Создание, переработка и хранение информации в технике

Информатика, исходя из ее определения, решает 4 задачи:

- собрать информацию,

- сохранить информацию,

- переработать информацию,

- представить информацию в виде, удобном для пользования.

Рассмотрим для сравнения каким образом решают эти задачи компьютер и человек.

1. Человек сбор информации осуществляет с помощью пяти органов чувств: зрения (до 80% от всего объема информации), слуха, осязания, обоняния и вкуса. На уровне компьютера для ввода информации служат клавиатура (аналог осязания), а также манипуляторы типа “мышь”, джойстик, трекбол, дигитайзер (осязание), микрофон со звуковой картой (слух), сканер, видеокамера с TV-тюнером (зрение). В настоящее время для компьютеров не разработаны или не получили массового распространения устройства, аналогичные органам обоняния и вкуса человека, однако существует целый ряд устройств ввода информации, специфичных для компьютера: накопители на дисках, лентах, барабанах, модемы, аналого-цифровые преобразователи (АЦП) и т.д.

2. На уровне человека сохранение  информации осуществляется в  отдельных областях мозга, а на  уровне компьютера – во внешней (различные виды дисков) и внутренней (оперативной) памяти.

3. На уровне человека переработка информации осуществляется в отдельных областях мозга, а на уровне компьютера – в арифметико-логическом устройстве – АЛУ (Arithmetic-Logical Unit - ALU) блока центрального процессора – БЦП (Central Processing Unit - CPU) и вспомогательных процессорах (микроконтроллерах).

4. На уровне человека представление  информации заключается в поведенческой  реакции, а также в виде умозаключений (выводов). На уровне компьютера  для вывода информации служат  дисплей, принтер, плоттер (письмо, рисунки), дисковые накопители, динамик и аудиоколонки со звуковойкартой (голос), модем, АЦП и т.д. по командам блока управления – БУ (Control Unit – CU) БЦП

 

 

 

 

Теоретическая и прикладная информатика

 

Информатика как наука включает в себя два основополагающих направления: теоретическая информатика и прикладная информатика.

Теоретическая информатика (В англоязычных странах - Informatics) – это фундаментальная наука, является математической дисциплиной, используя методы математического моделирования для обработки, передачи и использования информационного ресурса (информации), методы и модели оценки количества информации. К теоретической информатике относят также теорию алгоритмов.

Прикладная информатика (В англоязычных странах - Computer Science)– это средства и методы информатики, включающие в себя информационно-вычислительную технику, программные средства, сети, технологические средства связи и компьютерные телекоммуникационные системы.

К прикладной информатике относятся также информационные технологии, или, как сейчас принято называть, новые информационные технологии, пришедшие к нам с появлением ЭВМ.

В общем случае технология – это способ описания деятельности для получения определенного продукта (термин пришел из промышленности).Информационная технология – это совокупность способов и приемов обработки информации во всех видах человеческой деятельности с использованием современной вычислительной техники, программного обеспечения и средств связи. Выделяют технологии обработки текстовой информации, технологии обработки числовой информации, технологии обработки графической информации, технологии мультимедиа, базы и банки данных, сетевые технологии.

К элементам информационных технологий также относят:

- искусственный интеллект,

- эвристическое программирование,

- экспертные системы,

- геоинформационные системы.

В информатике как в области деятельности можно выделить три  направления:

- научное (фундаментальные исследования процессов получения, передачи, представления, хранения и обработки информации, а также разработка технических и программных средств для оперирования с информацией);

- промышленное (массовое производство компьютеров и других технических средств информатики);

- социальное (изучение и решение социальных вопросов информатизации и компьютеризации общества, в том числе и учебно-тренировочного процесса).

 

1.2. Источники и предыстория  информатики

 

В качестве источников  информатики принято считать две науки: документалистику и кибернетику.

Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с интенсификацией капиталлистических производственных отношений. Её целью являлось повышение эффективности документооборота за счет поиска рациональных средств и методов обработки информации.

Основы кибернетики были заложены трудами по математической логике американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само названия происходит от греческого слова kyberneticos – искусный в управлении.

Впервые термин кибернетика ввёл французский физик Ампер в первой половине XIX века. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовать.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы управления и связи в живых, неживых, искусственных системах, а основными задачами – методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики:

-         методы моделирования информационных процессов принятия решений,

-         методы и принципы искусственного интеллекта.

Информатика также опирается на другие науки: физику, математику, теорию информации, семиотику и другие. Для информатики в физике важно исследование физической природы информационных сигналов, в математике -  двоичная логика (0,1), теория вероятности, в теории информации -количественная оценка информационных сигналов. Энтропия – как мера неопределенности информации, в семиотике – преобразование одних знаковых системам в другие.

Предыстория информатики.

Информатика как наука стала развиваться с середины двадцатого столетия, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией. Появление вычислительных машин в 40-50-е годы создало для информатики необходимую ей аппаратную поддержку, или, иначе говоря, благоприятную среду для ее развития как науки. Тем не менее, обработка информации с помощью технических средств, прежде всего выполнение вычислений, выполнялась уже тогда, когда человек научился говорить со своими соплеменниками. Поэтому, исторический период до появления ЭВМ принято называть предысторией.

