Возникновение и этапы становления информационных технологий 1 страница

Предисловие

Информационные технологии являются составной частью научного направления «Информатика» и базируются на ее достижениях. Информатизация как процесс перехода к информационному обществу сопровождается возникновением новых и интенсивным развитием существующих информационных технологий. Информация превращается в коммерческий ресурс, способствуя получению прибыли при внедрении информационных технологий во многие сферы человеческой деятельности. Возникают информационная экономика, новая информационная инфраструктура промышленности и социальной сферы, формируется информационная культура. Достижения информатики могут позитивно воздействовать на развитие общества при приоритетном развитии образования. Существует мнение, что преодоление современного кризиса мировой образовательной системы возможно на основе информатизации.

Зарубежный и российский опыт внедрения информационных технологий подтверждает их высокую экономическую эффективность для многих сфер применения. Ярким примером может служить организация дистанционного обучения на базе современных телекоммуникационных и информационных технологий. В настоящее время высшее образование США называют 100-миллиардным бизнесом, составляющим 2,7% валового национального продукта. Являясь одним из крупнейших экспортеров образовательных технологий, американцы ежегодно получают в казну 7млрд дол. В 2000 г. в США обучались 454 тыс. иностранных студентов, из которых 57% представляли Азию и лишь 15% — Европу. Эти результаты достигнуты в основном за счет широкого применения информационных технологий. Перспективными направлениями внедрения информационных технологий в образование можно считать: построение систем дистанционного обучения; разработку сетевых учебных курсов для всех форм обучения; развитие автоматизированных лабораторий удаленного доступа, основанных на использовании реального оборудования; создание виртуальных лабораторий, использующих различные методы моделирования и численного эксперимента; разработку доступных педагогу инструментальных средств.

3 /

Для России также характерен более высокий уровень внедрения информационных технологий в социальную сферу и, в том числе, в образование, что объясняется как управляемой информатизацией сверху (со стороны Министерства образования РФ), так и неуправляемой — снизу, инициатива реализации которой принадлежит педагогическим коллективам системы образования. На сегодня формирование кадров с высшим образованием в России регламентируется Перечнем направлений подготовки дипломированных специалистов и специальностей высшего профессионального образования, включающим 95 направлений подготовки бакалавров (магистров), 10 групп специальностей, 87 направлений подготовки дипломированных специалистов. При этом из общего числа специальностей высшего профессионального образования 480 сформировано в области техники и технологии: 81 направление с 289 специальностями. Причем им соответствует 41 направление бакалавриата (магистратуры).

Обучение кадров в области современных информационных технологий осуществляется по 4 направлениям подготовки бакалавров(магистров), 8 направлениям подготовки дипломированных специалистов (1 направление в области лингвистики и информациологии с 1 специальностью и 7 направлений в области техники и технологии с 15 специальностями), по группе специальностей070000 в области информационной безопасности (4 из 6 специальностей) и по 5 отдельным специальностям, отнесенным к различным группам (в том числе и междисциплинарной). Следует отметить недостаточное число специальностей, по которым осуществляется подготовка разработчиков информационных технологий по сравнению со специальностями по подготовке пользователей. Системными, с этой точки зрения, можно считать направления подготовки дипломированных специалистов 654600 «Информатика и вычислительная техника» и 654700 «Информационные системы».

Базовой дисциплиной общепрофессиональной подготовки для этих направлений является дисциплина «Информационные технологии», учебник по которой авторы и предлагают вниманию читателей. С целью более глубокого изучения моделей, методов и средств информационных технологий читатель может обратиться к списку литературы, приведенному в книге.

Авторы благодарны заслуженному деятелю науки РФ, д-ру техн. наук, проф. B.C. Шибанову, взявшему на себя труд по рецензированию учебника и сделавшему ценные замечания, способствовавшие улучшению его содержания.

Замечания и пожелания по содержанию книги направлять по адресу: 127994, Москва, ГСП4, Неглинная ул., д. 29/14, издательство «Высшая школа».

