 |
|
Определение информатики. Структура предметных областей информатики.
Информа́тика (от информация и автоматика) — наука о методах и процессах сбора, хранения, обработки, анализа и оценки информации, обеспечивающих возможность её использования для принятия решений. Она включает дисциплины, относящиеся к обработке информации в вычислительных машинах и вычислительных сетях: как абстрактные, вроде анализа алгоритмов, так и конкретные, например разработка языков программирования и протоколов передачи данных.
Темами исследований в информатике являются вопросы: что можно, а что нельзя реализовать в программах и базах данных (теория вычислимости и искусственный интеллект), каким образом можно решать специфические вычислительные и информационные задачи с максимальной эффективностью (теория сложности вычислений), в каком виде следует хранить и восстанавливать информацию специфического вида (структуры и базы данных), как программы и люди должны взаимодействовать друг с другом (пользовательский интерфейс и языки программирования и представление знаний) и т. п.
Информатика делится на: теоретическую, практическую, техническую, прикладную и естественную информатику.
Теоретическая информатика — это научная область, предметом изучения которой являются информация и информационные процессы, в которой осуществляется изобретение и создание новых средств работы с информацией. Как любая фундаментальная наука, теоретическая информатика занимается созданием системы понятий, выявлением общих закономерностей, позволяющих описывать информацию и информационные процессы, протекающие в различных сферах (в природе, обществе, человеческом организме, технических системах).
Практическая информатика занимается инженерией программного обеспечения, т.е. разработками, начиная с идеи до готового программного обеспечения. Практическая информатика предоставляет также необходимые инструменты для разработки программного обеспечения (компиляторы).
Техническая информатика занимается аппаратной частью вычислительной техники, например основами микропроцессорной техники, компьютерных архитектур и распределенных систем. Таким образом, она обеспечивает связь с электротехникой. К примеру, в компьютерной архитектуре исследуются концепции построения компьютеров и здесь же определяется и оптимизируется взаимодействие микропроцессора, памяти и периферийных контроллеров. Ещё одним важным направлением технической информатики является связь между машинами, которая обеспечивает электронный обмен данными между компьютерами и, следовательно, представляет собой техническую базу для Интернета. Помимо разработки маршрутизаторов, коммутаторов и межсетевых экранов, к этой дисциплине относятся разработка и стандартизация сетевых протоколов, таких как TCP, HTTP или SOAP, для обмена данными между машинами.
Прикладная информатика объединяет конкретные применения информатики в тех или иных областях жизни, науки или производства (бизнес-информатика, геоинформатика, компьютерная лингвистика, биоинформатика, хемоинформатика и т.д.)
Естественная информатика — это естественнонаучное направление, изучающее процессы обработки информации в природе, мозге и человеческом обществе. Она опирается на такие классические научные направления, как теории эволюции, морфогенеза и биологии развития, системные исследования, исследования мозга, ДНК, иммунной системы и клеточных мембран, теория менеджмента и группового поведения, история и другие. Кибернетика, определяемая, как «наука об общих закономерностях процессов управления и передачи информации в различных системах, будь то машины, живые организмы или общество» представляет собой близкое, но несколько иное научное направление. Так же, как математика и основная часть современной информатики, оно вряд ли может быть отнесено к области естественных наук, так как резко отличается от них своей методологией. (Несмотря на широчайшее применение в современных естественных науках математического и компьютерного моделирования.)
2. Фазы развития информатики. Современная интерпретация компьютерной системы.
Существует множество разделений истории развития информатики, но мы рассмотрим лишь один из них:
Начальный этап предыстории информатики – освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стали специфическим социальным средством хранения и передачи информации.
Второй этап – возникновение письменности. На этом этапе резко возросли возможности хранения информации. Человек получил искусственную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство передачи информации. Кроме того, возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук. С этим же этапом, по всей видимости, связано и возникновение понятия «натуральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и пользовались той или иной системой счисления.
Третий этап – книгопечатание. Его можно смело назвать первой информационной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим, на этом этапе несколько повысилась доступность информации и точность ее воспроизведения (к тому же письменный источник – это часто один-единственный экземпляр, а печатная книга – это целый тираж экземпляров, где вероятность потери информации при хранении в разы меньше).
Четвертый (последний) этап предыстории информатики связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, а позднее и телевидение. Появились новые возможности получения и хранения информации – фотография и кино. К ним очень важно добавить разработку методов записи информации на магнитные носители (магнитные ленты, диски).
