Введение. История, предмет, структура информатики.
Хотя информатика и считается достаточно молодой наукой
(по отношению ко многим другим отраслям знания ),
но предпосылки к ее зарождению – достаточно древние.
При
рассмотрении вопроса об истории информатики будем исходить из первых признаков и
событий информационного обмена, осознавая, что об информатике как о науке тогда речь не шла.
Пример. Первый предмет для ведения счета обнаружен в
Чехии (волчья кость с зарубками) и относится к 30000
г. до н.э.
Наиболее
важной и ранней предпосылкой к информационному обмену стала речь, а позже –
самые первые знаковые системы(живопись, музыка, графика, танец, обряды и др.).
Затем
появилась письменность: вначале она была рисуночной, иероглифической, с
использованием носителей различного типа (камень, глина, дерево и
т.д.).
Пример. В Древнем Египте около 3000
г. до н.э. появилось иероглифическое письмо на камне, а затем и иератическое (не
иероглифическое) письмо на папирусе. Бронзовый век дал нам
идеограммы – изображения повторяющихся систем понятий,
которые в конце IV века до н.э. превратились в рисуночное, иероглифическое письмо.
Развиваются
различные системы,
счета и механизации (это, как известно, – предпосылка автоматизации) счета.
Пример. В Древнем Вавилоне около 8000
г. до н.э. использовали различные эталоны меры (каменные шары, конусы,
цилиндры и т.д.). Там же около 1800 г. до н.э. начали использовать
шестидесятеричную систему счисления.
Древние римляне положили в основу счисления иероглифическое обозначение пальцев
рук (все символы этой системы счисления
можно изобразить с помощью пальцев рук). Счет на основе пальцев использовался
достаточно долго и дал нам десятичную систему счисления,
применяемую во всем мире.
От
рисунков на камне (пиктограмм) осуществляется переход к рисункам на дощечках,
глиняных пластинах (клинописи), от клинописи – к слоговому (вавилонскому)
письму, от вавилонского письма – к греческому, от греческого и латинского – к
основным западным письменным системам, к возникновению пунктуационного письма.
На
основе латинской и греческой письменности разрабатываются терминологические системы для различных областей знания – математики, физики, медицины, химии
и т.д. Развивается математический (алгебраический) язык – основа формализации
различныхзнаний. Распространение
математической символики и языка приводит к развитию всего естествознания, так
как появился адекватный и удобный аппарат для описания и исследования различных
явлений.
Пример. Появляются символы дифференцирования,
интегрирования, которые потом берутся "на вооружение" физикой, химией
и другими науками.
Совершенствуются
различные системы визуализации информации – карты, чертежи, пирамиды, дворцы,
акведуки, механизмы и
др.Пример. Механизмы штурма крепостей были достаточно
сложны, древние водопроводные системы работают
и до сих пор.
С
появлением папируса повышается информационная емкость, актуализируется новое
свойство информации – сжимаемость.
С
появлением бумаги появляется эффективный носитель информации – книга, а изобретение печатного
станка (Гуттенберга) приводит к тиражированию информации (новое
свойство информационного обмена). Появляется достаточно адекватный (на тот
период) инструмент массовой информационной коммуникации. Развиваются элементы
виртуального мышления (например, в картинах известных художников).
Распространению информации способствует также появление и
развитие библиотек, почты, университетов – центров накопленияинформации, знаний, культуры в обществе.
Пример. Появились централизованные хранилища информации,
например, в столице Хеттского государства во дворце хранилось около 20 тыс.
глиняных клинописных табличек.
Происходит
массовое тиражирование информации, рост профессиональных знаний и развитие информационных технологий.
Появляются первые признаки параллельной (по пространству и по времени) передачи
и использования информации, знаний.
Пример. Изменение информационных свойств накладывает
отпечаток и на все производство, на производственные и коммуникационные
отношения, например, происходит разделение (по пространству, по времени) труда,
появляется необходимость в развитии торговли, мореходства, изучении различных
языков.
Дальнейший
прогресс и возникновение фотографии, телеграфа, телефона, радио, кинематографа,
телевидения, компьютера, компьютерной сети, сотовой связи стимулируют развитие
массовых и эффективных информационных систем и технологий.