4 /

ВВЕДЕНИЕ

Информатика, как научное направление, приобретает в подготовке специалистов разных уровней фундаментальный характер, являясь основой изучения ряда общепрофессиональных и специальных дисциплин. Наступивший век, предсказанный Р. Винером как век информатики, будет завершающим при переходе человечества к информационному обществу. Сфера информатики становится доминирующей в деятельности человека, потребляя уже в настоящее время большую долю трудовых ресурсов, чем материальная. Информационный ресурс приобретает коммерческий характер. Получает развитие новый вид услуг — информационный. Однако для большинства стран, в том числе и для России, пока характерно преобладание числа телекоммуникационных услуг над информационными. В 2000 г. число пользователей Интернета в мире составило, по некоторым оценкам, 250 млн, число персональных компьютеров — 560 млн, число разработанных учебных курсов— 80000, а число webстраниц в 2001 г. превысило численность населения Земли и составило более 6 млрд. Развивается рынок телекоммуникационных услуг и в России: если в 2000 г. число пользователей Интернета составляло 2,5 млн человек, то в 2010 г. оно возрастет до 26,1 млн. Таким образом видно, что телекоммуникационные услуги уже органично вписались в жизнь современного человека. Более сложные проблемы возникают с применением информационных услуг, которые еще не являются востребованными обществом в полном объеме, хотя их количество и качество непрерывно возрастают за счет интенсивного создания новых и развития существующих информационных технологий. Внедрение информационных технологий требует подготовки как пользователей, так и разработчиков, но для всех обучаемых необходимо:

• знать базовые информационные процессы, структуру, модели, методы и средства базовых и прикладных информационных технологий, методику создания, проектирования и сопровождения систем на базе информационной технологии;

• уметь применять информационные технологии при решении функциональных задач в различных предметных областях, а также при разработке и проектировании информационных систем;

5 /

• иметь представление об областях применения информационных технологий и их перспективах в условиях перехода к информационному обществу.

Следует отметить, что образование в области информационных технологий необходимо также и для специалистов других направлений подготовки для формирования новой информационной культуры человека будущего общества. Такое образование возможно лишь при наличии специалистов профессионалов в области информатики, на подготовку которых в основном и рассчитан предлагаемый учебник. Эти специалисты являются востребованными в России и за рубежом. Например, в Германии доля профессионалов, не имеющих квалификации в области информатики, снизилась с 95% в 1970 г. до 36% в 2000 г. Профессионалы в сфере информационных технологий (специалисты компьютерщики) в1970 г. составляли всего 0,5% населения, занятого профессиональным трудом, а в 2000 г. их доля — 4%. Профессионалы, компетентные в применении средств информатики в эти годы, составляли соответственно 3 и 40%.

В Российской высшей школе подготовка дипломированных специалистов профессионалов в области информационных технологий осуществляется по ряду направлений, из которых наиболее глубоко реализуется по направлениям 654600 «Информатика и вычислительная техника» и 654700 «Информационные системы». Студентам, обучающимся по специальностям этих направлений, в основном и предназначен данный учебник. Учебник соответствует программе дисциплины «Информационные технологии» и состоит из восьми глав. В первой главе последовательно раскрыты причины возникновения и этапы становления информационных технологий, даны фундаментальные определения информации, ее количественные и качественные оценки, поставлена проблема превращения информации в ресурс. Вторая глава посвящена стратегии перехода в информационное общество. Авторы проводят мысль о необходимости применения информационных технологий на всех этапах эволюции общества, что подтверждается современным состоянием и прогнозом перехода к информационному обществу. Сформулированы этапы перехода и дана их характеристика. Третья глава вводит студента в научное направление — информатику, составной частью которой являются информационные технологии, рассматриваемые авторами как система. Определены основные понятия и задачи информационной технологии, приведены этапы эволюции. В четвертой главе раскрыты базовые информационные процессы, входящие в состав информационных технологий. Для

