В конце XX века человечество вступило в стадию развития, получившую название -постиндустриальное или информационное общество, а высказывание известного исследователя массовых коммуникаций Г. М. Маклюэна, о том, что «смена исторических эпох определяется сменой коммуникационных технологий», получило новое подтверждение. Письменность, печатный станок, телефон, телевидение и, наконец, сеть Internet — вот наиболее впечатляющие вехи этой эволюции в передаче знаний. В этом плане нельзя говорить, что мы живем в век информации и коммуникаций. Знания, информация и коммуникации были всегда, а постиндустриальное общество уникально тем, что его характеризует исключительно быстрое развитие информационных и коммуникационных технологий. Их возможности становятся беспрецедентными — для развития человека, для эффективного решения многих профессиональных, экономических, социальных и бытовых проблем.
Распорядиться этими возможностями смогут лишь те члены общества, которые будут обладать необходимой компетентностью, позволяющей ориентироваться в новом информационном пространстве — сохраняя свою самобытность, использовать преимущества глобализации. И тогда люди, живущие в разных городах, разных странах, на разных континентах, благодаря легкости и оперативности коммуникаций смогут работать над одним целостным проектом, вести совместные исследования и оперативно обмениваться текущими результатами. Но для этого нужно обладать информационной культурой, одним из слагаемых общей культуры, понимаемой как высшее проявление человеческой образованности, включая личностные качества и профессиональную компетентность.
Сущность и сила современных информационных и коммуникационных технологий — в их универсальности. Благодаря своей многофункциональности они способны помочь в решении множества задач. Но при всех возможностях они остаются только средством повышения эффективности человеческой деятельности. Изучение информатики формирует уже в самом начале обучения в вузе компетенции, помогающие продуктивно использовать весь спектр возможностей современных технологий и при изучении других дисциплин, и в будущей профессиональной деятельности. Приобретенные знанияи практические навыки будут применяться студентами на различных этапах образовательного процесса: при написании и оформлении рефератов, контрольных и курсовых работ; для выполнения различных расчетов, построения диаграмм, схем и графиков; для поиска и обработки информации, в ходе выполнения совместных исследовательских проектов.
Что изучает информатика
Слово информатика — французского происхождения (infor- matique). Оно происходит от слов информация (information) и автоматика (automatique) и дословно означает информационная автоматика. За рубежом термин информатика к концу 1970-х гг. был официально закреплен за научными направлениями, связанными с разработкой, созданием, использованием и обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационными, коммерческими, административными и социально-политическими аспектами массового внедрения компьютерной техники во все области жизни. В нашей стране термин информатика начал применяться для обозначения совокупности научных направлений, связанных с применением компьютеров в различных предметных областях, с некоторым опозданием — в середине 1980-х годов.
До этого, в соответствии с определением Большой Советской энциклопедии, под информатикой понималась «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности ее создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности». Такое определение неоправданно сужало предметную область, связывая информатику только лишь с библиотековедением, системами и методами поиска информации и т. п. В современном понимании точнее всего содержание этого понятия отражает научная область, называемая computer science, т. е. компьютерные науки.
Компьютерные науки изучают различные аспекты, связанные не только с протеканием и использованием информационных процессов, с теми структурами, в которых представляется информация, но и с теми процедурами, которые используются при ее переработке. Этот последний момент связывает теоретические аспекты обработки информации с теорией компьютеров и методами их использования в системах переработки информации.
Нужно представлять себе также и то, что совокупность научных направлений, называемых теперь информатикой в современном понимании этого слова, раньше именовалась по-разному. В качестве объединяющего названия использовался термин кибернетика, его сменила прикладная математика и т. д. Поэтому, говоря об истории развития информатики в бывшем СССР и теперешней России, по сути, надо излагать историю отечественной кибернетики, прикладной математики и вычислительной техники.
История развития информатики
История информатики как науки свидетельствует как о постепенном, так и о бурном, скачкообразном расширении области ее интересов, связанном с развитием компьютеров и систем телекоммуникаций, накоплением моделей и методов их применения при решении задач различного типа. Кратко восстановим тот путь, который отечественная информатика прошла за полвека, отделяющие нынешнее время от начала эпохи компьютеризации.
Во второй половине 30-х годов 20 века сразу же в нескольких странах появились первые проекты электромеханических и электронных устройств, предназначенных для проведения массовых вычислений. Первый проект, завершившийся созданием прообраза будущих вычислительных машин, был выполнен в США. К декабрю 1939 года Дж. Атанасов и К. Берри создали макет процессора, а в мае 1942 года первая в мире вычислительная машина начала действовать. Эти работы велись в условиях секретности, что впоследствии породило судебное разбирательство по вопросу о приоритете с разработчиками машины ЭНИАК, созданной в США в период с 1943 по 1946 годы.
