РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра математики и информатики

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра математики и информатики Тема 1: информация и информационные процессы

1. 1. Информатика и ее основные задачи Термин «информатика» происходит от слов information (информация) и automatique (автоматика) и означает «автоматизированная переработка информации» (англоязычный вариант этого термина «Сomputer science» означает «компьютерная наука» ). Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники, а во вторую с процессами передачи и обработки информации. Информатика - 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.

Структура информатики Информатику можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических средств, программных средств, алгоритмических средств. В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций: как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину. Технические средства Отрасль н/х Информатика Программные средства Фундаментальная наука Алгоритмические средства Прикладная дисциплина

Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware (буквально - «твердые изделия» ) - важнейшая обеспечивающая подсистема обработки информации. Для обозначения программных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, применяется слово Software (буквально - «мягкие изделия» ). Программированию задачи предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату, иными словами, разработка алгоритма решения задачи. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения, применяют термин Brainware (Brain - интеллект).

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Информатика как прикладная дисциплина занимается: l изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение); l созданием информационных моделей в различных областях человеческой деятельности; l разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях.

Предметом изучения этой дисциплины является информация, а важнейшими ее задачами - исследование видов и типов информации, а также информационных процессов. В информатике, как и во многих других науках, можно выделить два основных направления: • теоретическое • прикладное.

Теоретическая информатика включает: • теорию информации, • математическую логику, • теорию алгоритмов, • программирование, • теорию принятия решений, • искусственный интеллект. Короче говоря, информатика использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создает тот теоретический фундамент, на котором строится все «здание» прикладной информатики.

В прикладной информатике можно выделить два крупных раздела: Ш информационные системы Ш информационные технологии. К информационным системам прежде всего относятся: ►комплекс технических средств (средства обработки данных); ►математическое и программное обеспечение. хранения и

Под технологией понимается совокупность методов, способов и приемов, применяемых для получения определенного вида продукции. Информационные технологии относятся к области информационной деятельности людей – это книгоиздание, телеи радиовещание, издание газет, библиотечное дело и многое другое. Разработка и совершенствование компьютерной техники привели к созданию новых информационных технологий, основанных на компьютерных методах обработки информации

1. 2. Понятие информации Термин информация происходит от латинского informatio, что означает разъяснение, осведомление, изложение. Информация есть отражение реального мира с помощью сведений (сообщений). Сообщение - это форма представления информации в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т. д.

В широком смысле информация - это обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой. Иначе - информация это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.

Несмотря на широкое распространение этого термина, понятие «информация» является одним из самых дискуссионных. В настоящее время наука пытается найти общие свойства и закономерности, присущие ей, но пока оно во многом остается интуитивным и получает различные смысловые наполнения в разных отраслях человеческой деятельности.

В обиходе информацией называют любые данные или сведения, которые кого-либо интересуют. Например, сообщение о каких-либо событиях, о чьей-либо деятельности и т. д. «Информировать» в этом смысле означает сообщить нечто, неизвестное ранее. В технике под информацией понимают передаваемые в форме знаков или сигналов. сообщения, В кибернетике под информацией понимает ту часть знаний, которая используется для ориентирования, активного действия, управления, т. е. в целях сохранения, совершенствования, или развития системы.

Выделяют формы существования информации: статическая (книги, рисунки, звуковые записи и т. д. ) и динамическая (процессы передачи информации по каналам связи или в пространстве). Различают виды информации: биологическая и социальная. Биологическая информация обеспечивает жизнедеятельность отдельно взятого организма. Социальная - неразрывно связана с практической деятельностью человека и здесь можно выделить столько ее типов и разновидностей, сколько имеется видов деятельности человека.

ДАННЫЕ Наряду с информацией в информатике часто употребляется понятие данные. В чем их отличие? Данные могут рассматриваться как признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. В том случае, если появляется возможность использовать эти данные для уменьшения неопределенности о чем-либо, то данные превращаются в информацию. Поэтому можно утверждать, что информацией являются используемые данные, т. е. преобразование и обработка данных позволяют извлечь информацию или знание о том или ином предмете, процессе или явлении. Таким образом, информация - это сведения, которые уменьшают неопределенность знания, т. е. приносят нам новое знание.

Чаще всего информация передаётся в форме сообщений от некоторого источника информации к её получателю посредством канала связи между ними (совокупности устройств, предметов и объектов, предназначенных для передачи информации), т. е. при работе с информацией должен иметься ее источник и потребитель (получатель), кроме того (в динамике) - передатчик, канал связи, приемник. Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника информации к ее потребителю, называются информационными коммуникациями. Среда передачи объединяет источник и получателя информации в информационную систему. Источник информации Передающее устройство Канал связи Приемное устройство Получатель информации

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. Единицей информации в компьютере, как отмечалось, является бит - количество информации, которое можно записать в одном двоичном разряде и который может принимать значение либо 1, либо 0. Восемь последовательных битов (комбинация из 8 бит) составляют байт (один байт может принимать 256 различных значений). Более крупными единицами информации являются килобайты, мегабайты, гигабайты:

1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт. 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт. 1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт. В последнее время в связи с увеличением объемов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как терабайты и петабайты: 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт. 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт.

