Информатика: понятие, история возникновения и развития

Информатика является фундаментальной научной дисциплиной, изучающей общие свойства информации, а также методы и средства ее получения, хранения, передачи и обработки с помощью вычислительной техники.

Возникновение информатики как науки относится к середине XX века и связано с появлением первых электронных вычислительных машин. Однако истоки информатики уходят значительно дальше в прошлое, ведь еще задолго до изобретения компьютеров ученые занимались вопросами алгоритмизации, логики, передачи информации.

В настоящее время информатика пронизывает практически все сферы человеческой деятельности. Ее достижения лежат в основе современных информационных технологий, без которых уже невозможно представить функционирование общества.

История зарождения информатики

Информатика как наука зародилась в середине XX века на стыке математики, электротехники и кибернетики. Однако ее истоки уходят значительно глубже в историю человечества.

Еще в древности люди пытались систематизировать накопленные знания и разрабатывали различные способы передачи информации, в том числе при помощи условных знаков и символов. Создание письменности, а затем и книгопечатания можно рассматривать как важнейшие вехи на пути становления информатики.

В XVII веке французский математик и философ Блез Паскаль сконструировал первую механическую счетную машину, положив начало развитию вычислительной техники. В XIX веке английский математик Чарльз Бэббидж разработал проект аналитической машины – первого в истории компьютера с программным управлением.

Однако по-настоящему информатика сформировалась как самостоятельная научная дисциплина лишь в 40-50-х годах XX века после создания первых электронных вычислительных машин.

Важнейшие вехи в становлении информатики:

• 1937 г. – создание первого полностью электронного компьютера в США
• 1940-е гг. – разработка теории информации К. Шенноном
• 1956 г. – проведение конференции в Дартмутском колледже, на которой впервые прозвучал термин «искусственный интеллект»
• 1957 г. – введение термина «информатика» немецким ученым К. Штейнбухом
• 1962 г. – предложение терминов «информатика» и «информология» российским ученым А.И. Харкевичем

Таким образом, понятие «информатика» было введено практически одновременно в разных странах для обозначения новой научной дисциплины, связанной с автоматической обработкой информации при помощи компьютеров. По мере развития вычислительной техники информатика интенсивно развивалась, вбирая в себя методы математики, лингвистики, теории управления, психологии и многих других наук.

У истоков информатики стояли такие выдающиеся ученые, как Норберт Винер, Джон фон Нейман, Клод Шеннон, Алан Тьюринг. Их труды заложили прочный фундамент новой науки об информации и информационных процессах.

Огромную роль в становлении информатики как науки сыграли и советские ученые. В 1948 г. была создана первая на европейском континенте электронная вычислительная машина. Разработкой компьютеров и их применением занимался выдающийся советский математик С.А. Лебедев.

Большой вклад в развитие информатики внес А.П. Ершов – автор первого школьного учебника по основам программирования и вычислительной техники. Под его руководством в Сибири были созданы научные школы мирового уровня.

Основные понятия и определение информатики

Информатика – это наука о закономерностях протекания информационных процессов в системах различной природы, о методах, средствах и технологиях автоматизации информационных процессов. Основными объектами изучения в информатике являются информация и информационные процессы.

Под понятием информатики понимается систематизированный набор знаний, методов и средств по сбору, хранению, обработке, передаче информации с помощью вычислительных машин и компьютерных сетей.

Информатика тесно связана с другими науками и опирается на их достижения. В частности, теория информации, разработанная К. Шенноном, послужила одной из основ для становления информатики. Математическая логика и теория алгоритмов также являются важной составляющей информатики.

Основные понятия информатики:

• Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний.
• Информационный процесс – процесс, связанный с хранением, преобразованием и передачей данных.
• Информационная технология – совокупность методов, способов и средств автоматизации информационных процессов.
• Информационная система – система, предназначенная для хранения, обработки и выдачи информации пользователю.
• Алгоритм – точное предписание исполнителю совершить последовательность действий для решения любой задачи из определенного класса задач за конечное число шагов.
• Программа – набор инструкций, описывающих порядок действий исполнителя для решения конкретной задачи.

Таким образом, информатика изучает закономерности протекания информационных процессов, разрабатывает эффективные методы представления, хранения и обработки информации с использованием компьютеров и других технических средств.

