Что изучает информатика Информация, хранение информации

Объектом изучения в информатике являются способы представления информации, процессы ее хранения, передачи и обработки.

В восприятии человеком информации о внешнем мире основную роль играют зрительные образы. Физиологи установили, что около 90% информации человек воспринимает зрением, примерно 9% – слухом, и оставшийся 1% остальными органами чувств.

Хранение информации – это процесс передачи информации во времени. Хранение информации связано с обеспечением неизменности состояния материальных носителей информации, на которых она записана в виде сообщений. В компьютерной технике для хранения информации используются запоминающие устройства. Запоминающие устройства позволяют записывать на них информацию и считывать ее по мере необходимости. Запоминающие устройства характеризуются надежностью, емкостью и скоростью записи и считывания информации.

Память отдельного человека ограничена сроком его жизни, но в человеческом обществе часть информации сохраняется на протяжении тысячелетий. Это стало возможным благодаря способности людей передавать знания друг другу. На заре цивилизации для этого использовались только личный пример и речь. Возникновение письменности сделало необязательным личное общение при обучении, но далеко не все книги далеких времен сохранились до наших дней. Появление  электронных носителей данных и их объединение в глобальные информационные сети позволяет надеяться, что информация о достижениях современной цивилизации не будет потеряна для последующих поколений.

Существенную часть информатики составляет раздел, посвященный автоматизации этих процессов с использованием компьютерной техники.

Понятие информации является основным в теоретической информатике, и как это часто бывает с фундаментальными понятиями, не имеет своего строгого определения. Так, например, при изложении геометрии обычно не дается математического определения исходного понятия “точка”. Интуитивно понятно, что под информацией имеются в виду некоторые сведения, которые можно хранить, изменять и кому-то сообщать.

Сама по себе информация нематериальна, но она передается с помощью материальных сообщений и может быть представлена в различных материальных формах. Для того чтобы извлечь информацию из сообщения, нужно знать правила интерпретации (истолкования) сообщений. Правила интерпретации зависят от конкретной ситуации, в которой получено сообщение.  Поэтому одно и то же сообщение может нести различную информацию. Так, например, звонок в школе может означать начало урока или  начало перемены.  И наоборот, одна и та же информация может быть передана с помощью различных сообщений. Например, текст одного и того же содержания может быть записан на различных языках.

Алфавиты. Кодирование

В технических устройствах, в том числе компьютерных, обработка информации сводится исключительно к преобразованию сообщений по определенным правилам. Когда мы складываем с помощью калькулятора или компьютера два числа, то мы вводим в устройства сообщения, которые после выполнения операций, предусмотренных конструкцией,  превращаются в сообщение-результат. Компьютеры могут быть оснащены сложными программами, но они пока не могут обобщать информацию, делать выводы, рассуждать от общего к частному, как это свойственно человеку. Компьютер является лишь инструментом обработки информации, автоматом, исполняющим заложенные в него людьми программы. Только человек с его мышлением способен к полноценной обработке информации – получению новых теоретических знаний на основе анализа накопленных сведений и применению этих знаний на практике.

Часто сообщения формируются из отдельных знаков. Такие сообщения называются дискретными. Дискретным сообщениям принадлежит важная роль в процессах обработки информации.

Конечное упорядоченное множество знаков называется алфавитом. Под знаками следует понимать не только буквы и цифры, но и любые отличимые друг от друга объекты. Мощностью алфавита называется количество содержащихся в нем знаков.

Примеры алфавитов:

Алфавиты.	Мощность
Азбука Морзе	2 (точка, тире)
Арабские цифры	10 (0,1,2,3,…9)
Сигналы светофора	3 (красный, жёлтый, зелёный)
Русские буквы	33 (а, б, в,……. э, ю, я)

Совокупность правил построения сообщений из знаков некоторого алфавита и правил интерпретации этих сообщений называется языком.

Процесс перевода сообщения с одного языка на другой называется кодированием, а сам результат перевода – кодом. Кодирование используется для представления информации в удобной для обработки форме, а иногда – для обеспечения секретности передаваемой информации. В этом случае обычно говорят не “кодирование”, а “шифрование ”.

Шифрование сообщений.

Одной из основных проблем, связанных с информационной безопасностью при передаче данных по компьютерным сетям, является защита данных от перехвата и чтения посторонними в процессе передачи. Эта проблема решается путем шифрования данных перед их отправлением.

Ключом к шифру называется информация, позволяющая зашифровывать или расшифровывать сообщения по некоторому алгоритму.

Можно выделить два вида технологий шифрования – шифрование симметричным и несимметричным ключом.

При шифровании с использованием симметричного ключа документ кодируется и декодируется одним и тем же ключом. Пример симметричного шифрования – код Цезаря, в котором каждая буква латинского алфавита заменятся третьей по счету от нее, а последние буквы алфавита переходят в первые, по кругу. При расшифровке выполняется обратное преобразование. Недостатком симметричного шифрования является то, что ключ должен храниться в тайне и отправителем, и получателем шифровок. Кроме того, такой способ не позволяет однозначно идентифицировать автора сообщения. Им может быть любой владелец ключа, например, один из получателей шифровок.

При шифровании с несимметричным ключом используется не один, а пара взаимосвязанных ключей. Ключи устроены так: то, что зашифровано первым ключом, может быть прочитано только с помощью другого ключа, и наоборот, то, что зашифровано вторым ключом, не может быть прочитано без первого. Таким образом, даже человек, зашифровавший сообщение, не сможет его расшифровать, не зная второго ключа. Несимметричное шифрование является результатом математических исследований и основано на выполнении определенных операций с целыми числами. Ключом при несимметричном шифровании является также целое число.

Несимметричное шифрование часто используется в системах Интернет-коммерции для защиты данных о кредитных карточках от несанкционированного доступа. Один из ключей свободно распространяется среди клиентов, которые кодируют с его помощью данные для пересылки продавцу. Такой ключ называется открытым ключом. Но прочитать данные может только продавец с помощью второго ключа, который держится им в секрете. Этот ключ называют закрытым. Пара открытый ключ – закрытый ключ используется также для удостоверения происхождения документа. Если документ зашифрован чьим-то закрытым ключом, то значит, владелец закрытого ключа и является автором документа.

Многие почтовые программы поддерживают возможность шифрования данных. В Интернет существуют специальные сайты, на которых можно получить несимметричные ключи.

Особое место в информатике занимают алфавиты, состоящие из двух знаков – двоичные алфавиты. Двоичный алфавит замечателен тем, что он является алфавитом минимальной мощности, пригодным для представления информации.  В теории информатики доказано, что любые дискретные сообщения можно закодировать с помощью двоичного алфавита. Такое кодирование называется  двоичным кодированием, а код – двоичным кодом. Знаки двоичных алфавитов легко представляются в технических устройствах (один знак – нет сигнала, другой знак – есть сигнал), в математике (0 и 1), в логике (истина и ложь).