Введение в информатику

Литература
Информатика. Базовый курс. Учебник для вузов / Под ред. Симоновича С.В. - СПб. : ПИТЕР, 2002
Основы современных компьютерных технологий: Учебное пособие/Под ред. проф. Хомоненко А.Д. - СПб.:КОРОНА принт,1998.
Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и коммуникации. СПб.:ПИТЕР, 2002, с.- 688.
В.Э. Фигурнов IBM PC для пользователя. М.Издательство «Компьютер». 2001, 300с.

Информация
- продукт взаимодействия данных и соответствующих методов.
в виде текстов, рисунков, чертежей, фотографий;
в виде световых или звуковых сигналов;
в виде радиоволн;
в виде электрических и нервных импульсов;
в виде магнитных записей;
в виде жестов и мимики;
в виде запахов и вкусовых ощущений;
в виде хромосом, посредством которых передаются по наследству признаки и свойства организмов и т.д.

Термин "информатика"
(франц. informatique) происходит от французских слов information (информация) и automatique (автоматика) и дословно означает "информационная автоматика".
Широко распространён также англоязычный вариант этого термина — "Сomputer science", что означает буквально "компьютерная наука".
Более широкий термин – кибернетика – науки об управлении, введено Норбертом Винером

Основные направления:
pазpаботка вычислительных систем и пpогpаммного обеспечения;
теоpия инфоpмации, изучающая процессы, связанные с передачей, приёмом, преобразованием и хранением информации;
методы искусственного интеллекта, позволяющие создавать программы для решения задач, требующих определённых интеллектуальных усилий при выполнении их человеком (логический вывод, обучение, понимание речи, визуальное восприятие, игры и др.);
системный анализ, заключающийся в анализе назначения проектируемой системы и в установлении требований, которым она должна отвечать;

методы машинной графики, анимации, средства мультимедиа;
средства телекоммуникации, в том числе, глобальные компьютерные сети, объединяющие всё человечество в единое информационное сообщество;
разнообразные пpиложения, охватывающие производство, науку, образование, медицину, торговлю, сельское хозяйство и все другие виды хозяйственной и общественной деятельности.

Составляющие информатики
Информатику обычно представляют состоящей из двух частей:
технические средства;
программные средства.
Технические средства, то есть аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твёрдые изделия".
А для программных средств выбрано слово Software (буквально — "мягкие изделия"), которое подчёркивает равнозначность программного обеспечения и самой машины

Программное обеспечение — это совокупность всех программ, используемых компьютерами, а также вся область деятельности по их созданию и применению. Помимо этих двух общепринятых ветвей информатики выделяют ещё одну существенную ветвь — алгоритмические средства.
Для неё российский академик А.А. Дородницин предложил название Brainware (от англ. brain — интеллект). Эта ветвь связана с разработкой алгоритмов и изучением методов и приёмов их построения.

Основные понятия
Система – целое (systema), т.е. обозначает целое из частей соединение действующих элементов, взаимодействующих между собой и образующих единство.
Элемент системы – часть системы, имеющее определенное функциональное назначение. Сложные элементы систем, в свою очередь состоят из более простых взаимосвязанных элементов, часто называемых подсистемами.
Информационная система (ИС) – система, организующая, хранящая и преобразующая информацию. Чаще всего под информацией подразумевают данные, поэтому ИС часто называют системой обработки данных (СОД), подразумевая, как комплекс взаимосвязанных методов и средств образования данных, необходимых пользователю.

Алгоритмы — это правила, предписывающие выполнение последовательностей действий, приводящих к решению задачи. Нельзя приступить к программированию, не разработав предварительно алгоритм решения задачи.
Программа - программа представляет собой последовательность отдельных команд, записанных по алгоритму.
Команда — это описание операции, которую должен выполнить компьютер.
Как правило, у команды есть свой код (условное обозначение), исходные данные (операнды) и результат.

Измерение информации
Количество информации отражает степень неопределенности знаний, которая исчезает после их получения. Меру неопределённости в теории информации называют энтропией
Пример: Бросание монетки: орел или решка?
Количество информации, которое можно получить на вопрос «да-нет» называется БИТ – binary digit. Неопределенность при этом уменьшилась в 2 раза.

Р. Хартли (1928 г.) процесс получения информации рассматривал, как выбор одного сообщения из конечного, наперёд заданного множества из N равновероятных сообщений, а количество информации I, содержащееся в выбранном сообщении, определял, как двоичный логарифм N.
Формула Хартли: I = log2N.
Пример
Система из двух лампочек требует
получения вопроса , типа «да-нет» для обеих
лампочек, значит определяется в 2 бита.
А число возможных состояний равно 4

I – количество информации в битах
Если N не является целой степенью 2, то происходит округление в большую сторону.
Пример
Допустим, нужно угадать одно число из набора чисел от единицы до ста. По формуле Хартли можно вычислить, какое количество информации для этого требуется:
N=100≈27=128
I = log2128 = 7.

