информатика (информация и информатика)

1
ИНФОРМАТИКА
Часть 1.
Информация и информатика
(©) Владислав Лавров, vlavrov.com

2
1.1. Понятие информации

3
Рост числа web-серверов и web-сайтов
Сентябрь 1995 г. – 19 732 hostname
Август 2016 г. – 1 153 659 413 hostname (рост > 58 тыс. раз!)
news.netcraft.com
Общее число web-сайтов

4
Количество информации в Интернет
растет в логарифмической прогрессии
• По данным аналитической службы Netcraft (
news.netcraft.com), в Интернете на июль
2016 г. зарегистрирован 173 676 991 сайт
• За 2016 год количество сайтов увеличивалось
на 1,6 млн.

5
Программные платформы web-сайтов
news.netcraft.com

6
Чем обусловлена необходимость
ускоренного развития информационных
систем ?
• Ограниченность ресурсов сырьевых,
энергетических, экономических и человеческих
ресурсов.
• Использование информационных ресурсов
повышает качество управления, ведет к
интенсификации производства.

7
Что такое информация ?
• Сведения, которые уменьшают степень
неопределенности нашего знания
о конкретном, объекте.
• Отражение реального мира.
Сведения, которые один реальный объект
содержит о другом реальном объекте.

8
Материальна или не материальна
информация ?
• Информация не материальна, но
информация является свойством материи и
не может существовать без своего
материального носителя — средства
переноса информации в пространстве и во
времени.

9
1.2. Сигналы, данные и информация

10
Появление сигналов
• Человека окружают физические объекты, которые
находятся в состоянии непрерывного движения и
изменения.
• Процессы движения и изменения сопровождаются
обменом энергией, которые вызывают появление
сигналов.
• При взаимодействии сигналов с физическими телами
в последних возникают определенные изменения
свойств.
• Изменения свойств тел можно регистрировать.

11
Получение данных
• Данные – это зарегистрированные сигналы.
• Данные несут в себе информацию о событиях,
произошедших в материальном мире.
• Однако данные не тождественны информации,
это лишь составляющая часть информации.

12
Возникновение информации
• Информация – продукт взаимодействия
данных и адекватных им методов.
• Данные являются объективной составляющей
информации.
• Методы извлечения данных – субъективная
составляющая информации.

13
1.3. Свойства информации

14
• Объективность
• Полнота
• Достоверность
• Адекватность
• Доступность
• Актуальность
Свойства информации

15
Объективность
Более объективной принято считать информацию, в которую
методы вносят меньший субъективный элемент.
Фото Рисунок Макет
Свойства информации

16
Полнота
Достаточность данных для принятия решений или создания новых
данных на основе имеющихся.
Свойства информации (продолжение)

17
Достоверность
Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все
сигналы являются «полезными», всегда присутствует какой-то
уровень посторонних сигналов, так называемого «информационного
шума».
Чем больше уровень шума, тем меньше достоверность информации.

18
Адекватность
Степень соответствия реальному объективному состоянию объекта.

19
Доступность
Способность получить ту или иную информацию.

20
Актуальность
Степень соответствия информации текущему моменту времени.
Неактуально
Актуально

21
1.4. Методы получения информации

22
1. Эмпирические методы или методы
получения эмпирических данных.
2. Теоретические методы или методы
построения различных теорий.
3. Эмпирико-теоретические методы
(смешанные) или методы построения
теорий на основе полученных
эмпирических данных об объекте,
процессе, явлении.
Методы получения информации

23
• Наблюдение
• Сравнение
• Измерение
• Эксперимент
• Опрос
• Интервью
• Тестирование
Эмпирические методы получения информации

24
Наблюдение
– сбор первичной информации об объекте,
процессе, явлении.
Эмпирические методы получения информации (продолжение)
Как метод научного исследования Н. заключается в активном,
систематическом, целенаправленном, планомерном и
преднамеренном восприятии объекта, в ходе которого получается
знание о внешних сторонах, свойствах и отношениях изучаемого
объекта (*).
* Источник: портал Академик. http://dic.academic.ru

25
Сравнение
– обнаружение и соотнесение общего
и различного
Как познавательная операция, С. положено в основу суждений о
сходстве или различии объектов.
С помощью сравнения выявляются количественные и качественные
характеристики предметов, классифицируется, упорядочивается и
оценивается содержание бытия и познания (*).

26
Измерение
– поиск с помощью измерительных
приборов эмпирических фактов
И. – представление свойств реальных объектов в виде числовой величины,
один из важнейших методов эмпирического познания. В общем случае
величиной называют все то, что может быть больше или меньше, что может
быть присуще объекту в большей или меньшей степени; числовая величина –
такая, которая может быть выражена числом. Таким образом, И. есть
установление соотношения между числами и свойствами объектов (*).