Информатика тесно связана с такими дисциплинами и направлениями, как:

• математика
• кибернетика
• теория информации
• теория алгоритмов
• программирование
• вычислительная техника

Прикладная информатика занимается автоматизацией информационных процессов в различных предметных областях – экономике, медицине, биологии и др. Таким образом, информатика охватывает широкий круг вопросов – от изучения фундаментальных основ информационных процессов до практических аспектов обработки данных с использованием компьютеров.

Значение информатики для развития науки и техники

Информатика оказывает огромное влияние на развитие современной науки и техники. Практически не осталось областей человеческой деятельности, которые не испытывали бы на себе воздействия информационных технологий.

Во-первых, информатика предоставляет ученым мощный инструментарий для проведения исследований. Создание математических моделей, компьютерное моделирование различных процессов и явлений, обработка больших массивов данных, визуализация результатов – все это стало возможным благодаря методам информатике.

Компьютеры и IT-технологии применяются практически во всех областях науки: физике, химии, биологии, медицине, экономике, лингвистике, искусственном интеллекте и многих других. Информатика позволяет ученым оперативно обмениваться данными и результатами исследований, использовать распределенные вычислительные ресурсы.

Во-вторых, информатика оказывает значительное технологическое воздействие, ведь компьютеры и IT проникли практически во все сферы человеческой деятельности – от быта до космических исследований.

Персональные компьютеры, смартфоны, планшеты, «умные» бытовые приборы, роботы, беспилотные автомобили, промышленные комплексы с числовым программным управлением – все это плоды развития информатики и информационных технологий за последние десятилетия.

Глобальные компьютерные сети обеспечивают мгновенный обмен любыми видами информации в цифровом виде, доступ к огромным массивам данных, оперативную коммуникацию между людьми.

Особую роль информатика играет в развитии телекоммуникаций – этой важнейшей отрасли современной инфраструктуры. Разработка стандартов цифровой связи, протоколов передачи данных, алгоритмов сжатия информации, методов повышения помехоустойчивости и скорости – вот далеко не полный перечень задач, которые решает информатика в этой области.

Вычислительная техника и программное обеспечение являются, пожалуй, самыми яркими примерами практического приложения достижений информатики. Развитие архитектуры компьютеров, повышение быстродействия процессоров и емкости накопителей, создание удобных и функциональных операционных систем и прикладных программ – все эти ключевые тренды определяются новейшими разработками в области информатики.

Таким образом, значение информатики для современной науки и технологий трудно переоценить. Фактически информатика пронизывает все сферы научно-технического прогресса и является одним из важнейших факторов развития постиндустриального информационного общества.

Воздействие достижений информатики на науку и технику проявляется в нескольких аспектах:

• Предоставление мощного инструментария для научных исследований в самых различных областях
• Создание и развитие новейших технологий на основе компьютеров и IT
• Кардинальное ускорение научно-технического прогресса благодаря широкому внедрению информационных технологий

Можно с уверенностью утверждать, что роль информатики в современном мире будет только возрастать. Уже сегодня появляются такие инновационные направления, как интернет вещей, искусственный интеллект, облачные вычисления, большие данные, блокчейн и многие другие – все это результаты новейших исследований в области информационных технологий.

Прикладные аспекты информатики

Наряду с решением фундаментальных проблем, информатика имеет и важнейшие прикладные аспекты, связанные с созданием конкретных информационных технологий и их внедрением в самых разных сферах человеческой деятельности.

Понятие информатики охватывает обширный круг прикладных задач – от разработки аппаратных и программных средств обработки данных до проектирования корпоративных и государственных информационных систем, автоматизирующих те или иные процессы.

Важнейшие направления прикладной информатики:

• Создание аппаратных средств для хранения, обработки и передачи информации (компьютеры, серверы, периферийные устройства)
• Разработка программного обеспечения (операционные системы, прикладные программы, мобильные и веб-приложения)
• Проектирование и внедрение корпоративных информационных систем, автоматизирующих бизнес-процессы
• Создание государственных информационных систем (базы данных, системы электронного правительства и т.д.)

Конкретные области применения информационных технологий весьма разнообразны. Особенно активно информатизация происходит в таких сферах как:

• Финансы и экономика
• Промышленность
• Торговля
• Маркетинг
• Медицина
• Образование
• Наука
• Культура и искусство

Рассмотрим некоторые примеры прикладного использования информационных технологий.

