Некоторые вводные понятия и определения, используемые в настоящем умк

(по публикациям академика Э.Якубайтиса, М.Броя и других известных авторов в сфере информатики и НИТ)

ИНФОРМАТИКА ~ informatics – научное направление, изучающее модели, методы, средства, способы сбора, поиска, распознавания, получения, хранения, защиты, обработки и передачи информации.

(Прим.: Термин информатики здесь трактуется расширенно в соответствии с последними публикациями проф.В.Мордвинова и его коллег.)

Теоретической информатикой называют науку о структурах, основывающихся на математике и логике. С другой стороны, практическая информатика является инженерной дисциплиной, опирающейся на сети и системы.

Информатика изучает информационные процессы и связанные с ними явления в технике, природе и обществе. В круг этих вопросов входят базы данных, базы и банки знаний и информационные (автоматизированные, экспертные, информационно-поисковые и другие) системы, гиперсреда. Важное значение в информатике имеют вопросы языков, компьютерного перевода.

Информатика является новой научной областью, опирающейся на традиционные науки. К ним в первую очередь относятся:

• математика — логические структуры данных и математические модели представления информации;

• теория информации — математическое описание методов передачи данных и обработки данных, а также классификация информации;

• искусственный интеллект — способность устройства решать задачи, ассоциируемые с разумными действиями человека;

• электроника, обеспечивающая техническую базу информатики;

• семиотика — комплекс направлений, изучающих знаковые системы.

ИНФОРМАЦИЯ ~ information – в системном понимании это совокупность взаимосвязанных фактов, явлений, событий, подлежащих регистрации и обработке. По отношению к материальному миру, мирозданию вообще, информация представляет всеобщую, бесконечную в пространств и во времени детерминированную совокупность проявлений, отображающих в той или иной сигнальной форме существование материального мира в его движении и видоизменениях и предопределяющих, задающих эти изменения и движения. Иными словами по отношению к материи информация одновременно первична и вторична. Информация соединяет незримым, но необходимым образом такие категории мироздания, как материя, пространство и время. Видимо, природа появления информации может быть когда-нибудь объяснена переменностью (непостоянством) потока времени, являющегося единственной причиной всемирной энергии, всеобщего движения, и как следствие этого, отображения этих явлений в сигнальной овеществляемой форме, присущей тому, что мы именуем информацией.

Возвращаясь к толкованию информации в системном плане, можно утверждать, что в рассматриваемом понятии информации всегда существуют два партнера: источник и потребитель (приемник) информации. Как первым, так и вторым могут быть объекты науки, техники, общества и природы, животные, люди. Во взаимодействии между ними и рождается информация. В зависимости от области знаний различают научную, патентную информацию, техническую, коммерческую и другие виды.

ИНФОРМАЦИЯ является абстрактным содержанием какого-либо высказывания, описания, указания, сообщения или известия. Внешнюю форму изображения называют представлением (конкретная форма сообщения).

Переход от представления к абстрактной информации, то есть к значению представления, называют интерпретацией.

ВИДЫ ИНФОРМАЦИИ

Существует несколько форм представления информации. Символьная основана на использовании символов — букв, цифр, знаков, в том числе знаков пунктуации и других знаков. Текстовая также использует образующие тексты символы, но расположенные в определенном порядке. Самой емкой и сложной является графическая форма. К ней относятся различные виды изображений. Наименьшей единицей количества информации в двоичной системе счисления является бит. Обработка информации осуществляется компьютерами или конечными автоматами. На их основе создаются системы и сети. Большое значение в процессах обработки данных имеет логика.

Информация, представленная в виде, удобном для обработки, называется данными. Важное значение имеет многомерное представление данных. Определенная структура информационного объекта, подвергаемого обработке, именуется форматом.

Информация является объектом изучения информатики.

ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА. Информационная система (ИС) – инженерное изделие, спроектированное на системной основе, представляющее собой совокупность программных и технических средств, а также реализованного банка данных (банка знаний), позволяющих с помощью специально разработанных в рамках системы методов, методик и нормативных ограничений (стандартов) эффективно в интересах и по запросам пользователя автоматически и однозначно поддерживать сбор, поиск, распознавание, получение, хранение, защиту, обработку и передачу информации.

Информация, находящаяся в какой-либо информационной системе, воспринимается как некоторая математическая структура. Переход от представления к элементам этой математической структуры называется интерпретацией. Установление отношений к реальному миру называется пониманием.

Различные системы представления информации по-разному эффективны. В информатике обычно рассматривается точное описание множества R представлений с интерпретацией I в множестве A элементов (информаций). Интерпретация I данному представлению r (сообщению) ставит в соответствие некоторое абстрактное информационное содержание I[r]. Таким образом, интерпретации соответствует отображение

I:RA.