Клод Шеннон (1948 г. ) для неравновероятных состояний в сообщении:
Формула Шеннона:
I = – ( p1 log2 p1 + p2 log2 p2 + . . . + pN log2 pN ),
где pi — вероятность того, что именно i-е сообщение выделено в наборе из N сообщений.
Если вероятности p1, ..., pN равны, то каждая из них равна 1/N, и формула Шеннона превращается в формулу Хартли.

Единицы информации
В качестве единицы информации, записанной на ПК, условились принимать один бит (англ. bit — binary, digit — двоичная цифра).
Бит в теории информации — количество информации, необходимое для различения двух равновероятных сообщений.
В вычислительной технике битом называют наименьшую "порцию" памяти, необходимую для хранения одного из двух знаков "0" и "1"

На практике чаще применяется более крупная единица — байт, равная восьми битам. Именно восемь битов требуется для того, чтобы закодировать любой из 256 символов алфавита клавиатуры компьютера (256=28).
Широко используются также ещё более крупные производные единицы информации:
1 Килобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,
1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,
1 Гигабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.
В последнее время в связи с увеличением объёмов обрабатываемой информации входят в употребление такие производные единицы, как:
1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,
1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт.

Объем данных
Объем данных в сообщении измеряется количеством символов.
Примеры:
Считая, что каждый символ кодируется одним байтом, оцените информационный объем следующего предложения:
«Мой дядя - самых честных правил, когда не в шутку занемог, он уважать себя заставил и лучше выдумать не мог.»
1)108 бит 2)864 бит 3)108 килобайт 4)864 килобайт.
Получено сообщение, информационный объём которого равен 32 битам. Чему равен этот объём в байтах?
1)5 2)2 3)3 4)4

Кодирование текстовых данных
Каждый алфавита представляется двоичным кодированием:
C O M P U T E R
43 4F 4D 50 55 54 45 52 Код ASCII
American Standart Code for Information Interchange
ALT – кодировка
Воспроизведение символа набором кода с нажатой клавишей ALT (среда DOS)

Действия над информацией
создавать; передавать; воспринимать;
использовать; запоминать; принимать;
копировать; формализовать;
распространять; преобразовывать;
комбинировать; обрабатывать;
делить на части; упрощать; собирать;
хранить; искать; измерять; разрушать; и др.

Свойства информации
достоверность;
надежность и долговечность;
полнота;
ценность;
своевременность;
понятность;
доступность;
краткость;
устойчивость и др.

Что такое компьютер?
Компьютер (англ. computer — вычислитель) представляет собой программируемое электронное устройство, способное обрабатывать данные и производить вычисления, а также выполнять другие задачи манипулирования символами. Электронная вычислительная машина (ЭВМ), компьютер – комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач.

Признаки разделения ВМ
Принцип действия – последовательного и параллельного действия (;
Этапы создания и элементная база;
Назначение;
Способ организации вычислительных процесса;
Размер, вычислительная мощность;
Функциональные возможности;
Способность к параллельному выполнению программ.

По принципу действия ВМ делятся на:
Цифровые ВМ или машины дискретного действия, т.е. информация представляется в цифровой форме.
Аналоговые ВМ или машины непрерывного действия, в них информация представлена в виде физической величины, чаще всего в виде электрического напряжения. Такие ВМ чаще всего используют для решения математических задач, для моделирования, например с использованием решения систем дифференциальных уравнений;
Гибридные ВМ или машины комбинированного действия, работают с информацией, как непрерывной, так и с дискретной. Такие ВМ используют для управления сложными быстродействующими техническими комплексами.
В настоящее время подавляющее большинство компьютеров являются цифровыми, далее будем рассматривать только этот класс компьютеров и слово "компьютер" употреблять в значении "цифровой компьютер".
Выделено 5 поколений:

50-е годы 1 поколение.
Электронные вакуумные лампы;
60-е годы 2 поколение.
Дискретные полупроводниковые приборы (транзисторы)
70-е годы 3 поколение.
Компьютеры на полупроводниковых интегральных схемах –
(сотни – тысячи транзисторов в одном корпусе)
80-90-е годы 4 поколение.
Компьютеры на больших и сверхбольших интегральных схемах,
концентрация достигает сотни тысяч – десятки миллионов акт. элем.
в одном кристалле.
90 –е годы 5 поколение.
Компьютеры с многими параллельно работающими МП,
позволяющие строить эффективные системы обработки знаний.
2000 год 6 поколение. Оптоэлектронные компьютеры с массовым
параллелизмом и нейронной структурой, с распределенной сетью
большого числа несложных МП, моделирующих архитектуру
нейронных биологических систем.