Предметная область и структура информатики

Родоначальницей информатики является кибернетика, возникшая в конце 40-х годов прошлого века. В ее основу положены понятия управления и информации. Основоположником кибернетики является американский математик Норберт Винер.

Кибернетика сыграла большую роль в возникновении структурной лингвистики.

Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В ее состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. С теорией автоматического управления связана техническая диагностика, в задачи которой входят контроль за функционированием систем и поиск повреждений в них.

Заметное место в кибернетике занимает теория распознавания образов. Ее задача - поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности, соотносить их с некоторыми эталонными классами. Она является пограничной наукой между кибернетикой и искусственным интеллектом.

Использованием принципов работы живых систем в искусственных объектах занимается бионика. Нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.

Достижение равновесия при взаимодействии многих систем, соперничающих между собой, рассматривается в гомеостатике - недавно возникшей и еще находящейся в стадии оформления науке.

Кибернетика может рассматриваться как прикладная информатика в области создания и использования автоматических или автоматизированных систем управления разной степени сложности - от управления отдельными объектами до сложнейших систем управления целыми отраслями промышленности, банковскими системами, системами связи и даже сообществами людей.

Аппаратным фундаментом информатики является вычислительная техника, представляющая собой вполне самостоятельное направление исследований. В рамках этого направления решается немало задач, не имеющих прямого отношения к информатике. Например, ведутся многочисленные исследования, направленные на совершенствование элементной базы вычислительных машин. Основное содержание микроэлектроники составляют теория, методы расчета и технология изготовления интегральных микросхем, больших интегральных схем и сверхбольших интегральных схем (БИС, СБИС). Но, конечно, развитие современной информатики немыслимо без компьютеров - основного и пока единственного инструмента для работы с разнообразной информацией.

Эффективное использование компьютеров невозможно без знания их архитектуры и принципов функционирования. Они не работают вне специально созданных для них операционных систем, тестирующих программ, трансляторов - всего того программного обеспечения, которое составляет программную среду, где “существует” вычислительная машина.

Это означает, что само развитие вычислительной техники невозможно без использования результатов, полученных в программировании, искусственном интеллекте и других разделах, составляющих информатику. Даже проектирование современных ЭВМ и разработка их элементной базы требуют специальных систем автоматизированного проектирования - САПР, созданием которых занимаются специалисты, работающие в области информатики.

Научное направление, своим появлением обязанное вычислительным машинам - это программирование, цель которого разработать средства для подготовки задач к решению на ЭВМ и создать средства программного обеспечения, с помощью которых реализуются вычислительный процесс на ЭВМ и обмен информацией с внешним миром.

В начальный период своего развития программирование не имело под собой прочной теоретической базы и напоминало труд ремесленников высшей квалификации, когда качество работы определяется не знаниями, а профессиональным умением. С накоплением опыта программирования определились общие идеи и положения, лежащие в основе построения программ для компьютеров и в самих процедурах программирования. Это повлекло за собой создание теоретического программирования, в котором выделяется несколько направлений.

Одно из них связано с созданием разнообразных языков программирования. Кроме разработки языка, на котором пользователь записывает программы, необходимы специальные средства, обеспечивающие автоматический перевод записи программы в форму, воспринимаемую компьютером. Это делается с помощью специальных программных систем - трансляторов, созданием которых также занимаются системные программисты.

Другая область деятельности системных программистов - создание операционных систем, без которых не может функционировать никакая вычислительная машина.

Тенденцией последних десятилетий стал переход от отдельных вычислительных машин к объединениям многих разнотипных машин в единую сеть сбора, обработки и передачи данных. Для того чтобы различные компьютеры “понимали” сообщения друг друга, нужны специальные языки, называемые протоколами связи. Это также область деятельности системных программистов.

Кроме системного выделяют проблемно-ориентированное программирование. Специалисты в этой области создают пользовательские программы, нацеленные на решение задач в той или иной области человеческой деятельности. Эти же программисты создают специальные пакеты прикладных программ, являющиеся удобным средством для пользователя, работающего в фиксированной предметной области.

Большой отряд программистов связан с созданием программ для разного рода информационных систем, например для банков данных.

Информационная система - это хранилище информации, снабженное процедурами ввода, поиска, размещения и выдачи информации.

При их создании решаются следующие задачи:

- анализ и прогнозирование потоков разнообразной информации, перемещающихся в обществе;

- исследование способов представления и хранения информации, создание специальных языков для формального описания информации различной природы, разработка специальных приемов сжатия и кодирования информации, аннотирование объемных документов и реферирование их;

- построение различных процедур и технических средств для их реализации, с помощью которых можно автоматизировать процесс извлечения информации из документов, не предназначенных для вычислительных машин, а ориентированных на восприятие их человеком;

- создание информационно-поисковых систем, способных воспринимать запросы к информационным хранилищам, сформулированные на естественном человеческом языке, а также специальных языках запросов для систем такого типа;

- создание сетей хранения, обработки и передачи информации, в состав которых входят информационные банки данных, терминалы, обрабатывающие центры и средства связи.

Большое прикладное значение имеет изучение информационных процессов, протекающих в биологических системах, использование накопленных знаний при организации и управлении природными системами и создание технических систем. В эту ветвь информатики входят три самостоятельные науки:

- биокибернетика, решающая проблемы, связанные с анализом информационно-управляющих процессов, протекающих в живых организмах, с диагностикой заболеваний и поиском путей их лечения и созданием соответствующих систем;

- бионика, занимающаяся использованием принципов работы живых систем в искусственных объектах;

- биогеоценология, нацеленная на решение проблем, относящихся к системно-информационным моделям поддержания и сохранения равновесия природных систем и поиска таких воздействий на них, которые стабилизируют разрушающие воздействия человеческой цивилизации на биомассу Земли.

Мир находится сейчас на пороге информационного общества. В этом обществе огромную роль будут играть системы распространения, хранения и обработки информации. Со временем, подобно мировой системе связи, возникнет единая информационная среда, которая обеспечит любому человеку доступ ко всей нужной для него информации. Широкое внедрение компьютеров во все среды человеческой деятельности наряду с использованием интеллектуальных роботов коренным образом изменили традиционную среду обитания людей. Растет количество людей, профессионально занятых сбором, накоплением, распространением и хранением информации. Информация становится товаром, имеющим большую ценность.

Перспективы перехода к информационному обществу вызывают много проблем социального, правового, технического характера. Например, применение роботов на производстве приведет к полному изменению технологии, которая в наши дни ориентирована на участие в ней человека. Резко изменится подготовка членов нового общества к самостоятельной жизни. Уже начаты поисковые работы в области создания новых форм обучения, которые заменят существующие традиционные формы. Полностью изменится номенклатура профессий, специальностей и способов организации труда.

Все эти проблемы составляют объект исследования тех психологов, социологов, философов и юристов, которые работают в области информатики. Создаются автоматизированные обучающие системы (АОС), автоматизированные рабочие места (АРМ) для специалистов различного профиля, распределяемые банковские системы и многие другие, чье функционирование опирается на использование всего арсенала информатики.

В более узком смысле информатику понимают как базовую учебную дисциплину, охватывающую основные вопросы по изучению технических, программных и алгоритмических средств организации современных ИС и формирующую у обучаемого определенный кругозор, объем знаний, уровень алгоритмического мышления, а также практические навыки работы с конкретными программными системами, необходимыми для его дальнейшего обучения по применению ИС в определенных областях человеческой деятельности.