27
Эксперимент
– преобразование, рассмотрение
объекта, процесса, явления с целью
выявления каких-то новых свойств.
Э. – метод познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых
условиях исследуются явления действительности. Э. осуществляется на основе
теории, определяющей постановку задач и интерпретацию его результатов. Нередко
главной задачей Э. служит проверка гипотез и предсказаний теории, имеющих
принципиальное значение. В связи с этим Э. как одна из форм практики выполняет
функцию критерия истинности научного познания в целом (*).

28
Опрос
– очное или заочное взаимодействие между
интервьюером и респондентами (людьми,
участвующими в опросе), получение от респондента
ответов на заранее сформулированные вопросы.
О. – метод сбора первичной информации об объективных и (или) субъективных фактах со
слов опрашиваемого.
Опросы разделяют на стандартизированные и свободные (не стандартизированные).
Стандартизированные опросы можно рассматривать как строгие опросы, дающие прежде
всего общее представление об исследуемой проблеме.
Свободные опросы менее строгие в сравнении со стандартизированными, в них отсутствуют
жёсткие рамки. Они позволяют варьировать поведение исследователя в зависимости от
реакции респондентов на вопросы.
Основные средства проведения опросов – анкетирование и интервьюирование (*).
* Источники: портал Академик http://dic.academic.ru; Википедия https://ru.wikipedia.org

29
Интервью
– очное («живое») взаимодействие между
интервьюером и респондентом.
И. используется как метод исследования в целом ряде социальных и
гуманитарных наук (психология, социология, коммуникация, PR, маркетинг
и др.), а также в различных областях человеческой деятельности
(например, в управлении персоналом (собеседование при приёме на
работу), сбор сведений от пользователей об объекте информатизации
(аналитик) и т.д.) (*).

30
Тестирование
– проверка или испытание – способ изучения
глубинных процессов деятельности системы,
посредством помещения системы в разные ситуации и отслеживание
доступных наблюдению изменений в ней.
В IT-отрасли Т. используется при проверке компьютера, его программного обеспечения.
Т. – процесс исследования, испытания программного продукта, имеющий две различные
цели:
1) продемонстрировать разработчикам и заказчикам, что программа соответствует
требованиям;
2) выявить ситуации, в которых поведение программы является неправильным,
нежелательным или не соответствующим спецификации (*).

31
• Восхождение от абстрактного к конкретному
• Идеализация
• Формализация
• Аксиоматизация
Теоретические методы получения информации

32
Восхождение от абстрактного к конкретному (диалектическая логика)
– получение знаний о целом или о его частях на основе знаний
об абстрактных проявлениях в сознании, в мышлении.
Метод научного исследования, состоящий в движении теоретической мысли ко всё
более полному, всестороннему и целостному воспроизведению предмета.
Метод характеризует направленность
научно-познавательного процесса
в целом – движение от менее
содержательного к более
содержательному знанию (*).
Теоретические методы получения информации (продолжение)
** Источник: Верхоглазенко В.Н. Метафизические аспекты науки. http://acmegroup.ru/node/304
Источник (**)

33
Идеализация
– получение знаний о целом или его
частях путем представления в
мышлении целого или частей, не
существующих в действительности.
И. – метод мыслительное конструирование понятий об объектах, процессах и явлениях,
не существующих в действительности, но таких, для которых имеются прообразы в
реальном мире (например, «точка», «абсолютно твердое тело», «абсолютно черное
тело», «идеальный газ»).
И. позволяет формулировать законы, строить абстрактные схемы реальных процессов;
используется в моделировании (*).
* Источник: портал Академик http://dic.academic.ru

34
Формализация
– получение знаний о целом или его частях с
помощью языков искусственного происхождения
(формальное описание, представление).
Простейший вид Ф. – прямое обозначение (именование, описание) объектов с
помощью терминов. Например, в естественном языке роль таких терминов выполняют
отдельные слова и выражения («человек», «круг», «белая роза» и т.п.), а в математике
– цифры, знаки сложения, умножения и др. математических операций (*).
Примером Ф. являются: процесс построения информационных моделей с помощью
формальных языков (постановка задачи для программиста), математических моделей
(набор математических формул), физические законы, теоремы и др.
* Источники: портал Академик http://dic.academic.ru

35
Аксиоматизация
– получение знаний о целом или его частях с помощью некоторых
аксиом (не доказываемых в данной теории утверждений) и правил
получения из них (и из ранее полученных утверждений) новых верных
утверждений.