Через (A,R,I) обозначается информационная система. Таким образом, информационная система соответствует понятию отображения из математики. R называют также системой представления, а A – семантической моделью.

Система – определенная архитектура взаимодействующих компонент, отграниченных от окружения. Если активности компонент могут происходить одновременно, – то это параллельно работающие системы или параллельно протекающие (параллельные) процессы. Если такие системы построены из отдельных, удаленных друг от друга в пространстве компонент, тогда речь идет об распределенных системах, или об распределенных процессах.

Для описания процессов применяются следующие термины:

• распределение означает пространственное расположение (или разделение) отдельных компонент процесса;

• параллелизм относится к временным отношениям между действиями компонентов процесса, которые могут протекать одновременно (параллельно);

• интерактивность, реакция, коммуникация, координация, синхронизация касаются причинно-следственных отношений между пространственно разделенными и выполняемыми наряду друг с другом действиями (с помощью них осуществляется обмен сообщениями и сигналами);

• недетерминированность возникает при моделировании распределенных процессов из-за целенаправленного опускания из рассмотрения определенных деталей информации, например, временных взаимозависимостях в функционировании процесса, которые являются существенными при принятии решений в ходе работы процесса.

Процесс в общем случае состоит из множества событий, которые соответствуют выполнению действий и возникают в определенном причинно-следственном (временном) порядке.

ДАННЫЕ ~ data ‑ информация, представленная в формализованном виде, пригодном для автоматической обработки при возможном участии человека.

Данные в информатике формируются в группы, образуя компоненты баз данных и баз знаний. Наименьшим компонентом является элемент данных ‑ информационный объект, определяемый его наименованием и совокупностью описывающих его значений (величин). Объектом может быть процесс, явление, предмет, страна, область науки и т.д. Совокупность значений элементов данных, которая описывает рассматриваемый объект, именуется записью. Для передачи данных последние формируются в блоки данных, для хранения ‑ компонуются в файлы, каталоги, массивы, таблицы, списки. При этом в системах и сетях может использоваться несколько способов кодирования данных.

БАЗА ДАННЫХ ~ database ‑ совокупность взаимосвязанных данных, организованная по определенным правилам.

Строго говоря, базой данных являются специальным образом организованные один либо группа файлов. Для работы с ними используется система управления базой данных. При этом подразумевается, что база данных определена по схеме, не зависящей от программ, которые к ней обращаются. База данных характеризуется ее концепцией ‑ совокупностью требований, обусловленных представлениями пользователей о необходимой им информации.

Базы данных имеют различные размеры ‑ от небольших, портативных баз данных, находящихся в персональных компьютерах, до крупных, расположенных в суперкомпьютерах. Каждая из отдельно рассматриваемых баз одновременно может обслуживать тысячи пользователей. Все большее распространение получают распределенные базы данных.

Данные в базе располагаются так и для того, чтобы их можно было легко найти и обработать. Эти задачи выполняются системой управления базой данных. Существует много методов доступа к данным, находящимся в базах. Особой популярностью пользуется метод, определяемый языком структурированных запросов (SQL). Все большее распространение получают аудиовидеобазы. Они характерны тем, что в них размещаются, хранятся и выдаются тексты, звуки, неподвижные и движущиеся изображения.

Увеличение скорости обработки данных, создание большой памяти, построение коммуникационных сетей с высокой пропускной способностью привели к использованию полнотекстовых баз данных. Служба глобального соединения (WWW) обеспечивает универсальный доступ к большому числу баз данных, расположенных на различных континентах.

Увеличивается распространение реляционных баз данных, а также баз данных, имеющих объектно-ориентированную архитектуру и многомерное представление данных. В этих базах создаются модули объектов, в том числе прикладных программ, которые управляются внешними событиями с помощью графического интерфейса пользователя.

БАЗА ЗНАНИЙ ~ knowledge base ‑ организованная совокупность знаний, относящихся к какой-нибудь предметной области.

Знанием является проверенный практикой результат познания действительности. Иначе говоря, знание ‑ это накопленные человечеством истины, факты, принципы и прочие объекты познания. Поэтому в отличие от базы данных в базе знаний располагаются познаваемые сведения, содержащиеся в документах, книгах, статьях, отчетах.

В базе знаний в соответствии с принятой в ней методологией классификации располагаются объекты познания, образующие совокупность знаний. В любом объекте представляется набор элементов знаний. Элементы знаний благодаря концептуальным связям объединяются, образуя базу знаний.

Такие связи бывают четырех видов:

• общность,

• партитивность,

• противопоставление,

• функциональная взаимозависимость.