Именно с ЭНИАК связано появление той вычислительной техники, которая способствовала развитию сначала кибернетики, а затем и информатики. В этой машине впервые была реализован принцип программного управления, предложенный Джоном фон Нейманом. Программа для выполнения вычислений стала объектом, доступным для обработки с помощью вычислительной машины. Так возникло программирование.
В эти же годы и в СССР также началась активная работа по созданию отечественных вычислительных машин. В конце 30-х годов в Институте электротехники АН УССР под руководством С. А. Лебедева уже начиналась разработка вычислительной машины, использующей двоичную систему счисления, но начавшаяся война прервала эти исследования, которые были продолжены только после ее окончания.
В 1951 году в Киеве заработала первая в СССР вычислительная машина — МЭСМ, созданная коллективом, возглавляемым С. А. Лебедевым. Вскоре появилась БЭСМ — большая электронно-счетная машина. В 1952 году стали действовать машины М-1 и М-2, созданные в коллективе И. С. Брука, в 1953 году появилась ЭВМ «Стрела», а с 1954 года начался выпуск семейства машин «Урал», главным конструктором которого был Б. И. Рамеев.На протяжении 1960-х годов в СССР наблюдались две тенденции. Первая — широкое развертывание работ в области теории вычислительных машин, программирования и внедрение вычислительной техники в самые разные области.
Вторая — начавшееся отставание от ведущих стран в области технологии создания новых поколений вычислительных машин. Если отечественные транзисторные машины 60-х годов (такие, как БЭСМ-6 или МИР-2) по своей архитектуре были на уровне передовых зарубежных образцов, а в чем-то явно превосходили их, то элементная база, на которой эти ЭВМ были созданы, была для западных стран уже вчерашним днем. Транзисторы в массовом порядке заменялись интегральными, а потом и сверхбольшими интегральными схемами. К концу 60-х технологический разрыв в области вычислительных машин достигал уже 6-7 лет.
Этот разрыв в технологии на первых порах никак не сказывался на исследованиях в области теоретических основ информатики, не сдерживал исследования, связанные с разработкой и внедрением вычислительных машин. В эти годы в СССР быстрыми шагами развивалась космическая программа, происходило техническое перевооружение армии, решались крупные народно-хозяйственные задачи. В планах развития промышленности, сельского хозяйства, оборонной мощи страны вычислительным машинам отводилось немалое место.
К середине 60-х годов 20 века в СССР сложились такие важные новые направления кибернетики и ее приложений, как теория управляющих систем; теория оптимального и помехоустойчивого кодирования информации; био- и медицинская кибернетика; инженерная психология; применение кибернетики в обучении. Успешно развивались исследования в области теории построения систем управления энергетическими и транспортными процессами, теории систем научно-технической информации, эвристического программирования и др.
В этот период кибернетика уже понималась скорее не как наука, а как особая всеобъемлющая научная парадигма. Действительно, кибернетика возникла как чрезвычайно широкое научное и техническое направление. С одной стороны, ее рождение было связано с конструированием и применением сложных автоматов, с автоматизацией производства, с электроникой и универсальными вычислительными машинами. С другой стороны, к кибернетике вели науки, издавна изучавшие процессы управления и переработки информации в конкретных областях. Идеи и методы кибернетики постепенно меняли «лицо» многих научных дисциплин.
На 1960-70-ые годы приходится расцвет кибернетических исследований в СССР. Активно развивались все ее направления. Во многих из них, результаты советских специалистов или находились на мировом уровне, или опережали его. Вот только несколько областей, в которых достижения были наиболее впечатляющими:
- Разработка программ для машинного перевода, основанных на новых структурных и математических подходах к проблемам анализа и синтеза языковых конструкций. И в дальнейшем, когда по многим позициям в области кибернетических исследований наша страна стала заметно отставать, работы в области машинного перевода оставались на мировом уровне.
- Применение кибернетической методологии и математических моделей и методов в психологических исследованиях. Их последующее развитие показало значимость подобных моделей для создания интеллектуальных систем.
- Создание шахматной программы «Каисса», победившей на Втором чемпионате мира среди шахматных программ.
Модельная теория мышления, развитая в работах В. Н. Пушкина, послужила основой для разработки метода ситуационного управления большими системами. Этот метод, возникший во второй половине 1960-х годов, во многом предвосхитил технологию решения задач в системах, опирающихся на знания (такая технология возникла в исследованиях по искусственному интеллекту лишь в середине 1970-х в экспертных системах).
Нельзя не отметить, что со второй половины 1960-х кибернетические модели управления и методы решения сложных задач на ЭВМ стали активно внедряться в реальные системы управления самого различного уровня. Это начинание было активно поддержано правительством — были развернуты государственные программы по созданию автоматических систем управления предприятиями, отраслями, регионами и общегосударственными системами. Программы развития сетей передачи и обработки информации, которые должны были охватить всю страну, увязывались с глобальной идеологической программой построения коммунистического общества.