36
• Абстрагирование
• Анализ
• Декомпозиция
• Синтез
• Индукция
• Дедукция
• Эвристика
• Моделирование
• Визуализация
Эмпирико-теоретические методы получения информации

37
Абстрагирование
– выделение наиболее важных для исследования
свойств, сторон исследуемого объекта, процесса,
явления и игнорирование несущественных и
второстепенных.
А. – один из основных процессов умственной деятельности человека, опирающийся на
знаковое опосредствование и позволяющий превратить в объект рассмотрения разные
свойства предметов. Это теоретическое обобщение позволяет отразить основные
закономерности исследуемых объектов или явлений, изучать их, а также
прогнозировать новые, неизвестные закономерности.
В качестве абстрактных объектов выступают понятия, суждения, умозаключения,
законы, математические структуры и др. (*).
* Источник: Википедия https://ru.wikipedia.org
Эмпирико-теоретические методы получения информации (продолжение)

38
Абстрагирование. Пример
Семиуровневая модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection)
Благодаря разделению на уровни задача сетевого взаимодействия разбивается на несколько более мелких задач. Это
позволяет при разработке новых способов и инструментов сетевого взаимодействия не создавать их заново целиком и
полностью, а использовать уже готовые решения, заменив только некоторые его части. Непосредственно друг с другом
компьютеры (открытые системы) взаимодействуют только на физическом уровне. Все остальные уровни подготавливают
данные для передачи или контролируют саму передачу данных. Напрямую эти уровни взаимодействуют только с выше- и
нижележащими уровнями: пользуются услугами нижележащего и предоставляют услуги вышележащему. Друг с другом такие
уровни контактируют косвенным образом, через посредство нижележащих уровней

Архитектура базы данных, предложенная ANSI (American National Standards Institute)
Внешняя
модель
данных 1
Внешняя
модель
данных 2
Внешняя
модель
данных N……
Внешний уровень
(индивидуальные представления
пользователей)
Концептуальный уровень
(обобщенное представление пользователей)
База данных
Внутренний уровень
(представление во внешней памяти)
I
II
III
Абстрагирование. Пример
39

40
Анализ
– разъединение целого на части
с целью выявления их связей.
Метод А. позволяет получить необходимую информацию о структуре
объекта исследования, а также выделить из общей массы фактов те,
которые непосредственно относятся к рассматриваемому вопросу (*)

41
Анализ. Пример
1. Проблемы с питанием 220В.
2. Не исправен блок питания.
3. Кончилась батарейка.
4. Много пыли.
5. Неполадки с комплектующими или шлейфами.
6. Плохая кнопка питания.
7. Неисправна материнская плата.
Анализ причин: почему на включается компьютер?

42
Декомпозиция
– разъединение целого на части с сохранением их связей с
окружением.
Д. позволяет заменить решение одной большой задачи решением серии меньших
задач, пусть и взаимосвязанных, но более простых.
Д., как процесс расчленения, позволяет рассматривать любую исследуемую систему
как сложную, состоящую из отдельных взаимосвязанных подсистем, которые, в свою
очередь, также могут быть расчленены на части. В качестве систем могут выступать не
только материальные объекты, но и процессы, явления и понятия (*).

Диаграмма потоков данных
(Data Flow Diagram, DFD)
Спецификация
Декомпозиция. Пример.
Функциональные диаграммы для создания программных математических библиотек
43

44
Синтез
– соединение частей в целое
с целью выявления их взаимосвязей.
В технике пример С. – построение сложных систем из предварительно
подготовленных блоков или модулей разных типов. Низкоуровневое, глубокое
структурное объединение компонентов разных типов (*).

Синтез. Пример.
45
Общая структура персонального компьютера

46
Индукция
– получение знания о целом по знаниям о частях,
переход от частного к общему, или от фактов к закону.
Индуктивный метод — способ исследования и изложения, при котором от
наблюдаемых частных фактов переходят к выделению принципов, общих
положений теории, установлению закономерностей (*).

47
Дедукция
– получение знания о частях по знаниям о целом,
частное заключение выводится из общего.
Началом (посылками) Д. являются аксиомы или просто гипотезы, имеющие
характер общих утверждений («общее»), а концом — следствия из посылок,
теоремы («частное»). Если посылки дедукции истинны, то истинны и её
следствия (*).

