Информатика как наука

Информатика как наука и отрасль в индустрии

Термин “информация” происходит от латинского “informatio”, что означает разъяснение, осведомление, изложение. С рационалистических позиций информация есть отражение реального мира с помощью сообщений. Сообщение -- это форма представления каких-либо сведений в виде речи, текста, изображения, цифровых данных, графиков, таблиц и т. п. В широком смысле информация -- это общенаучное понятие, включающее в себя обмен сведениями между людьми, обмен сигналами между живой и неживой природой, людьми и устройствами. Информация -- сведения об окружающем мире, которые повышают уровень осведомленности человека. Информатика рассматривает информацию как совокупность концептуально связанных между собой сведений, уменьшающих меру неопределенности знаний об окружающем мире. Наряду с понятием “информация” в информатике часто употребляется понятие “данные”.

Данные -- это результаты наблюдений над объектами и явлениями, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. Как только данные начинают использовать в каких-либо практических целях, они превращаются в информацию. Исходя из этого, можно определить информацию как “используемые данные”. Рассмотрим пример. Предположим, у вас дома постоянно работает радио. Обратите внимание на то, как вы воспринимаете передаваемые по нему сведения. Далеко не все служит для вас информацией. Это зависит от вашего интереса к тому или иному сообщению. Только в том случае, когда некое сообщение принесло вам что-то новое, можно говорить о получении информации. В остальных случаях сообщение сводится к простому набору данных. Информация несет человеку новые знания об объектах, процессах, явлениях. Процесс обработки информации очень сложен и зависит от множества факторов как объективного, так и субъективного характера.

Информационный процесс - процесс, в результате которого осуществляется прием, передача (обмен), преобразование и использования информации. С помощью органов чувств люди воспринимают информацию, осмысливают ее и на основании своего опыта, имеющихся знаний, интуиции принимают определенные решения. Эти решения воплощаются в реальные действия, которые в разной степени преобразуют окружающий мир. Информационные процессы протекают не только в человеческом обществе, но и в растительном мире.

Обеспечить должный уровень информационной культуры призвана в первую очередь такая дисциплина, как информатика. Ведь в ее компетенцию изначально входят: компьютерные информационные технологии, информационные системы, современные средства и методы обработки информации, системы искусственного интеллекта, компьютерные коммуникации.

НАЗНАЧЕНИЕ ИНФОРМАТИКИ Последняя информационная революция привела к появлению множества новых областей теории и практики, которые связаны с изучением и производством технических средств, методов, технологий, обеспечивающих прирост новых знаний. Одной из таких областей знаний является информатика. Понятие “информатика” возникло в 60-х годах во Франции для обозначения области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин (ЭВМ). Французский термин Informatique (информатика) образован путем слияния начала слова information (информация) и конца слова automatique (автоматика) и означает “информационная автоматика” или “автоматизированная переработка информации”. В англоязычных странах этому термину соответствует синоним Computer Science (наука о компьютерной технике). Выделение информатики как самостоятельной сферы человеческой деятельности связано, в первую очередь, с развитием компьютерной техники. Термин “информатика” начинает выступать в обновленном виде и служит не только для отражения успехов компьютерной техники, но связывается уже с глобальными процессами передачи и обработки информации. В нашей стране подобная трактовка термина “информатика” утвердилась с момента принятия соответствующего решения в 1983 году на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Информатика трактовалась как “...комплексная научная и инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики”. В таком понимании информатика 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. Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов. Обобщая существующие определения этого термина, предлагаем такую трактовку: Информатика -- область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования и использования информации с помощью компьютера. Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации. Исходя из этого, задачи информатики состоят в следующем:

* исследование информационных процессов любой природы;

* разработка новейшей информационной технологии на базе компьютеров и компьютерных сетей;

* решение научных и инженерных проблем создания и внедрения аппаратно-программного обеспечения компьютеров. Круг проблем, рассматриваемых информатикой, настолько широк, что помимо сугубо специальных тем, касающихся исключительно компьютерной техники, приходится вникать в проблемы других областей знаний, таких как физика, химия, биология, литература. Это обусловлено тем, что информатика представляет совершенно особую отрасль знаний, которая интегрирует (объединяет) все остальные. Благодаря ожидаемому внедрению информационных систем и технологий в различные сферы деятельности, можно представить область информатики как некую среду существования прочих дисциплин. Информатика должна стать дисциплиной совершенно иного уровня и качества, нежели все существующие ныне. Она будет обобщать знания, полученные по другим предметам, учить новому системному осмыслению происходящих в мире процессов и явлений.

Современная информационная технология

Довольно широко термин технология трактуется в Большой Советской Энциклопедии: “Технология … совокупность приемов и способов получения, обработки или переработки сырья, материалов, полуфабрикатов или изделий, осуществляемых в различных отраслях промышленности, строительстве и т.д. … научная дисциплина, разрабатывающая такие приемы и способы … сами операции добычи, обработки, переработки, хранения, которые являются основной составной частью производственного процесса … описание производственных процессов, инструкции по их выполнению, технологические правила, требования, карты, графики и др. …”

Более узкую и несколько иную по содержанию трактовку дают авторы политехнического словаря: “Технология … совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе производства, для получения готовой продукции … наука о способах воздействия на сырье, материалы и полупродукты соответствующими орудиями производства”.

Сравнивая данные формулировки предмета технологии, можно говорить о различных принципах подхода к обобщающим определениям. В БСЭ технология понимается довольно широко и делится на объективную (действующую, функционирующую в различных отраслях народного хозяйства) и субъективную (научную).