С разработкой первых ЭВМ принято связывать возникновение информатики как науки. Для такой привязки имеется несколько причин. Во-первых, сам термин «информатика» появился благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов). Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало такое важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации. Вся информация, вне зависимости от ее вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Так получилось, что компьютер в одной системе объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудиовизуальной (звук, изображение) информации.
На сегодняшний день информатика представляет собой комплексную научно-техническую дисциплину. Под этим названием объединен довольно обширный комплекс наук, таких, как кибернетика, системотехника, программирование, моделирование и др. Каждая из них занимается изучением одного из аспектов понятия информатики. Учеными прилагаются интенсивные усилия по сближению наук, составляющих информатику. Однако процесс их сближения идет довольно медленно, и создание единой и всеохватывающей науки об информации представляется делом будущего.
3. Объектно-ориентированный подход. Основные этапы построения моделей.
Объектно-ориентированный подход - это подход, основанный на использовании объектов и классов.
Итак, класс – это структура, которая что-то описывает. Его можно сравнить с чертежом. Чертеж – это просто бумажка с линиями и обозначениями. Сам по себе он ничего не может сделать и никакого физического объекта (кроме листа) он не представляет. Класс – то же самое - просто описание, а не физическое представление.
Объект – это уже конкретный экземпляр класса. По аналогии с чертежом, объект – это что-то физическое, сделанное на основе чертежа. У объекта есть конкретные характеристики (например, болт – длина, высота, ширина, материал и т.д.), но таких болтов может быть несколько (и все они могут иметь различные характеристики). Тем не менее, сделаны они по одному и тому же чертежу. Вывод: от одного класса может появиться множество объектов, а объект – это конкретный экземпляр класса.
У объекта могут быть и различные параметры, которые описывают (или задают) его состояние. Их называют свойствами. Свойство – это очень важное понятие в объектно-ориентированном подходе. Именно в свойствах сохраняются состояния созданных объектов. Свойства можно прочитать, либо установить (если взять указатель мыши как объект, то его свойством будет положение по оси X и Y, и эти свойства будут меняться при движении указателя).
Также у объектов существуют методы – процедуры и функции, которые реализуют какие-либо действия, которые можно выполнить над объектом (должны быть в описании класса), либо их может выполнять сам объект.
В объектно-ориентированном подходе существуют три основных постулата: инкапсуляция, наследование и полиморфизм:
Инкапсуляция – это скрытие от пользователя класса его внутренней структуры. «Общаться» с классом можно только с помощью открытых свойств и методов. Их называют интерфейсной частью класса. Обычно делают так: напрямую в свойства нельзя записывать значение, а можно лишь обратиться к соответствующему методу. Кроме того, если вы захотите поменять реализацию какого-нибудь метода, то вам можно будет это сделать просто оставив интерфейсную часть такой же, какой она была раньше.
Наследование реализует концепцию повторного использования кода. Именно с помощью наследования можно создать класс на основе уже существующего – создаваемый получает свойства и методы своего “родителя”. При необходимости можно расширить перечень существующих методов. Такое множество классов (родителей и потомков) очень четко отражает свойство реального мира и называется иерархией.
Полиморфизм – это процесс, при котором методам с одинаковым именем соответствует различный код. Всё будет зависеть от того, какой объект вызывает данный метод. При создании класса наследованием, с помощью полиморфизма вы можете переделать любой желаемый метод.
Моделью может быть абстрактный или физический объект, исследование которого позволяет познавать существенные черты другого объекта — оригинала. У каждого объекта есть множество свойств, но для каждого отдельного случая моделирования необходимо подбирать наиболее существенные (с точки зрения целей), которые должны быть отражены в модели (например в модели бумажного самолетика (чтобы можно было запускать и наблюдать, как он летает подобно настоящему самолёту) необходимо отразить корпус с носовой и хвостовой частью и крылья. Именно эти элементы конструкции и их взаимное расположение будут существенными признаками подобия. Но кассиру по продаже авиабилетов такая модель не подойдет - лучшей моделью самолёта будет являться план салона с такими признаками, как расположение рядов кресел, количество кресел в ряду, стоимость билета для каждого места, наличие свободных мест и т.д. Универсальных правил для определения наиболее существенных свойств нет).
Отсюда вытекают основные этапы моделирования:
1) Постановка цели моделирования
2) Анализ моделирования объекта и выделение всех его известных свойств
3) Анализ выделенных свойств с точки зрения цели моделирования и определение наиболее существенных
4) Выбор формы представления модели
5) Формализация
6) Анализ полученной модели на непротиворечивость
7) Анализ адекватности полученной модели объекта и цели моделирования