Реферат Составные части современной информатики
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание
Введение 3
1. Теоретическая информатика 4
2. Искусственный интеллект 5
3. Программирование 7
4. Прикладная информатика 8
5. Вычислительная техника 10
6. Кибернетика 11
Заключение 13
Список использованной литературы 14
Введение
Термин «информатика» возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин. Французский термин образован путем слияния слов «информация» и «автоматика» и означает «информационная автоматика или автоматизированная переработка информации». В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике).
Информатика – это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.
В структуре информатики как научной и прикладной дисциплине выделяют на современном этапе шесть научно-технических направлений: 1. Теоретическая информатика. 2. Искусственный интеллект. 3. Программирование. 4. Прикладная информатика. 5. Вычислительная техника. 6. Кибернетика.
Эти разделы информатики перечислены не в порядке их важности или преемственности, так как выделить более или менее важные из этих разделов не представляется возможным. Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике – все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.
Целью реферата является описание составных частей современной информатики.
1. Теоретическая информатика
Теоретический раздел любой науки базируется на математических методах исследования. Это относится и к информатике. Она использует методы математики для построения и изучения моделей обработки, передачи и использования информации, создаёт тот теоретический фундамент, на котором строится все здание информатики.
По своей природе информация дискретна и представляется обычно в символьно-цифровом виде в текстах и точечном виде на рисунках. С учетом этого в информатике широко используется математическая логика как раздел дискретной математики.
Следующее направление теоретической информатики – вычислительная математика, которая разрабатывает методы решения задач на компьютерах с использованием алгоритмов и программ.
Подраздел теория информации (а также теория кодирования и передачи информации) изучает информацию в виде абстрактного объекта, лишённого конкретного содержания. Здесь исследуются общие свойства информации и законы, управляющие ее рождением, развитием и уничтожением. Здесь же изучаются те формы, в которые может отобразиться содержание любой конкретной элементарной единицы информации.
Системный анализ – еще одно направление теоретической информатики. В нём изучается структура реальных объектов, явлений, процессов и определяются способы их формализованного описания через информационные модели.
Имитационное моделирование – один из важнейших методов компьютерного моделирования, в котором воспроизводятся процессы и явления, протекающие в реальных объектах.
Наконец, теория принятия решений изучает общие схемы выбора нужного решения из множества альтернативных возможностей. Такой выбор часто происходит в условиях конфликта или противоборства. Модели такого типа изучаются в теории игр.
2. Искусственный интеллект
Это направление информатики – самое молодое, возникшее в середине 70-х годов. Однако именно искусственный интеллект определяет стратегические направления развития информатики. Искусственный интеллект тесно связан с теоретической информатикой, откуда он заимствовал многие модели и методы, например, использование логических средств для преобразования знаний. Столь же прочны связи этого направления с кибернетикой. Математическая и прикладная лингвистика, нейрокибернетика и гомеостатика теснейшим образом связаны с развитием искусственного интеллекта. И конечно, работы в этой области немыслимы без развития систем программирования.
Искусственный интеллект – это одно из направлений информатики, цель которого разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту ставить и решать свои задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными, общаясь с ЭВМ на ограниченном подмножестве естественного языка.
Сейчас искусственный интеллект рассматривают как прикладную область исследований, связанных с имитацией отдельных функций интеллекта человека. Распознавание образов, машинный перевод, интеллектуальные агенты, робототехника – это лишь некоторые из направлений, по которым развиваются системы искусственного интеллекта.
Термин «интеллект» (intelligence) происходит от латинского «intellectus», что означает ум, рассудок, разум; мыслительные способности человека. Соответственно искусственный интеллект обычно трактуется как свойство автоматических систем брать на себя отдельные функции интеллекта человека, например, выбирать и принимать оптимальные решения на основе ранее полученного опыта. Система, наделенная интеллектом, является универсальным средством решения широкого круга зада, для которых нет стандартных, заранее известных методов решения. Таким образом, мы можем определить интеллект и как универсальный сверхалгоритм, который способен создавать алгоритмы решения конкретных задач.
Основная цель работ в области искусственного интеллекта – стремление проникнуть в тайны творческой деятельности людей, их способности к овладению знаниями, навыками и умениями. Для этого необходимо раскрыть те глубинные механизмы, с помощью которых человек способен научиться практически любому виду деятельности. И если суть этих механизмов будет разгадана, то есть надежда реализовать их подобие в искусственных системах, т.е. сделать их по-настоящему интеллектуальными. Такая цель исследований в области искусственного интеллекта тесно связывает их с достижениями психологии – науки, одной из задач которой является изучение интеллекта человека. В психологии сейчас активно развивается особое направление – когнитивная психология, исследования в котором направлены на раскрытие закономерностей и механизмов, связанных с процессами познавательной деятельности человека и которые интересуют специалистов в области искусственного интеллекта.
