Информационные технологии и моделирование в современном мире Лектор Муратова Г. В
| Вид материала | Лекция |
- Название Предмет Направление, 921.62kb.
- Рабочая программа по курсу «Имитационное моделирование экономических процессов» для, 150.96kb.
- Организационный взнос, 71.7kb.
- Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. №4(16) математическое, 61.09kb.
- Катастрофическое сознание в современном мире в конце ХХ века, 4844.9kb.
- Приложение 1 Международная конференция, 67.26kb.
- Международная конференция «Информационные технологии в образовании и науке», 86.4kb.
- Программа «информатика и икт (информационные и коммуникационные технологии)», 443.93kb.
- Программа «информатика и икт (информационные и коммуникационные технологии)», 827.46kb.
- Программа государственного экзамена по специальности: 230201. 65 «Информационные системы, 450.31kb.
Южный федеральный университет
Открытое акционерное общество КБ «Центр-инвест»
Публичная лекция на тему:
Информационные технологии и моделирование в современном мире
Лектор Муратова Г.В.,
д.ф.-м.н., зам.директора
ЮГИНФО ЮФУ,
проф. кафедры информационных
и измерительных технологий
ФВТ ЮФУ
2008 г.
г. Ростов-на-Дону
Содержание
- Кто владеет информацией – тот владеет миром……………………3
- Основные определения и области применения информации...3
- Компьютер и Интернет…………………………………………..8
- Методология математического моделирования – ядро информационных технологий, базовая технология информационного общества…………………………………………35
- Основные принципы математического моделирования и вычислительного эксперимента………………………………..35
- Математическое моделирование в различных видах деятельности – экологии, социальных и гуманитарных науках, экономических процессах, медико-биологических исследованиях……………………………………………………41
- Основные принципы математического моделирования и вычислительного эксперимента………………………………..35
- Многомасштабное моделирование процессов и явлений в нанотехнологиях………………………………………………………56
- Перспективы развития информационных технологий и моделирования ………………………………………………………58
1 " Кто владеет информацией – тот владеет миром"
Этот известный афоризм, авторство которого некоторые исследователи приписывают английскому мыслителю средневековья Френсису Бэкону, стал девизом современного информационного этапа развития общества. Правда, многие считают, что это выражение придумал Натан Ротшильд, а крылатым оно стало после того, как его употребил в своей речи Уинстон Черчиль. Кто при этом является большим автором - трудно сказать.
Как повествуют историки, двести лет назад Наполеон проигрывал англичанам Битву при Ватерлоо. По легенде, за сражением внимательно наблюдали Натан и Якоб Ротшильды. Кроме финансовых забот, Ротшильды могли позволить себе лишь одно хобби - почтовых голубей. После битвы голуби были немедленно выпущены с шифрованными инструкциями, привязанными к лапкам. Но Ротшильды не хотели рисковать и, едва убедившись, что Наполеон проигрывает сражение, Натан, загоняя дорогих лошадей, сам мчится в Лондон.
Утром Натан Ротшильд явился на Лондонскую биржу. Он был единственным в Лондоне, кто знал о поражении Наполеона. Сокрушаясь по поводу успехов Наполеона, он немедленно приступил к массовой продаже своих акций. Все остальные биржевики сразу же последовали его примеру, так как решили, что сражение проиграли англичане. Английские, австрийские и прусские ценные бумаги дешевели с каждой минутой и оптом скупались агентами Ротшильда. О том, что Наполеон проиграл битву, на бирже узнали лишь через день. Многие держатели ценных бумаг покончили с собой, а Натан заработал 40 миллионов фунтов стерлингов. Реальная информация, полученная раньше других, позволила Ротшильдам вести беспроигрышную игру на бирже. Ротшильды в полной мере воплотили в жизнь знаменитую фразу "Кто владеет информацией, тот владеет миром".
Этот рассказ можно считать исторической легендой, но актуальность афоризма несомненна, современная действительность убедительно подтверждает это.