Общность — это связь двух элементов по содержанию их характеристик. Принцип партитивности подразумевает соотношение целого и его частей. Противопоставление встречается в элементах, которые имеют положительные и отрицательные характеристики. Функциональная взаимозависимость отражает взаимосвязь элементов.

Базы широко используются не только для получения пользователями тех или иных знаний. Они также применяются и при решении задач искусственного интеллекта. Так, в рамках экспертных систем используются два важных класса баз. Статическая база знаний содержит сведения, отражающие специфику конкретной области и остающиеся неизменными в ходе решения задачи. Динамическая база знаний используется для хранения сведений, существенных для решения конкретной задачи и меняющихся в процессе этого решения (например, во время проведения лабораторных исследований).

Каждая база знаний включает в себя набор сведений, правил и механизм логического вывода.

БАНК ДАННЫХ ~ databank ‑ комплекс информационных, технических, программных, языковых и организационных средств, обеспечивающих сбор, хранение, поиск и обработку данных.

Банк данных предназначен для хранения больших массивов информации, быстрого поиска нужных сведений и документов. Создается банк в абонентской системе любой производительности — от персонального компьютера до суперкомпьютера. Но даже самый крупный банк ограничен в своих возможностях, поэтому банки в сети специализируются, собирая информацию в определенных областях науки, технологии, продукции.

Банк поддерживается прикладными процессами, получающими в абонентской системе сервис области взаимодействия. Благодаря этой области банк взаимодействует с большим числом пользователей сети, а также с другими банками. Ядром банка являются базы данных и базы знаний.

Лица, работающие в банке данных, делятся на три группы ‑ сотрудники банка, администратор банка и пользователи. Задача сотрудников — сбор и запись в базу всей первичной информации, определяемой тематикой этой базы. Сотрудники должны также удалять устаревшую информацию. Наряду с этим обновление информации может быть разрешено и некоторым пользователям. Сотрудники банка и некоторые пользователи составляют программы, позволяющие из первичной информации получать необходимые вторичные сведения, составлять отчеты. Администратор обеспечивает руководство банком. Он решает вопросы, связанные с бесперебойной и надежной работой, хранением информации и безопасностью данных. В нужных случаях администратор осуществляет копирование содержимого баз и организует хранение копий. Пользователи банка взаимодействуют с необходимыми им банками.

Защита от несанкционированного доступа к базам создается за счет введения паролей и кодов, обеспечивающих идентификацию пользователей. Формирование и ведение банков данных связаны с большими затратами. Они становятся рентабельными лишь при большом трафике.

В различных странах создано большое число банков данных. Одним из крупнейших в мире является расположенный в США банк LEXIS-NEXIS, который в 1994 г. предоставлял около 200 млн. документов из более 4000 источников.

БЕЗОПАСНОСТЬ ДАННЫХ ~ data security ‑ концепция защиты данных от случайного, либо умышленного изменения, уничтожения, разглашения, а также несанкционированного использования.

Безопасность данных является многоплановой проблемой, охватывающей ряд важных задач. В первую очередь к ним относится конфиденциальность, которая обеспечивается за счет средств криптографии. Шифрование позволяет не только закрывать данные от посторонних лиц. Оно также решает задачу целостности данных — их сохранения при наличии помех и искажения.

Важным аспектом безопасности данных является идентификация пользователя ‑ процесс анализа характеристик кодов, используемых им для подтверждения прав на доступ в сеть, работу с данными и их изменение. Она обеспечивается введением паролей и анализом электронной подписи. В результате осуществляется так называемый санкционированный (разрешенный) доступ. В этом процессе определяется несколько групп пользователей. Первым разрешается только чтение файлов, вторым ‑ еще и изменение перечня файлов, их ликвидация, создание новых файлов. Особо выделяется круг лиц, работающих с конкретными файлами (редактирование, копирование).

Несанкционированный доступ связан не только с использованием, изменением или уничтожением данных лицами, которые не имеют на это разрешения. Для предотвращения противоправных действий создается безопасная среда, в которой обеспечивается также защита от всевозможных перехватов блоков данных во время передачи, их подделки, искажения, расшифровки паролей и идентификаторов пользователей, искусственного прерывания сеансов взаимодействия прикладных процессов.

С появлением и развитием сетей возникли компьютерные преступления. Хакеры (от англ. hack ‑ рубить, кромсать, разбивать) вторгаются в программное обеспечение в целях кражи, искажения либо порчи данных. Возникла также проблема, связанная с появлением в системах и сетях компьютерных вирусов. Последние способны искажать либо уничтожать используемую информацию.

При решении проблемы безопасности данных обеспечивается так называемая прозрачность принимаемых мер. Она заключается в том, что введение механизмов безопасности не должно изменять нормальную работу сети. При этом задержки в передаче данных, вносимые программными и техническими средствами безопасности, должны быть минимальными. Не должна также уменьшаться надежность передачи. Естественно, что средства безопасности, в свою очередь, должны быть защищены от несанкционированного вторжения в них.