Другое направление психологии – психолингвистика также интересует специалистов в области искусственного интеллекта. Ее результаты касаются моделирования общения не только с помощью естественного языка, но и с использованием иных средств: жестов, мимики, интонации и т.п.
Кроме теоретических исследований активно развиваются и прикладные аспекты искусственного интеллекта. Например, робототехника занимается созданием технических систем, которые способны действовать в реальной среде и частично или полностью заменить человека в некоторых сферах его интеллектуальной и производственной деятельности. Такие системы получили название роботов.
Экспертная система – еще одно прикладное направление искусственного интеллекта. В отличие от других интеллектуальных систем, экспертная система имеет три главные особенности:
- она адаптирована для любого пользователя,
- она позволяет получать не только новые знания, но и профессиональные умения и навыки, связанные с данными знаниями, т.е. не только дает знать что..., но и знать как...,
- она передает не только знания, но и пояснения и разъяснения, т.е. обладает обучающей функцией.
От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы, как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое и станет более эффективным.
3. Программирование
Программирование как научное направление возникло с появлением вычислительных машин и только программное обеспечение определяет эффективность использования ЭВМ. В настоящее время это достаточно продвинутое направление информатики. В этой области работает значительный отряд специалистов, которые подразделяются на системных и прикладных программистов.
Основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного – разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример - общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные – системы обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных. В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.
Системные программисты являются, как правило, специалистами очень высокого уровня и разрабатывают системное программное обеспечение, которое включает в себя операционные системы, языки программирования и трансляторы. Операционные системы обеспечивают функционирование вычислительной техники и предоставляют пользователю комфортные условия взаимодействия с компьютером.
Языки программирования создаются для разработки прикладного программного обеспечения. Эти языки относятся к языкам высокого уровня, мнемоника и семантика которых близка к естественному языку общения людей.
Есть еще машинные языки, которые используются непосредственно в ЭВМ и которые состоят из последовательности машинных команд, закодированных в микропроцессорах. Для преобразования программ, написанных на языке высокого уровня, в программы на машинном языке используются специальные программы – трансляторы, которые также создаются системными программистами.
Прикладное или проблемно-ориентированное программирование ориентировано на разработку пользовательских программ для решении тех или иных задач в различных областях науки, техники, производства. Например, в образовании используются пакеты педагогических программных средств (ППС), в которые включаются обучающие и контролирующие программные средства в определенной предметной области.
4. Прикладная информатика
Достижения современной информатики широко используются в различных областях человеческой деятельности:
- в научных исследованиях (АСНИ – автоматизированные системы для научных исследований),
- в разработке новых изделий (САПР – системы автоматизированного проектирования),
- в информационных системах (АИС – автоматизированные информационные системы),
- в управлении (АСУ – автоматические системы управления),
- в обучении (АОС – автоматизированные обучающие системы).
Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, которые формируются с помощью специальных информационных средств (управленческих, медицинских, обучающих, военных, криминалистических и др.). Очевидно, что такие ИТ, как, например, управление (АСУП, АСУТП), проектные разработки (САПР) или криминалистика, имея общие черты, в то же время существенно различаются между собой. Разные операции и процедуры, различное оборудование, специализация критериев и показателей, разная степень замкнутости информационных контуров, даже разные информационные носители, т. е. разные информационные среды, - все это становится объектом изучения конкретных функциональных и отраслевых информатик. Так рождаются ветви прикладной информатики, обслуживающие создание проектирующих систем, экспертных систем, диагностических комплексов, управляющих и других функциональных систем. Возникли также отраслевые ветви информатики, обслуживающие информатизацию разных сфер социальной и экономической практики: промышленность, науку, медицину, связь и т.д. Поэтому наряду с теоретической информатикой развиваются ее конкретные ветви: экономическая информатика, медицинская информатика, военная информатика и др.
Следует подробнее остановиться на характеристике информационной системы. Информационная система – это взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Структурно ИС состоит из технического, математического, программного, информационного и организационного обеспечения. Техническое обеспечение – это комплекс технических средств (компьютеры, устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации, устройства передачи данных и линий связи и т.д.) и документация на них и на технологические процессы обработки данных.
Математическое и программное обеспечение - совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ. Информационное обеспечение – банк данных, блок расшифровки запросов и блок поиска. Организационное обеспечение – совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие пользователей с техническими средствами системы. Различные типы информационных систем приведены выше.
5. Вычислительная техника
Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне так называемой архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области – неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.
