Поняття про інформацію та інформаційні технології.

Слово "Інформатика" (informatique) походить від сполучення двох французьких слів: information (інформація) і automatique (автоматика), введене у Франції для визначення галузі діяльності, що займається автоматизованою обробкою інформації.

Фундаментальним ядром інформатики є інформологія — наука про інформацію, а також алгоритміка (теорія алгоритмів разом з її філософськими висновками, алгоритмічно нерозв'язними проблемами та ін ), а сучасна обчислювальна техніка — її матеріально-технічною основою.

Існує багато визначень інформатики. Інформатика - це наука про інформацію, способи її збору, зберігання, опрацювання та передавання з використанням комп'ютерної техніки.  Інформатика — це прикладна дисципліна, що вивчає структуру і загальні властивості наукової інформації і т.д. Інформатика — це технічна наука, яка систематизує прийоми створення, зберігання, відтворення, обробки та передачі даних засобами обчислювальної техніки, а також принципи функціювання цих засобів та методи управління ними.

Таким чином: Інформатика — комплексна наукова й інженерна дисципліна: 

• • • об'єктом якої є інформаційні процеси будь-якої природи; 

    • предметом є нові інформаційні технології, які реалізуються за допомогою комп'ютерних систем;

    • методологією — філософські основи природничих і гуманітарних наук, обчислювальний експеримент. 

Інформатика — динамічна наука, що інтенсивно розвивається та суттєво впливає на розвиток інших наук і технологій. Вона перетворюється із суто технічної на фундаментальну суспільно значущу науку

З цього визначення видно, що інформатика дуже близька до технології, тому її предмет нерідко називають інформаційними технологіями.

Інформаційна технологія — це сукупність методів, засобів, прийомів, що забезпечують пошук, збирання, зберігання, опрацювання, подання, передавання інформації між людьми. 

У вузькому значенні «інформаційні технології» — це сукупність методів засобів, прийомів пошуку, зберігання, опрацювання, подання і передавання графічної, текстової, цифрової, аудіо і відеоінформації на основі електронних засобів комп'ютерної техніки і зв'язку. 

Інформаційно-комунікаційні технології (ІКТ) — інформаційні технології на базі персональних комп'ютерів, комп'ютерних мереж і засобів зв'язку, для яких характерна наявність доброзичливого середовища роботи користувача. 

Інформатика складається з трьох взаємозв’язаних складових: інформатика як фундаментальна наука, як прикладна дисципліна, і як галузь виробництва.

Основними об’єктами інформатики виступають:

• • • ·інформація;

    • комп’ютери;

    • інформаційні системи;.

Загальні теоретичні основи інформатики:

• • •  інформація;

    • системи числення;

    • кодування;

    • алгоритми.

Структура сучасної інформатики:

1. 1. 1. Теоретична інформатика.

      2. Обчислювальна техніка.

      3. Програмування.

      4. Інформаційні системи.

      5. Штучний інтелект.

Предмет інформатики складають такі поняття:

• • • апаратне забезпечення джерел комп’ютерної техніки;

    • програмне забезпечення джерел комп’ютерної техніки;

    • засоби взаємодії апаратного та програмного забезпечення;

    • засоби взаємодії людини з апаратними та програмними засобами.

Методи та засоби взаємодії людини з апаратними та програмними засобами в інформатиці мають назву інтерфейси користувача. Відповідно існують апаратні інтерфейси, програмні інтерфейси та апаратно-програмні інтерфейси.

Головним завданням інформатики є систематизація прийомів та методів роботи з апаратними та програмними засобами комп’ютерної техніки. Мета систематизації полягає у виділенні, впровадженні та розвитку передових, найбільш ефективних технологій, в автоматизації етапів роботи з даними, а також у методичному забезпеченні нових досліджень.

У складі основного завдання інформатики сьогодні виділені такі напрямки для практичних додатків:

• • архітектура обчислювальних систем (прийоми і методи побудови систем, призначених для автоматизації обробки даних);

  • інтерфейси обчислювальних систем (прийоми і методи управління апаратним та програмним забезпеченням);

  • програмування (прийоми, методи і засоби розробки ком­п’ютерних програм);

  • перетворення даних (прийоми та методи перетворення струк­тур даних);

  • захист інформації (розробка методів та засобів захисту даних);

  • автоматизація (функціювання програмно-апаратних засобів без участі людини);

  • стандартизація (забезпечення суміщення між апаратними і програмними засобами, а також між форматами наведених даних).

Інформація та дані. Інформаційний процес

 Поняття: дані, інформація і знання відносяться до базових понять, які використовуються в інформатиці. Ці поняття часто використовуються як синоніми, проте між цими поняттями існують принципові відмінності.