48
Эвристика
– получение знания о целом по знаниям о частях
и по наблюдениям, опыту, интуиции, предвидению
Эвристические методы противопоставляются рутинному, формальному перебору
вариантов по заданным правилам. В сущности, при решении любой задачи человек
всегда использует те или иные методы, сокращающие путь к решению, облегчающие
его нахождение. Например, при доказательстве теорем геометрии обычно
используется в качестве эвристического средства чертеж; решая математическую
задачу, используются решения др. похожих задач; в качестве эвристических средств
используются общие утверждения и формулы, индуктивные методы, аналогии,
правдоподобные умозаключения, наглядные модели и образы, мысленные
эксперименты и т.п. (*).

Эвристика. Пример.
49
Схема теплообмена в доменной печи
Китаев Б.И.
(1908–1983)
По высоте доменной печи при ровном ходе
наблюдается типичное S–образное распределение
температур газа и шихты, отношения их
теплоемкостей потоков.

50
Моделирование
– получение знания о целом или о его частях
с помощью модели или приборов
М. – метод исследования объектов познания на их моделях; построение и изучение
моделей реально существующих предметов и явлений (инженерных устройств,
разнообразных процессов — физических, химических, биологических, социальных) и
конструируемых объектов для определения либо улучшения их характеристик,
рационализации способов их построения, управления ими и т. п. (*).

51
ANSYS www.ansys.com
Пакеты для автоматизированных инженерных расчётов
(CAE, Computer-Aided Engineering)
Моделирование. Примеры.

52
Модельные системы поддержки принятия решений
представляют собой вид компьютерных
информационных систем, помогающих лицу,
принимающему решение, в принятии решений при
наличии плохо структурированных задач посредством
прямого диалога с машиной с использованием данных,
знаний и математических моделей.
Модельные системы поддержки принятия решений

53
Система
поддержки
принятия решений
Лицо,
принимающее
решение
Вариант
вычислений
Решение
выработано
Введение новых исходных
данных
Технология использования модельной системы поддержки принятия решений

54
База
данных
База моделейСУБД СУБМ
Система управления
интерфейсом
Человек,
принимающий
решения
Основные компоненты модельной системы поддержки принятия решений

55
Пример. Модель оптимального распределения
топливно-энергетических ресурсов в доменном цехе
(к постановке задачи)

Пример. Фрагменты экранных форм программного модуля
оптимального управления топливно-энергетическими ресурсами
в доменном производстве
Исходные данные
Таблица
с результатами
расчёта
Результаты
расчёта в виде
диаграммы
56

57
Визуализация
– получение информации с помощью
наглядного или визуального представления
состояний объекта, процесса, явления
В. позволяет представить информацию в виде оптического изображения
(например, в виде рисунков и фотографий, графиков, диаграмм, структурных схем,
таблиц, карт и т. д.). Очень эффективно визуализация используется для
представления изначально не зрительной информации (например, температуры,
концентрации газов, распределения уровней электромагнитных полей и т. д.) (*).

58
Визуализация. Пример.
Лепестковая диаграмма для основных параметров процесса разработки программного
обеспечения

59
Визуализация. Пример.
Визуализация процессов разработки в SCRUM-технологии

60
1.5. Операции с данными

61
• Сбор данных
• Транспортировка данных
• Формализация данных
• Фильтрация данных
• Сортировка данных
• Архивация данных
• Защита данных
• Преобразование данных
Операции с данными

62
Сбор данных
Накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты
для принятия обоснованных решений.
Операции с данными (продолжение)

63
Транспортировка данных
Прием и передача данных между удаленными участниками
информационного процесса, при этом источник данных в
информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом.

64
Формализация данных
Приведение данных, поступающих из разных источников, к
одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой,
т.е. повысить из уровень доступности, а также облегчить их
транспортировку и обработку.

65
Фильтрация данных
Отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для
принятия решений.
При этом должен уменьшаться уровень «информационного шума», а
достоверность и адекватность данных должны возрастать.

66
Сортировка данных
Упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства
использования, повышает доступность информации.

67
Сортировка данных по индексу. Пример.
Индекс – объект базы данных, создаваемый с целью
повышения производительности поиска данных.
Таблицы в базе данных могут иметь большое
количество строк, которые хранятся в произвольном
порядке, и их поиск по заданному критерию путем
последовательного просмотра таблицы строка за
строкой может занимать много времени.
Индекс формируется из значений одного или
нескольких столбцов таблицы и указателей на
соответствующие строки таблицы и, таким образом,
позволяет искать строки, удовлетворяющие
критерию поиска.
Ускорение работы с использованием индексов
достигается в первую очередь за счёт того, что
индекс имеет структуру, оптимизированную под
поиск.

68
Архивация данных
Организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме,
служит для снижения экономических затрат по хранению данных и
повышает общую надежность информационного процесса в целом.