1.1 Основные определения и области применения информации
В начале XXI века человечество вступило в эпоху новой научно-технической революции - информационной. В XX веке удалось овладеть многими тайнами превращения вещества и энергии и использовать эти знания для улучшения качества жизни. Примером может служить создание и широкое распространение атомной энергетики.
Но наряду с веществом и энергией в жизни человека огромную роль играет информация - самые разнообразные сведения, сообщения, известия, знания и умения, которые он получает из окружающего мира. И с каждым веком, десятилетием и годом роль информации в жизни человека все увеличивается.
В современном "Словаре русского языка" С.И. Ожегова слово "информация" - это сведения об окружающем мире и протекающих в нем процессах, воспринимаемые человеком или специальным устройством.
В наше время, особенно после создания и всеобщего распространения компьютеров информация превратилась в общенаучное понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу наследственных признаков от клетки к клетке, от организма к организму. Информация стала основным, базовым понятием кибернетики - науки об управлении в живой природе и технике. Наряду с веществом и энергией информация стала одним из основных понятий окружающего нас мира.
Каждый человек с момента рождения, а если точнее, то даже еще в утробе матери окружен информацией, которую он воспринимает с помощью всех органов чувств - слуха, зрения, обоняния, осязания, вкуса. Для человека, животного или растения - информация представляет собой отражение окружающего их реального мира, то есть сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте - это неотъемлемое свойство живой природы.
Понятие информация всегда связано с объектом реального мира, свойство которого она отражает. Информация не может возникнуть "из ничего". Ее можно получить, записать (или запомнить), передать, воспроизвести или стереть. Все это связывает ее с реальным миром. Но одно свойство отличает информацию от реального мира, от материи и энергии. Ведь если от одного объекта передать некоторое количество вещества или энергии другому объекту, то в первом объекте вещества или энергии станет меньше на это количество, а во втором - больше. В противоположность этому, при передаче информации от одного объекта другому, в первом ее количество не уменьшается, а во втором - увеличивается. Ведь если Вы поделитесь какой-нибудь новостью с другими людьми, они ее узнают, но она и у Вас останется.
Особенно быстро роль информации возросла после изобретения в середине XX века компьютера - машины для приема, переработки, хранения и выдачи информации. Появление и широкое распространение компьютеров предоставило человеку совершенно новые возможности поиска, получения, накопления, передачи и, главное, обработки информации.
Компьютер был изобретен как средство для скоростных вычислений, своего рода быстродействующий арифмометр. Однако постепенно к его вычислительным возможностям добавились функции почти всех предшествовавших средств коммуникации, превратив его в главное орудие построения современного информационного общества. Сегодня уже нельзя перечислить все сферы применения компьютера. В связи с этим наиболее остроумным определением назначения компьютера можно считать следующее: "Компьютер есть средство решения тех задач, которые человек в состоянии ему поручить на данном уровне развития техники".
С появлением компьютеров сформировалась информатика - наука об общих свойствах и закономерностях информации, методах ее поиска, передачи, хранения, обработки и использования в различных сферах деятельности человека. Термину информатика предшествовал термин кибернетика, которым называли исследования, связанные с использованием информации в системах автоматического управления. Cлово кибернетика (от греческого kibernetike - искусство управления) - название книги великого математика XX века Норберта Винера - стало названием новой науки кибернетики. Но постепенно выяснилось, что кибернетика - это лишь часть более общей науки информатики. В англоязычных странах ее стали называть вычислительной наукой (Computer Science, от английского слова сompute - вычислять). Во франкоязычных странах появился аналогичный термин информатика (informatique). Этот термин в нашей стране и стал названием науки информатики. Она включает в себя теоретическую информатику (в том числе математическую логику и теорию информации), кибернетику, программирование, информационные системы, вычислительную технику, информатику в природе и обществе, проблемы создания искусственного интеллекта.