В политехническом словаре научная сторона технологии сужается до момента взаимодействия определенных орудий труда с предметами труда, т.е. до производственных операций. А это значит, что субъективная сторона технологии сводится к объективной, функционирующей, и по существу научная сторона технологии не признается. В данном случае имеется в виду “совокупность методов … изготовления … продукции”, “способы воздействия на сырье … соответствующими орудиями производства” или совокупность процессов и сами процессы, составляющие действующую, практическую технологию, но вовсе не научную, абстрактную сторону этих процессов, которая не включает конкретных орудий труда или человека.

Такая позиция приводит к неверному толкованию обобщающих понятий научной и теоретической технологий, к замене их техническими науками и, в конечном итоге, к метафизике, техницизму.

При анализе практической технологии ее нельзя оторвать от техники и средств труда. Из этого следует, что современная технология неоднозначна по своей сути и имеет несколько аспектов. Важнейшие из них - объективный и субъективный. Последний, в свою очередь, имеет научную и теоретическую сторону.

Таким образом, мы сталкиваемся с проблемой объективного и субъективного в технологии, то есть с практической и теоретической технологиями. Именно в этом скрыта причина различного толкования терминов.

Подлинная информационная революция связана, прежде всего, с созданием электронно-вычислительных машин в конце 40-х годов, и с этого же времени исчисляется эра развития информационной технологии, материальное ядро которой образует микроэлектроника. Микроэлектроника формирует элементную базу всех современных средств приема, передачи и обработки информации, систем управления и связи. Сама микроэлектроника возникла первоначально именно как технология: в едином кристаллическом устройстве оказалось возможным сформировать все основные элементы электронных схем.

Важным свойством информационной технологии является то, что для нее информация является не только продуктом, но и исходным сырьем. Более того, электронное моделирование реального мира, осуществляемое в компьютерах, требует обработки неизмеримо большего объема информации, чем содержит конечный результат.

Электронное моделирование становится неотъемлемой частью интеллектуальной деятельности человечества. Сопоставление “электронного мозга” с человеческим привело к идее создания нейрокомпьютеров - ЭВМ, которые могут обучаться. Нейрокомпьютер поступает так же, как человек, т.е. многократно просматривает информацию, делает множество ошибок учится на них, исправляет их и, наконец, успешно справляется с задачей. Нейрокомпьютеры применяются для распознавания образов, восприятия человеческой речи, рукописного текста и т.д.

Особая роль отводится всему комплексу информационной технологии и техники в структурной перестройке экономики в сторону наукоемкости. Объясняется это двумя причинами. Во-первых, все входящие в этот комплекс отрасли сами по себе наукоемки (фактор научно-теоретического знания приобретает все более решающее значение). Во-вторых, информационная технология является своего рода преобразователем всех других отраслей хозяйства, как производственных, так и непроизводственных, основным средством их автоматизации, качественного изменения продукции и, как следствие, перевода частично или полностью в категорию наукоемких.

Связан с этим и трудосберегающий характер информационной технологии, реализующийся, в частности, в управлении многих видов работ и технологических операций. Информационная технология сама создает средства для своей эволюции. Формирование саморазвивающейся системы - важнейший итог, достигнутый в сфере информационной технологии.

Технология - это средство создания искусственного мира. Следовательно, она оказывает определенное экологическое давление на естественную среду. Опасным это давление становится тогда, когда его интенсивность превышает регенеративный потенциал природы. Главная опасность технологического давления на естественную среду - сужение многообразия форм жизни, что в эволюционной перспективе снижает выживаемость биосферы в целом. Корни этой проблемы носят информационно-генетический характер, и ее решение должно быть достигнуто на основе слияния информационной и генетической ветвей технологии. Один из путей решения данной проблемы это формирование информационной инфраструктуры техносферы, которая позволит повысить эффективность технологических производств и их развития почти до теоретических пределов и снизить степень эволюционного риска технологии. Можно сказать, что в целом информатизация общества повышает степень биосферосовместимости.

Таким образом, важнейшее значение информационной технологии состоит в том, что она открывает пути научно-технического прогресса без дальнейшей массово-энергетической экспансии, что должно способствовать поддержанию экологического равновесия биосферы.

Ноосфера представляется здесь в качестве естественного этапа развития биосферы, важнейшим элементом которой является человек с его интеллектом, вооруженный новейшими технологиями, среди которых фундаментальное значение приобретает информационная технология.

Информационное моделирование и информационные модели

Итак, современный компьютер не мыслит и способен действовать только по формальным схемам, заготовленным для него человеком. Поэтому, чтобы привлечь компьютер к исследованию объекта, процесса, явления или к “рутинной” обработке информации, прежде всего надо четко поставить задачу (разработать модель), определить исходные данные, форму представления результатов. Далее необходимо создать алгоритм решения задачи и программу, которая будет понята компьютером. Возникает классическая для информатики триада: модель--алгоритм-- программа. Во многих случаях этапы моделирования и алгоритмизации неотделимы друг от друга.

Модель -- это некоторое упрощенное подобие реального объекта.

Всякая модель воспроизводит только те свойства оригинала, которые понадобятся человеку при его использовании. Например, манекен нужен для того, чтобы на него можно было надеть одежду для рекламы или для удобства работы портного, но способности ходить или разговаривать от него не требуется. Поэтому манекен должен воспроизводить лишь форму и размер человеческого тела. Выше перечислены примеры только материальных моделей. Но модели бывают еще и информационными. Нетрудно понять, что для информатики именно они и представляют наибольший интерес. Если материальная модель объекта -- это его физическое подобие, то информационная модель объекта -- это его описание.

