Главная arrow Учебники arrow Информатика и ИКТ 10-11 класс Семакин 2012 arrow §6 Информационные процессы в естественных и искусственных системах

§6 Информационные процессы в естественных и искусственных системах

Информатика и ИКТ 10-11 класс Семакин, Информатика 10-11 класс Семакин, Информационные процессы в естественных и искусственных системах, Естественные системы, Искусственные системы, Материальные связи в естественных и искусственных системах, Информационные связи в естественных и искусственных системах, Информационные процессы в системах, Системы управления

Из базового курса вам известно:
 - Существуют три основных типа информационных процессов: хранение информации, передача информации, обработка информации.
 - Человек хранит информацию в собственной памяти и на внешних носителях: бумаге, компьютерных дисках и пр.
 - Процесс передачи информации протекает от источника к приемнику по информационным каналам.
 - Процесс обработки информации связан с получением новой информации, изменением формы или структуры имеющейся информации, поиском данных в информационном массиве.
Естественные и искусственные системы
Вернемся к вопросу о связях, существующих между элементами систем. Когда это дом или машина, всё понятно. Кирпичи связаны цементным раствором, детали машины — болтами, сваркой, заклепками. А чем связаны системы животных, растений, или, допустим, система образования? Чтобы разобраться в этом, разделим всевозможные системы на два вида.
Существуют естественные системы, или природные, т. е. созданные природой, и искусственные системы — созданные человеком.
Естественные системы: космические системы — галактики, системы звезд и планет, такие, как наша Солнечная система; системы животных и растений; молекулярные и атомные системы.
Искусственные системы создают люди. Если хорошо подумать, то можно вспомнить множество таких систем, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, — это система городского транспорта, система телефонной связи, система торговли, система образования, система здравоохранения, система водоснабжения, система обороны страны, банковская система, государственная энергетическая система и т. д. Само человеческое общество — это тоже система взаимосвязанных личностей, которые образуют разнообразные подсистемы: семьи, трудовые коллективы, партии, нации, расы и пр.
Материальные связи в естественных и искусственных системах
Обсудим характер связей в естественных системах. Во-первых, это физические силы, которые, например, удерживают планеты около Солнца на своих орбитах, молекулы углерода в кристалле алмаза; это энергетические процессы, например фотосинтез, превращающий солнечную энергию в энергию жизни растений. Благодаря генетическим связям сохраняются и продолжаются виды животных и растений. Эти связи заключаются в определенной структуре молекул ДНК, входящих в состав клеток организма. Можно говорить о климатических связях — они объединяют систему животного и растительного мира в определенной части планеты. Все перечисленные виды связей можно назвать материальными.
Теперь об искусственных системах. Есть множество материальных систем, созданных человеком: вся техника (автомобили, самолеты, станки, компьютеры и т. д.), строительные сооружения (дома, мосты, города, плотины, каналы); искусственные материалы (сплавы, пластмассы). Связи в таких системах, как и в естественных, имеют материальный характер. Раньше мы уже говорили о строительных сооружениях, о машинах. Представим еще, например, энергосистему:    станции, трансформаторы, линии электропередач, электроприборы; все это присоединено одно к другому и согласованно работает.
Информационные связи в естественных и искусственных системах
Однако в живой природе существуют системные связи, которые никак нельзя отнести к материальным. Вот, например, стая журавлей, летящая клином на юг. Что удерживает их в таком строю? Журавли видят вожака, ведущего стаю, и следуют за ним в определенном порядке. Кроме того, журавли подают друг другу сигналы голосом. Это пример связи, которую можно назвать информационной. Подобные примеры можно привести из жизни животных, рыб и даже насекомых.
В системах живой природы существуют связи как материальные, так и информационные.
Выше говорилось о материальных искусственных системах. Другой вид искусственных систем — это общественные (социальные) системы, т. е. различные объединения людей. Конечно, между ними тоже есть определенные материальные связи (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), однако для общественных систем очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена.
Еще существуют связи между людьми, основанные на определенных договоренностях, например конституции государства, законодательстве, уставе организации. Кроме того, есть связи, определяемые человеческой этикой — правилами поведения, не записанными в законах: национальные традиции, семейные традиции, правила приличия и т. д. Люди знают эти законы и правила и подчиняются им. А поскольку любые знания — это информация, то такие связи тоже можно назвать информационными.
Для функционирования общественных систем важнейшее значение имеют информационные связи.
Информационные процессы в системах
В чем же состоят информационные связи? Казалось бы, ответ очевиден: в обмене информацией, в передаче информации от одного элемента системы к другому. Но можно ли утверждать, что два других вида информационных процессов — хранение и обработка информации — необязательны для таких систем?