6 /

каждого из рассматриваемых процессов, таких как извлечение информации, ее транспортирование, обработка, хранение, представление и использование, дана подробная характеристика с описанием их моделей и современного состояния. Непосредственно содержанию информационных технологий посвящены пятая и шестая главы книги. В пятой главе детально раскрываются базовые информационные технологии, к которым отнесены: мультимедиа, технологии, геоинформационные, технологии защиты информации, CASE технологии, телекоммуникационные, технологии искусственного интеллекта. В шестой главе авторами осуществлен анализ прикладных информационных технологий, в состав которых включены: информационные технологии организационного управления автоматизированного проектирования, информационные технологии в промышленности и экономике, в образовании. Наряду с содержанием каждой технологии рассмотрены модели, методы и средства. Особое внимание уделено современным и перспективным типовым стандартным технологическим и инструментальным средствам, которые полезно применять в различных сферах деятельности. Седьмая глава посвящена информационной технологии построения систем, что особо актуально для обучения профессионалов разработчиков. Приведены основы системного подхода, адаптированные к задачам построения информационных систем. Раскрыты стадии их разработки. Особое внимание уделено наиболее трудно формализуемому этапу—формированию модели предметной области. Приведена методика построения информационных систем с оценкой их качества. Непрерывное совершенствование существующих и возникновение новых информационных технологий невозможно без развития их инструментальной базы, чему и посвящена восьмая глава. В учебнике дан анализ и приведены рекомендации по использованию программных, технических и методических средств информационных технологий. Это позволит читателю сориентироваться на сложившемся рынке вычислительной и сетевой продукции с учетом изложенных в книге мировых стандартов, а также самостоятельно выявить тенденции развития и перспективы информационных технологий и информатики в целом. Методически учебник включает контрольные вопросы по каждой главе, что даст возможность студенту проверить качество усвоения материала. Информационные технологии изложены в учебнике таким образом, что они могут быть реализованы читателем как перспективное средство поддержки конкретного вида деятельности, как объект разработки и как технологии разработки информационных систем. Это позволяет использовать предлагаемый

7 /

учебник при подготовке дипломированных специалистов разных квалификаций в высших учебных заведениях различных профилей. Освоение информационных технологий обществом должно способствовать улучшению качества жизни каждого человека. Информационное общество — очередная ступень развития человечества, на которой возникает новая среда обитания человека, опирающаяся на информационные технологии. Авторы надеются, что данный учебник будет не только способствовать повышению качества подготовки специалистов, но будет также полезен всем читателям, интересующимся современным состоянием информационного общества и перспективами перехода к нему.

8 /

Глава 1

Возникновение и этапы становления информационных технологий

В процессе своего развития человечество в любой сфере деятельности последовательно проходило стадии от ручного кустарного труда до высокотехнологичного промышленного производства. В первую очередь усилия были направлены на облегчение физического труда, а информационная сфера долгие годы была уделом умственного труда человека и с каждым годом требовала большего количества трудовых ресурсов. Появление ЭВМ и сетей передачи данных способствовало революционным процессам в области информатизации и позволило перейти на промышленный уровень технологий и инструментальных средств.

На основе информационных технологий решается задача автоматизации информационных процессов. Информация, как продукт информационных технологий, в значительной степени структурируется и формируется в виде знаний. В любой предметной области, а также в обществе в целом, выделяется как самостоятельный компонент, информационный ресурс, приобретающий материальный характер.

1.1. ОБЩЕСТВО И ИНФОРМАЦИЯ

Отличительной чертой человеческого общества является то, что в течение длительного времени основным предметом труда оставались материальные объекты. Воздействуя на них, человек добывал себе средства к существованию, и на протяжении многих веков решалась задача усиления мускульных возможностей человека с помощью различных инструментов, агрегатов и машин. На это была направлена механизация производства, которую стали интенсивно внедрять в начале XX в. Развитие человеческого общества практически на всех этапах проходило на основе технического прогресса. Это—и овладение огнем, и использование паровых машин, и проникновение в тайны атомной энергии, и т.п. Повышению производительности труда способствовала автоматизация. В процессе фор-

9 /

мирования трудовых коллективов возникла необходимость обмена знаниями. Первоначально знания передавали устно из поколения в поколение; появление письменности позволило по новому показать накопленные знания—представить их в виде информации. Предполагают, что между первыми инструментами обработки материальных объектов и средствами отображения информационных образов существовал временной интервал около миллиона лет. Таким образом, появление информации является естественным следствием развития человеческого общества.