В экономике и финансах информатика находит все более широкое применение. Активно внедряются корпоративные информационные системы, автоматизирующие планирование ресурсов предприятия, управление финансами, логистику, взаимодействие с клиентами.

Электронные биржевые торги, интернет-банкинг, электронные платежные системы кардинально меняют финансовую сферу. Применение методов интеллектуального анализа данных (Data Mining) позволяет прогнозировать экономическую конъюнктуру, выявлять мошенничества.

В промышленности информационные технологии лежат в основе автоматизации проектирования и производства. Системы автоматизированного проектирования позволяют создавать и моделировать новые изделия. Станки с ЧПУ, роботизированные комплексы – это тоже плоды развития информатики.

Интенсивно информатизируется и сфера услуг – магазины и рестораны, гостиницы и развлекательные центры. Повсеместно используются сканирование штрих-кодов, электронные меню, сенсорные панели для заказов, информационные киоски для клиентов.

Огромную роль играет применение IT-технологий в медицине. Автоматизированные системы ведения электронных медкарт, диагностическое оборудование на основе цифровой обработки изображений, «умные» протезы и импланты, телемедицина, роботизированная хирургия – лишь некоторые примеры использования последних достижений информатики и электроники в здравоохранении.

Таким образом, области практического приложения информационных технологий необычайно разнообразны и охватывают все сферы человеческой деятельности. Информатизация экономики и социальных институтов является одним из определяющих трендов развития постиндустриального информационного общества, основанного на знаниях и инновациях.

Информатика и программирование

Программирование и информатика – две тесно взаимосвязанные, но не тождественные области. Их различия в понимании этих терминов важно учитывать.

Информатика как наука значительно шире программирования. Понятие информатики включает изучение фундаментальных основ информации и информационных процессов, разработку эффективных алгоритмов решения задач, создание различных информационных технологий.

В то же время программирование сосредоточено на прикладных аспектах – разработке программного кода для реализации поставленных алгоритмов и решения конкретных задач. Таким образом, если информатика занимается изучением общих информационных процессов, то программирование решает частные задачи создания определенных программ.

Вместе с тем, информатика и программирование теснейшим образом взаимосвязаны. В частности, языки и методы программирования опираются на достижения теоретической информатики в области алгоритмизации, структур данных, формальных грамматик.

С другой стороны, именно языки и инструменты программирования позволяют реализовывать на практике разработанные в информатике абстрактные модели и алгоритмы.

Таким образом:

• Информатика дает теоретические основы, модели и алгоритмы для решения информационных задач
• Программирование реализует эти модели и алгоритмы в виде работающих программ

Поэтому в современной информатике программирование играет ключевую роль как инструмент практической реализации новых информационных технологий.

Вместе с тем неправильно сводить информатику только к программированию. Помимо него, информатика включает:

• Теорию информации
• Исследование информационных процессов
• Разработку эффективных алгоритмов решения задач
• Создание методов представления и хранения данных
• Изучение архитектуры компьютеров и вычислительных систем

Таким образом, программирование является важным, но не единственным разделом информатики. Комплексный характер информатики подразумевает синтез достижений в области теоретической и прикладной информатики, математики, электроники, лингвистики, психологии и других наук.

Информатика и искусственный интеллект

Одним из важнейших направлений в современной информатике являются исследования в области искусственного интеллекта (ИИ). Информатика и ИИ – это тесно взаимосвязанные научные дисциплины, которые активно развиваются в последние десятилетия.

Под понятием информатики понимается наука об информации, методах ее сбора, хранения и обработки, в том числе с использованием компьютеров. Одна из ключевых задач информатики – создание интеллектуальных информационных систем, способных решать сложные проблемы.

Искусственный интеллект представляет собой область информатики, занимающуюся разработкой компьютерных систем, которые могут выполнять творческие функции, традиционно считающиеся прерогативой человека.

К таким функциям относят способность обучаться, понимать язык, рассуждать логически, планировать, решать проблемы, манипулировать объектами и т.д. Цель создания ИИ – разработка машин, которые могут мыслить как человек и эффективно взаимодействовать с окружающим миром.