По признаку физической формы представления обрабатываемой информации различают аналоговые, цифровые и аналого-цифровые (гибридные) средства Вычислительной техники. В аналоговых средствах Вычислительной техники обработке подвергаются физические величины (токи, напряжения и другие), которые в определенном непрерывном диапазоне моделируют математические величины. В цифровых средствах Вычислительной техники обработке подвергаются цифровые (дискретные) коды математических величин. В аналого-цифровых (гибридных) средствах Вычислительной техники применяются обе указанные формы представления величин.
По степени универсальности в обработке информации средства Вычислительной техники подразделяются на машины общего назначения (универсальные) и специализированные. Первые служат для решения широкого класса задач, вторые - для решения узкого класса или даже единственной задачи. По степени автоматизации обработки информации различают вычислительные инструменты (линейки, счеты и тому подобные), приборы (планиметры, арифмометры, корреляторы и тому подобные) и машины. На современном этапе развития Вычислительной техники широко пользуются вычислительного машинами и их комплексами.
6. Кибернетика
Термин «кибернетика» (от греческого слова κυβερνητης, т.е. "кормчий") появился летом 1947 г. как результат обсуждения новой терминологии группой ученых во главе с Норбертом Винером, в течение ряда лет проводивших исследования в различных областях научных знаний (математической статистики, электросвязи, нейрофизиологии и др.), связанных с вопросами управления с помощью различного рода информационных сигналов.
В следующем году Н. Винер публикует монографию под названием «КИБЕРНЕТИКА или управление и связь в животном и машине». Идея «общей теории управления» получила подкрепление с появлением компьютеров, способных единообразно решать самые разные задачи. В 40-е годы наряду с идеей об универсальности схем управления в кибернетике развиваются и другие идеи: идея универсальной символики, идея логического исчисления. идея измерения информации через понятия вероятностной и статистической (термодинамической) теорий. Все эти и ряд других идей и направлений исследования так называемой «ничейной территории» между различными сложившимися науками впоследствии станут основой кибернетики, которую в свою очередь вберет в себя информатика после создания и развития компьютерной техники.
Наиболее активно развивается техническая кибернетика. В ее состав входит теория автоматического управления, которая стала теоретическим фундаментом автоматики. Трудно переоценить важность исследований в этой области. Без них невозможны были бы достижения в области приборостроения, станкостроения, атомной энергетики и других систем управления промышленными процессами и научными исследованиями.
Ведущее место в кибернетике занимает распознавание образов. Основная задача этой дисциплины – поиск решающих правил, с помощью которых можно было бы классифицировать многочисленные явления реальности, соотносить их с некоторыми эталонными классами. Распознавание образов – это пограничная область между кибернетикой и искусственным интеллектом, ибо поиск решающих правил чаще всего осуществляется путём обучения, а обучение, конечно, интеллектуальная процедура.
Еще одно научное направление связывает кибернетику с биологией. Аналогии между живыми и неживыми системами многие столетия волнуют учёных. Насколько принципы работы живых систем могут быть использованы в искусственных объектах? Ответ на этот вопрос ищет бионика - пограничная наука между кибернетикой и биологией. В свою очередь, нейрокибернетика пытается применить кибернетические модели в изучении структуры и действия нервных тканей.
Недавно возникло и еще находится в стадии оформления научное направление кибернетики – гомеостатика, изучающая равновесные (устойчивые) состояния сложных взаимодействующих систем различного типа. Это могут быть биологические системы, социальные системы, автоматические системы и др.
Наконец, математическая лингвистика занимается исследованием особенностей естественных языков, а также моделей (формальных грамматик), позволяющих формализовать синтаксис и семантику таких языков. Это направление весьма актуально в связи с развитием систем машинного перевода текстов с одних языков на другие.
Заключение
В настоящее время выделяют шесть составных частей информатики, представляющих информатику как теоретическую и прикладную отрасль знаний.
Теоретическая информатика – часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы, как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.
Искусственный интеллект - область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Основные направления разработок, относящихся к этой области, – моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие.
Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения.
Прикладная информатика изучает конкретные разновидности информационных технологий, которые формируются с помощью специальных информационных средств.
Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения, действия и проектирования вычислительных систем.
Основным объектом исследования в кибернетике являются так называемые кибернетические системы. Кибернетика существует независимо от наличия или отсутствия компьютеров. Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели управления объектами, хотя и очень активно использует все достижения компьютерной техники.
Список использованной литературы
1. Божно В.П., Брага В.В., Бубнова Н.Г. Информатика. – М.: Финансы и статистика, 2007. – 222 с.
2. Вьюхин В.В. Информатика и вычислительная техника. – М.: Проспект, 2008. – 286 с.
3. Каймин В.А. Информатика. – М.: Проспект, 2006. – 326 с.
4. Основы современных компьютерных технологий / Под ред. А.Д. Хомоненко. – СПб.: Корона-принт, 2008.
5. Танака Ю. Архитектура ЭВМ и искусственный интеллект. – М.: ЭКСМО, 2003. – 336 с.