Классификация информации. Информацию можно классифицировать по разным признакам и критериям. Приведем пример классификации информации, циркулирующей в организации. В основу этой классификации положено пять наиболее общих признаков: Ш место возникновения, Ш стабильность, Ш стадия обработки, Ш способ отображения, Ш функция управления.

По месту возникновения информацию можно разделить на: • • входную, выходную, внутреннюю, внешнюю.

По признаку стабильности информация может быть: • переменной • постоянной

По стадии обработки информация может быть: первичной, l вторичной, l промежуточной, l результатной l

По способу отображения информация подразделяется на: • текстовую • графическую.

По функциям управления обычно классифицируют экономическую информацию. При этом выделяют следующие группы: • плановую, • нормативно-справочную, • учетную, • оперативную.

Кроме классификации, понятие «информация» включает большое количество разнообразных свойств, но наиболее важными из них являются следующие: • полнота, • достоверность, • адекватность, • доступность, • актуальность.

Полнота информации характеризует степень достаточности данных для принятия решения или создания новых данных на основе имеющихся. Неполный набор данных оставляет большую долю неопределенности, т. е. большое число вариантов выбора, а это потребует применения дополнительных методов (например, экспертных оценок). Избыточный набор данных затрудняет доступ к нужным данным, создает повышенный информационный шум, что также вызывает необходимость дополнительных методов (например, фильтрацию). И неполный и избыточный наборы затрудняют получение информации и принятие адекватного решения.

Достоверность информации - это свойство, характеризующее степень соответствия информации реальному объекту с необходимой точностью (при работе с неполным набором данных достоверность информации может характеризоваться вероятностью).

Адекватность информации выражает степень соответствия создаваемого с помощью информации образа реальному объекту, процессу, явлению. Полная адекватность достигается редко, так как обычно приходится работать с не самым полным набором данных, т. е. присутствует неопределенность, затрудняющая принятие адекватного решения. Получение адекватной информации также затрудняется при недоступности адекватных методов.

Доступность информации - это возможность получения информации при необходимости. Доступность складывается из двух составляющих: из доступности данных и доступности методов. Отсутствие хотя бы одного дает неадекватную информацию.

Актуальность информации. Информация существует во времени, так как существуют во времени все информационные процессы. Информация, актуальная сегодня, может стать совершенно ненужной по истечении некоторого времени.

1. 3. Представление данных в ЭВМ Источниками и носителями информации могут быть сигналы любой природы: текст, речь, музыка и т. д. Однако хранение и переработка информации в ее естественном виде неудобна, а иногда и невозможна. В таких случаях применяется кодирование. Кодом называется правило, по которому сопоставляются различные алфавиты и слова (они появились в глубокой древности в виде тайнописи, когда ими пользовались для засекречивания важного сообщения). Исторически первый универсальный код, предназначенный для передачи сообщений, связан с именем изобретателя телеграфного аппарата Морзе и известен как азбука Морзе, где каждой букве или цифре соответствует своя последовательность из кратковременных, называемых точками, и длительных - тире сигналов, разделяемых паузами.

Компьютер, как известно, может обрабатывать информацию, представленную в числовой форме. Существуют различные способы записи чисел. Совокупность приемов записи и наименования чисел называется системой счисления. Можно указать два основных класса, на которые разделяются системы счисления: • позиционные • непозиционные. Примером позиционной системы счисления является десятичная, непозиционной - римская система счисления.

В непозиционных системах количественное значение разряда определяется только его изображением и не зависит от его места (позиции) в числе. В ней вводится ряд символов для представления основных чисел, а остальные числа - результат их сложения и вычитания. Основные символы для обозначения десятичных разрядов в римской системе счисления: I – один, X – десять, C – сто, M – тысяча и их половины V – пять, L – пятьдесят, D – пятьсот.

Натуральные числа записываются при помощи повторения этих цифр (например, II – два, III – три, XXX – тридцать, CC – двести). Если же большая цифра стоит перед меньшей цифрой, то они складываются, если наоборот – вычитаются (например, VII – семь, IX – девять). В непозиционных системах счисления не представляются дробные и отрицательные числа, поэтому нас будут интересовать только позиционные системы счисления.