Современный человек получает целую лавину информации: знания, приобретенные в процессе обучения, при общении с другими людьми, животными; содержание книг, газет, журналов; сообщения по радио и телевидению; реклама; впечатления от посещения кино, театров, музеев и концертов, прослушивания звукозаписей, туристических поездок и многое другое.
Каковы же основные виды информации? По способам восприятия она делится на оптическую или визуальную, звуковую или аудиальную, тактильную, обонятельную и вкусовую (соответствующую пяти органам чувств). По форме представления она делится на текстовую, числовую, графическую и звуковую, а по общественному значению – на массовую (обыденную, общественно-политическую, эстетическую), специальную (научную, производственную, техническую, управленческую, знания, умения, прогнозы, планы, чувства, интуицию) и личную.
Основные свойства информации - это объективность, достоверность, полнота, актуальность, ценность (или полезность) и ясность (понятность).
А для чего нужна человеку информация? Информация нужна человеку для ориентирования в окружающем мире и принятия решений о своих дальнейших действиях, причем конкретно, в нужное время. Мы еще вернемся к этому важному для дальнейшего рассмотрения факту.
Для хранения, передачи информации и представлении ее на каком-нибудь материальном носителе (камне, бумаге, магнитной пленке) используется кодирование с помощью знаков (символов) и набора знаков – алфавита. Один из видов кодирования – это шифрование, то есть кодирование на языке, понятном только получателю сообщения.
Существует множество языков кодирования: разговорные, мимики и жестов, рисунков и чертежей, науки (математики, физики, химии), искусства (живописи, музыки, скульптуры, архитектуры) и специальные (азбука Морзе, азбука Брайля для слепых, и программирование, то есть кодирование на языке, "понятном" компьютеру.
Информация всегда связана с материальным носителем, то есть средой для записи и хранения информации. В качестве носителей информации используются материальные предметы, волны (например, радиоволны, звуковые и ультразвуковые), различные состояния вещества (например, аморфное или кристаллическое).
Своим появлением человеческое общество обязано общественному труду и информационным процессам и технологиям, которые существуют столько тысячелетий, сколько существует человеческое общество.
Процессы получения, хранения, транспортировки (то есть передачи на расстояние), преобразования и представления информации называют информационными процессами.
Что же такое информационные технологии? Это система приемов, способов и методов осуществления информационных процессов. Часто под информационными технологиями понимают также технические и программные средства реализации информационных процессов. Потребность человека общаться с окружающими его людьми, то есть выразить и передать информацию, привела к появлению языка и речи - древнейшей информационной технологии. Дальнейшие этапы - это изобретение книгопечатания, почты, телеграфа, телефона, радио, телевидения, космической связи и, наконец, компьютеров, Интернета и электронной почты.
Информационные технологии можно делить по принципу "до" появления компьютеров и "после" их появления, так же как летоисчисление мы делим на два периода - "до нашей эры" и "нашей эры". Появление компьютеров - это новая эра информационных технологий: цифровая.
Однако не следует забывать, что эра компьютеров не могла наступить без основополагающих открытий в области электричества и прежде всего без работ Л. Гальвани, А. Вольта, А. Ампера, М. Фарадея, Д. Максвелла, Г. Герца.
Областями применения информационных технологий являются практически все сферы деятельности человека: производство, наука, образование, государственное и муниципальное управление, экономика, хозяйственная деятельность, промышленность, строительство, транспорт, связь, оборона, медицина, сфера развлечений и досуга и др.
Особенность современных информационных технологий заключается в том, что в них предметом и продуктом труда является информация, а орудиями труда служат средства вычислительной техники и связи.
К информационным технологиям относятся средства записи, хранения, обработки, передачи на расстояния (средства связи - сигнализация, почта, телеграф, телефон, радио, телевидение) и воспроизведения информации.
Информационные технологии делятся на аналоговые и цифровые.