В настоящее время информация—один из самых дорогих видов ресурсов. Это проявляется в тенденции стремительного перекачивания трудовых ресурсов из сферы материального производства в информационную. Например, в США в конце XIX в. свыше 95%трудоспособного населения было занято физическим трудом и только менее 5% — работой по обработке информации. Сегодня мы наблюдаем картину соотношения трудовых ресурсов с точностью до наоборот. В 40х годах XX в. экстенсивный фактор как средство преодоления разрыва между потребностями и возможностями обработки информации себя исчерпал. Это явилось толчком к созданию новых средств обработки информации—ЭВМ и переходу к интенсивному развитию информационной индустрии.

Создание информационного общества—политическая, экономическая и культурная цель большинства субъектов экономики. Движение к этой цели стимулируется национальными стратегическими программами, программами развития и большим числом других инициатив. Ведутся тысячи международных, национальных, региональных и местных проектов. Формирование информационного общества является наиболее привлекательным и многообещающим направлением деятельности в сегодняшние бурные времена.

Концепция информационного общества довольно абстрактна. Она упоминается уже более 20 лет в национальных программах, таких как «инфодеревни» в Японии, и telematics во Франции. Различные субъекты мировой экономики уже находятся на третьей стадии развития информационного общества. Первые концепции были по своей сути футуристическими и ориентированными на технологии доставки информации. Затем быстрое развитие информационных и коммуникационных технологий коренным образом изменило различные виды бизнеса и услуг — появилось «общество информационных технологий». Темы современных дискуссий сосредоточены вокруг информационного содержания, сердца информационного общества. Теперь это не только техническая или эко-

10 /

комическая проблема, но также культурный и социальный вопрос, часть каждодневной жизни.

В процессе движения мирового сообщества к экономике, основанной на информации, телекоммуникации и информационные технологии быстро изменяются. В развитии телекоммуникаций все более полагаются на участие частных лиц и конкуренцию. Обработка информации играет все большую роль во всех секторах экономики как развитых, так и развивающихся стран. Разработаны новые средства сжатия данных. Технологии оптоволоконной и беспроводной связи постоянно совершенствуются. Стоимость услуг связи падает так быстро, что в пределах последующих 20 лет обмен информацией, возможно, станет практически бесплатной услугой. Переход к технологиям цифровой связи приводит к сближению служб передачи, распространения информации и других информационных служб и открывает перспективы глобальных сетей, доступных благодаря одному движению пальца. Для появляющихся экономических систем эти изменения открывают волнующие возможности. Новые технологии позволяют странам преодолевать различные препятствия на пути к развитию. Например, система дистанционного образования может стать жизнеспособным дополнением к его традиционным методам. Современная информационная инфраструктура может привести к «концу географии» и позволить изолированным государствам, которые зачастую являются беднейшими, принимать участие в экономических процессах. Финансирование и право собственности в информационной структуре становятся привлекательными для частного сектора, снижая таким образом бремя ее финансирования для общественного сектора.

1.2. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ, ЕЕ ВИДЫ

В настоящее время при обсуждении проблем информации существуют три точки зрения. Первая отождествляет понятие «информация» со знанием. Хотя данный подход широко критикуется в отечественной литературе, во многих научных трудах он имеет место. Вторая точка зрения ограничивает предметную область понятия «информация» социальными и биологическими процессами,отвергая существование информационных процессов в неорганической природе. Третья точка зрения, широко используемая в настоящее время, связана с атрибутивным понятием информации.Впервые атрибутивное понятие информации было сформулирова

П

¶но Н. Винером, полагавшим, что все явления в природе охватываются тремя основными понятиями: вещество, энергия, информация. В отличие от Н.Винера, не рассматривавшего взаимосвязь этих компонентов, многие современные авторы тесно увязывают их и рассматривают как единую систему.

Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio»—разъяснение, изложение, осведомленность. Понятие информации должно быть связано с определенным объектом, свойства которого она отражает. Кроме того, наблюдается относительная независимость информации от носителя, поскольку возможны ее преобразование и передача по различным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов независимо от ее содержания, т.е. семантики, что и явилось центральным вопросом многих исследований, в том числе и в области философии. Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного либо вычислительного эксперимента, а также на основе логического вывода. Поэтому говорят о доопытной, или априорной информации и послеопытной, т.е. апостериорной, полученной в итоге эксперимента.