Метод описания может быть разным: словесным, математическим, графическим и др. Например, чертеж автомобиля является его графическим описанием, а, стало быть, информационной моделью. Всякую реальность невозможно описать исчерпывающим образом во всех деталях. Поэтому любая информационная модель содержит лишь существенные сведения об объекте с учетом той цели, для которой она создается. Построению информационной модели предшествует системный анализ, задача которого: выделить существенные части и свойства объекта, связи между ними.

Информационные модели одного и того же объекта, предназначенные для разных целей, могут быть совершенно разными.

Например, в личной карточке работника предприятия, которая хранится в отделе кадров, о нем имеются следующие сведения: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, место рождения, национальность, адрес проживания, образование, семейное положение. А в медицинскую карточку того же самого человека занесены следующие данные о нем: фамилия, имя, отчество, пол, год рождения, группа крови, вес, рост, хронические заболевания. В обществе охотников, членом которого является этот человек, о нем хранится другой набор сведений. Разное назначение -- разные информационные модели.

Формализация--алгоритмизация задачи с использованием общих закономерностей, конкретных особенностей поставленной задачи и процесс ее программирования.

Моделью можно считать физическую установку, имитирующую какую-либо другую установку или процесс, юридический кодекс (уголовный, гражданский и т. д.), моделирующий правовые отношения в обществе, сборник должностных инструкций фирмы и т. п. Даже картину художника или театральный спектакль в определенном смысле можно считать моделью, обобщающей ту или иную сторону духовного мира человека. В информатике рассматривают частные (но наиболее распространенные) случаи моделирования, и определение модели можно уточнить следующим образом.

Модель -- это формализованное описание объекта, системы объектов, процесса или явления, выраженное математическими соотношениями, набором чисел и (или) текстов, графиками, таблицами, словесными формулами и т. п.

Процесс создания (а иногда и исследования) модели называют моделированием. Модели широко используются в научных исследованиях (с целью приобретения новых знаний об окружающем мире), в технике и практической деятельности людей. Никакая модель не может с абсолютной точностью воспроизвести все свойства и поведение своего прототипа, и поэтому получаемые на основе модели числовые или иные результаты соответствуют реальности лишь приближенно, с определенной степенью точности. Иногда точность модели можно выразить в каких-то единицах (например, в процентах), иногда приходится ограничиваться “качественными” оценками или просто здравым смыслом. Например, математические модели физических процессов, основанные на законах Ньютона, применимы лишь в определенном диапазоне плотностей, скоростей, температур. В земных условиях эти модели вполне удовлетворяют нас, однако многие процессы во Вселенной (для которых характерны чудовищные плотности, скорости, температуры) нельзя ни понять, ни описать на основе законов Ньютона. В этих условиях необходимо использовать другие, более точные модели физических процессов, -- например, специальную и общую теорию относительности Эйнштейна (хотя существуют и другие теории). Точность моделей Ньютона и Эйнштейна поддается строгому измерению на основе непосредственных наблюдений и экспериментов. Приведем пример из повседневной практики. Совокупность должностных инструкций, руководств и правил любой авиакомпании есть не что иное, как своеобразная модель оперативной деятельности данной компании.

Цель модели -- обеспечить наивысший уровень обслуживания пассажиров, с учетом интересов самой компании и ее служащих. В условиях конкуренции от “качества” этой модели зависит прибыль компании, однако и в этом случае никогда не удается создать абсолютно точную модель: слишком много возникает в жизни ситуаций, которые невозможно учесть в инструкциях. Приближенность такой модели выражается в том, что попытка строго, без отступлений, следовать всем инструкциям (это называется “итальянской забастовкой”) приводит к параличу деятельности авиакомпании. Иными словами, эта модель не может функционировать без поправок на реальность. Создавая модель, человек прежде всего старается отобрать наиболее важные, существенные для объекта моделирования черты и свойства, пренебрегая при этом теми характеристиками объекта, которые не оказывают заметного влияния на поведение объекта в рамках поставленной задачи. Например, в геометрических моделях пространственных отношений пренебрегают площадью поверхности точки и толщиной прямой (кривой) линии, хотя в природе не существует точек с нулевой поверхностью и прямых без толщины. Точно так же при изучении многих физических процессов пренебрегают конечными размерами молекул, отражением “абсолютно черного тела” и т.п.

В зависимости от поставленной задачи, один и тот же объект (процесс, явление) можно описать разными моделями (иногда -- даже в рамках одного и того же типа модели). Например, при описании баз данных, различают концептуальную, логическую, физическую модели данных. Далеко не всегда созданные исследователем модели хорошо описывают реальность: бывают грубые, плохие и никуда не годные модели. Иногда изучаемый объект крайне сложен, -- например, человеческий мозг, мышление человека; иногда объект и сложен, и недоступен для наблюдения (например, Вселенная с ее экстремальными условиями, которые невозможно воспроизвести в лаборатории). Однако бывают и вообще ложные модели, создатели которых, пользуясь для прикрытия “ученой” математикой, выдумывают всевозможные “формулы” предсказаний будущего, истолкования исторических процессов и т. п. В зависимости от поставленной задачи, способа создания модели и предметной области различают множество типов моделей. Существуют общепринятые и широко используемые типы: математическая (в первую очередь), физическая, информационная, численная; однако часто встречаются и модели специальных типов: эвристическая, логическая, концептуальная, сетевая, реляционная и т. д. В технике и быту термином “модель” обозначают некий эталон, образец, например: модель автомобиля или утюга, фотомодель, модель художника и т. д. Таким образом, из сказанного следует, что создание, исследование и использование моделей имеет универсальный характер и не является “привилегией” фундаментальной информатики и тем более информационных технологий.