Хотя эти планы не подкреплялись необходимой технической базой и были обречены на неудачу, определенная польза от этого движения была. Создавались десятки отраслевых институтов, вычислительных центров на предприятиях, что потребовало массовой подготовки специалистов по автоматизированным системам управления разного профиля. В дальнейшем именно это позволило сделать информатику массовой профессией. И, наконец, были получены новые результаты в области информатики и управления в больших технических, экономических, организационных и социальных системах.
C начала 1970-х годов стремительно развивается новое научное направление — искусственный интеллект. Сначала исследуются лишь вопросы, связанные с моделированием интеллектуальной деятельности, но постепенно в сферу приложений искусственного интеллекта втягиваются практически все направления информатики.
Даже такие традиционные для информатики направления, как системное программирование или вычислительные модели, с течением времени стали обогащаться идеями, возникшими в ходе работ в области искусственного интеллекта (использование логических методов доказательства правильности программ или обеспечение интерфейса с пакетами прикладных программ на профессиональном естественном языке— лишь два примера такого обогащения).
Наконец, в 1986 году вышел сборник «Кибернетика. Становление информатики», открывавшийся статьями президента Академии наук СССР А. П. Александрова и вице-президента Академии наук Е. П. Велихова, в которых говорилось об определяющем значении информатики для развития человеческого общества в следующем, 21-м веке. Основной идеей авторов сборника была мысль о том, что информатика уже стала самостоятельной научной дисциплиной.
Современные направления информатики
На протяжении более чем 60-летней истории информатики в ней не только неоднократно возникали новые идеи, ставились очередные проблемы, но и исчезали те или иные направления. В настоящее время ее структура, в основном, определилась, и включает следующие основные области фундаментальных и прикладных исследований:
- теория алгоритмов (формальные модели алгоритмов, проблемы вычислимости, сложность вычислений и т. п.);
- базы данных (структуры данных, поиск ответов на запросы, логический вывод в базах данных, активные базы и т. п.);
- искусственный интеллект (представление знаний, вывод основанный на знаниях, обучение, распознавание образов, экспертные системы, теория роботов и т. п.);
- математическое и программное обеспечение компьютеров (языки и системы программирования, технологии создания программных систем, инструментальные системы и т. п.);
- теория компьютеров и вычислительных сетей (архитектурные решения, многоагентные системы, новые принципы переработки информации и т. п.);
- компьютерная лингвистика (модели языка, анализ и синтез текстов, машинный перевод и т. п.);
- числовые и символьные вычисления (компьютерно-ориентированные методы вычислений, модели переработки информации в различных прикладных областях и т. п.);
- системы человеко-машинного взаимодействия (распределение работ в смешанных системах, организация коллективных процедур, деятельность в телекоммуникационных системах и т. п.);
- нейроматематика и нейросистемы (теория формальных нейронных сетей, использование нейронных сетей для обучения, нейрокомпьютеры и т. п.);
- использование компьютеров в замкнутых системах (модели реального времени, интеллектуальное управление, системы мониторинга и т. п.).
Понятие об информации и ее свойствах
Термин информация произошел от латинского слова infor- matio — разъяснение, осведомление. Данное понятие является одним из ключевых понятий информатики и понимается как совокупность каких-либо сведений или данных. В то же время это понятие относится к фундаментальным, исходным понятиям предельного уровня общности, и, как многие подобные понятия, не имеет общепринятого строго научного определения.
Понятие информация пока во многом остается интуитивным и ему часто придают различный смысл. В обиходном понимании информация — это некоторые данные, представляющие для кого-то интерес. То есть информация в этом смысле означает сообщение о чем-то ранее неизвестном. В технической терминологии под информацией понимают сообщения, передаваемые в форме знаков или сигналов. В кибернетике под информацией понимают ту часть знаний, которая используется для активного действия, управления системой, т. е. в целях сохранения и развития системы.
Основоположник теории информации (см. далее), американский ученый Клод Шеннон рассматривал информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то. Современное научное представление об информации было очень емко и точно сформулировано Норбертом Винером, определившим информацию как обозначение содержания, полученного из внешнего мира в процессе нашего приспособления к нему и приспособления к нему наших чувств.
Современная наука о свойствах информации и закономерностях информационных процессов называется теорией информации. Рассмотрим смысл понятия информация на примере двух подходов к измерению количества информации: подходов Хартли и Шеннона. Первый базируется на принципах теории множеств и комбинаторики, а для второго фундаментом служит теория вероятностей.
В основе всей теории информации лежит открытие, сделанное Р. Хартли в 1928 году, и состоящее в том, что информация допускает количественную оценку. К. Шеннон в 1948 году придал этой теории завершенность. Большой вклад в дальнейшее развитие и обобщение теории информации внесли отечественные ученые А. Н. Колмогоров, А. А. Харкевич, Р. Л. Стратанович. Сравнительно недавно исследователи советских архивов сообщили о том, что теория, известная сегодня как теория Шеннона, была создана А. Н. Колмогоровым еще в 1938 году, но была засекречена, так как использовалась в военных разработках.