69
Схема архивации данных на серверах. Пример

70
Защита данных
Комплекс мер, направленных на предотвращение утраты,
воспроизведения и модификации данных.

71
Защита данных. Программно-технические меры безопасной работы
в компьютерной сети
• Антивирусное программное обеспечение.
• Анти шпионское программное обеспечение.
• Программы блокировки баннерной рекламы.
• Программы-фильтры спама.
• Программы контроля сетевого трафика.
• Программы восстановления после сбоев.
• Брандмауэры (межсетевые экраны).
• Прокси-сервер

72
Брандмауэр (firewall) – программный и/или аппаратный
комплекс, предоставляющий единственную контрольную
точку, в которой можно разрешить или запретить
дальнейшее перемещение потоков информации между
Internet и внутренней сетью.
Защита данных. Брандмауэр (firewall). Пример.

73
Прокси-сервер (proxy (англ.) – доверенное лицо, посредник)
– это сервер, работающий "представителем" клиентов на
рабочих станциях в сети.
Защита данных. Прокси-сервер (proxy). Пример.

74
Преобразование данных
Перевод данных из одной формы в другую. Часто связано с
изменением типа носителя (бумага, фотопленка, электронный вид),
а также при транспортировке данных (маршрутизаторы).

75
Вывод
Работа с информацией – очень трудоемкий
процесс и ее нужно автоматизировать !

76
1.6. Единицы измерения данных

77
• Система двоичного кодирования, BInary digiT
или bit
• Одним битом можно выразит два понятия
• Общее количество значений, которое может
быть выражено в двоичной системе:
N = 2m
,
где N – количество независимых кодируемых
значений;
m – разрядность двоичного кодирования
Система кодирования

78
1 байт = 8 бит = 28
= 256 независимых состояний
1 кбайт = 210
байт =1024 байт
1 Мбайт = 1024 кбайт = 220
байт = 1 048 576 байт
1 Гбайт = 1024 Мбайт = 230
байт=1 073 741 824 байт
1 Тбайт = 1024 Гбайт = 240
байт.
Единицы измерения

79
1.7. Структура хранения данных
на компьютере

80
Проблемы
1. Как сохранить данные в наиболее
компактной форме ?
2. Как обеспечить к данным удобный
и быстрый доступ ?

81
Файл
• Файл – это последовательность
произвольного числа байтов, обладающая
уникальным собственным именем
• Имя состоит из двух частей:
– собственно имя (название файла), которое
может быть выбрано произвольно самим
пользователем;
– расширение, которое определяет тип
файла. Оно жестко привязано к типу файла
и изменять его не рекомендуется.

82
1.8. Файловая структура

83
Файловая структура
• В качестве вершины структуры служит
имя носителя, на котором сохраняются
файлы.
Далее файлы группируются в каталоги
(папки), внутри которых могут быть созданы
вложенные каталоги (папки)
• Каталоги — это особый тип файлов,
которые содержат системную справочную
информацию о наборе файлов,
сгруппированных пользователями
по какому-либо неформальному признаку

84
Полное имя файла
• [drive:] [] [path] filename[.type]
– drive: – дисковод обозначает диск,
на котором находится файл или
куда он записывается;
– path – это каталог или последовательность
каталогов, которые необходимо пройти по
дереву каталогов к тому каталогу,
где находится файл.

85
1.9. Предмет и задачи информатики

86
• информационные системы,
а также методы и средства хранения,
передачи и использования информации
в различных условиях
Объект изучения информатики

87
• Информатика – наука о наиболее общих закономерностях
построения и преобразования информационной модели
мира, определяющей роль человека и технических средств
в процессах обработки информации в технических,
биологических и социальных системах.
• Информатика – это комплексная инженерная дисциплина,
изучающая все аспекты разработки, проектирования,
создания, оценки функционирования систем сбора,
обработки, передачи, хранения и представления данных
средствами вычислительной техники, их применения в
различных областях человеческой деятельности.
Определения

88
• аппаратно-техническое обеспечение средств
вычислительной техники;
• программное обеспечение средств вычислительной
техники;
• средства взаимодействия аппаратно-технического и
программного обеспечения
(аппаратно-программные интерфейсы)
• средства взаимодействия человека с аппаратными и
программными средствами
(пользовательские интерфейсы).
Предмет информатики

89
• архитектура вычислительных систем
• интерфейсы вычислительных систем
• программирование
• защита информации
• стандартизация
Направления развития информатики

информатика (информация и информатика)

More Related Content

Viewers also liked

Similar to информатика (информация и информатика)

More from Ural Federal University named after First President of Russia B.N. Yeltsin

информатика (информация и информатика)