Таким образом, между информатикой и ИИ существует тесная концептуальная и методологическая связь:

• Информатика создает теоретическую базу для разработки технологий ИИ
• ИИ призван решить одну из ключевых задач информатики - создание интеллектуальных компьютерных систем

Базовые направления исследований ИИ:

• Машинное обучение – раздел ИИ, связанный с анализом данных и построением алгоритмов, способных обучаться
• Компьютерное зрение – разработка алгоритмов распознавания и анализа изображений
• Обработка естественного языка – взаимодействие компьютеров и человека на основе естественных языков
• Экспертные системы – программы, эмулирующие принятие решений экспертами в узких предметных областях

При создании технологий ИИ активно применяется аппарат информатики: теория алгоритмов, структуры данных, методы оптимизации, логическое программирование, нейронные сети и другие.

Первые идеи об «искусственном разуме» возникли еще в середине XX века, однако лишь в последние годы благодаря росту вычислительных мощностей компьютеров практические разработки в этой области достигли впечатляющих результатов.

Успехи информатики в области ИИ и машинного обучения позволяют решать задачи, ранее доступные только человеку: распознавать речь и изображения, управлять автомобилями, обрабатывать естественный язык, прогнозировать поведение сложных систем и многое другое.

Передовые разработки в этой области открывают путь к созданию полноценного искусственного интеллекта – главной цели ученых, работающих над проблемой «дружественного» ИИ, который мог бы стать полезным человеку помощником и не представлял бы для него угрозы.

Таким образом, искусственный интеллект можно назвать «высшим пилотажем» информатики – областью, в которой наиболее полно реализуется ее потенциал по созданию сложных интеллектуальных систем, ранее недоступных человеку.

Роль информатики в развитии вычислительной техники

Информатика и вычислительная техника – две тесно взаимосвязанные области, оказывающие существенное влияние друг на друга на протяжении всей истории развития компьютеров.

С одной стороны, понятие информатики подразумевает изучение принципов хранения, обработки и передачи информации, в том числе с использованием различных технических средств – от абака до современных суперкомпьютеров.

С другой – именно стремительный прогресс вычислительной техники обеспечил бурное развитие самой информатики, сделав реальностью многие отвлеченные концепции обработки данных, казавшиеся фантастическими еще совсем недавно.

Во второй половине XX века бурное развитие получил целый ряд направлений информатики, тесно связанных с успехами в создании новых поколений компьютеров:

• Теория алгоритмов
• Структуры данных
• Языки программирования
• Искусственный интеллект

Сегодня практически невозможно представить себе серьезные исследования в области информатики без использования вычислительной техники последнего поколения.

Разработка новых алгоритмов, методов обработки больших данных, технологий искусственного интеллекта требует огромных вычислительных мощностей. Именно прогресс в этой области позволяет информатике не стоять на месте.

В то же время современная вычислительная техника неразрывно связана с достижениями в области информации. Практически на всех уровнях – от элементной базы до программного обеспечения – в компьютерах и других цифровых устройствах реализованы разработки информатики.

В частности, прогресс микроэлектроники, повышение быстродействия и производительности компьютеров непосредственным образом связаны с внедрением новых методов хранения, представления и обработки информации.

Таким образом, информатика и вычислительная техника оказывают самое серьезное взаимовлияние на протяжении всей истории. Их прогресс во многом взаимообусловлен, и трудно представить дальнейшее развитие этих областей независимо друг от друга.

Перспективы развития информатики

Информатика как наука возникла сравнительно недавно, но уже успела продемонстрировать колоссальный потенциал влияния на развитие человеческого общества. Бурный прогресс в области информационных технологий в последние десятилетия кардинально изменил многие сферы человеческой деятельности. Можно предположить, что в ближайшие десятилетия информатика продолжит активно развиваться и внедряться в нашу жизнь.

• Развитие технологий искусственного интеллекта
• Создание квантовых компьютеров
• Разработка новых языков программирования и технологий программирования

Одним из важнейших направлений является развитие технологий искусственного интеллекта. Машинное обучение уже сегодня активно применяется в самых разных областях - от распознавания речи и образов до управления транспортом и прогнозирования. Ожидается, что в ближайшие годы возможности ИИ будут только расширяться. Это откроет широкие перспективы для автоматизации многих процессов.