Передача информации невозможна без ее хранения: откуда-то информация должна браться при отправлении и куда-то помещаться при получении. Возьмем для примера наиболее близкую для вас социальную систему — систему образования. Основной вид связи между двумя типами ее элементов — учителями и учениками — заключается в процессе передачи знаний от учителей к ученикам. Но информация, которую учителя передают ученикам, хранится в учебниках, в конспектах уроков, в памяти учителя. Ученики же сохраняют полученные знания в своей памяти и в тетрадях.
В процессе обучения постоянно происходит обработка информации как учителем, так и учениками. При объяснении учебного материала учитель преобразует его, представляя ученикам в разных формах: в текстовой, графической, табличной, на моделях. Ученики, в свою очередь, отвечают на вопросы, решают задачи, а это есть обработка информации.
Рассмотрим другие элементы системы образования: министерство и учебные заведения. Это элементы подсистемы управления образованием. В ней также происходит передача информации (передаются распоряжения, планы, отчеты, нормативные документы), хранение информации (хранится документация, различные статистические данные), обработка информации (составление той же документации, статистической информации и пр.).
Наконец, рассмотрим технические информационные системы. К ним относятся системы телеграфной и телефонной связи, радио и телевидения, компьютеры и компьютерные сети, сотовые системы связи. Это искусственные системы, созданные людьми для осуществления информационных процессов: хранения, обработки и передачи информации.
В базовом курсе информатики рассказывалось о том, что компьютер целенаправленно создавался изобретателями как универсальный автомат для хранения, обработки и передачи информации. Поэтому все три вида информационных процессов в нем реализованы по определению. Ну а, например, мобильный телефон? Основное его назначение состоит в приеме и передаче информации. Где же здесь хранение и обработка? На рис. 2.2 схематически показан процесс осуществления передачи и приема SMS-сообщения посредством сотовой связи.
Инфомрационные процессы сотовой связи
Из этой схемы видно, что в процессе работы системы сотовой связи происходит хранение, передача и обработка информации. Аналогично можно описать работу других вышеназванных технических систем, в которых имеют место все три вида информационных процессов.
Системы управления
Из базового курса информатики вам известно, что изучением процессов управления занимается наука кибернетика. Начало кибернетике положил американский ученый Норберт Винер своей книгой «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине», вышедшей в 1948 году.
Под управлением понимается планомерное воздействие на некоторый объект с целью достижения определенного результата.
С точки зрения кибернетики, процесс управления рассматривается как функционирование системы управления. Эта система состоит из двух подсистем: объекта управления и управляющей системы. Кибернетическая модель управления приведена на рис. 2.3.
Кибернетическая модель процесса управления
Управляющей системой может быть человек (шофер, дирижер оркестра, учитель, директор), коллектив (правительство, парламент), а может быть и техническое устройство (автоматический регулятор, компьютер). Объектом управления может быть техническое устройство (автомобиль), один человек (ученик, солдат) или коллектив (оркестр, работники предприятия).
Взаимодействие, существующее между двумя этими подсистемами в процессе управления, кибернетика рассматривает как информационную связь. По линии прямой связи передаются команды управления от управляющей системы к объекту управления. По линии обратной связи — информация о состоянии объекта управления, о его реакции на управляющее воздействие, а также о состоянии окружающей среды, которая тоже может влиять на процесс управления. Схема на рис. 2.3 оказывается универсальной для всех типов систем, как искусственных, так и естественных, где происходит управление.
Все компоненты системы управления имеются в организмах животного и человека. Мозг — управляющая система, органы движения — объекты управления, нервная система — каналы информационной связи.
В системах управления осуществляется передача информации, а также ее хранение и обработка. Хранить и обрабатывать информацию приходится как управляющей системе, так и объектам управления (ученик, солдат, трудовой коллектив тоже хранят и обрабатывают информацию, поступающую к ним в процессе управления).
Процесс управления происходит по программе, заложенной в память управляющей системы. Если управляющая система способна к собственному программированию, то ее можно назвать самоуправляемой системой. Элементы самоуправления присущи представителям животного мира. В наибольшей степени способностью к самоуправлению обладает человек.
Система основных понятий

Информационные процессы в системах

Естественные системы

Искусственные системы

Неживой природы

Живой природы

Технические

Общественные

Материальные

связи

Материальные связи + информационные связи

Процессы осуществления информационных связей

Хранение

информации

Передача

информации

Обработка

информации

Управление -

сложный информационный процесс, включающий в себя хранение, передачу и обработку информации