Информатика

Информатика (нем. Informatik) — наука о создании, накоплении и применении знаний об информации, её свойствах, методах и средствах получения, обработки, хранения, накопления, передачи и использования с помощью программируемых вычислительных машин.

Информатика не имеет общепринятого определения.

По определению В. Д. Ильина, информатика — это наука об извлечении информации из сообщений , создании информационных ресурсов и информационных систем, программировании поведения машин и о других сущностях, связанных с построением и применением S-среды поддержки решения задач взаимодействия, обучения, моделирования, проектирования и др.

Научные результаты информатики служат методологическим обеспечением построения S-среды решения задач в проектировании, производстве и других областях деятельности. Научный результат рассматривается как некоторая система знаний (или составляющая ранее определённой и опубликованной системы), описывающая совокупность объектов, включающую изучаемый объект, и связи между ними. Значение результата зависит от предсказательной силы, воспроизводимости и применимости системы знаний, а также от свойств сообщения, содержащего её описание. Одним из примеров применения могут служить системы автоматизированного проектирования (САПР) машин, мостов и др.

САПР в машиностроении

История развития: ключевые события

Предпосылки

В 1836-48 гг. Чарлз Бэббидж выполнил проект механической десятичной вычислительной машины (названной им аналитической машиной), которую можно рассматривать как механический прототип будущих вычислительных машин. Программа вычислений, данные и результат записывались на перфокартах. Автоматическое выполнение программы обеспечивало устройство управления. Машина не была построена.

В 1934-38 гг. Конрад Цузе создал механическую двоичную вычислительную машину (длина слова — 22 двоичных разряда; память — 64 слова; операции с плавающей запятой). Вначале программа и данные вводились вручную. Примерно через год (после начала проектирования) было сделано устройство ввода программы и данных с перфорированной киноленты, а механическое арифметическое устройство (АУ) было заменено на АУ, построенное на телефонных реле. В 1941 г. Цузе с участием австрийского инженера Г. Шрайера создаёт первую в мире работающую полностью релейную двоичную вычислительную машину с программным управлением (Z3). В 1942 г. Цузе создал также и первую в мире управляющую цифровую вычислительную машину (S2), которая использовалась для управления самолётами-снарядами. Из-за секретности работ, выполненных Цузе, об их результатах стало известно только после окончания 2-й мировой войны.

Первый в мире язык программирования высокого уровня Планкалкюль (нем. Plankalkül — план исчисления) был создан Цузе в 1943-45 гг., опубликован в 1948 г..

Первые цифровые электронные вычислительные машины, начиная с американского компьютера ЭНИАК [(ENIAC — Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный числовой интегратор и вычислитель); начало разработки — 1943 г., представлен публике в 1946 г.], создавались как средства автоматизации математических вычислений.

В середине 20 века началось производство цифровых вычислительных машин, которые в США и Великобритании были названы компьютерами (computers), а в СССР — электронными вычислительными машинами (ЭВМ).

Старт науки о вычислениях с помощью программируемых машин

С 1950-х гг. в Великобритании и с 1960-х — в США стала развиваться наука о вычислениях с помощью программируемых машин, получившая название Computer Science. В 1953 г. в Кембриджском университете была сформирована программа по специальности Computer Science; в США аналогичная программа введена в 1962 г. в Университете Пердью (Purdue University).

В Германии Computer Science получила название Informatik (информатика).

Совершенствование компьютеров и рост разнообразия решаемых задач

С ростом доступности ЭВМ для пользователей из различных областей деятельности, начавшимся в 1970-х гг., наблюдается убывание доли математических задач, решаемых с помощью ЭВМ (изначально созданных как средства автоматизации математических вычислений), и рост доли нематематических задач (коммуникационных, поисковых и др.).

Когда во второй половине 1960-х гг. стали производиться компьютерные терминалы с экранами, начались разработки программ экранных редакторов, предназначенных для ввода, сохранения и коррекции текста с отображением его на полном экране [одним из первых экранных редакторов стал O26, созданный в 1967 г. для операторов консоли компьютеров серии CDC 6000; в 1970 г. был разработан vi — стандартный экранный редактор для ОС Юникс (Unix) и Линукс (Linux)]. Применение экранных редакторов не только увеличило производительность труда программистов, но и создало предпосылки для существенных перемен в инструментарии автоматизированного построения символьных моделей произвольных объектов. Например, использование экранных редакторов для формирования текстов различного назначения (научных статей и книг, учебных пособий и др.) уже в 1970-е гг. позволило значительно увеличить производительность создания текстовых информационных ресурсов.

В июне 1975 г. американский исследователь Алан Кей [создатель языка объектно-ориентированного программирования Смолток (Smalltalk) и один из авторов идеи персонального компьютера] в статье «Personal Computing» («Персональные вычисления») написал: «Представьте себя обладателем автономной машины знаний в портативном корпусе, имеющем размер и форму обычного блокнота. Как бы вы стали использовать её, если бы её сенсоры превосходили ваше зрение и слух, а память позволяла хранить и извлекать при необходимости тысячи страниц справочных материалов, стихов, писем, рецептов, а также рисунки, анимации, музыкальные произведения, графики, динамические модели и что-то ещё, что вы хотели бы создать, запомнить и изменить?». Это высказывание отражало совершившийся к тому времени поворот в подходе к построению и применению программируемых машин: от средств автоматизации в основном математических вычислений к средствам решения задач из различных областей деятельности.

