Классификация информационных технологий (ИТ)

Тема 1. Основные понятия информации и информационные технологии

1.1 Информация и её свойства

В настоящее время информация становится главной ценностью цивилизации. Термин «информация» происходит от латинского слова «informatio» (разъяснение, изложение, осведомленность) и не имеет строгого определения. В настоящее время имеется несколько взглядов на понятие «информация». С точки зрения философии информация — это философская категория, представляющая собой отражение объективного мира, его причинных и следственных связей. С точки зрения теории информации информация — это сообщение, которое содержит факты, известные ранее потребителю и дополняющие его представление об изучаемом и анализируемом объекте (процессе, явлении), то есть это сведения, которые должны снять в той или иной степени существующую у их потребителя неопределенность, расширить его понимание объекта полезными (для потребителя) сведениями. С точки зрения физики информация — это сигналы, передаваемые от одного объекта другому при изменении его состояния. Правовое определение информации дано в законодательстве РФ (149-ФЗ от 27 июля 2006, статья 2): информация — сведения о лицах, предметах, фактах, событиях, явлениях и процессах, независимо от формы их представления. В практическом смысле под информацией обычно понимают совокупность сведений об окружающем мире, подлежащих хранению, передаче и преобразованию.

В настоящее время существует три точки зрения на понятие «информация». Первая отождествляет понятие «информация» со знанием, которое может быть использовано для активного действия, для управления и самоуправления. Вторая отождествляет 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.

Информация как свойство материи создает представление о ее природе и структуре, упорядоченности и разнообразии и т. д. Информация возникает за счет отражения, которое является свойством всей материи или материальной системы. Процесс отражения означает взаимодействие объектов материального мира. Свойство отражения совершенствуется по мере развития материи от элементарного отражения до высшей его формы — сознания. Информация отображает некоторый образ реального мира, который в дальнейшем может существовать независимо от материального объекта. Если в ходе взаимодействия между объектами один объект передает другому некоторую субстанцию, но при этом сам ее не теряет, то эта субстанция называется информацией, а взаимодействие — информационным. При обмене информацией имеют место источник в виде объекта материального мира и приемник — человек либо материальный объект, то есть 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 используется. Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного, либо вычислительного эксперимента, а также на основе логического вывода. С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения. Информационное сообщение связано с источником сообщения, получателем сообщений и каналом связи. Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и т. д.). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В обоих случаях с приемом информации связано измерение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника.

Некоторое представление о разнообразии видов информации может дать следующее определение информации, приведенное в Советском энциклопедическом словаре: «Информация — это общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире; передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму». В приведенном определении выделены четыре вида информации: социальная (человек-человек); техническая (человек-автомат, автомат-автомат); биологическая (информация в животном и растительном мире); генетическая (передача признаков от клетки к клетке, от организма к организму). Можно предложить и другие варианты классификаций информации: по способам и формам получения (восприятия) информации; по характеру носителя информации; по характеру источников информации; по сфере применения информации; по общественному значению. Конкретный исследователь выбирает для себя ту или иную классификацию в зависимости от стоящей перед ним проблемы, от тех взаимосвязей, которые он изучает. Например, химик, физик, биолог использует классификацию по характеру носителя информации. В теории информации и кодирования рассматриваются источники информации. В социологии наиболее интересным является сфера применения и общественное значение информации. Перечислим некоторые, наиболее важные разновидности социальной информации. Научная информация — логическая информация, адекватно отображающая объективные закономерности природы, общества и мышления. Ее делят: по областям получения или использования на следующие виды: политическая, техническая, биологическая, химическая и т. д.; по назначению: массовая и специальная. Техническая информация — информация, используемая в сфере техники для решения производственных задач. Научно-техническая информация — объединение научной и технической информации. Документальная информация (документ) — информация, определенным образом структурированная и занесенная на бумажный или электронный носитель. Факты — результат наблюдения за состоянием предметной области. Информационный ресурс — концентрация имеющихся фактов, документов, информации и знаний, отражающих реальное изменяющееся во времени состояние общества, и используемое при подготовке кадров, в научных исследованиях и материальном производстве. Данные — формализованная информация, зафиксированная на материальных носителях, пригодная для последующей обработки, хранения и передачи средствами автоматизации. Знание — верхний уровень информации, являющийся результатом отражения окружающей действительности. Знания возникают как итог теоретической и практической деятельности человека. Информация в виде знаний отличается высокой структуризацией. Это позволяет выделить полезную информацию при анализе окружающих процессов и явлений. На основе структурирования информации формируется информационная модель объекта. Знания — естественный путь сокращения огромных информационных потоков.