Інформація — це фундаментальне наукове поняття. Наукове визначення інформації дається достатньо просто, якщо припустити, що інформація — це динамічний об’єкт, не існуючий у природі сам по собі, а утворений у ході взаємодії даних та методів. Він існує рівно стільки, скільки триває ця взаємодія, а весь інший час знаходиться у вигляді даних.

Термін «інформація» означає повідомлення, відомості, знання, потрібні для прийняття рішень. 

Поняття якості інформації невіддільне від процедур прийняття рішень: тільки цілком вірогідна інформація може забезпечити якість рішення, допомогти керівникові уникнути помилок. Інформатика виступає тут як дисципліна, що створює технологію роботи з інформацією. Справді, брак інформації призводить до того, що особа, яка приймає рішення, легко може припуститися помилки. Недоліки планування часто-густо спричинені браком надійної інформації. Надмір інформації також може бути шкідливим і призводити до втрати цілісності, тому інформації потрібно стільки, скільки треба, не більше і не менше.

Інформація — це продукт взаємодії даних та методів, розглянутий у контексті цієї взаємодії.

Термін дані походить від слова data - факт, а інформація (informatio) означає роз'яснення, виклад.

Дані — це інформація, подана у формі, сприятливій для формальної обробки персональним комп’ютером або користувачем.

Інформація - це результат перетворення, опрацювання і аналізу даних. Відмінність інформації від даних полягає в тому, що дані - це фіксовані відомості про події і явища, що зберігаються на певних носіях, а інформація з'являється в результаті опрацювання даних при розв’язуванні конкретних задач.

Наприклад, в базах даних зберігаються різні дані, а по певному запиту система управління базою даних видає необхідну інформацію.

Існують і інші визначення інформації, наприклад, інформація - це відомості про об'єкти і явища навколишнього середовища, їх параметри, властивості і стан, які зменшують ступінь невизначеності про них, неповноту знань.

Знання - це перевірений практикою результат пізнання дійсності, її відображення в свідомості людини.

Знання - це вид інформації, що містить як дані так і їх опис і зберігається в базі знань та відображає знання фахівця з конкретної предметної галузі.

Знання - результат пізнавальної діяльності, система придбаних з її допомогою понять про дійсність. 

На підставі отриманої інформації і наявних знань здійснюється прийняття рішень. Залежно від сфери використання інформація може бути різною: науковою, технічною, управляючою, економічною і т.д.

Усі дії, які можна провадити з інформацією, називаються інформаційними процесами.

У ході інформаційного процесу дані перетворюються з одного виду в іншій за допомогою методів обробки. Обробка даних включає в себе багато різних операцій.

У структурі можливих операцій з даними можна виділити такі основні операції:

• збір даних — накопичення з метою забезпечення достатньої інформації для прийняття рішень;

• ·формалізація даних — приведення даних, що надходять із різних джерел, до однакової форми, щоб зробити їх зіставними між собою;

• сортування даних — упорядкування даних за наданою ознакою з метою зручності використання (підвищує доступність інформації);

• групування даних — об’єднання даних за наданою ознакою з метою збільшення зручності використання;

• архівація даних — організація збереження даних у зручній та легкодоступній формі, служить для зниження економічних витрат на зберігання та збільшує загальну надійність інформаційного процесу в цілому;

• захист даних — комплекс заходів, спрямованих на запобігання втрачення даних, на відтворення та модифікацію даних;

• транспортування даних — прийняття та передача (доставлення і постачання) даних між віддаленими учасниками інформаційного процесу. При цьому джерело даних в інформатиці прийнято називати сервером, а споживача — клієнтом.

При цьому інформація обов’язково повинна мати такі властивості:

• • • достовірність;

    • зрозумілість;

    • актуальність;

    • корисність;

    • повноту;

    • однозначність;

інакше втрачається сенс інформаційного процесу.

У процесі обробки даних на ПК широко використовується поняття структури інформації. 

Структурою визначається будова інформації та передбачається виділення певних її елементів (частин), що називаються одиницями. Одиниці бувають простими й складними. До простих належать такі елементи, які не можна поділити на частини. Складні одиниці — складені, утворені з інших інформаційних одиниць, простих або складних. 

Інформація і повідомлення

Поняття про шум Важливо, щоб ви зрозуміли на інтуїтивному рівні відмінність між поняттями інформації і повідомлення. Інформацію передають за допомогою повідомлень. Повідомлення передають за допомогою послідовності сигналів від джерела до приймача інформації. 

Середовище, через яке здійснюється передавання сигналів від джерела до приймача, називають каналом зв'язку.