Компьютерная технология играет решающую роль в численном исследовании различных математических моделей, которые разрабатываются, например, в атомной и ядерной физике, в гидродинамике атмосферы и океана, в обороне, при освоении космоса и т. д. Многие из таких моделей настолько сложны, что ручные вычисления по ним заняли бы сотни, тысячи и даже миллионы лет математическая; (даже при большом количестве расчетчиков).

Математической моделью называют систему математических соотношений, описывающих процесс или явление, а операции по составлению и изучению таких моделей называют математическим моделированием.

Например, второй закон Ньютона можно изложить словами, а можно описать математической моделью: F = та (это модель равноускоренного прямолинейного движения). Математические модели широко применяются не только в физике и технике, но и в других областях: в социологии, экономике, биологии, географии, экологии и др. Например, в Вычислительном центре Академии наук под руководством академика Н.Н.Моисеева была разработана математическая модель возможных последствий ядерной войны на планете Земля. На основании этой модели, с использованием мощных компьютеров, были проведены численные эксперименты, которые показали, как наивны надежды некоторых людей пережить возможную катастрофу. Этими экспериментами впервые доказано, что людей погубит не ударная волна, не световое излучение и радиация (от которых можно как-то защититься). Людей погубит... мороз, “ядерная зима”, которая наступит на многие годы в результате подъема в атмосферу огромных облаков сажи и пепла от взрывов и пожаров. Эта сажа будет задерживать солнечные лучи, и температура на Земле резко понизится.

Эту модель следует называть именно математической, хотя она и описывает физический процесс. Существует термин “физическая модель”, которым обозначают прибор или установку, имитирующие тот или иной физический процесс.

Информационные модели. В информатике и компьютерной технологии широко используются так называемые информационные. модели объектов, процессов, явлений. Что такое информационная модель? В целом это очень широкое понятие. Трудно дать общее, строгое и в то же время понятное определение информационной модели. Иногда информационной моделью называют просто набор неких величин, которые содержат необходимую нам информацию об объекте, системе объектов, процессе или явлении. Под это определение попадает очень широкий класс информационных моделей (например, модель города, исторической эпохи, транспортной сети и т. д.). Фундаментальные понятия этих моделей: объект (нечто, информационная; существующее и различимое; например, видеокассета), атрибут (свойство, характеристика объекта; например, название фильма), значение атрибута (например, “Новые Центурионы”).

Информационной моделью объекта или набора объектов -совокупность атрибутов (характеристик) данного объекта (объектов) вместе с числовыми или иными значениями этих атрибутов.

Алгоритмизация и программирование - основа современной информационной технологии

Алгоритм -- это конечная последовательность однозначных предписаний, исполнение которых позволяет с помощью конечного числа шагов получить решение задачи, однозначно определяемое исходными данными.

Термин “алгоритм” -- транскрипция имени великого узбекского математика Мухаммеда аль-Хорезми (Мухаммеда из Хорезма, области в нынешней республике Узбекистан). Мухаммед аль-Хорезми еще в IX веке разработал правила выполнения четырех действий арифметики. Многие годы понятие “алгоритм” использовалось математиками для описания правил решения математических задач. Например, существуют алгоритм вычисления квадратного корня положительного числа, алгоритм нахождения наибольшего общего делителя двух чисел и многие другие. Однако не следует считать алгоритм чисто математическим понятием. Каждый из нас с раннего детства, даже не замечая этого, ежедневно решает задачи, для описания которых используется тот или иной алгоритм, сформулированный в виде конечной последовательности однозначных предписаний.

Входя в кабину телефона-автомата, вы видите на стене четкий алгоритм, однозначно описывающий ваши действия, цель которых -- разговор с другом: снять трубку, опустить монету, набрать номер и т. д. Носителями алгоритмов являются фоторецептурные справочники, инструкции по использованию бытовой аппаратуры (от утюга до видеомагнитофона), медицинские рекомендации и описания гимнастических упражнений, даже банки и упаковки с продуктами (например, приготовленная чашка кофе -- результат исполнения алгоритма). Каждый алгоритм создается конкретным автором (человеком или группой людей) в результате обобщения прошлого опыта или технологических разработок и рассчитан на конкретного исполнителя. Алгоритмы “бытовой сферы” (иногда их называют интуитивными) всегда предполагают определенный уровень предварительной подготовки исполнителя и потому излагаются приблизительно, без перечисления ряда промежуточных операций, способ выполнения которых (тоже алгоритм!) избирается самим исполнителем.

Автор кулинарного рецепта предполагает, что хозяйка умеет включать и выключать газовую или электрическую плиту, регулировать нагрев; в инструкции по применению водоэмульсионной краски не описывается техника вскрытия банки (взять консервный нож или поддеть крышку тупым предметом...) и т. д.