В
отраслях науки формируются языковые системы: язык химических формул, язык физических
законов, язык генетических связей и др..
С
появлением компьютера стало возможным хранение, автоматизация и
использование профессиональных знаний программ:
баз данных, баз знаний, экспертных систем и т.д..
Пример. Персональный компьютер впервые становится средством и
стимулятором автоформализации знаний и
перехода от "кастового" использования ЭВМ (исключительно "кастой
программистов") к общему, "пользовательскому" использованию.
Информатика от "бумажной" стадии своего развития
переходит к "безбумажной", электронной стадии развития и
использования.
В
конце двадцатого века возник так называемый информационный кризис,
"информационный взрыв", который проявился в резком росте объема
научно-технических публикаций. Возникли большие сложности восприятия,
переработки информации,
выделения нужной информации из
общего потока и др. В этих условиях появилась необходимость в едином и
доступном мировом информационном пространстве, в развитии методов и технологии информатики,
в развитии информатики как методологииактуализации информации,
в формировании базовых технологий и систем и пересмотре роли информатики в обществе, науке,технологии.
Мир,
общество начали рассматриваться с информационных позиций. Это время
лавинообразного увеличения объема информации в
обществе, ускорения их применения на практике, повышения требований к
актуальности, достоверности, устойчивостиинформации.
XXI век можно считать веком "информационного сообщества", единого и
доступного мирового информационного пространства (поля), которое будет
постоянно улучшать как производительные силы и производственные отношения, так
и человеческую личность, общество.
Появление информатики как науки базируется на индустрии
сбора, обработки, передачи, использования информации, на продуктах развития математики,
физики, управления, техники, лингвистики, военной науки и других наук.
Информатика – фундаментальная научная и образовательная
область, которая не может ограничиться рамками инженерных, пользовательских
трактовок, рамками процедурного программирования,
имея мощный формальный аппарат для глубокого изучения явлений и систем,
их практической интерпретации, усиления междисциплинарных связей.
Информатика уже прошла этап "интуитивного (в своих
понятиях, определениях, целях) развития", достаточно
"теоретизировалась" и превратилась в полноценную фундаментальную
естественнонаучную дисциплину, как, скажем, математика или физика.
Пример. В эпоху введения информатики в число образовательных дисциплин
использовался больше программистский и пользовательский подход. Информатика,
как правило, отождествлялась с процедурным программированием и решением задач
на ЭВМ. Преподавалась информатика в
школах и вузах – соответственно.
Если информатика рассматривается с узких позиций ее
применения, применимости, то она выступает как техническая, технологическая
среда общества, как средство обеспечения, например, коммуникационных
потребностей общества.
Если информатика рассматривается с позиции передачи знаний,
то она выступает как общекультурная среда и средство познания природы и
общества.
Оба
подхода должны быть взаимосвязаны.
Абсолютизация
первого подхода приводит к различным технократическим перекосам, утопиям.
Абсолютизация
второго подхода может привести к излишнему формализму и идеализации.
Дадим
теперь рабочее (в данном курсе) определение информатики.
Это определение не
является ни полным, ни точным, ни формальным (дать такое определение –
невозможно), но для вводного курса, как кажется автору, – вполне приемлемое.
Информатика – это междисциплинарная, методологическая наука об
информационных процессах, о моделях, об алгоритмах и алгоритмизации, о
программах и программировании, об исполнителях алгоритмов и различных
исполняющих системах об их использовании в обществе, в
природе, в познании.
Термин
" информатика " (l’informatique) был введен
французскими учеными и означает науку обработки информации(первоначально
это была информация научно-технического, библиотечного
характера) с помощью различных автоматических средств.
Во
многих странах больше используется термин "computer science"
(компьютерная наука, наука о компьютерах, точнее, наука о преобразовании информации с помощью компьютеров).
Предмет информатики точно невозможно определить – он сложный,
многосторонний, динамичный.
Можно
отметить три основные ветви информатики: теоретическую, практическую и техническую.