Сигнали — це умовні знаки, за допомогою яких звертають на щось увагу, повідомляють, передають розпорядження або проводять переговори, тобто передають повідомлення.

Для подання сигналів (зокрема і на далекі відстані) використовують найрізноманітніші сигнальні засоби — світлові та звукові джерела (дорожні знаки, петарди, прожектори, радіомаяки, світлофори, димові шашки, прапорці, гудки, дзвінки, сирени, дзвони, ракети, сигнальні лампи, повідомлення голосом, по радіо, написи, тексти, плакати тощо).

Якщо повідомлення не несе корисної інформації, тоді воно несе шум. Інформація може перетворюватися на шум, і навпаки, шум може перетворюватись на інформацію.

Обмін повідомленнями між людьми здійснюється за допомогою: ·

• • •  світлових сигналів та різних зорових образів; 

    • сукупностей певних знаків (письмо) — книжки, газети, журнали, графічні схеми тощо; 

    • технічних засобів (різні поєднання звукових та світлових сигналів) — радіо, телебачення, телеграф, телефон тощо; 

    • звукових сигналів — мова, музика тощо;

    • зорових образів — художні твори, кінофільми, відеофільми, графіка тощо

Якщо повідомлення не несе корисної інформації, тоді воно несе шум. 

Інформація може перетворюватися на шум, і навпаки, шум може перетворюватись на інформацію.

Якщо кілька разів повідомляється про одну і ту саму таємницю, то перше повідомлення несе інформацію, а наступні такі повідомлення для однієї і тієї самої людини — шум. У такий спосіб інформація перетворюється на шум. 

Навпаки, якщо якомусь повідомленню спочатку не надавали значення і вважали, що воно не несе корисної інформації, а пізніше в цьому повідомленні виявили корисну інформацію, то в такий спосіб шум перетворюється на інформацію. 

Способи подання інформації 

Повідомлення подають певною мовою. При цьому повідомлення може мати вигляд деякої послідовності знаків, жестів, нотного запису, живописного твору, музичного твору, звукозапису, відеозапису, кінофільму. Існує досить багато різних мов — мови різних народів, мова глухонімих, мова сигнальників на кораблях, мова спілкування двох людей, які не знають рідної мови один одного. Знаками можуть бути різні зображення, жести, кивання і похитування головою, кліпання очима, різні рухи рук, пальців, прикраси. Часто погляд, вираз обличчя може сказати набагато більше про душевний стан людини, ніж багатослівні речення. 

Важливо також, щоб повідомлення за можливості було коротшим, тобто його можна було якомога швидше прийняти і опрацювати, і, разом з тим, за його допомогою можна було передати якомога більше інформації. 

Носії повідомленя

Носій — фізичне середовище, в якому зберігаються повідомлення. Прикладами носіїв для тривалого зберігання повідомлень можуть бути: камінь, дерев'яна чи металева поверхня, папір, фото- і кіноплівка, магнітна, аудіо та відеоплівка, магнітні та оптичні диски тощо.

Вимірювання інформації

Байт — це довжина повідомлення на електронному носієві, яке містить лише одну літеру чи інший знак, які використовують при поданні звичайних текстів. Кілобайт (Кб) — це довжина повідомлення близько 1000 літер, мегабайт (Мб) — близько 1 000 000 літер. 

Наприклад, в 1000 Мб можна розмістити:

• • • 50 000 сторінок тексту; 

    • 150 кольорових слайдів високої якості; 

    • 1,5-годинний аудіозапис промови політичного діяча; 

    • 10-хвилинний стереомузичний фрагмент, записаний на CD; 

    • 15-секундний фільм високої якості запису; 

    • протоколи операцій з банківськими розрахунками за 1000 років. 

Кодування інформації

Кодом називається правило для перетворення одного набору знаків в інший набір знаків. 

Кодування повідомлень – це подання їх за допомогою деякої послідовності знаків, тобто процес перетворення одного набору знаків в інший набір знаків. Одне і теж повідомлення можна кодувати по-різному.

Кодування — спосіб зберігання і передавання повідомлень, форма подання їх на носієві.

Кодування — це процес присвоєння інформації умовних позначень, підпорядкованих певним правилам. Сукупність правил, за якими здійснюється кодування, називається системою кодування. Код є позначенням ознаки об’єкта у вигляді знака або групи знаків згідно з прийнятою системою кодування. Розрізняють два типи кодів: машинні та економічні. Машинні коди використовують для керування машиною та подання команд, економічні об’єднують усі види кодів, використовуваних для подання техніко-економічної інформації. Знаки, що використовуються в процесі кодування, становлять абетку коду. Число знаків абеткового коду, що використовуються в кодовому позначенні, називається основою коду. Цифрова абетка коду складається з цифр, мішана — з букв і цифр.