Не только в быту, но и в технике, и даже в математике многие алгоритмы формулируются неточно, приблизительно. Например, цель математика -- описать последовательность операций в общей и абстрактной форме: математический алгоритм не рассматривает способы подготовки и контроля исходных данных, форматы представления результатов, действия при особых ситуациях (например, если делитель слишком мал или множитель слитком велик). При подготовке алгоритмов, исполнителем которых является компьютер, приходится учитывать, что уровень его предварительной подготовки близок к нулю, что самый “умный” компьютер “глупее” шестилетней девочки. Процесс подготовки задания для компьютера можно разделить на два общих этапа:

создание укрупненного алгоритма (требования к исходным данным и результатам, постановка задачи, описание точной схемы решения с указанием всех особых ситуаций);

изложение укрупненного алгоритма на языке, понятном машине, -- иначе, составление программы задания (задачи).

При таком подходе необходимо:

создать строгую систему условных обозначений для записи команд в понятной для человека форме (язык программирования);

создать программу-посредника, которая переводила бы такие команды на язык, понятный машине.

Программа--набор инструкций на машинном языке, хранящийся в виде файла на диске, который можно загрузить в РС для выполнения.

Раньше программы приходилось писать в машинных кодах. Сейчас существует множество языков программирования. Hа языке программирования можно писать множество программ, пользуясь единственной программой-переводчиком. “Грамматические” правила языка программирования формулируются предельно четко и не допускают вольного расположения отдельных элементов команды и знаков препинания (иначе программа-посредник “не поймет” ваши указания). Каждая команда имеет строго определенный синтаксис (правила записи). Например, если установлено, что условие “если” надо писать по-английски (if) нельзя ставить запятую, то всякая иная запись такой команды будет воспринята программой-посредником как ошибка. Команды на языке программирования часто называют операторами или инструкциями. Последовательность таких команд, реализующих тот или иной алгоритм, называют программой на исходном языке или просто исходным текстом. Это напоминает нам, что, кроме исходного текста, конкретная программа может иметь еще и машинный код, который непосредственно исполняется на машине. Существует два типа программ-посредников, работающих с исходными текстами. Программа-компилятор (от слова compile -- составлять, собирать) переводит исходный текст в машинный код и записывает его на диск в форме исполняемого (загрузочного) файла. После этого программа выполняется независимо от исходного текста. Раньше программы-компиляторы называли просто и точно -- трансляторами (переводчиками). Программа-интерпретатор всегда работает совместно с исходным текстом.

Она разбирает каждую инструкцию исходного текста (интерпретирует ее) и немедленно исполняет (т. е. файл на машинном языке не создается). Программа в режиме интерпретации работает гораздо медленнее, чем такая же программа в машинном коде. Это связано с тем, что каждую инструкцию приходится разбирать во время выполнения (а не заранее, как при компиляции). Многие инструкции в программе выполняются многократно, -- и при каждом выполнении интерпретируются заново. Поэтому всюду, где возможно, стремятся заменить режим интерпретации режимом компиляции. Правда, интерпретация имеет и свои преимущества: с ее помощью проще отлаживать программу. Иногда пользуются режимом “псевдокомпиляции”: ускоряют интерпретацию за счет предварительного запоминания тех или иных элементов разобранных команд в памяти машины. В наше время машинные коды не используются, и каждая программа для компьютера составляется на том или ином языке программирования. Существует очень много языков, однако все они, как правило, содержат средства описания данных, арифметические операторы (подобные с = а+Ь), средства управления и организации циклов (подобные if), средства ввода и вывода информации. Многие языки пользуются похожими принципами организации программ, но -- разным синтаксисом.. Чем принципиально отличаются естественные языки от языков программирования? Естественные языки возникают и развиваются по объективным законам, не зависящим от воли людей. Если вы изучите, например, английский язык, вам уже проще освоить, скажем, немецкий: вы приобрели опыт и интуицию, которые позволят вам хотя бы иногда догадываться о значении тех или иных слов, о связях слов и т. п. Слова и синтаксис языков программирования придумываются искусственно. Например, вы освоили язык С и твердо знаете, что смысловые блоки исходного текста (составные операторы) выделяются фигурными скобками: {...}.

Программное обеспечение-- вторая равноправная часть информационной технологии. Без программ любая аппаратура -- просто груда железа (многие так и называют аппаратную часть-- “железом”). Программы для ЭВМ делятся на два больших класса:

системное программное обеспечение;

прикладное программное обеспечение.

Системные программы управляют работой аппаратных средств и обеспечивают услугами нас и наши прикладные комплексы. В первую очередь -- это операционные системы и дополняющие их программные модули (системные программы-“утилиты”, драйверы периферийных устройств и т. п.). К системному обеспечению часто относят и широкий круг программ, выполняющих разнообразные функции по обслуживанию нашего компьютерного хозяйства: знаменитые утилиты Нортона (“лечение” и оптимизация дисков, восстановление случайно удаленной информации, поиск и многое другое), программы архивирования (сжатия) файлов, антивирусные средства, разнообразные диагностические модули и т. п.

На современных компьютерах большинство обслуживающих программ включено в состав графических операционных оболочек и систем (Windows 3.1, Windows 95, Windows NT).

С помощью прикладных программ мы решаем на компьютере конкретные задачи. Спектр прикладного обеспечения очень широк: от простых программ, составляемых начинающими для решения несложных вычислительных задач, до мощных профессиональных систем (например, издательских), научных комплексов, сложнейших систем массового обслуживания (например, резервирования мест на самолеты). Промежуточное место занимает особый класс программ -- инструментальные средства разработки приложений. Роль таких систем за последние годы резко возросла. Если раньше для разработки программ пользователи применяли автономные компиляторы (типа Turbo С, Turbo Pascal и т. д.) с несложным сервисом, то ныне в состав инструментария входят мощные средства визуального программирования, библиотеки функций и классов и т. п.