Еще одно многообещающее направление - создание квантовых компьютеров. Они должны кардинально превзойти традиционные компьютеры по производительности за счет использования квантовых эффектов. Хотя практическое внедрение этой технологии еще впереди, квантовые компьютеры могут открыть принципиально новые горизонты в науке и технике.

Информатика в системе образования

Информатика играет важную роль в системе современного образования. Она является не только отдельным предметом, но и инструментом для изучения других дисциплин. С появлением цифровых технологий образование претерпевает серьезные изменения.

• Внедрение информационных технологий в процесс обучения
• Использование электронных образовательных ресурсов
• Дистанционное и онлайн-обучение

Для подготовки IT-специалистов и программистов создаются специализированные ВУЗы и факультеты. Также растет потребность в педагогах, владеющих цифровыми навыками для обучения школьников основам программирования и информатики.

Таким образом, понятие информатики прочно вошло в систему современного образования на всех его уровнях.

Информатика и формирование информационного общества

Развитие информатики и информационных технологий является ключевым фактором формирования информационного общества. Под информационным обществом понимается такой тип общественного устройства, в котором информация и уровень ее применения и доступности кардинальным образом влияют на экономические и социокультурные условия жизни граждан.

Основой информационного общества выступают знания и информация. Понятие информатики как науки об обработке информации лежит в основе понимания сущности информационного общества. Благодаря достижениям в области информатики появляются новые способы хранения, обработки и передачи огромных массивов данных, что радикально меняет общество.

В информационном обществе возникает ряд социально-экономических эффектов:

• Ускорение обмена информацией между людьми и организациями
• Глобализация и стирание границ благодаря цифровым коммуникациям
• Повышение производительности и оптимизации бизнес-процессов на основе информационных систем

Однако наряду с положительным эффектом развития информационно-коммуникационных технологий существует и ряд негативных последствий:

• Угроза конфиденциальности и безопасности персональных данных
• Риск интернет-зависимости и виртуализации социальных связей
• Углубление неравенства между теми, кто имеет доступ к информации, и теми, у кого такого доступа нет

Таким образом, понятие информатики позволяет понять суть происходящих в современном обществе процессов. От того, как человечество сможет справиться с вызовами, связанными с бурным технологическим развитием последних десятилетий, зависит дальнейшая судьба нашей цивилизации.

Международное сотрудничество в области информатики

Информатика как наука возникла в середине XX века и сразу приобрела международный характер. Ученые разных стран внесли вклад в формирование базовых концепций информатики, таких как теория алгоритмов, структуры данных, теория вычислимости и другие.

• В 1960-1970-е годы началось активное международное сотрудничество в области стандартизации языков программирования и архитектуры компьютеров.
• C 1990-х годов интенсивно развивается глобальная компьютерная сеть Интернет, что требует координации усилий специалистов в области сетевых технологий по всему миру.

Международное сотрудничество в области информатики осуществляется через:

Таким образом, информатика по своей сути является «глобальной наукой», развитие которой невозможно без тесного международного взаимодействия специалистов.

Информатика в повседневной жизни

За последние десятилетия компьютерные и информационные технологии прочно вошли в повседневную жизнь людей. Понятие информатики значительно расширилось и теперь включает широкий спектр прикладных областей.

• Персональные компьютеры, смартфоны и планшеты стали неотъемлемым атрибутом быта, работы и досуга людей
• Интернет и мобильная связь позволяют мгновенно получать информацию и общаться с людьми по всему миру
• Электронная коммерция, интернет-банкинг, облачные сервисы - цифровые технологии кардинально меняют сферу услуг и бизнеса

Влияние информатики на быт людей:

Таким образом, достижения в области информатики и вычислительной техники радикально меняют уклад жизни людей как в плане возможностей, так и привычек.

Информатика будущего

Информатика активно развивается, и в ближайшие десятилетия ожидается дальнейший прогресс в этой области. Расширится понятие информатики, появятся новые направления на стыке наук.

• Ожидается прорыв в области искусственного интеллекта, что позволит автоматизировать многие процессы
• Квантовые компьютеры откроют новые горизонты вычислительных возможностей
• Развитие Интернета вещей свяжет в единую сеть миллиарды устройств

Влияние информатики на общество в ближайшие десятилетия:

Можно предположить, что в обозримом будущем нас ждет новая технологическая революция, основанная на последних достижениях информатики в таких областях как искусственный интеллект, квантовые вычисления, интернет вещей.