Информация с точки зрения ее возникновения и последующих преобразований (жизненный цикл) проходит три этапа, которые, собственно, и отражают синтаксический, семантический и прагматический аспекты информации.

Синтаксический аспект информации связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств и рассматривает формы представления информации в виде специальных знаков, символов. Семантический аспект информации отражает смысловое содержание информации и позволяет оценить смысл информации и определяется семантическими связями между словами или другими смысловыми элементами языка. Прагматический аспект информации определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации.

В зависимости от целей использования информации, в разные периоды могут учитываться синтаксический, семантический и прагматический аспекты информации. Человек сначала наблюдает некоторый факт окружающей действительности, который отражается в его сознании в виде определенного набора данных. Здесь проявляется синтаксический аспект. Затем, после определенной структуризации данных в соответствии с предметной областью, человек формирует знание о наблюдаемом факте, что отражает семантический аспект полученной информации. Информация в виде знаний имеет высокую степень структуризации, что позволяет выделять полную информацию об окружающей нас действительности и создавать информационные модели исследуемых объектов. Полученные знания человек использует в своей практике, что и отражает прагматический аспект информации.

Оценивание информации может осуществляться на основе качественных и количественных характеристик (синтаксические, семантические и прагматические).

Определение количества информации на синтаксическом уровне связано с понятием неопределенности состояния системы (энтропии системы). Количеством информации называют числовую характеристику сигнала, отражающую ту степень неопределенности (неполноту знаний), которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала. Эту меру неопределенности в теории информации называют энтропией. Если в результате получения сообщения достигается полная ясность в каком-то вопросе, говорят, что была получена полная или исчерпывающая информация и необходимости в получении дополнительной информации нет. И, наоборот, если после получения сообщения неопределенность осталась прежней, значит, информации получено не было (нулевая информация). Автор теории информации Клод Шеннон ввел базовую единицу измерения информации — бит. Бит — минимальная единица количества информа­ции, ибо получить информацию меньшую, чем 1 бит, невозможно. Наряду с минимальной единицей данных — битом широко используется укрупненная единица измерения байт, равная 8 битам. Объем данных в сообщении измеряется количеством символов алфавита. Одно и то же количество разрядов в разных системах счисления может передать разное число состояний отображаемого объекта. Синтаксический подход к измерению количества информации абсолютно не отражает насколько полезна полученная информация, а позволяет определить лишь затраты на передачу сообщения.

Для измерения смыслового содержания информации, то есть ее количества на семантическом уровне, наибольшее признание получила тезаурусная мера информации, она основана на рассмотрении информации как знаний. Согласно этому подходу количество информации, извлекаемое человеком из сообщения, можно оценить степенью изменения его знаний. Структурирован­ные знания, представленные в виде понятий и отношений между ними, называются тезаурусом. Структура тезауруса иерархиче­ская. Понятия и отношения, группируясь, образуют другие, более сложные понятия и отношения. Знания отдельного человека, организации, государства образуют соответствующие тезаурусы. Тезаурусы организационных структур образуют тезаурусы составляющих их элементов. Так тезаурус организации образуют, прежде всего, тезаурусы сотрудников, а также других носителей информации, таких как документы, оборудование, продукция и т. д. Для передачи знаний требуется, чтобы тезаурусы передающего и принимающего элемента пересекались. Увеличение тезауруса осуществляется за счет обучения, покупки лицензии, приглашения квалифицированных сотрудников или хищения информации. В обществе наблюдаются две тенденции: развитие тезаурусов отдельных элементов (людей, организованных структур) и выравнивание тезаурусов элементов общества. Выравнивание тезаурусов происходит как в результате целенаправленной деятельности (например, обучения), так и стихийно. Стихийное выравнивание тезаурусов происходит за счет случайной передачи знаний, в том числе и незаконной передачи.

Прагматическая мера информации — это полезность информации, ее ценность для пользователя (управления). Эта мера также является величиной относительной, обусловленной особенностями использования информации в той или иной системе управления. Ценность информации целесообразно измерять в тех же самых единицах, в которых измеряется целевая функция управления системой. Например, в системе управления производством, ценность информации можно определять как эффективность осуществляемого на ее основе экономического управления, или, иначе, приростом экономического эффекта функционирования системы управления, обусловленным прагматическими свойствами информации.

