол, Бейсик и др.).
5) ЭВМ третьего поколения
(18 слайд)Начиная с 70-х годов прошлого века, в качестве элементной базы ЭВМ третьего поколения стали использовать интегральные схемы. В интегральной схеме (маленькой полупроводниковой пластине) могут быть плотно упакованы тысячи транзисторов, каждый из которых имеет размеры, сравнимые с толщиной человеческого волоса.
(19 слайд)ЭВМ на базе интегральных схем стали гораздо более компактными, быстродействующими и дешевыми. Такие мини-ЭВМ производились большими сериями и были доступными для большинства научных институтов и высших учебных заведений.
6) Персональные компьютеры
(20 слайд)Развитие высоких технологий привело к созданию больших интегральных схем — БИС, включающих десятки тысяч транзисторов. Это позволило приступить к выпуску компактных персональных компьютеров, доступных для массового пользователя.
(21 слайд)Первым персональным компьютером был Аррle II («дедушка» современных компьютеров Маcintosh), созданный в 1977 году. В 1982 году фирма IBM приступила к изготовлению персональных компьютеров IВМ РС («дедушек» современных IВМ-совместимых компьютеров).
(22 слайд)Современные персональные компьютеры компактны и обладают в тысячи раз большим быстродействием по сравнению с первыми персональными компьютерами (могут выполнять несколько миллиардов операций в секунду).
7) Современные супер-ЭВМ
(23 слайд) Это многопроцессорные комплексы, которые позволяют добиться очень высокой производительности и могут применяться для расчетов в реальном времени в метеорологии, военном деле, науке и т. д