В обчислювальній техніці існує система, яка має назву двійкова система кодування, заснована на уявленні даних послідовністю усього двох знаків: 0 та 1. Іноді системи кодування називають системами числення. Також є вісімкова (від 0 до 7), шістнадцяткова (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, B, C, D, E, F) та десяткова (від 0 до 9) системи числення. Наприклад, у десятковій — 46, у двійковій — 101110, у вісімковій — 56, у шістнадцятковій 2Е.

Кодування інформації тісно пов’язане із застосуванням методів сортування, впорядкування, групування, пошуку. Ці методи визначають призначення й структуру кодів. Кодування і зворотний процес — декодування — виконують при автоматизованій обробці даних багаторазово, починаючи зі складання документів або інших носіїв інформації, передання даних каналами зв’язку і закінчуючи видачею результативних відомостей користувачеві.

Для кодування економічної інформації використовуються такі системи кодування: порядкова, серійна, позиційна, шахова (матрична), комбінована.

Порядкова система кодування являє собою таке позначення позиційної номенклатури, яке відповідає її порядковим номерам. Розміщення, однак, для кодування може бути як випадковим, так і заздалегідь систематизованим. Порядковий код застосовується для ідентифікації малозначних, усталених списків назв. Переваги коду — легкість побудови, малозначність; недоліки — неможливість виділити класифікаційні групи та підгрупи ознак, неможливість розширення номенклатури у разі нових назв об’єкта.

Серійна система кодування — дальший розвиток порядкової. Ознаки попередньо групуються з урахуванням економічних вимог. Кожній групі відводиться серія номерів у порядку зростання, але з урахуванням резерву є вільні позиції на випадок появи нових об’єктів. Перевага цієї системи — легкість розширення номенклатури, коли прийнята система групування ознак не порушується, недолік — відсутність автоматичної можливості одер­жання кількох ступенів підсумків.

Позиційна система кодування застосовується для кодування багатоознакових номенклатур. Попередньо проводиться класифікація об’єктів з метою виділення груп, підгруп, різновидів ознак. Потім, кожному виду ознак відводиться один, два або кілька видів, так щоб старша в коді розміщувалася зліва, а нумерація молодшої ознаки починалася з першого номера. Переваги цієї системи — забезпечення групування даних за різними ознаками, можливість автоматичного стискання інформації, недоліки — багаторозрядність, громіздкість.

Шахова система кодування — різновид позиційної. Звичайно вона пов’язує одночасно дві ознаки у вигляді матриці, де одна ознака (старша) розміщується по горизонталі (по рядках), інша (молодша) — по вертикалі (по стовпцях). Код будується в комірках матриці як складової з двох характеристик.

Комбінована система кодування ґрунтується на поєднанні різних систем кодування з урахуванням їх переваг. Залежно від конкретних випадків доцільно використовувати, наприклад, серійно-позиційний код, порядково-серійний і т. д. 

Оскільки пристрої комп’ютера побудовані на елементах, що мають два стійких стани, то будь-яка інформація в пам’яті комп’ютера подається у вигляді двійкового коду. Двійковий код означає, що будь-яка інформація в пам’яті комп’ютера подається за допомогою лише двох символів: нуля і одиниці. В електронних елементах комп’ютера відбувається передавання і перетворення електричних сигналів. Двійкові символи розпізнають так: є сигнал – одиниця, немає сигналу – нуль. На магнітних носіях одиниці відповідає намагнічена ділянка поверхні, нулеві – ненамагнічена. Це дозволяє технічно реалізувати збереження і опрацювання інформації.

Біт (від англ. Bit  – двійкова одиниця) – найменша довжина двійкового коду (один двійковий розряд). Байт – це послідовність з 8 бітів. Загальна кількість різних комбінацій двійкових значень в байті дорівнює 28=256. Для кодування різних символів і для зберігання їх в запам’ятовуючих пристроях комп’ютера найчастіше використовують американський стандартний код для обміну інформацією – ASCII (Amecan Standart Code for Information Interchange), який являє собою стандартну таблицю кодування знаків.

Широко використовують також ще більші одиниці інформації:

• • • 1 Кілобайт (Кбайт) = 1024 байт = 210 байт,

    • 1 Мегабайт (Мбайт) = 1024 Кбайт = 220 байт,

    • 1 Гігабайт (Гбайт) = 1024 Мбайт = 230 байт.