Аналоговые технологии основаны на способе представления информации в виде какой-либо непрерывной (аналоговой) физической величины, например, напряжения или силы электрического тока, величина которых (сигнал) является носителем информации.
Цифровые технологии основаны на дискретном (от лат. discretus - разделенный, прерывистый) способе представления информации в виде чисел (обычно с использованием двоичной системы счисления), значение которых является носителем информации. Для этого в них используются физические величины, способные принимать только два устойчивых состояния (включено/выключено, есть напряжение / нет напряжения, намагничено / не намагничено). Это обеспечивает предельную простоту цифрового сигнала: есть электрический импульс - единица, нет импульса - ноль. Простота цифровых сигналов обеспечивает (по сравнению с аналоговыми сигналами) их несоизмеримо большую защищенность от помех, в том числе при передаче по каналам связи.
При цифровом представлении информации точность зависит от количества разрядов в числах. Увеличивая число этих разрядов, можно обеспечить любую наперед заданную точность вычислений. В этом состоит главное преимущество цифровых вычислительных устройств по сравнению с аналоговыми. Современные персональные компьютеры оперируют с 64-разрядными двоичными числами.
В стремительном развитии радиотехники и вычислительной техники сыграли главную роль два изобретения - вакуумных электронных ламп в 1905-1907 гг. и полупроводникового транзистора в 1948 году.
В результате изобретения электронных ламп сформировалась технология приборов вакуумной электроники, появились заводы по производству таких приборов, положившие начало развитию электронной промышленности. До 1960-х гг. вакуумная электроника представляла практически всю электронику.
Изобретение полупроводникового транзистора вызвало бурный рост микроэлектроники, отказ от использования электронных ламп.
И еще два изобретения позволили создать целую серию современных портативных устройств - жидкокристаллических дисплеев и светочувствительных приборов с зарядовой связью (ПЗС) в 1970-х гг. В результате созданы цифровые наручные часы, сотовые телефоны, цифровые фото- и видеокамеры, ноутбуки, карманные компьютеры и др.
Появление компьютеров - машин для переработки информации - это новая эра информационных технологий: цифровая, открывающая целый спектр новых возможностей. Стремительное развитие микроэлектроники, изобретение компьютера, создание персонального компьютера, глобальной сети Интернет, электронной почты, сотовой мобильной связи и других цифровых информационных технологий вызвало в конце XX и в начале XXI веков информационную революцию.
Совершенствование информационных технологий происходит в несколько раз быстрее, чем технологий использования энергии. Никогда ранее ни в одной сфере хозяйства не достигалось такого прогресса. Так, быстродействие персональных компьютеров возросло более чем в тысячу раз, а объем памяти компьютерного жесткого диска (винчестера) увеличился в несколько сотен раз. Прогресс в информационной сфере постоянно ускоряется ввиду безграничности спроса на новые технологические разработки. Каждая новая компьютерная система не только все быстрее приходит на смену предшествующей, но и обеспечивает себе успех на рынке в более короткие сроки. Это подготовило условия для создания всемирной информационной сети Интернет - самой быстрорастущей отрасли современной экономики. Бурное развитие компьютерных технологий создает в промышленно развитых странах мира не только новый технологический уклад, но и новую социальную реальность. Темпы роста доли в валовом национальном продукте отраслей, непосредственно связанных с производством и использованием знаний (еще в 1950-е годы они получили название "knowledge industries"), составляет уже более 50 процентов.
Сегодня информация и знания являются основой экономического и социального прогресса, важнейшим стратегическим, принципиально новым ресурсом, к которому неприменимо традиционное понятие исчерпаемости. Запасы угля, нефти и природного газа на нашей планете ограничены, а процесс поиска, переработки информации и получения на их основе новых знаний бесконечен, неисчерпаем. Ведь природа информации и знаний такова, что каждая удовлетворенная потребность в них тут же порождает множество новых.
Остановимся коротко на ключевых моментах развития информационных технологий. Начнем с истории развития компьютера.