Один и тот же программный продукт может иметь несколько версий (редакций), обозначаемых номерами: 3.0, 6.2 и т. д. Каждая следующая версия отличается от предыдущей либо серьезными улучшениями (изменение первой цифры), либо незначительными модификациями (тогда меняется вторая или третья цифра). Существует особый класс “программного обеспечения” -- компьютерные вирусы. Это тоже программы, которые пишутся некоторыми программистами из озорства, хулиганства или просто из вредности и могут нанести большой ущерб компьютерной системе.

Программа, выполняемая на компьютере под управлением той или иной операционной системы и предназначенная для решения задач пользователя или для игры, называется приложением (application).

Что такое база данных (БД)? В широком смысле слова можно сказать, что БД -- это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области или разделе предметной области. Например, база данных по металлам и сплавам (металлургия), база данных по театральным постановкам (культура), база данных поликлиники (медицина), база данных по видеофильмам (видеотека) и т. п. Синонимом термина “база данных” часто считают “банк данных”, хотя последнее понятие почти вышло из употребления. В нашем определении, вообще говоря, отсутствует упоминание о персональном компьютере. Например, врач может считать базой данных картотеку своего кабинета, которую он ведет на бумажных или картонных карточках и хранит на стеллажах или в коробках. Если в кабинете установлен компьютер, и врач научился работать с текстовыми файлами, ничто не сможет помешать ему записать картотеку своих больных в один или несколько таких файлов, создав таким образом некий “компьютерный” банк данных. Работая с таким банком, кое-что из сферы учетной и оформительской работы он сможет делать быстрее (например, -- корректировать и печатать заготовленные назначения или рекомендации), однако многие возможности компьютера останутся за рамками такого подхода. Значительная часть пользователей приобретая компьютер или получая доступ к нему на работе или в школе, в перерывах между играми прежде всего осваивает операции именно с текстовыми файлами (а ныне -- с документами Word).

На первом этапе компьютер обычно используют в качестве удобной и “интеллектуальной” пишущей машинки (для подготовки, хранения, модификации и распечатки всевозможных писем, сочинений, объявлений, договоров, статей и т. п.). Вряд ли многие задумываются, что уже на этом этапе они пользуются примитивной информационной системой, которая в данном случае состоит из следующих элементов: (а) текстового редактора как инструмента манипулирования текстами; (б) группы текстовых файлов (базы данных) как объекта обработки.

База данных (БД) -- совокупность определенным образом организованной информации на какую-то тему (в рамках некоторой предметной области). Конечно, вся эта информация может храниться и на бумаге (например, книжный каталог библиотеки). Но современным средством хранения и обработки баз данных является, безусловно, компьютер.

Базы данных бывают фактографическими и документальными.

В фактографических БД содержатся краткие сведения об описываемых объектах, представленные в строго определенном формате. Из приведенных выше примеров две первые БД скорее всего будут организованы как фактографические. В БД библиотеки о каждой книге хранятся библиографические сведения: год издания, автор, название и пр. Разумеется текст книги в ней содержаться не будет. В БД отдела кадров учреждения хранятся анкетные данные сотрудников: фамилия, имя, отчество; год и место рождения и пр. Следовательно, документальная БД содержит обширную информацию самого разного типа: текстовую, графическую, звуковую, мультимедийную. Сама по себе база данных не может обслужить запросы пользователя на поиск и обработку информации. БД -- это только “информационный склад”. Обслуживание пользователя осуществляет информационная система.

Информационная система -- это совокупность базы данных и всего комплекса аппаратно-программных средств для ее хранения, изменения и поиска информации, для взаимодействия с пользователем.

Примерами информационных систем являются системы продажи билетов на пассажирские поезда и самолеты.

Дадим более строгое определение компьютерной БД, чем то, что приводилось выше.

База данных -- организованная совокупность данных, предназначенная для длительного хранения во внешней памяти ЭВМ и постоянного применения.

Для хранения БД может использоваться как один компьютер, так и множество взаимосвязанных компьютеров.

Если различные части одной базы данных хранятся на множестве компьютеров, объединенных между собой сетью, то такая БД называется распределенной базой данных.

Очевидно, информацию в Internet, объединенную паутиной WWW, можно рассматривать как распределенную базу данных. Распределенные БД создаются также и в локальных сетях.

Для работы с базами данных требуется специальное программное обеспечение. Такое программное обеспечение называется системой управления базами данных или сокращенно СУБД.

Программное обеспечение, предназначенное для работы с базами данных, называется СУБД: система управления базами данных.

Системы, работающие с реляционными базами данных, называются реляционными СУБД. Наибольшее количество СУБД, созданных для персональных компьютеров -- реляционные. Система управления базами данных создает на экране компьютера определенную среду для работы пользователя (пользовательский интерфейс). Кроме того, СУБД имеет определенные режимы работы и систему команд. Для многих реляционных СУБД, используемых на персональных компьютерах, действует правило: каждая таблица хранится в одном отдельном файле. Каждый файл имеет свое имя. Если вы сами создаете таблицу и сохраняете ее в файле, то сами вы и придумываете имя для файла. Если же вы хотите работать с уже готовой таблицей, то вы должны узнать, в файле с каким именем (а также на каком диске и в каком каталоге) хранится таблица.

Для того, чтобы начать работу с подготовленной базой данных, нужно открыть файл, в котором хранится таблица.