Система счисления называется позиционной, если значение числа в ней определяется как символами, принятыми в системе, так и положением (позицией) этих символов в числе. Например: 123, 45 = 1∙ 10 2 + 2∙ 10 1 + 3∙ 10 0 + 4∙ 10 – 1 + 5∙ 10 – 2, или, в общем виде: X (q) = x n-1 q n-1 + x n-2 q n-2 + … + x 1 q 1 + x 0 q 0 + x -1 q -1 + + x -2 q -2 + … + x -m q –m. Здесь X (q) – запись числа в системе счисления с основанием q; x i – натуральные числа меньше q, т. е. цифры; n – число разрядов целой части; m – число разрядов дробной части.

В информатике, вследствие применения электронных средств вычислительной техники, большое значение имеет двоичная система счисления, q = 2. Для записи двоичного числа достаточно использовать только две цифры 0 и 1, соответствующих каждому из состояний. Таблица сложения и таблица умножения в двоичной системе будет иметь по четыре правила. И для реализации поразрядной арифметики в компьютере потребуется вместо двух таблиц по сто правил в десятичной системе счисления две таблицы по четыре правила в двоичной. Соответственно на аппаратном уровне вместо двухсот электронных схем – восемь. 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1 + 1 = 10 0*0=0 0*1=0 1*0=0 1*1=1

Однако запись числа в двоичной системе счисления значительно длиннее записи того же числа в десятичной системе счисления. Это громоздко и неудобно для использования, так как обычно человек может одновременно воспринять не более пяти-семи единиц информации. Поэтому, наряду с двоичной системой счисления, в информатике имеют хождение восьмеричная (в ней запись числа в три раза короче, чем в двоичной системе счисления) и шестнадцатеричная системы счисления (в ней запись числа в четыре раза короче, чем в двоичной).

Так как десятичная система для нас удобна и привычна, все арифметические действия мы делаем в ней, и преобразование чисел из произвольной недесятичной (q ≠ 10) на основе разложения по степеням q. Преобразование из десятичной в прочие системы счисления производится с помощью правил умножения и деления. При этом целая и дробная части переводятся отдельно. АЛФАВИТ 2 -ичной системы счисления: 0 1 АЛФАВИТ 8 -ричной системы счисления: 0 1 2 3 4 5 6 7 АЛФАВИТ 10 -чной системы счисления: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 АЛФАВИТ 16 -ричной системы сч. : 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F Для перевода числа из десятичной системы счисления в любую другую систему счисления можно воспользоваться стандартной программой Калькулятор. Набрав число и щелкнув на одном из переключателей Hex, Dec, Oct или Bin, получим представление этого числа в соответствующей системе.

1. 4. Кодировка символов, графики, звука Для обработки текстовой информации каждому символу ставится в соответствие определенное число. Соответствие между набором символов и числами называется кодировкой символов. При вводе в компьютер информация кодируется, а при выводе декодируется. Существует много различных кодировок. В большинстве из них символы кодируются восьмибитовыми (однобайтными) числами. В одном байте можно записать 256 различных целых чисел. Этого достаточно для кодирования всех букв русского и латинского алфавитов, арабских цифр, знаков препинания и некоторых других необходимых символов. Для наглядности кодируемые символы располагаются в таблице. Таблица разбита на 16 строк и 16 столбцов. Каждая строка и каждый столбец имеют четырехразрядные двоичные номера от 0000 до 1111 (или шестнадцатеричные от 0 до F). Код символа составляется из номеров столбца и строки, на пересечении которых он находится. Этим двоичным числам соответствуют десятичные числа от 0 до 255. Ниже приведем фрагмент таблицы ASCII, которая имеет международный статус.

0 1 2 4 5 6 7 8 9 A 0 0 3 B C D E @ P ’ p А Р а р 1 ! 1 A Q a q Б С б с 2 « 2 B R b r В Е в т 3 # 3 C S c s Г У г у 4 $ 4 D T d t Д Ф д ф 5 % 5 E U e u Е Х е х 6 & 6 F V f v Ж Ц ж ц 7 ‘ 7 G W g w З Ч з ч 8 ( 8 H X h x И Ш и ш 9 ) 9 I Y i y Й Щ й щ A * : J Z j z К Ъ к ъ B + ; K [ k { Л Ы л ы C , < L l | М Ь м ь D - = M ] m } Н Э н э E . > N ^ n ~ О Ю о ю F / ? O _ o П Я п я F

Кодирование графики. Прежде всего отметим, что есть два основных способа представления изображении. Первый - графические объекты создаются как совокупности линий, векторов, точек - называется векторной графикой. Второй - графические объекты формируются в виде множества точек (пикселей) разных цветов и разных яркостей, распределенных по строкам и столбцам, - называется растровой графикой,

Графическое изображение, напечатанное в газете или книге, состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром. Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных.

Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, В). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB (по первым буквам названий основных цветов). Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16, 5 миллионов различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (True Color).