Предыстория делится на четыре этапа:

1 -освоение человеком развитой устной речи,

2 - появление символьной письменности (иероглифы),

3 -  книгопечатание,

4 - начало научно-технической революцией (достижения точных наук).

Каждый из этих этапов характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки информации.

Первый этап предыстории — освоение человеком развитой устной речи.

Уровень материальной и духовной культуры людей, человеческого общества в целом неразрывно связан с накоплением информации и обменом ею. Уже доисторический человек в своей борьбе за существование запоминал повадки и тропы зверей, местонахождение съедобных плодов, способы добывания пищи и накапливал такие сведения, т.е. информацию об окружающем мире в своей памяти. Он сообщал эти сведения своим соплеменникам – распространял среди них накопленную информацию. Во всех этих процессах люди использовали только свой мозг, память (для накопления информации) и речь (для передачи ее соплеменникам и потомкам).

Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации.

Информация, которую человек накопил за свою жизнь, биологическими путями не наследуется, поэтому человек с древности стремился сохранить собранную им информацию. Существенную роль в накоплении и передачи информации сыграло появление символьной письменности (иероглифы) около трех тысячелетий до нашей эры. Это связывают с началом второго этапа предыстории информатики.

Прежде всего, резко возросли (по сравнению с предыдущим этапом) возможности по хранению информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство для передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук (вспомним Древнюю Грецию, например). 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 (IX в. н.э.,  Китай - печать с форм, выгравированных на деревянных досках). Книгопечатание можно  назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим этот этап не столько увеличил возможности по хранению (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник — часто один-единственный экземпляр, печатная книга — целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении (вспомним «Слово о полку Игореве»), сколько повысил доступность информации и точность ее воспроизведения.

Четвертый и последний этап предыстории связан с достижениями точных наук (прежде всего математики и физики) в начале XIX века и начинающейся в то время научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение. Кроме средств связи появились новые возможности по получению и хранению информации — фотография и кино. К ним также очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски).

С разработкой первых ЭВМ принято связывать возникновение информатики как науки, начало ее истории. Для такой «привязки» имеется несколько причин. Во-первых, сам термин «информатика» появился на свет благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение, видео) информации. В этом состояла инициирующая роль вычислительной техники при возникновении и оформлении новой науки.

На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину, интегрирующую обширный комплекс наук, каждая из которых занимается изучением отдельных аспектов  автоматизации обработки и передачи информации. 

1.3. Искусственный интеллект

Интеллект в переводе с латинского intellectus - разум, рассудок.

В психологии под интеллектом понимается результат взаимодействия природных, врожденных познавательных способностей человека и среды, которая активизировала эти способности.

Искусственный интеллект - это программно реализуемая система, моделирующая решение задач человеком в процессе его деятельности.

ИИ как научное направление, связанное с попытками формализовать мышление человека, имеет длительную историю. Еще Платон, Аристотель, Р. Декарт, Г.В. Лейбниц, Дж. Буль и многие другие исследователи на уровне современных им знаний стремились описать мышление как совокупность некоторых элементарных операций, правил и процедур. Качественно новый период развития ИИ связан с появлением в научных лабораториях ЭВМ.  Первое современное научное представление об искусственном интеллекте изложено в книге Норберта Винера “Кибернетика или управление и связь в животном и машине”.

Первые шаги кибернетиков были направлены на изучение и осмысление процессов, протекающих в живых системах, включая и мыслящие. Исследования имели ярко выраженный познавательный характер. Но уже тогда стали появляться разработки, направленные на воспроизведение в ЭВМопределенных процессов и феноменов мышления. Позднее именно это направление работ и оформилось в самостоятельную область, разрабатывающую проблему искусственного  интеллекта.

В ходе последующего развития исследований по искусственному  интеллекту, в 60-х — 70-х годах XX века, произошло их разделение на два самостоятельных направления, которые сохраняются и до настоящего времени.  

Разделение работ по искусственному  интеллекту на два направления связано с существованием двух точек зрения  на вопрос о том, каким именно образом строить системы искусственного  интеллекта. Сторонники одной точки зрения убеждены в том, что важнее всего результат, т.е. совпадениеповедения искусственно созданных и естественных интеллектуальных систем , а что касается внутренних механизмов формирования поведения, то разработчик искусственного  интеллекта вовсе не должен копировать или даже принимать во внимание особенности естественных,  живых аналогов (Олбус, Сутро, Килмер).

Другая точка зрения заключается в том, что именно изучение механизмов естественного мышления и анализ данных о способах формирования разумного поведения человека могут создать основу для построения систем искусственного  интеллекта, причем построение это должно осуществляться прежде всего как моделирование, воспроизведение техническими средствами биологических систем (Розенблат,  Мински, Хопфилд, Галушкин).