Специалистам, юристам в том числе, часто приходится работать с большими объемами данных, с тем чтобы найти требуемые сведения для подготовки различных документов. Для облегчения такого рода работ были созданы системы управления базами данных (СУБД: DBASE, RBASE, ORACLE и др.). СУБД позволяют хранить большие объемы информации, и, что самое главное, быстро находить нужные данные. Так, например при работе с картотекой постоянно нужно перерывать большие архивы данных для поиска нужной информации, особенно если карточки отсортированы не по нужному признаку. СУБД справится с этой задачей за считанные секунды.

В настоящее время наблюдается тенденция к созданию так называемых интегрированных пакетов, которые вмещают в себя возможности и текстовых редакторов, и таблиц, и графических редакторов. Наличие большого числа различных программ для выполнения в сущности одинаковых операций - создания и обработки данных обусловлено наличием трех различных основных видов информации: числовой, текстовой и графической. Для хранения информации чаще всего используются СУБД, которые позволяют соединять все эти типы данных в единое целое. Сейчас идет бурное развитие двух других видов информации: звуковой и видеоинформации. Для них уже созданы свои редакторы и не исключено что в скором времени эти виды информации станут неотъемлемой частью большинства баз данных.

Автоматизированные системы в области экономики и права

Компьютеры помогают решать задачи управления в самых разных масштабах: от управления станком или транспортным средством до управления производственным процессом на предприятии или даже целой отраслью экономики государства. Конечно, поручать компьютеру полностью, без участия человека, руководить предприятием или отраслью экономики -- сложно, да и не безопасно. Для управления в таком масштабе создаются компьютерные системы, которые называются автоматизированными системами управления (АСУ). Такие системы работают вместе с человеком.

АСУ помогает руководителю получить необходимую информацию для принятия управляющего решения, а также может предложить наиболее оптимальные варианты таких решений. Однако окончательное решение принимает человек.

В АСУ используются самые современные средства информационных технологий: базы данных и экспертные системы, методы математического моделирования, машинная графика и пр. С распространением персональных компьютеров технической основой АСУ стали компьютерные сети. В рамках одного предприятия -- это локальные компьютерные сети. Автоматизированные системы управления, работающие в масштабах отрасли, в государственных масштабах, используют глобальные сети ЭВМ. Другим вариантом применения ЭВМ в управлении являются системы автоматического управления (САУ). Объектами управления в этом случае чаще всего выступают технические устройства (станок, ракета, химический реактор, ускоритель элементарных частиц и пр.).

В САУ все операции, связанные с процессами управления (сбор и обработка информации, формирование управляющих команд, воздействие на управляемый объект), происходят автоматически, без непосредственного участия человека.

Устройства автоматического управления стали создаваться задолго до появления первых ЭВМ. Как правило, они основаны на использовании каких-либо физических явлений. Например, автоматический регулятор уровня воды в баке основан на выталкивающем действии воды на поплавок регулятора; автоматические предохранители в электрических сетях основаны на тепловом действии электрического тока; система автоматического регулирования освещенности в помещении использует явление фотоэффекта и т.п.

В последние годы возникает концепция распределенных систем управления народным хозяйством, где предусматривается локальная обработка информации. Для реализации идеи распределенного управления необходимо создание для каждого уровня управления и каждой предметной области автоматизированных рабочих мест (АРМ) на базе профессиональных персональных ЭВМ.

Анализируя сущность АРМ, специалисты определяют их чаще всего как профессионально-ориентированные малые вычислительные системы, расположенные непосредственно на рабочих местах специалистов и предназначенные для автоматизации их работ.

Для каждого объекта управления нужно предусмотреть автоматизированные рабочие места, соответствующие их функциональному назначению. Однако принципы создания АРМ должны быть общими: системность, гибкость, устойчивость, эффективность.

Согласно принципу системности АРМ следует рассматривать как системы, структура которых определяется функциональным назначением.

Принцип гибкости означает приспособляемость системы к возможным перестройкам благодаря модульности построения всех подсистем и стандартизации их элементов.

Принцип устойчивости заключается в том, что система АРМ должна выполнять основные функции независимо от воздействия на нее внутренних и внешних возможных факторов. Это значит, что неполадки в отдельных ее частях должны быть легко устранимы, а работоспособность системы - быстро восстановима.

Эффективность АРМ следует рассматривать как интегральный показатель уровня реализации приведенных выше принципов, отнесенного к затратам по созданию и эксплуатации системы.

Функционирование АРМ может дать численный эффект только при условии правильного распределения функций и нагрузки между человеком и машинными средствами обработки информации, ядром которых является ЭВМ. Лишь тогда АРМ станет средством повышения не только производительности труда и эффективности управления, но и социальной комфортности специалистов.

В настоящее время для интенсификации умственного и управленческого труда специалистов различных профессий разрабатываются и получают широкое распространение АРМ которые функционируют на базе ПЭВМ.

Накопленный опыт подсказывает, что АРМ должен отвечать следующим требованиям:

своевременное удовлетворение информационной и вычислительной потребности специалиста.

минимальное время ответа на запросы пользователя.

адаптация к уровню подготовки пользователя и его профессиональным запросам.

простота освоения приемов работы на АРМ и легкость общения, надежность и простота обслуживания.

терпимость по отношению к пользователю.

возможность быстрого обучения пользователя.

возможность работы в составе вычислительной сети.