Останнім часом у зв’язку із збільшенням обсягів опрацювання інформації застосовують більші одиниці такі, як:

• • • 1 Терабайт (Тбайт) = 1024 Гбайт = 240 байт,

    • 1 Петабайт (Пбайт) = 1024 Тбайт = 250 байт,

    •  1 Екзабайт (Пбайт) = 1024 Ебайт = 250 байт.

Кодування  чисел та тексту. Отже, інформація у ПК записується за допомогою елементів пам’яті, що можуть мати лише два стани. Позначимо стан ненамагніченості (або недзеркальності, для оптичних носіїв) як «0», а намагніченості (дзеркальності) як «1». За допомогою комбінацій таких «нулів» та «одиниць» можна описувати будь-які символи. Для цього достатньо встановити відповідність між кожним символом і конкретним набором «0-1».

При створенні та прочитанні інформації в компьютері використовують певні кодировки, які запрограмовані у драйверах (програмах). Найбільш відомі серед них кодировки Unicod, Windows-1251, KOI8-Y  та інші.

Універсальна система Unicod базується на 16 – розрядному кодуванні символів. Ця 16 – розрядна система забезпечує універсальні коди для 65536 різних символів, тобто в цій таблиці можуть  розміститися символи мов більшості країн світу.

Кодування графічних зображень. Для кодування графічних даних застосовується, наприклад, такий метод кодування як растр. Координати точок та їх властивості описуються за допомогою цілих чисел, які кодуються за  допомогою двійкового коду. Так чорно-білі графічні об’єкти можуть бути  описані комбінацією точок з 256 градаціями сірого кольору, тобто  для кодування яскравості  будь-якої точки достатньо 8 - розрядного двійкового числа.

Режим відображення кольорової графіки в системі RGB з використанням 24 розрядів (по 8 розрядів для ожного з трьох основних кольорів) називається повнокольоровим. Для такого режиму в системі CMYK необхідно мати  32 розряди (чотирі кольори  по 8 розрядів).

Кодування звуку. Неперервний електричний сигнал від джерела звуку (наприклад, мікрофона) має бути перетворений на дискретний сигнал. Таке перетворення ми вже розглядали у п. 6. Розмір імпульсів дискретного сигналу має дорівнювати амплітуді аналогового сигналу від джерела звуку. Щоб перетворення на дискретний сигнал було достатньо точним, імпульси мають часто виникати один за одним.

Амплітуди імпульсів надалі наближено зображаються як двійкові числа. Весь діапазон зміни амплітуди розбивається на множину дискретних значень (звичайно це 216 = 65 536 значень). Амплітуді імпульсу надається найближче дискретне значення. Внаслідок усіх цих перетворень для звукового сигналу утворюється послідовність двійкових чисел.

Зворотне перетворення дискретного сигналу на аналоговий виконується в спеціальних пристроях, підключених до комп’ютера, – звукових платах. За наявності звукової плати ви можете прослуховувати на комп’ютері цифрові музичні диски. Сучасні звукові плати працюють зі звуком, який зображається як 16-бітні двійкові числа (звідси і кількість значень амплітуд звукового сигналу, що дорівнює 65 536). 

Природні та штучні мови

Природні мови - це історично сформовані в суспільстві звукові (мова), а потім і графічні (лист) інформаційні знакові системи. Вони виникли для закріплення і передачі накопиченої інформації в процесі спілкування між людьми. Природні мови виступають носіями багатовікової культури людства і відрізняються багатими виразними можливостями і універсальним охопленням найрізноманітніших сфер життя.

Природні мови не завжди вдається використовувати в процесі наукового пізнання в силу таких їх особливостей, як:

1. 1. 1. багатозначність - багато слів і мовні вирази природної мови в залежності від контексту приймають різні значення, що пов'язано з омонімією, наприклад слова "світ", "коса", "рукав" і ін .;

      2. некомпозіціонность, тобто відсутність в природній мові правил, за допомогою яких поза контекстом можна було б визначити точне значення складного висловлювання, хоча значення всіх вхідних в нього слів відомі. Наприклад, фраза "Він довго сідав на коня зі зламаною ногою" може бути витлумачена двояко: а) нога була зламана у вершника; б) нога була зламана у коня;

      3. самозастосованість, тобто коли вираження можуть говорити самі про себе. Наприклад, "Я брешу".

Штучні (наукові) мови створюються спеціально для вирішення певних завдань пізнання. Вони з'явилися як формалізовані мови науки - математики, фізики, хімії, програмування. 

Штучні мови - це допоміжні знакові системи, що створюються на базі природних мов для точної і економною передачі наукової та іншої інформації. Вони конструюються за допомогою природної мови або раніше побудованого штучної мови.