Отметим, что делениеинформатики как науки и человеческой
деятельности на те или иные части зависит от целей, задач, ресурсов
рассматриваемой проблемы и часто оно бывает условным.
Теоретическая информатика ( brainware, "мозговое" обеспечение)
изучает теоретические проблемы информационных сред.
Практическая, прикладная информатика ( software, "гибкое", программное обеспечение) изучает практические
проблемы информационных сред.
Техническая информатика ( hardware, "тяжелое", аппаратное обеспечение) изучает технические
проблемы информационных сред.
Пример. Задача построения математической модели прогноза
кредитного риска банка – это задача теоретической информатики и экономики (естественно). Построение
алгоритма прогноза по этой модели – задача теоретической информатики. Разработка компьютерной
программы (комплекса программ) для прогноза риска – задача практической
информатики.
Часто
(особенно, в области практической информатики) говорят о предметной информатике,
например, о медицинскойинформатике,
физической информатике,
компьютерной физике и т.д.
Пример. Определим предметы химической, медицинской,
физической информатики.
Химическая информатика изучает информационные процессы и системы в химических средах, проблемы
управления в химических информационных структурах. Медицинская информатика изучает проблемы информационных
процессов, а также управления в медицинских информационныхсистемах.
Физическая информатика (иногда интерпретируемая как
компьютерная физика) изучает проблемы информационных процессов, управления,
вопросы самоорганизации, хаоса и порядка в открытых физических системах.
В
любую предметную информатику, помимо предметных аспектов самой
области, входят социально-правовые, эколого-экономические,
гуманитарно-образовательные и философские аспекты.
Предметная
область науки " информатика "
– информационные системы, модели, языки их описания, технологии их актуализации.
Эти
информационные процессы происходят как в живых организмах, так и в технических
устройствах, в различных институтах общества, в индивидуальном и общественном
сознании.
Информатика, как и математика, является
наукой для описания и исследования проблем других наук. Она помогает
прокладывать и усиливать междисциплинарные связи, исследовать проблемы
различных наук с помощью своих идей, методов, технологий.
Фундаментальность
информатике придает не только широкое и глубокое использование математики и
других естественных наук, формальных методов и средств, но и общность, и
фундаментальность ее результатов, их универсальная методологическая
направленность в производстве знаний общества.
Мировоззренческая роль
информатики состоит, в частности, в том, что она помогает вникать (особенно, в
информационную) суть явлений, происходящих в окружающем нас мире, например,
скрытых, не лежащих на поверхности, выявлять, описывать и исследовать как
внешние, так и внутренние связи системы.
Воспитательная роль
информатики состоит, в частности, в выработке исследовательского, творческого, алгоритмического подхода к делу, настойчивости, терпения и
трудолюбия, аккуратности, логичности и строгости суждений, развитии умений
выделять главное и игнорировать второстепенное, не влияющее на суть проблемы,
ставить и исследовать новые задачи, использовать информационные технологии при решении разнообразных задач и др.
Культурная роль
информатики состоит в частности в том, что повышение информационной и компьютерной
культуры естественным образом, в соответствии с функциями информатики содействует повышению и
профессиональной, и общей культуры (мышления, поведения, выбора). Информатика – это своего рода особая культура и
искусство информационно-логического представления знаний.
Эстетическая роль
информатики эстетика (наука о прекрасном) состоит, в частности, в сведении
разрозненных элементов и связей исследуемой проблемы в целостную композицию,
обладающую эстетическими качествами (красота, обаяние, цвет, форма, пропорция, симметрия, гармония, единство частей целого,
удовольствие и др.), в сведении целого к ее частям с целью повышения
эстетических качеств восприятия (в том числе и виртуального) процесса, явления.
Благодаря информатике развиваются языки наук, происходит их
взаимообогащение, следовательно, и сами науки развиваются.
Информатика также обогащается новыми идеями и приложениями
вследствие этого процесса, развивает и индустриализирует процесс получения,
хранения и использования знаний.
Информатика широко используется как в традиционных,
естественнонаучных областях (физика, биология, экономика и др.), так и в
гуманитарных – истории, лингвистике, психологии, социологии и др.