Классификация знаний может быть выполнена по различным критериям.

1) По способу существования: факты (известные обстоятельства) и эвристики (опыт эксперта).

2) По формам представления: декларативные (в виде наборов ) и процедуральные (алгоритмы).

3) По способу приобретения: научные (полученные в ходе изучения) и житейские.

4) По смыслу:синтаксические знания; семантические знания; прагматические знания.

К потребительским свойствам информации относятся следующие понятия. Полнота — свойство информации исчерпывающе характеризовать отображаемый объект или процесс с целью принятия решения. Точность — близость информации к реальному состоянию описываемого объекта или явления. Достоверность — свойство информации с достаточной для владельца точностью отражать объекты и процессы окружающего мира в определенных временных и пространственных рамках. Содержательность — семантическая емкость информации, равная отношению количества семантической информации к объему данных. Краткость — степень сжатости изложения сообщаемых сведений. Ценность — важность информации для решения конкретных задач. Понятность — степень соответствия информации уровню знаний потребителя. Актуальность — степень ценности информации на момент ее использования. Своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в требуемый момент времени.

Классификация информационных технологий (ИТ)

Классификацию ИТ можно провести по различным критериям.

1. По назначению: обеспечивающие ИТ — технологии обработки информации, которые могут использоваться как инструменты в различных предметных областях для решения специализированных задач (технологии текстовой обработки, мультимедийные, технологии работы с базами данных (БД), телекоммуникационные, искусственного интеллекта и др.); функциональные ИТ — технологии обработки информации в определенной предметной области.

2. По типу взаимодействия с пользователем: пакетные ИТ — операции производятся в заранее определенной последовательности и не требуют вмешательства пользователя; диалоговые ИТ — предполагает отсутствие жестко закрепленной последовательности операций преобразования информации и активное участие пользователя, который анализирует промежуточные результаты и вырабатывает управляющие команды.

3. По способу организации сетевого взаимодействия: на базе локальных вычислительных сетей; на базе многоуровневых вычислительных; на базе распределенных вычислительных сетей.

4. По принципу построения: функционально-ориентированные технологии проектируются как мно­жест­во иерархически подчиненных функций; объектно-ориентированные технологии проектируются в виде совокупности классов и объектов.

5. По области применения: ИТ обработки информации предназначены для решения функциональных задач, по которым имеются необходимые входные данные и известны алгоритмы их обработки; ИТ автоматизации офисов предназначены для организации и поддержки коммуникационных процессов как внутри организации, так и с внешней средой на базе компьютерных сетей; ИТ поддержки принятия решений широко используют экономико-математические методы и пакеты прикладных программ для аналитической работы и формирования прогнозов, составления бизнес-планов; ИТ экспертных систем предназначены для автоматизации деятельности специалистов-аналитиков.

6. По видам диалога с пользователем: информационно-справочные технологии (пассивные) предоставляют пользователю информацию по его запросу; информационно-советующие технологии (активные) самостоятельно выдают пользователю информацию, предназначенную для него, через определенные промежутки времени.

7. По способу управления производственной технологией: децентрализованные ИТ предназначены для автоматизации технологически независимых объектов управления; централизованные ИТ предназначены для реализации всех процессов управления в едином органе на основе информации о состоянии всех объектов управления; иерархические ИТ построены по принципу разделения функций управ­ле­ния на несколько взаимосвязанных уровней, на каждом из которых реализуются свои процедуры обработки информации и выработка управляющих воздействий.

8. По практическому приложению: Так как средства и методы обработки информации могут иметь разное практическое приложение, то целесообразно выделить глобальную, базовую и прикладную ИТ. Глобальная ИТ включает модели, методы и средства формирования и использования информационного ресурса в обществе. Базовая ИТ предназначена для определенной области применения (производство, научные исследования, проектирование, обучение). Среди базовых ИТ можно выделить: мультимедиа-технологии; геоинформационные технологии; технологии защиты информации; CASE-технологии; телекоммуникационные технологии; технологии искусственного интеллекта. Целью базовой ИТ является решение функциональных задач в той области, где используется эта технология, независимо от того, на каком конкретном предприятии она будет внедрена и использована. Прикладные (конкретные) ИТ реализуют обработку данных при решении реальных задач пользователя и связаны с разработкой и эксплуатацией конкретных ИС.