При обмене информацией имеют место источник в виде объекта материального мира и приемник—человек либо какой-то материальный объект. Информация возникает за счет отражения, которое является свойством всей материи, любой материальной системы. Свойство отражения совершенствуется по мере развития материи от элементарного отражения до высшей его формы—сознания. Процесс отражения означает взаимодействие объектов материального мира.

Информация—результат отражения. Информация отображает некоторый образ реального мира, который в дальнейшем может существовать независимо от материального объекта. Действительно, для описания естественных либо искусственно созданных объектов используют информационные модели, которые далее могут быть исходным материалом для разработки систем. Очень важно, чтобы эти модели были адекватны реальным объектам. Любое исследование сопровождается большим объемом информации, которая требует обработки, представления и использования зачастую в реальном масштабе времени. Таким образом, понятие информации предполагает наличие двух объектов—источника информации и потребителя. Важно, чтобы информация для потребителя имела смысл. Потребитель информации может ее оценивать в зависимости от того, где и для какой конкретной задачи информация ис-

12 /

пользуется. Поэтому выделяют такие аспекты информации, как прагматический, семантический и синтаксический.

Прагматический аспект связан с возможностью достижения поставленной цели с использованием получаемой информации. Этот аспект информации влияет на поведение потребителя. Если информация была эффективной, то поведение потребителя меняется в желаемом направлении, т.е. информация имеет прагматическое содержание. Таким образом, этот аспект характеризует поведенческую сторону проблемы.

Семантический аспект позволяет оценить смысл передаваемой информации и определяется семантическими связями между словами или другими смысловыми элементами языка.

Синтаксический аспект информации связан со способом ее представления. В зависимости от реального процесса, в котором участвует информация (осуществляется ее сбор, передача, преобразование, отражение, представление, ввод или вывод), она представляется в виде специальных знаков, символов.

Виды информации. Все виды деятельности человека по преобразованию природы и общества сопровождались получением новой информации. Логическая информация, адекватно отображающая объективные закономерности природы, общества и мышления, получила название научной информации. Ее делят по областям получения или использования на следующие виды: политическая, техническая, биологическая, химическая, физическая и т.д.; по назначению—на массовую и специальную. Часть информации, которая занесена на бумажный носитель, получила название документальной информации. Любое производство при функционировании требует перемещения документов, т. е. возникает документооборот. Наряду с научной информацией в сфере техники при решении производственных задач используется техническая информация. Она сопровождает разработку новых изделий, материалов, конструкций, агрегатов, технологических процессов. Научную и техническую информацию объединяют термином научно-техническая информация.

Верхним уровнем информации как результата отражения окружающей действительности (результата мышления) являются знания. Знания возникают как итог теоретической и практической деятельности. Информация в виде знаний отличается высокой структуризацией. Это позволяет выделить полезную информацию при анализе окружающих нас физических, химических и прочих процессов и явлений. На основе структурирования информации формируется информационная модель объекта. По мере развития

¶общества информация как совокупность научно-технических данных и знаний превращается в базу системы информационного обслуживания научно-технической деятельности общества.

С развитием общества возникает необходимость целесообразной организации информационного ресурса, т.е. концентрации имеющихся фактов, данных и знаний по направлениям науки и техники. Признание информации как ресурса и появление понятия информационный ресурс дало толчок развитию нового научного направления—информатики. Информатика как область науки и техники связана со сбором и переработкой больших объемов информации на основе современных программно-аппаратных средстввычислительной техники и техники связи.

Важным аспектом информации является ее главенствующаяроль в процессе управления.

Круг объектов управления чрезвычайно широк и разнообразен:экономика, территория, социальная сфера, производство, научныйэксперимент, образование и др.

При анализе процесса управления ввиду сложности объектаосуществляют его расчленение на части по различным признакам.Одним из главных признаков является вид иерархии. Характерныследующие виды иерархии: временная, пространственная, функциональная, ситуационная и информационная. Следует отметить,что деление какойлибо системы на части не может быть однозначным, так как выделение границ между частями является всегда вкакойлибо мере субъективным. Выбор того или иного принципавыделения составных частей должен удовлетворять следующим основным условиям: обеспечивать их максимальную автономность;учитывать необходимость координации их действий для достижения общей цели функционирования, а также совместимость отдельных частей.