Кодирование звука. Для записи звуков с помощью двоичных кодов используется таблично-волновой метод (Wave-Table). Суть его сводится к тому, что создаются специальные таблицы, в которых хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание и др. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

1. 4. Информационные системы Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная какой-либо целью совокупность разнородных элементов. В информатике понятие «система» используется применительно к набору технических средств и программ.

Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Современное понимание информационной системы предполагает использование в качестве основного технического средства переработки информации персонального компьютера и человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.

Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами (подсистема - это часть системы, выделенная по какому-либо признаку). Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность обеспечивающих подсистем. Техническое обеспечение Математическое обеспечение Программное обеспечение Информационная система Организационное обеспечение Правовое обеспечение

Техническое обеспечение – это прежде всего комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы (сюда входят: компьютеры любых моделей; устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации; устройства передачи данных и линий связи; оргтехника и и др. ), а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.

Математическое и программное обеспечение совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы. К средствам математического обеспечения относятся: l средства моделирования процессов управления; l методы математического программирования и др. ; l типовые задачи управления. В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты (ППП), а также техническая документация.

Информационное обеспечение – ее назначение состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений. В него входят: унифицированные системы документации (главная их цель - это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства); схемы информационных потоков, циркулирующих в организации; а также методология построения баз данных.

Организационное обеспечение - совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы. Правовое обеспечение - совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем.

1. 5. Информационные технологии Информационная технология - это совокупность методов и устройств, используемых людьми для обработки информации. Ее цель - производство информации для анализа человеком и принятия на этой основе решения по выполнению какого-либо действия. Итак, информационная технология – это процесс, а информационная система – это среда. Информационные технологии различают по видам: 1. информационная технология обработки данных, 2. информационная технология управления, 3. автоматизация офиса, 4. информационная технология поддержки принятия решений, 5. информационная технология экспертных систем.

Основными компонентами информационной технологии обработки данных являются: сбор, обработка и хранение данных; создание документов. Информационная технология управления направлена на создание различных видов отчетов.

Информационная технология автоматизированного офиса – это организация и поддержка коммуникационных процессов как внутри организации, так и за ее пределами на базе компьютерных сетей и других современных средств передачи и работы с информацией. В настоящее время существуют следующие программные продукты для компьютеров обеспечивающих технологию автоматизации офиса: текстовый процессор, табличный процессор, базы данных, электронная почта, электронный календарь, телеконференции, хранения изображений, а также ведение документов, контроль за исполнением приказов и т. д.

Информационная технология поддержки принятия решений заключается в методе организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения (что является основной целью этой технологии) происходит в результате итерационного процесса, в котором участвуют: с одной стороны, система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления; с другой - человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.

Информационная технология экспертных систем основана на использовании искусственного интеллекта (под которым обычно понимают способности компьютерных систем, связанные с человеческим мышлением), дающего возможность специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, о которых этими системами накоплены знания.

1. 7. Информация в жизни человека В настоящее время круг людей, занимающихся обработкой информации, вырос до небывалых размеров, а скорость обмена стала просто фантастической, компьютеры применяются практически во всех областях жизни людей. На наших глазах появляется информационное общество, где акцент внимания и значимости смещается с традиционных видов ресурсов (материальных, финансовых, энергетических и др. ) на информационный ресурс, который, хотя всегда существовал, но не рассматривался ни как экономическая, ни как иная категория.

Информационные ресурсы - это отдельные документы и отдельные массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных и т. д. ), где в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создававшие их. Информационные ресурсы - это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе. Именно это и определяет информационный потенциал общества.

Развитие мировых информационных ресурсов позволило: ►превратить деятельность по оказанию информационных услуг в глобальную человеческую деятельность; ►сформировать мировой информационных услуг; и внутригосударственный рынок ►повысить обоснованность и оперативность принимаемых решений в различных отраслях промышленности, банковской сфере, торговле и др. за счет своевременного использования необходимой информации.

Внедрение ЭВМ и телекоммуникаций в различные сферы деятельности послужило началом процесса информатизации общества, основными чертами которого можно считать следующие: ► важнейшими продуктами социальной деятельности становятся информационные технологии, услуги и знания; ► за счет появления новых информационных технологий удается решать новые задачи, решение которых ранее было либо невозможно, либо экономически нецелесообразно; ► каждый гражданин и организация могут получать информацию, необходимую для их жизни и деятельности. Информатизация сводится к формированию информационных технологий, информационных продуктов и созданию условий для их эффективного использования для блага человеческого общества.

Информатизация общества (как она понимается в рамках Федерального закона «Об информации, информатизации и защите информации» ) - это организованный социальноэкономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов. Иначе говоря, цель информатизации - улучшение качества жизни людей за счет увеличения производительности и облегчения условий их труда.