Для обеспечения юридической базы безопасности данных в ряде стран приняты соответствующие законы.

Агрегат данных - поименованная совокупность элементов данных внутри записи, рассматриваемая как единое целое. Например, агрегат данных «ДАТА» может состоять из элементов данных «МЕСЯЦ», «ДЕНЬ», «ГОД». В языке Кобол агрегат данных называется группой или групповым элементом. Data aggregate (агрегат данных) Группа записей (record, 1) или блоков (block, 2) данных, которая обычно содержит описания местоположения каждого блока и его взаимосвязей с другими блоками.

Существуют два типа агрегатов данных: векторы и повторяющиеся группы.

Вектор – одномерная упорядоченная совокупность элементов данных (например, приведенная выше совокупность ДАТА).

Повторяющаяся группа – совокупность данных, которые встречаются несколько раз в экземпляре записи, например прием и выдача вкладов в записи счета сберкассы. В повторяющуюся группу могут входить отдельные элементы данных, векторы, агрегаты данных или другие повторяющиеся группы.

Агрегатам данных соответствуют абстрактные типы данных, представляемые, например, структурами в языках C, C++ и обычными записями в языках Паскаль и Модула. Они состоят из объектов данных, подключаемых непосредственно или с использованием ссылок (указателей). При обсуждении агрегатов данных, используемых при процедурном подходе, применяется также понятие «запись». Понятие «структура», для обозначения агрегата данных не используется в связи с его перегруженностью другими смысловыми значениями.

Процедурный подход предполагает независимость записей (R) от процедур (P). Запись R состоит из элементов данных: R=(D1, D2, ..., Dk), называемых полями записи. При этом поле Di может, в свою очередь, состоять из других абстракций.

Все значения данных состоят из простых типов данных. В отличие от некоторых других языков в SQL отсутствуют массивы, указатели, векторы и другие сложные типы данных.

Все данные в реляционной базе изображаются в форме двухмерных таблиц (на языке математики – «отношений»). Каждая таблица содержит некоторое число строк (в том числе 0), называемых «картежами» и один или несколько столбцов, называемых «атрибутами». Все строки в таблице имеют одну и ту же последовательность столбцов, в которых записаны различные значения, однако наборы значений в столбцах отличаются.

Одной из основных особенностей реляционной модели является требование, чтобы каждое значение в столбце являлось атомарной величиной, то есть в каждом столбце для каждой строке может содержаться только одно значение. Если поместить несколько значений, они всегда будут обрабатываться СУБД, как единая величина.

КОМПЬЮТЕРНАЯ РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ~ computer-aided software engineering ‑ технология автоматизированной разработки программного обеспечения включает комплекс средств, предназначенных для разработки программ, создания общей базы данных, использования единого метода взаимодействия с этой базой. Причем этот подход учитывает разнообразие операционных систем, применяемых в системах, включаемых в одну информационную сеть. Кроме того, CASE определяет единую основу для сетевых технологий, используемых разными разработчиками. CASE также предоставляет методологию и средства тестирования создаваемых программ.

Благодаря использованию CASE снижается стоимость разработок, и уменьшаются сроки их проведения. До последнего времени технология CASE разрабатывалась различными организациями. Национальный институт стандартов и технологии (NIST) США предлагает свой стандартный подход в создании CASE. Все в большей степени расширяется рынок прикладных программ, обеспечивающих CASE. К ним, например, относятся быстрая разработка программ (RAD), среда программирования AppWare, технология OpenDoc.

ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА ~ training system ‑ система, предназначенная для обучения пользователей.

Обучающая система основывается на использовании искусственного интеллекта и базы знаний. В ней широко применяются технологии гиперсреды и гипертекста. Это позволяет выделять объекты знаний и ассоциативно связывать их друг с другом. Система осуществляет «навигацию» пользователя по базе знаний, переходя от одного объекта к другому.

Основной задачей обучающей системы является эффективная передача знаний в зависимости от степени подготовленности пользователей и их способности усваивать получаемую информацию. Системы могут быть автономными и сетевыми. Автономные являются индивидуальными и функционируют на отдельных персональных компьютерах. Сетевые являются коллективными и располагаются на серверах, с которыми могут работать клиенты пользователей. Все более широкое распространение в обучении получают виртуальные классы. Управление процессом обучения выполняет как пользователь, так и программы обучающей системы.

Система осуществляет проверку знаний учащегося, ведет регистрацию этапов процесса. Обучение сопровождается неподвижными изображениями, видеосюжетами и фрагментами звука, в том числе речи. Процесс обучения нередко называется программируемым обучением.