Профессиональная ориентация АРМ определяется функциональной частью ПО (ФПО). Именно здесь закладывается ориентация на конкретного специалиста, обеспечивается решение задач определенных предметных областей.

При разработке ФПО очень большое внимание уделяется вопросам организации взаимодействия “человек-машина”. Пользователю интересно и увлекательно работать на ЭВМ только в том случае, когда он чувствует, что он занимается полезным, серьезным делом. В противном случае его ждут неприятные ощущения. Непрофессионал может почувствовать себя обойденным и даже в чем-то ущемленным только потому, что он не знает неких “мистических” команд, набора символов, вследствие чего у него может возникнуть глубокая досада на все программное обеспечение или служителей культа ЭВМ.

Анализ диалоговых систем с точки зрения организации этого диалога показал, что их можно разделить (по принципу взаимодействия пользователя и машины) на:

системы с командным языком

“человек в мире объектов”

диалог в форме “меню”

Первыми появились программные средства для автоматизации труда технического персонала, что обусловлено, вероятно, большой формализацией выполняемых ими функций. Наиболее типичным примером являются текстовые редакторы (процессоры). Они позволяют быстро вводить информацию, редактировать ее, сами осуществляют поиск ошибок, помогают подготовить текст к распечатке. Применение текстовых редакторов позволят значительно повысить производительность труда машинисток.

Хотя современное ФПО отвечает почти всем требованиям, налагаемых на него работниками различных профессий, чего-то все равно всегда не хватает. Поэтому большим плюсом такого ПО является возможность его доработки и изменения. Что же касается разработки новых программных средств в АРМ, то она ведется по двум направлениям: создание нового ПО для новых профессий и специализация ПО для существующих профессий. В настоящее время наблюдается тенденция перехода к созданию АРМ профессионального назначения. Оно выражается в следующем:

учет решаемых задач

взаимодействие с другими сотрудниками

учет профессиональных привычек и склонностей

разработка не только ФПО, но и специальных технических средств (мышь, сеть, автоматический набор телефонных номеров и пр.)

Оснащение специалистов такими АРМ позволяет повысить производительность труда учрежденческих работников, сократить их численность и при этом повесить скорость обработки экономической информации и ее достоверность, что необходимо для эффективного планирования и управления.

Современная техническая база автоматизированных систем и информационных технологий

Обычно персональные компьютеры IBM PC состоят из нескольких блоков:

системного блока;

клавиатуры и мышки;

монитора - для отображения информации.

Компьютеры выпускаются и в портативном варианте - в "наколенном" (лэптор) или "блокнотом" (ноутбук) исполнении. Здесь системный блок, монитор и клавиатура заключены в один корпус: системный блок спрятан под клавиатурой, а монитор сделан как крышка к клавиатуре.

Хотя из этих частей компьютера системный блок выглядит наименее эффектно, именно он является компьютером .В нем располагаются все основные узлы:

электронные схемы, управляющие работой компьютера (микропроцессор, оперативная память, контроллеры устройства и т.д.);

блок питания, преобразующий электропитание сети в постоянный ток низкого напряжения, подаваемый на электронные схемы компьютера;

различные дисковые накопители для гибких дисков, жестки магнитный диск, (винчестер). CD-ROM и др.

Периферийные устройства

К системному блоку компьютера IBM PC можно подключать различные устройства ввода-вывода информации, расширяя тем самым его функциональные возможности. Многие устройства подсоединяются через специальные гнезда (разъемы),находящиеся обычно на задней стенке системного блока компьютера. Кроме монитора и клавиатуры, такими устройствами являются:

принтер - для вывода на печать текстовой и графической информации;

джойстик - манипулятор в виде укрепленной на шарнире ручки с кнопкой, употребляется в основном для компьютерных игр;

Некоторые устройства могут вставляться внутрь системного блока компьютера, или подключатся снаружи например:

факс модем - для обмена информацией с другими компьютерами через телефонную сеть;

стример - для хранения данных на магнитной ленте.

Некоторые устройства, например, многие разновидности сканеров (приборов для ввода рисунков и текстов в компьютер),используют смешанный способ подключения: в системный блок вставляется только электронная плата (контроллер),управляющая работой устройства, а само устройство подсоединяется к этой плате кабелем. Основной характеристикой является разрешение и глубина цвета.

Принтеры

Матричные принтеры

Когда говорят о матричных принтерах, обычно имеют в виду устройства ударного действия, например всем известные модели Epson, Star и Microlin.

У последовательных матричных печатающих устройств вертикальный ряд игл ( или 2 ряда), или молоточков, вколачивает краситель с ленты прямо в бумагу, формируя последовательно символ за символом. Игольчатые имеют приемлемое качество печати, невысокую цену расходных материалов и бумаги, да и самих устройств. Для этих принтеров обычно возможно использование как форматной, так и рулонной бумаги. Головка принтера может быть оснащена 9, 18 или 24 иголками.

Существуют модели принтеров как с широкой (А3), так и с узкой (А4) кареткой. Высокое качество печати достигается в режимах NLQ для 9-игольчатых (почти машинописное) и LQ - для 24-игольчатых принтеров. Скорость печати для высокопроизводительных моделей может составлять до 380 знаков в секунду. Более высокую производительность обеспечивают построчные (постраничные) матричные принтеры. Вместо маленьких точечно-матричных головок они используют длинные массивы с большим количеством игл при этом достигается скорость порядка 1500 строк в минуту. Матричные ударные печатающие устройства создают много шума, а это, согласитесь, немаловажный фактор при выборе принтера.