В 1984 г. компания «Kurzweil Music Systems» (KMS), созданная американским изобретателем Реймондом Курцвейлом, произвела первый в мире цифровой музыкальный синтезатор Kurzweil 250. Это был первый в мире специализированный компьютер, который жестовые символы, вводимые с клавиатуры, преобразовывал в музыкальные звуки.

Создание и развитие Интернета, компьютерных сетей и сетевых сервисов

В 1962 г. американские исследователи Дж. Ликлайдер и У. Кларк опубликовали доклад о человеко-машинном взаимодействии в режиме онлайн. В докладе содержалось обоснование целесообразности построения глобальной сети как инфраструктурной платформы, обеспечивающей доступ к информационным ресурсам, размещённым на компьютерах, подключённых к этой сети.

Теоретическое обоснование пакетной коммутации при передаче сообщений в компьютерных сетях было дано опубликованной в 1961 г. в статье американского учёного Л. Клейнрока.

В 1971 г. Р. Томлинсон (США) изобрёл электронную почту, в 1972 г. этот сервис был реализован.

Ключевым событием в истории создания Интернета стало изобретение в 1973 г. американскими инженерами В. Серфом и Р. Каном протокола управления передачей — TCP. В 1976 г. они продемонстрировали передачу сетевого пакета по протоколу TCP. В 1983 г. семейство протоколов TCP/IP было стандартизовано.

В 1984 г. создана система доменных имён (DNS — Domain Name System).

В 1988 г. разработан протокол чата [интернет-сервиса обмена текстовыми сообщениями в реальном времени (IRC — Internet Relay Chat)].

В 1989 г. реализован проект Веба, предложенный и разработанный под руководством Т. Бернерс-Ли.

Дата 06.06.2012 имеет особое значение в истории Интернета: крупные интернет-провайдеры, производители оборудования для компьютерных сетей и веб-компании стали использовать протокол IPv6 (наряду с протоколом IPv4), практически решив проблему дефицита IP-адресов.

Высокому темпу развития Интернета способствует то, что со времени его зарождения профессионалы, занимающиеся научно-техническими задачами построения Интернета, без задержек обмениваются идеями и решениями, используя его возможности. Интернет стал инфраструктурной платформой S-среды. Он служит коммуникационной инфраструктурой электронной почты, Веба, поисковых систем, интернет-телефонии (IP-телефонии) и других интернет-cервисов, применяемых при информатизации образования, науки, экономики, государственного управления и других видов деятельности. Созданные на основе Интернета электронные сервисы сделали возможным успешное функционирование разнообразных коммерческих и некоммерческих интернет-образований: интернет-магазинов, онлайн-энциклопедий, социальных сетей, поисковых систем, электронных библиотек, корпоративных и государственных информационных порталов и др.

Начиная с 2000-х гг., интенсивно растёт число интернет-решений — «умный дом» (Smart House), «умная система электроснабжения» (Smart Grid) и др., воплощающих концепцию «интернета вещей» (The Internet of Things). Успешно развиваются М2М-решения (M2M — Machine-to-Machine), основанные на информационных технологиях межмашинного взаимодействия и предназначенные для мониторинга датчиков температуры, счётчиков электроэнергии, воды и др.; отслеживания местоположения подвижных объектов на основе систем ГЛОНАСС и GPS; контроля доступа на охраняемые объекты и др.

Становление информатики в СССР и России

История информатики в СССР во многом похожа на историю кибернетики при «советском социализме» _{[Ильин В Д. Нужен ли России «советский социализм»]}: сначала — отрицание (по «политическим соображениям»), а потом попытка догнать «передовиков». При этом «гонка преследования» велась под девизом «Сделать так, как у них» (по сути — скопировать).

Одним из примеров неуважительного отношения к отечественным изобретателям ЭВМ может служить история с ЭВМ «Сетунь». В 1956—1958 годы в СССР был разработан троичный ферритодиодный элемент и на его базе Н. П. Брусенцов с группой единомышленников спроектировал в ВЦ МГУ троичную ЭВМ «Сетунь», получившую название протекавшей рядом реки. Своей простотой и практичностью «Сетунь» обязана представлению чисел и команд в симметричном коде (-1, 0, 1). По существу, у университетских разработчиков получился первый RISC-компьютер (истинный RISC может быть только троичным, считал Брусенцов). Примечательно, что разрабатываемые в наши дни квантовые компьютеры в принципе также являются троичными.

Серийное производство «Сетуни» было поручено Казанскому заводу математических машин, но желания наладить крупносерийное производство этих ЭВМ у руководства завода не было. Завод производил 15 — 20 машин в год, всего было выпущено 50 машин, 30 из которых работали в вузах.

В 1961—1968 годах Н. П. Брусенцов вместе с Е. А. Жоголевым разработал новую машину «Сетунь-70», имевшую ряд конструктивных новаций. Её действующий образец прошел испытания в 1970 году. В итоге проект этой ЭВМ был закрыт.

Термин «информатика» (с истолкованием, близким к истолкованию Computer Science) стал применяться в СССР в начале 1980-х годов. А до того (согласно определению, данному в Большой Советской энциклопедии) информатика рассматривалась как «дисциплина, изучающая структуру и общие свойства научной информации, а также закономерности её создания, преобразования, передачи и использования в различных сферах человеческой деятельности». Библиотековедение, библиография, методы поиска в массивах документов — вот что связывалось тогда с этой «дисциплиной». Созданный в 1952 году Институт научной информации АН СССР, позже преобразованный в ВИНИТИ — Всесоюзный институт научной и технической информации должен был стать головным академическим учреждением в области так понимаемой «информатики».