Временная иерархия. Признаком деления здесь является интервал времени от момента поступления информации о состоянииобъекта управления до момента выдачи управляющего воздействия.Чем больше интервал, тем выше уровень (ранг) элемента. Управление может осуществляться в реальном времени с интервалом, равным суткам, декаде, месяцу, кварталу и т.д. Причем управляющийинтервал выбирается не произвольно, а исходя из критериев, определяющих устойчивость и эффективность функционирования всейсистемы.

Пространственная иерархия. Признаком деления здесь являетсяплощадь, занимаемая объектом управления. Чем больше площадьобъекта, тем выше его ранг. Данный признак является субъектив

ным, так как не всегда площадь, занимаемая объектом, соответствует'ее значимости, и ее можно использовать в случае аналогичности параметров элементов одного уровня.

функциональная иерархия. В ее основе лежит функциональнаязависимость (подчиненность) элементов системы. Такое разделение также является субъективным, так как в этом случае трудновыделить границы между элементами системы.

Ситуационная иерархия. Деление на уровни в данном случаеосуществляется в зависимости от эффекта, вызываемого той илииной ситуацией, например, от ущерба, возникающего в результатеаварии или выхода из строя оборудования.

Информационная иерархия. В настоящее время этот вид иерархии является очень существенным в связи с возросшим значениеминформации для управления. В основе деления на уровни лежитоперативность и обновляемость информации. Именно через этихарактеристики прослеживается иерархия информации по уровнямуправления предприятием.

На первом уровне хранится и обрабатывается повторяющаяся,часто обновляющаяся информация, необходимая для повседневнойдеятельности, т.е. для оперативного управления. Следующий уровень составляет информация более обобщенная, чем оперативная,и используемая не так часто. Информация группируется по функциональным областям и применяется для поддержки принятия решения по управлению производством. На верхнем уровне хранитсяи обрабатывается стратегическая информация для долгосрочногопланирования. Для нее характерны высокая степень обобщенности, неповторяемость, непредсказуемость и редкое использование.

В общем виде функциональная модель процесса управленияпредставлена на рис. 1.1. Учет информации об объекте управлениясостоит в регистрации, классификации и идентификации. На основе разнообразных математических моделей, описывающих реальное и требуемое состояние объекта, и критериев оптимальностианализируют информацию о состоянии объекта управления. Окончательная модель прогнозируемого состояния объекта управленияформируется в виде плана. Возникающие за счет внешних воздей

Рис. 1.1. Функциональная модель процесса управления

¶ствий отклонения от плана корректируют путем сравнения учетнойи плановой информации, нового анализа и формирования управляющих воздействий (регулирования).

В большинстве случаев при информационном анализе процессауправления обычно рассматривают пассивную форму проявленияинформации, отражающую свойства внешней среды, объектауправления и самой управляющей системы. Однако не менее важное значение имеет и активная форма информации, являющаясяпричиной изменения состояния управляемого объекта.

Принято выделять следующие качественно различимые формыпроявления информации: осведомляющую /ос, преобразующую /„,принятия решения /пр и управляющую /у.

К осведомляющей относят информацию о состоянии внешнейсреды, объекта управления и управляющей системы. Преобразующая включает информацию, содержащуюся в алгоритмах управления. Информация принятия решения является отражением образови целей на конечное множество принимаемых решений.Управляющей является информация, вызывающая целенаправленное изменение состояния объекта управления.

В любой системе управления можно выделить два информационных канала: целевой и рабочий. В целевом канале на основе информационных процессов происходит выбор цели и принятие решения по выбору управляющего воздействия. В рабочем каналеформируется информация, реализуемая исполнительным органом,осуществляющим целенаправленное изменение состояния объектауправления через вещественноэнергетические характеристики.Целевой канал может находиться как на одном уровне иерархии срабочим, так и на более высоком. На рис. 1.2 представлена информационная структура системы управления, где выделены целевой ирабочий каналы, а также приведены основные формы проявленияинформации.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: