В информатике можно выделить три направления.

1. Теоретическая информатика изучает теоретические вопросы информатики, связанные с теорией информации, теорией алгоритмов, комбинаторным анализом, математической логикой.

2. Практическая информатика (software) изучает практические вопросы информатики, связанные с программированием и использованием прикладных программ для решения тех или иных задач.

3. Техническая информатика (hardware) изучает вопросы, связанные с проектированием, разработкой и использованием технических средств обработки информации.

Что такое информация?

Информация - это последовательность сведений, знаний, сообщений, получаемых человеком из различных источников и выражаемых с помощью некоторых знаков (символов, жестов, звуков).

Основные свойства информации: достоверность, полнота, актуальность, полезность, понятность.

Виды информации

По способу восприятия информация может иметь различные виды: зрительная (или визуальная), аудиальная, обонятельная, осязательная, вкусовая.

По способу представления информация может быть текстовой, графической, цифровой, музыкальной, комбинированной и так далее.

Информационные процессы

Над информацией можно производить следующие действия: получение, хранение, передачу и переработку. Действия, выполняемые над информацией, называются информационными процессами.

Получение и передача информации

Человеку постоянно приходится участвовать в процессах получения и передачи информации. Технические средства связи (телефон, радио, телевидение) называются каналами передачи информации. Процесс передачи информации всегда двусторонний: есть источник и есть приемник информации. Количество информации, передаваемое за единицу времени, называется скоростью передачи информации, или скоростью информационного потока.

Хранение

Человек хранит информацию либо в собственной памяти, либо на каких-то внешних носителях. Записные книжки, справочники, энциклопедии, магнитные записи и тому подобное называются носителями информации.

Обработка

Обработка информации - это ее преобразование по некоторым правилам или законам.

Общность информационных процессов в технике, обществе и живых организмах

Объекты живой природы, в отличие от неживой, обладают свойством обмена информацией и реагирования на нее. Например, горы подвержены эрозии из-за неблагоприятных влияний ветра, солнца, дождя, но они не могут принять эту информацию к сведению и использовать ее для выживания в отличие, например, от зайцев, которые меняют свою окраску на белую, получив информацию из окружающего мира о наступлении зимы. В технике программно-управляемые станки работают, руководствуясь заложенной в них информацией - программой их работы; автопилот управляет самолетом в соответствии с заложенной в него программой.

Для человека информация, получаемая из внешнего мира, может становиться сведениями, являющимися объектом осознанного хранения, обмена и преобразования.

Сейчас в качестве средства для хранения, переработки и передачи информации используется компьютер, работа которого имитирует информационную функцию человека. Существуют четыре основные компоненты информационной функции человека:

• прием (ввод) информации;

• запоминание информации (память);

• процесс мышления (обработка информации);

• передача (вывод) информации.

Компьютер имеет в своем составе устройства, выполняющие эти функции мыслящего человека:

• устройство ввода;

• устройство памяти;

• процессор;

• устройства вывода.

Язык - система обмена информацией

Информация, воспринимаемая человеком в речевой или письменной форме, называется символьной или знаковой информацией. Человеческая речь и письменность тесно связаны с понятием языка. Есть русский, английский, китайский, французский и многие другие языки, которые называются естественными.

Кроме естественных, существуют формальные языки. Например, математическую символику можно назвать формальным языком математики, нотную грамоту - формальным языком музыки.

Примеры разных способов знакового обмена информацией, заменяющие речь: глухонемые люди речь заменяют жестикуляцией, жесты дирижера передают информацию игрокам, связисты для передачи и приема сообщения используют азбуку Морзе.

Двоичное кодирование

Компьютер может обрабатывать информацию, представленную только в числовой форме. Вся другая информация (звуки, изображения) для обработки на компьютере должна быть сначала преобразована в числовую форму. Для обработки текстовой информации при вводе в компьютер каждая буква кодируется определенным числом. Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символов.

Общепринятый способ кодирования символов называется ASCII (American Standart Coding for information Interchange) - американский стандартный код для информационного обмена.

Все числа внутри компьютера представляются с помощью только двух цифр: 0 и 1. Компьютеры работают не в десятичной системе счисления, как это привычно для людей, а в двоичной.

Символы двоичной системы (0 и 1) можно передавать и записывать с помощью электрического тока. Например, есть сигнал - единица, нет сигнала - ноль. Цифра двоичной системы называется битом.

В таблице показано соответствие двоичных чисел десятичным.

10-я система 2-я система

счисления счисления

0 0000 0000

1 0000 0001

2 0000 0010

3 0000 0011

4 0000 0100

5 0000 0101

6 0000 0110

7 0000 0111

8 0000 1000

9 0000 1001

10 0000 1010

Единицы измерения

Минимальной единицей информации в компьютере является один бит, то есть двоичный разряд, который может принимать значение 0 или 1. Как правило, компьютер работает не с отдельными битами, а с восемью сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (256 = 28). Байт записывается в памяти машины, читается и обрабатывается обычно как единое целое. Наряду с битами и байтами для измерения количества информации используются и более крупные единицы:

1 Килобайт (Кбайт, Кб) = 1024 или 210 байт;

1 Мегабайт (Мбайт, Мб) = 1048576 или 220 байт, или 1024 Кбайт;

1 Гигабайт (Гбайт, Гб) = 1099511627776 или 230 байт, или 1024 Мбайт.

1 байт - это количество информации об одном символе (букве, цифре, знаке).

На одну дискету размером 3,5 дюйма можно записать 1,4 Мбайт информации.

Системы счисления

До сих пор некоторое употребление имеет римская непозиционная система счисления. В ней семь чисел обозначаются буквами:

1 - I, 5 - V, 10 - X, 50 - L, 100 - С, 500 - D, 1000 - М, а остальные числа записываются комбинациями этих букв.

Хорошо знакомая вам десятичная система счисления располагает только десятью цифрами (0, 1, 2, ..., 9), однако это не мешает нам представить с их помощью любое мыслимое число, которое можно изобразить на бумаге. Дело в том, что десятичная система является позиционной, а это означает, что значение каждой цифры числа определяется ее местом (позицией) в числе. Например, в числе 459 цифра 9 представляет единицы, цифра 5 - десятки, цифра 4 - сотни.

Позиционная система счисления определяется ее основанием, то есть числом цифр, которым располагает данная система.

Основанием десятичной системы является десяток, и поэтому число 459 можно представить суммой

459 = 400+50+9 = 4х102+5х101+9х100

Если число имеет дробную часть, то добавляется сумма оснований 10 с отрицательными степенями. Например:

321,409=3х102+2х101+1х100+4х10-1

+0х10-2+9х10-3.

Если вместо 10 цифр в нашем распоряжении только две цифры (0 и 1), мы можем говорить о двоичной системе счисления. Эта система тоже является позиционной, но по основанию 2.

Представим десятичное число 13 в двоичном коде. Для начала определим, 2 в какой максимальной степени «входит» в число 13, и выпишем последовательно (не пропуская) все остальные степени числа 2, начиная с максимальной и заканчивая нулевой. Перед каждой «помещающейся» в число 13 степенью двойки поставим коэффициент 1 (присутствует), а перед «непомещающейся» - коэффициент 0 (отсутствует).

1310=1 х 23+1 х 22+0 х 21+1 х 20=8 +4 +0 +1.

Теперь выпишем все коэффициенты, и так как число записывается в 1 байт, содержащий 8 бит, то дополним получившееся двоичное число недостающими нулями:

1310 = 000011012

Можно воспользоваться и другим способом: будем делить число 13 последовательно на 2 нацело и запоминать остатки, в том числе и нулевые:

13 : 2 = 6 остаток 1

6 : 2 = 3 0

3 : 2 = 1 1

1 : 2 = 0 1

Выписав все остатки, начиная с последнего, получим двоичное представление числа:

1310=11012

Обычно этот способ используют для представления больших чисел. Например, нужно перевести в двоичную систему счисления число 234.

234 : 2 = 117 остаток 0

117 : 2 = 57 1

58 : 2 = 29 0

29 : 2 = 14 1

14 : 2 = 7 0

7 : 2 = 3 1

3 : 2 = 1 1

1 : 2 = 0 1

Выписываем остатки, начиная с последнего:

23410 = 111010102.

Аналогичным образом любое десятичное число можно представить как число с любым основанием. Например, представим десятичное число 25 в виде числа с основанием 3.

2510 = 2 х 32 + 2 х 31 + 1 х 30 = 221

А как перевести число из двоичной системы счисления в десятичную?

Для начала расставим над цифрами двоичного числа степени, начиная с нулевой справа налево.

Вспомнив, что ноли и единицы являются коэффициентами при степенях числа 2, запишем двоичное число в виде суммы:

15 14 13 12 01 102 = 1 х 25 + 1 х 24 + 1 х 23 + 1 х 22 + 0 х 21 +1 х 20 = 32 + 16 + 8 + 4 +1= 6110

Основной недостаток двоичной системы состоит в том, что, поскольку основание системы мало, для записи даже не очень больших чисел приходится использовать много знаков. Поэтому в современных компьютерах, помимо двоичной системы счисления, применяют и другие, более компактные по длине чисел системы, такие, как восьмеричная и шестнадцатеричная.

В восьмеричной системе 8 цифр: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, число восемь обозначается 10 (один и ноль), 6410 - не что иное, как 1008.

Переведем число 6118 в десятичную систему:

6118= 6 х 82 + 1 х 81 + 1 х 80= 6 х 6410 + 1 х 810 +1 = 39310

Теперь переведем число 6118 в двоичную систему. Для этого замените каждую цифру на ее перевод в двоичную систему:

6 1 1

110 001 001 ,таким образом 6118= 110 001 0012

Обратно, если есть многозначное двоичное число, то для перевода в 8-ную систему его нужно разбить на группы по три цифры справа налево и заменить каждую группу одной цифрой. Например, 11 111 101 001 = 37518

Запись числа еще компактнее в 16-ной системе. Для первых 10 из 16 чисел используют привычные цифры от 0 до 9, а для остальных 6 цифр используют первые буквы латинского алфавита:

А - 10, В - 11, С - 12, D - 13, Е - 14, Г - 15

Перевод из 16-ной системы в двоичную делается переводом каждой цифры в двоичный код, например:

А 0 F

1010 0000 1111

Арифметические операции в двоичной системе счисления

Сложение двоичных чисел производится в соответствии со следующими правилами:

0 + 0 = 0

0 + 1 = 1

1 + 0 = 1

1 + 1 = 10 (0 и единица переноса в следующий, старший, разряд).

Сложим самые простые числа 12 и 12.

+0001

0001

0010

Теперь сложим 72+42

+111

100

1011

Вычитание выполняется по следующим правилам:

0-0 = 0

10 - 1 = 1

1-0 = 1

1-1 = 0

Выполняя вычитание из нуля единицы, следует занять единицу из старшего значащего разряда.

100

-001

011

Информатизация общества

Начиная с последней трети XX века все больше и больше говорят об «информационном взрыве», подразумевая под этим бурный рост объемов и потоков информации. Возникло противоречие между быстро возрастающим количеством информации, потребностями общества в ее обработке для повышения уровня производства и ограниченными возможностями человека, использующего при работе с информацией традиционные средства. Начался постепенный переход к информационному обществу, в котором на основе овладения информацией о самых различных процессах и явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность. Важно то, что в подобном обществе повышается качество не только потребления, но и производства. Человек, использующий новые информационные технологии, имеет гораздо лучшие условия труда, а труд его становится творческим и интеллектуальным.

В качестве критериев развитости информационного общества можно взять три:

• наличие компьютеров,

• существование развитого рынка программного обеспечения,

• функционирование компьютерных информационных сетей.

История развития вычислительной техники

Первая счетная машина была изобретена французским математиком Блезом Паскалем в 1642 году. Она была построена на основе зубчатых колес и могла лишь суммировать десятичные числа.

Машина, созданная в 1673 году немецким математиком Лейбницем, могла уже выполнять все четыре арифметических действия. Она стала прототипом арифмометров, которые использовались с 1820 года до середины XX века.

В 1830 году английский математик Чарлз Беббидж попытался построить универсальное вычислительное устройство - аналитическую машину, которая должна была содержать память и управляться с помощью программы. В 1930 году американец Ванневар Буш создал первый аналоговый компьютер, который использовался во время Второй мировой войны для наводки орудий.

В 1941 году немецкий инженер Конрад Цузе построил небольшой компьютер на основе нескольких электромеханических реле. Но из-за войны его работы не были опубликованы.

В 1944 году на одном из предприятий фирмы IBM американец Говард Эйкен создал более мощный цифровой компьютер «Марк-1», который уже реально использовался для военных расчетов.

В 1946 году инженеры Джон Эккерт и Джон Мочли в университете Пенсильвании построили первый цифровой компьютер на ваккумных лампах. Он получил имя ЭНИАК.

В 1950 году появилось первое поколение компьютеров, использующих вакуумные лампы. Они могли производить тысячи операций в секунду.

В 1960 году было разработано второе поколение компьютеров, в них вместо ламп использовались транзисторы.

В 1965 году появились компьютеры третьего поколения, которые управлялись микросхемами.

На основе все время усовершенствуемых интегральных микросхем появились компьютеры сначала четвертого, а затем и пятого поколений. Таким образом, каждое последующее поколение имеет по сравнению с предыдущим более высокую скорость обработки информации и большую надежность при уменьшении их стоимости и габаритов.

В индустриально развитых странах завершается этап построения глобальных всемирных сетей для хранения и обмена информацией, доступных каждой организации и каждому члену общества.

По материалам сайта Белгородского регионального института повышения квалификации и профессиональной переподготовки специалистов http://www.ipkps.bsu.edu.ru