То, что стало называться информатикой в начале 80-х в нашей стране, было совершенно иным. Ближе всего содержание этого понятия подходит к тому, что в США и большинстве других стран называется «computer science», то есть «компьютерные науки». В [2] говорится, что «компьютерные науки» концентрируют свое внимание на различных аспектах, связанных с протеканием и использованием информационных процессов, с теми структурами, в которых представляется информация, и теми процедурами, которые используются при её переработке. Последнее связывает область «компьютерных наук» с теорией машин для переработки информации — компьютеров — и методами их использования в системах переработки информации.

Для термина «информатика» в [2] нет отдельной статьи, а есть лишь ссылки на термины: «компьютерные науки», «компьютерное обучение» и «информационные науки». Содержание понятия «информационные науки» в [2] полностью совпадает с толкованием термина «информатика» в БСЭ [1].

С начала 80-х содержание того, что скрывается за термином «информатика», ближе всего к тому, что понимают французы, когда говорят о науке, носящей название informatique.

До этого совокупность научных направлений, называемых теперь информатикой, именовалась по-разному. Сначала объединяющим названием был термин «кибернетика», затем на роль общего названия той же области исследований стала претендовать «прикладная математика». Следы этой разноголосицы хорошо видны в наименовании высших учебных заведений и научных институтов. Факультет в МГУ, готовящий специалистов в области информатики, носит название «Вычислительная математика и кибернетика», а институты, ведущие исследования в данной области, могут называться и «Институт кибернетики Национальной АН Украины», и «Институт прикладной информатики РАН», и «Институт прикладной математики РАН».

Поэтому, говоря об истории информатики в бывшем СССР и теперешней России, по сути, надо излагать историю отечественной кибернетики и частично прикладной математики и вычислительной техники.

— Поспелов Д. А. Становление информатики в России.

Полный текст статьи, написанной одним из выдающихся пионеров отечественной информатики, можно рекомендовать как профессионально сделанный очерк о начальном этапе развития информатики в России.

Предмет исследований

Деятельность в S-среде

• Сообщения и данные в S-среде: свойства, методы и средства представления (включая языки), преобразования, распознавания, конструирования, интерпретации, сохранения, накопления, поиска, передачи и информационной защиты.
• Информация в S-среде: свойства, методы и средства извлечения из сообщений.
• Информационные ресурсы в S-среде: свойства, методы и средства построения (включая конструирование информационных ресурсов с заданными свойствами), представления, сохранения, накопления, поиска, передачи и информационной защиты.
• Программируемые задачи (S-задачи) и машины для их решения (S-машины) в S-среде: языки и системы программирования S-задач; классы базовых S-задач; архитектуры и построение S-машин.
• Компьютерные сети, Интернет и S-среда: свойства, архитектуры, методы и средства построения.
• Искусственный интеллект: методы и средства построения систем знаний , интеллектуальных роботов и др.

Научный метод

В информатике изучаются формальные и неформальные системы. Примером формальных могут служить системы, изучаемые в теории сложности вычислений.

Для доказательства существования неформальной системы (например, разрешающей структуры на S-задачном графе _{[Разрешающие структуры на S-графах]}) применяется конструктивное доказательство. Для доказательства существования формальной системы — дедуктивное доказательство (например, теорема Котельникова о сигналах).

Основные понятия

В этом и следующих разделах применён TSM-комплекс (TSM) средств описания S-моделей (сокр. англ. Textual Symbolic Modeling), содержащий средства записи формализованных выражений (без применения редакторов формул), выделения частей гипермедийных описаний S-моделей и замены выбранными сокращениями часто повторяющихся фрагментов.
Для выполнения описаний достаточно стандартной клавиатуры и набора шрифтов, имеющихся в составе текстовых редакторов Word (пакета MS Office), Pages (пакета iWork), Writer (пакета LibreOffice) или др.

В TSM предусмотрены средства выделения фрагментов описания:

• □ <фрагмент описания> □ ≈ определение, утверждение (символ ≈ заменяет слово «означает»);
• ◊ <фрагмент описания> ◊ ≈ замечание;
• ￮ <фрагмент описания> ￮ ≈ пример.

Символы, коды, сигналы

□ S-символ — заменитель природного или изобретённого объекта, обозначающий этот объект и являющийся элементом определённой системы построения S-символьных сообщений (текстов, нотных записей или др.) в S-среде, рассчитанных на восприятие человеком или роботом. □
Более полное описание дано в разделе статьи о символьном моделировании (S-моделировании).

◊ Здесь и далее префикс S- означает, что понятие определено в соответствии с теорией S-моделирования. ◊

￮ Примеры:

• русский алфавит вместе со знаками препинания рассматривается как система текстовых S-символов для построения текстовых сообщений по правилам грамматики русского языка (каждый элемент алфавита является заменителем звука, применяемого в речевых сообщениях);
• азбука Морзе — технология передачи текстовых сообщений на основе системы двоично-кодированных (посредством «точки» и «тире») текстовых символов;
  

  Азбука Морзе: буквы русского алфавита
• шрифт Брайля для слепых — как система тактильных S-символов (рассчитанных на восприятие осязанием пальцами рук), заменяющая систему текстовых S-символов;
• нотное письмо (система нотных S-символов) — как средство создания музыкальных сообщений, представленных графическими сообщениями;
• система S-символов шахматной нотации (Chess Notation) — как средство записи шахматных партий в виде графических сообщений. ￮

□ S-код служит заменителем S-символа или S-символьного сообщения, используемым для представления в S-машинах и предназначенным для построения, сохранения, передачи и интерпретации S-символьных сообщений в S-среде. □

Цифровое кодирование S-символов и S-символьных сообщений позволяет применять методы решения задач, которые можно представить в виде программ, рассчитанных на выполнение цифровыми S-машинами.

При цифровом кодировании S-символам ставят во взаимно однозначное соответствие числа, которые можно эффективно представить в памяти S-машины. При этом основание системы счисления выбирают равным количеству устойчивых состояний, в которых могут находиться элементарные составляющие, из которых построена S-машина (￮ в современных цифровых S-машинах используется двоичное представление кодов программ и данных, так как транзисторы имеют два устойчивых состояния ￮).

￮ В таблице показаны графические S-символы планет Солнечной системы, применяемые астрономами при изготовлении электронных документов, и соответствующие им S-коды стандарта Юникод (англ. The Unicode Standard). ￮

Планеты Солнечной системы

Графические S-(символы и коды) планет Солнечной системы

Название планеты	Символ	Код
Меркурий	☿	U+263F
Венера	♀	U+2640
Земля	♁	U+2641
Марс	♂	U+2642
Юпитер	♃	U+2643
Сатурн	♄	U+2644
Уран	♅	U+2645
Нептун	♆	U+2646

￮ QR-коды широко используются для хранения цифровых визиток, платёжных документов и др. ￮

￮ Технология множественного доступа с кодовым разделением каналов может служить одним из примеров эффективного применения технологий кодирования в системах связи.

В СССР первая работа («Кодовое разделение каналов»), посвящённая этой теме, была опубликована в 1935 году Д. В. Агеевым.
Технология кодового разделения каналов CDMA стала радикальным решением, способствовавшим дальнейшей эволюции систем сотовой связи. ￮ 

□ S-сигнал — физически реализованное представление S-символа (или S-символьного сообщения), S-кода (или S-кодового сообщения), рассчитанное на передачу, приём, распознавание и интерпретацию S-машиной или человеком. □

Сигналы: непрерывные, дискретные, непрерывные квантованные, дискретные квантованные (цифровые)

￮ В S-среде человек (или робот) получает S-сообщения, реализованные в виде оптических, звуковых и др. S-сигналов. Технические устройства S-машин рассчитаны на работу с оптическими (￮ цифровые фото- и видеокамеры ￮), электрическими (￮ микропроцессоры S-машин ￮) и др. S-сигналами. ￮

Типизация S-объектов

□ Тип X ≈ множество X, элементы которого имеют фиксированные набор атрибутов и семейство допустимых операций. Может иметь подтипы, называемые специализациями типа X, и надтипы, называемые обобщениями типа X. □

□ Специализация типа X — порождение подтипа X [::rule] (здесь сдвоенное двоеточие «::» — S-символ специализации) с семейством связей, расширенным добавлением связи rule. Выделяет подмножество X [::rule] множества X. Специализацией называется и результат X [::rule] этого порождения (X > X [::rule]). □

Специализация типа, заданная последовательностью добавленных связей X [::(rule1)::rule2], — это специализация типа X [::rule1] по связи rule2. Число специализирующих связей в последовательности не ограничено. При этом имена связей, предшествующие последнему, заключены в круглые скобки, а перед открывающей скобкой каждой пары скобок — сдвоенное двоеточие.

□ Обобщение типа Z — это порождение надтипа Z [#rule] путём ослабления (здесь # — символ ослабления) связи rule из семейства связей, соответствующей типу Z. Исключение связи считают её предельным ослаблением. □

Сообщение и данные

□ Сообщение — конечная упорядоченная (в соответствии с некоторыми правилами) совокупность S-символов или её S-код в S-сигнальном представлении. Рассчитано на передачу, приём, распознавание и интерпретацию получателем (человеком или S-машиной) в S-среде. □

◊ Детализированное описание представлено в статье Сообщение и информация в S-моделировании. ◊

□ Данные — сообщение, необходимое для решения некоторой задачи или совокупности задач, представленное в форме, рассчитанной на распознавание, преобразование и интерпретацию решателем задачи (программой S-машины или человеком). Специализация сообщения (S-message) по параметру получатель сообщения (S-recipient), значением которого является решатель S-задачи (S-solver): S-data ≈ S-message [::S-recipient = S-solver]. □

S-модель объекта

□ S-модель изучаемого объекта представлена в виде пары <S-система понятий объекта>, <определение области применимости S-модели объекта>.

Определение области применимости S-модели объекта — это описание типов:

• корреспондента (кому адресовано определение);
• цели, в процессе достижения которой определение имеет смысл (классы S-задач, при изучении которых определение может быть полезно);
• стадии, на которой целесообразно использовать определение (концепция, методология решения и т. д.). □

◊ Область применимости S-модели объекта может принадлежать совокупности областей, в которых исследуются природные и/или изобретённые объекты. ◊

S-cистема понятий

□ < S-система Sc понятий > ≈ < множество S ^Sc понятий, выбранных для построения модели изучаемого объекта >, < семейство rel (S ^Sc) связей, заданных на S ^Sc >. □

◊ В S-систему понятий, считающуюся определённой, не должны входить понятия, не имеющие определений (и при этом не относящиеся к понятиям-аксиомам). ◊

￮ < S-система tr понятий объекта треугольник > ≈ < множество S ^tr понятий >, < семейство связей rel (S ^tr), заданных на S ^tr >.

В tr элементами множества S ^tr служат стороны треугольника (a, b, c), периметр p и др. Семейство связей rel (S ^tr) включает связь p = a + b + c и др. ￮

￮ S-система tr ^π/2 понятий объекта прямоугольный треугольник может быть определена как специализация типа tr : tr ^π/2 ≈ tr [::angle = π/2]. Специализация типа определена путём добавления связи angle = π/2 (которая выделяет из множества всех треугольников подмножество тех, у которых величина одного из углов равна π/2). ￮

￮ message [::(interface = h → m)::means = tauch] — специализация типа message [::interface = h → m], определяющего множество сообщений, соответствующих интерфейсу человек — s-машина, по связи means = touch, выделяющей множество сообщений, вводимых в s-машину посредством прикосновений (￮ к клавишам клавиатуры или сенсорному экрану ￮). ￮

￮ modeling ≈ symbolic modeling [#tools] — моделирование (modeling) можно рассматривать как обобщение типа символьное моделирование (symbolic modeling) исключением связи tools (средства моделирования). O

S-задача

Основная статья: S-моделирование задач и конструирование программ

□ S-задача — это четвёрка {Formul, Rulsys, Alg, Prog}, где Formul — постановка задачи; Rulsys — множество систем обязательных и ориентирующих правил решения задачи, поставленных в соответствие Formul; Alg — объединение множеств алгоритмов, каждое из которых соответствует одному элементу из Rulsys; Prog — объединение множеств программ, каждое из которых поставлено в соответствие одному из элементов Alg. Постановка задачи Formul — пара {Mem, Rel}, где Mem — множество понятий задачи, на котором задано разбиение Mem = Inp U Out (Inp ^ Out = 0) и совокупность Rel связей между понятиями, определяющая бинарное отношение Rel < Inp * Out. Множество Mem называют памятью задачи, а Inp и Out — её входом и выходом, значения которых предполагается соответственно задавать и искать. □

В общем случае множества Rulsys, Alg и Prog могут быть пустыми: числа их элементов зависят от степени изученности задачи.

Для каждого элемента из Rulsys, Alg и Prog задано описание применения.
Описания применения элементов Rulsys включают спецификацию типа решателя задачи (автономная s-машина, сетевая кооперация S-машин, кооперация человек-S-машина и др.); требование к информационной безопасности и др. Описания применения элементов из Alg включают данные о допустимых режимах работы решателя задачи (автоматический локальный, автоматический распределенный, интерактивный локальный и др.), о требованиях к полученному результату и др.
Описания применения программ включают данные о языках программирования, операционных системах и др.

◊ Каждая программа сопровождается ссылками на наборы тестовых примеров. ◊

Информация

Основная статья: Информация

□ Информация — результат интерпретации сообщения на S-системе понятий. Для извлечения информации из сообщения необходимо иметь:

• принятое сообщение, представленное в форме, рассчитанной на распознавание и интерпретацию получателем сообщения;
• хранящиеся в памяти S-системы понятий, среди которых — необходимая для интерпретации принятого сообщения;
• механизмы поиска необходимой S-системы, интерпретации сообщения, представления результата интерпретации в виде сообщения и записи его в память. □

S-система знаний

□ S-модель системы знаний — триада <ca ≈ S-система Sc понятий>, <set ^lng ≈ S-модель совокупности языков S-сообщений, интерпретируемых на ca>, <set ^intr ≈ S-модель совокупности интерпретаторов на ca S-сообщений, составленных на языках из set ^lng>. □

Интерпретация S-сообщения на S-модели ca:

• построение выходного S-сообщения (извлечение S-информации) по заданному входному (S-сообщения представлены на языках из совокупности set ^lng);
• анализ выходного S-сообщения (требуются ли изменения в S-модели ca);
• если требуется, то изменение S-модели ca; если нет — завершение.

◊ Отличительным признаком S-объектов (файлов электронных книг, статей, видеозаписей, географических карт, компьютерных программ и др.), являются легко осуществляемое копирование без искажений, хранение, накопление и распространение в S-среде (по сравнению с несимвольными объектами: физическими моделями, макетами научно-технических сооружений и др.). ◊

Информационные ресурсы

Основная статья: Информационные ресурсы

Информационные ресурсы — каталогизированные сообщения (текстовые, графические, аудио-, видео- и др.), представленные в форме, рассчитанной на хранение (электронные и бумажные документы, книги, фильмы и др.), накопление, обработку и представление пользователям, деятельность которых связана с построением и применением знаний (в науке, образовании, экономике и др.). Каждый информационный ресурс сопровождается спецификацией, содержащей данные, необходимые для его поиска, определения области применимости и др.

Программирование

Основная статья: Программирование поведения S-машин

Программирование — создание (на языке программирования) сообщения (называемого программой), которое представляет собой упорядоченный набор инструкций, реализующих алгоритм поведения s-машины (компьютера, смартфона или др.), определённый в спецификации задачи.
Создание программы (в общем случае) включает изучение спецификации задачи, написание исходного текста программы, компиляцию и/или интерпретацию, компоновку [получение кода программы, готового к исполнению, путем сборки из объектных кодов модулей программы (одного или нескольких)] и отладку.
Программированием называют также деятельность, целью которой служит создание программ поведения s-машин.

Программируемые машины (S-машины) и S-среда

Основная статья: S-среда поддержки интеллектуальной деятельности

□ Программируемая машина (S-машина) — программно-аппаратное сооружение для решения задач _[1]. □

Суперкомпьютеры, мейнфреймы, персональные компьютеры, ноутбуки, смартфоны, навигаторы, цифровые фото- и видеокамеры — всё это S-машины. Клавиатуры, мыши, трекболы, тачпады и другие устройства ввода — составляющие S-машин, выполняющие преобразования символов в коды, воспринимаемые драйверами (см. Драйвер) соответствующих устройств. Мониторы персональных компьютеров, дисплеи ноутбуков, навигаторов и др. выполняют преобразования кодов, порождаемых видеоконтроллерами, в символьные композиции, рассчитанные на зрительный канал человека.

Компьютерные сети

Основная статья: Компьютерная сеть

Компьютерная сеть — (англ. network), система, состоящая из компьютеров и компьютерных устройств (принт-серверов, серверных веб-камер и др.), которые взаимодействуют по единым правилам, определённым сетевыми протоколами. Предназначена для обеспечения взаимодействия (людей, людей с техническими устройствами, технических устройств между собой и др.), совместного пользования сетевыми сервисами (электронной почтой, поисковыми системами, Вебом и др.), информационными ресурсами (онлайн-энциклопедиями, электронными библиотеками и др.), программными и аппаратными средствами.

Интернет

Основная статья: Интернет

Интерне́т (англ. INTERconnected NETworks — соединённые сети) — всемирная компьютерная сеть, множество узлов которой составляют взаимодействующие по единым правилам компьютеры и компьютерные устройства, работающие в составе независимых пакетных сетей с различными архитектурами, техническими характеристиками и территориальным размещением. Правила обмена сообщениями между узлами Интернета определены семейством протоколов TCP/IP (сокр. англ. Transmission Control Protocol/Internet Protocol — протокол управления передачей / интернет-протокол) и его последующими расширениями и продолжениями..

Интернет служит коммуникационной инфраструктурой электронной почты, Всемирной паутины, поисковых систем, интернет-телефонии и других сервисов (служб), широко применяемых при цифровизации образования, науки, экономики, государственного управления и других видов деятельности.

Домен Интернета — поименованная совокупность IP-адресов узлов Интернета, для которой определены единые правила применения и которая рассматривается как структурный элемент системы адресации Интернета.

Всемирная паутина

Основная статья: Всемирная паутина

Всеми́рная паути́на (англ. World Wide Web) — распределённая неоднородная компьютерная система коллективного пользования гипермедийными документами, действующая на базе сети Интернет. Связанные гиперссылками документы этой системы, образующие сложную разветвлённую структуру, образно названы «паутиной» (англ. web). Один из наиболее популярных интернет-сервисов (наряду с электронной почтой, поисковыми системами и др.). Для обозначения Всемирной паутины обычно используют слово Веб или аббревиатуру WWW.

Методы и средства решения базовых S-задач

В ближайшие годы одно из основных направлений методологического обеспечения развития S-среды будет связано с созданием специфицируемых систем решения S-задач на основе сетевых сервисов, реализованных с использованием цифровых двойников.

Среди первоочередных проблем развития S-среды: развитие S-(символьных, кодовых и сигнальных) систем; программно-аппаратное преобразование аудио- и тактильных S-сообщений, вводимых (см. Ввод в информатике) человеком (или роботом), в графические, представленные композицией текста, гипертекста, специальных символов и изображений; технологическое совершенствование и унификация беспроводных интерфейсов [прежде всего видео-интерфейсов (вывод по выбору пользователя: на специальные очки, экраны монитора, телевизора или другого устройства видео-вывода)].

Представление S-объектов

□ Представление произвольных S-объектов, рассчитанных на восприятие человеком и S-машинами, связано с изобретением языков S-сообщений, удовлетворяющих определённым требованиям. В этом классе изучаются: системы S-символов, S-кодов и S-сигналов, используемые соответственно в человеко- и S-машинно-ориентированных языках (￮ к первым относим языки спецификации, программирования и запросов; ко вторым — системы S-машинных команд ￮); системы адресации, S-задачи представления S-(команд и данных) [￮ включая разрядность ￮]. К этому классы отнесены также S-задачи представления S-систем понятий, на которых интерпретируются S-сообщения. На верхнем уровне S-задачной иерархии этого класса находится представление S-моделей систем знаний. □

Преобразование типов и форм представления S-объектов

□ Преобразование типов и форм представления S-объектов позволяет устанавливать соответствия между ними. S-задачи преобразования типов (￮ речевого в текстовый и обратно и др. ￮) и форм (￮ аналоговой в цифровую и обратно; несжатой в сжатую и обратно ￮); одной формы представления документа в другую: (￮ *.doc в *.pdf ￮) — необходимое дополнение к S-задачам представления. □

Распознавание S-объектов

□ Распознавание S-объекта предполагает необходимость его представления в формате, известном получателю. При выполнении этого условия для распознавания S-объекта решаются S-задачи сопоставления с S-объектами, принадлежащими множеству «образцов»; либо — задачи сопоставления свойств распознаваемого S-объекта со свойствами «образцов». □

Конструирование S-объектов

□ Построение по определённым правилам из ранее созданных S-объектов более сложных S-объектов с заданными свойствами [￮ S-(задач, алгоритмов, программ), S-(чипсетов, машин, кластеров), сетей, сервисов и др. ￮)]. К этому классу отнесены S-задачи конструирования S-систем понятий, языков, систем знаний, интерпретаторов S-сообщений на S-системах понятий; S-сообщений и средств их построения, документов и информационных ресурсов; документооборота и систем информационных ресурсов. На верхнем уровне иерархии этого класса находятся S-задачи конструирования S-среды. □

Интерпретация сообщений

□ Интерпретация S-сообщений предполагает существование принятого S-сообщения, S-системы понятий, на которой оно должно интерпретироваться, и механизма S-интерпретации (￮ для микропроцессора S-машины S-сообщениями, подлежащими интерпретации, служат инструкции, которые он интерпретирует в соответствии со своей спецификацией ￮). □

Взаимодействие в S-среде

□ В этом классе изучаются S-задачи взаимодействия в S-среде (человек- S-машина; S-машина — S-машина) с типизацией: отправителей и получателей; средств отправки, передачи и получения S-сообщений; сред передачи S-сообщений. Изобретаются системы правил обмена S-сообщениями (S-сетевые протоколы); архитектуры S-сетей, сервис-ориентированные архитектуры; системы электронного документооборота и системы информационных ресурсов. □

Сохранение, накопление и поиск S-объектов

□ Этот класс включает связанные между собой S-задачи (сохранения, накопления и поиска). Изучаются и типизируются: память S-машин и S-машинные накопители, механизмы управления ими, формы сохранения и накопления; S-машинные носители, методы сохранения, накопления и поиска; базы данных и библиотеки программ. Изучаются S-модели предмета поиска (по образцу, по признакам, по описанию свойств) и методов поиска. □

Информационная безопасность и криптография

□ S-задачи этого класса включают: предотвращение и обнаружение уязвимостей систем информационной защиты; контроль доступа к информационным ресурсам, аппаратным и программным средствам S-машин; защиту от вторжений, вредоносных программ, перехвата S-сообщений и несанкционированного применения аппаратных и программных средств S-машин. □

Актуальные области исследований

Наиболее важные идеи, влияющие на развитие информатики, воплощены в методологическом обеспечении построения средств поддержки процессов познания, информационного взаимодействия и автоматизированного решения различных задач в S-среде.

На современном этапе (2020-х годов) развития информатики актуальными являются следующие взаимосвязанные комплексы областей исследований.

• Автоматизация решения с помощью S-машин задач взаимодействия, моделирования, проектирования и др.: изучаются методы построения распределённых алгоритмов (Distributed Algorithms) и организации распределённых вычислений (Distributed Computing), облачные вычисления (Cloud Computing), сложность вычислений и др.
• Программирование: изучаются языки программирования и спецификации задач; методы построения трансляторов, библиотек программ, операционных систем, файловых систем, инструментальных систем программирования, систем управления базами данных и др.
• S-среда: изучаются S-модели, методы и средства построения S-среды, компьютерных сетей, сетей цифровой связи, Интернета, Интернета вещей и других интернет-сервисов.
• Восприятие и представление сообщений, взаимодействие в S-среде: изучаются S-модели, методы и средства восприятия и представления визуальных, аудио, тактильных и др. сообщений; компьютерное зрение, слух и др. искусственные сенсоры; формирование аудио-, визуальных, тактильных и др. сообщений (включая комбинированные), рассчитанных на человека и роботов-партнёров; распознавание аудио, визуальных и др. сообщений (речи, жестов и др.), распознавание образов; обработка изображений, компьютерная графика, визуализация и др.; обмен сообщениями (S-модели процессов обмена, методы и средства приёма и передачи сообщений); интерфейсы пользователя, программ, аппаратных средств, программ с аппаратными средствами; онлайн-сервисы взаимодействия (мессенджеры, социальные сети и др.).
• Информационные ресурсы: изучаются S-модели, методы и средства представления, построения, сохранения, накопления, поиска, передачи и информационной защиты; электронный документооборот; электронные библиотеки; Веб; информационные порталы и др.
• Информационная безопасность и криптография: изучаются методы предотвращения и обнаружения уязвимостей; контроля доступа; защиты информационных систем от вторжений, вредоносных программ, перехвата сообщений; несанкционированного использования информационных ресурсов, программных и аппаратных средств.
• Искусственный интеллект: изучаются S-модели, методы и средства построения интеллектуальных роботов, используемых в качестве партнёров человека (для решения задач безопасности, ситуационного управления и др.); экспертные методы принятия решений и др.

Список не является исчерпывающим.

Прикладная информатика

Трудно найти вид деятельности, где бы не применялись научные результаты информатики. Поэтому этапы её развития сопровождаются изобретениями новых информационных технологий и совершенствованием на их основе различных видов деятельности.

В наши дни конкурентоспособность человека, корпораций и стран во многом определяется тем, насколько эффективно в их деятельности применяются передовые информационные технологии.

Цифровизация (так с конца 2010-х гг. стали называть информатизацию актуальных видов деятельности) признана необходимой для повышения продуктивности.

В зависимости об вида информатизируемой деятельности развиваются разделы прикладной информатики: биоинформатика, экономическая информатика, геоинформатика и др.

Литература

На русском языке

• Лебедев С. А. Электронные вычислительные машины // Доклады Академии наук СССР. Сессия по научным проблемам автоматизации производства. — 1956. — С. 20 с..
• Брук И. С. Перспективы применения управляющих машин в автоматизации // Доклады Академии наук СССР. Сессия по научным проблемам автоматизации производства. — 1956. — С. 17 с..
• Ершов А. П. Программирующая программа для быстродействующей электронной счетной машины. — М.: Изд-во Акад. наук СССР, 1958.
• Жоголев E. А., Росляков Г. С., Трофимов Н. П. Система стандартных подпрограмм. — М.: Физматгиз, 1958.
• Брусенцов Н. П. Вычислительная машина «Сетунь» Московского государственного университета. // Новые разработки в области вычислительной математики и вычислительной техники. — Киев, 1960. С. 226—234.
• Брусенцов Н. П., Маслов С. П., Розин В. П., Тишулина А. М. . Малая цифровая вычислительная машина «Сетунь». — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1962. — 140 с.
• Глушков В. М. Абстрактная теория автоматов // Успехи математических наук, 1961 16(5(101)):3-62.
• Глушков В. М. Синтез цифровых автоматов. — М.: Физматгиз, 1962.
• Поспелов Д. А. Арифметические основы вычислительных машин дискретного действия. М.: Высшая школа, 1970.
• Поспелов Д. А. Введение в теорию вычислительных систем. — М.: Сов. радио, 1972.
• Ершов А. П. Теория программирования и вычислительные системы. — М.: Знание, 1972.
• Поспелов Д. А. Логические методы анализа и синтеза схем. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1974.
• Бурцев В. С.. Принципы построения многопроцессорных вычислительных комплексов «Эльбрус» / Доклад на научно-техническом семинаре «Многопроцессорные вычислистельные комплексы». Москва, 21-22 ноября 1977 г. Препринт № 1 — М.: Министерство радиопромышленности СССР, АН СССР, Гос. комитет по науке и технике при СМ СССР, 1977.
• Бурцев В. С. Тенденции развития высокопроизводительных систем и многопроцессорные вычислительные комплексы. — М.: ИТМИВТ, 1977.
• Глушков В. М. Безбумажная информатика. — М.: Наука, 1978.
• Айламазян А. К. Информация и информационные системы. — М.: Радио и связь, 1982.
• Ершов А. П., Монахов В. М., Бешенков С. А. Основы информатики и вычислительной техники. — 1985.
• Поспелов Д. А. Моделирование рассуждений : Опыт анализа мыслительных актов. — М.: Радио и связь, 1989.
• Ильин В. Д. Система порождения программ. – М.: Наука. — 1989.
• Ильин В. Д., Соколов И. А. Символьная модель системы знаний информатики в человеко-автоматной среде // Информатика и ее применения, 2007. Т. 1. № 1. С. 66–78.

• Ким А. К., Перекатов В. И., Ермаков С. Г. Микропроцессоры и вычислительные комплексы семейства "Эльбрус". – СПб.: Питер. — 2013.
• Ершов А. П., Шура-Бура М. Р. Становление программирования в СССР. Изд. 2-е, доп. — Новосибирск: Ин-т систем информатики им. А. П. Ершова СО РАН, 2016.
• Ильин В. Д. Информатика: предмет и области исследований // Системы и средства информатики, 2017. Т. 27. № 1. С. 167-177.

На других языках

• John von Neuman. First Draft of a Report on EDVAC. Moore School of Electrical Engineering University of Pennsylvania. June 30. — 1945.
• Licklider J. C. R., Clark W. E. On-line man-computer communication. In: AIEE-IRE ‘62 (Spring) Proceedings of the May 1-3, 1962, spring joint computer conference. — 1962. — С. 113–128. — doi:10.1145/1460833.1460847.
• Dahl O.-J., Dijkstra E. W., Hoare C. A. R. Structured Programming. — London: Academic Press. — 1972.
• Cerf V., Kahn R. A Protocol for Packet Network Intercommunication // IEEE Trans on Comms, no. 5.. — 1974.
• Kay A. Personal Computing. Learning Research Group. Xerox Palo Alto Research Center. Palo Alto, California, USA, June 12. — 1975.
• Bell C. G., Strecker W. D. Computer What Have We Learned from the PDP-11, The 3rd Annual Symposium on Computer Architecture Conference Proceedings. — 1976.

• Zuse K. Der Computer – Mein Lebenswerk. 3. Auflage. Berlin: Springer. — 1993. — doi:10.1007/978-3-642-12096-1.
• Berners-Lee T. Information Management: A Proposal. CERN, March 1989, May 1990. — 1990.
• Berners-Lee T. Long Live the Web: A Call for Continued Open Standards and Neutrality // Scientific American, December 1. — 2010.

Сcылки

В этом разделе размещены ссылки на сообщения о работах, относящихся к развитию методологического обеспечения информатики и его применениям.

Компьютеры: аппаратные и программные средства

• Карпова В., Карпов Л. Первая БЭСМ: начало пути
• Карпова В., Карпов Л. ЭВМ посредством ЭВМ (статья на основе рукописей Лебедева С. А.)
• Начало информатики и создание первых ЭВМ в СССР
• Семейство ЭВМ «Урал»
• Российский серверный процессор Baikal-S2 получит чиплетную компоновку, 128 ядер Armv9 с частотой 3 ГГц, 8 каналов DDR5, 192 линии PCIe 5.0 и CXL 2.0

Сетевые сервисы

• Облачные сервисы // Открытые системы

Искусственный интеллект

• Искусственный интеллект // Открытые системы
• Генеративный искусственный интеллект: управление изменениями
• Искусственный интеллект конвертирует полигональные сетки в редактируемые 3D-модели
• Миниатюрное устройство «видит» и «запоминает», как человек
• Робот манипулирует предметами на ощупь, не используя компьютерное зрение
• Машинное зрение для повышения качества лабораторной диагностики
• 3D-принтер «копирует» сосуды пациента