3. Информационные системы и их свойства

Вначале было слово

В начале 40-х годов американский инженер и математик Клод Элвуд Шенон создал математическую теорию, которые его последователи называли теорией информации, а критики утверждали, что это скорее теория передачи информации. Примерно в то же время появились труды основателя кибернетики американского ученого Норберта Винера. Новая точка зрения на проблемы управления, обработки и передачи информации дала мощный толчок развитию средств обработки информации. В 50-х годах в мире начался информационный бум. Были созданы специальные науки и теории, целиком и полностью посвященные передаче и обработке информации, синтезу систем и алгоритмов управления. В науке появились имена Р.Беллмана, А.Н. Колмогорова, Л.С. Понтрягина и других выдающихся ученых математиков. За 20-30 лет в мире возникла колоссальная компьютерная индустрия, обозначившая новую эру человечества - эру информации. Капитал, вложенный в сферу производства информационных продуктов, средств обработки информации и коммуникации приносит прибыль, сопоставимую с прибылью от торговли энергоресурсами и оружием. В ближайшем будущем рентабельность этих сфер вырастет многократно, а обороты превысят все самые оптимистические ожидания.

Идет напряженная борьба за обладание информацией. Её значение и ценность для людей стала определяться тезисом: "Кто владеет информацией - тот владеет миром!".

Слово "информация" происходит от латинского слова informatio - разъяснение, изложение. Общепринятого определения понятию "информация" вероятно не существует. Дело в том, что само понятие "информация" очень широко и в сильной степени абстрагировано, чем и определяется его большая универсальность. Сильно абстрагированные понятия всегда универсальны, а поэтому применимы при описании широкого спектра проблем. Если же конкретизировать понятие, то оно теряет свою универсальность и становятся тем уже, чем сильнее мы его конкретизируем.

Исследуя природу информации можно выделить множество форм, в которых может существовать информация. Рассмотрим, например, только шесть различных форм информации, о которых можно сказать, что они имеют определенные отличия. Можно выделить и детализировать значительно больше форм, но для краткости изложения ограничимся пока только шестью. Назовем эти формы информации достаточно условно:

элементарная информация (информация, существующая в форме элементарных частиц);

химическая информация (существующая, в форме химических веществ);

генетическая информация (информация, существующая в форме генетических объектов);

компьютерная информация (информация, существующая в форме программных продуктов);

письменная информация (информация, существующая в форме письменных и печатных произведений и т.п.);

звуковая информация (информация, существующая в форме звуковых сообщений).

Условимся называть совокупность (или множество) объектов одной формы информации понятием "информационная система" (сокращенно ИС). Тогда понятием "информация", можно обозначить инвариантные объекты, принадлежащие определенному множеству информационных систем. Информация является субстанцией (объектом), не зависящей от выбора информационной системы. Это определение основывается на том факте, что одна и та же информация может быть представлена в виде совокупности различных объектов различных информационных систем. Например, число "один" можно в знаковой ИС отобразить в виде знака "1", в письменной ИС в виде набора знаков, имеющего вид "один", в звуковой ИС в виде набора звуков. Несмотря на различную физическую форму, все эти объекты будут отображать общее и независящее от физической формы проявления понятие "один". Следует признать, что приведенное определение информации, конечно, тоже не полно, так как невозможно конкретизировать сильно абстрагированное понятие без его искажения. Используя ограниченный набор понятий, образующих определение информации, можно дать только приближенный образ этого понятия. Его конкретизации посвящена вся остальная книга.

Кроме форм существования информации можно выделить два состояния информации - активную и пассивную.

Активной информацией (или информацией в активном состоянии) будем называть то, что заставляет взаимодействовать между собой объекты информационной системы. Примером информации в активном состоянии является компьютерная программа, взаимодействующая с элементами компьютера и другими программами, работающими в нем.

Под понятием пассивной информации (или информацией в пассивном состоянии), будем понимать объект или множество объектов, какой либо информационной системы, не взаимодействующих с остальными элементами и объектами информационной системы. Примером информации в пассивном состоянии может служить компьютерная программа, записанная на магнитном диске винчестера и не работающая в компьютере в данный момент. Можно сказать, что до тех пор, пока оператор (как внешняя информационная система) не даст соответствующую команду компьютеру, для него эта информация как бы не существует. Он её никак не воспринимает и может обнаружить ее существование, только предприняв специальные действия по команде оператора, или какой либо программы. В необходимых случаях будем называть пассивное состояние информации формальным.

В силу данного выше определения информационных систем, очевидно, что в природе существует множество информационных систем, причем только часть этих ИС созданы человеческой цивилизацией.

Некоторые из ИС состоят из подмножества отличающихся ИС. Например, письменная информация включает множество полноценных письменных информационных систем на различных языках. В свою очередь, каждая из этих ИС состоит из множества ИС, относящихся к различным областям деятельности человеческой цивилизации, например, математическая ИС, поэтическая ИС, прозовая ИС и т.д., которые достаточно отличаются друг от друга, чтобы быть идентифицированы по некоторым признакам.

Все информационные системы имеют следующие общие свойства.

1. Информация каждой конкретной ИС содержится в (или на) конкретном носителе и определяет свойства этого носителя. В свою очередь свойства носителя определяют форму проявления (представления) информации.

Так информация элементарной ИС содержится в устройстве элементарных объектов микромира. Это субэлементарный уровень взаимодействия.

Информация химической ИС содержится в устройстве атомов химических веществ и структуре химических соединений. Можно считать, что она образуется на элементарном и пространственно-временном уровне.

Информация генетической ИС содержится в устройстве биологических молекул, биологических кодах, геномах и т.п., т.е. она как бы закодирована в структурах молекулярного уровня, образованных атомами химических веществ.

Информация компьютерной ИС содержится в устройстве микросхем, записана на лазерных и магнитных дисках и пленках, она содержится в порядке пространственного соединения и временного взаимодействия элементов компьютера, т.е. содержится на макромолекулярном и объектном уровне.

Информация письменной ИС содержится в форме знаков, пространственных фигур особой формы, ассоциативно связанных с системой звуков и понятий, которые тоже ассоциативно связаны с объектами окружающей среды, т.е. образуется на ассоциативном и макромолекулярном "объектно-предметном" уровне.

Информация звуковой ИС содержится в частотной и амплитудной модуляции механических волн, т.е. закодирована на волновом уровне.

2. Информационные системы являются квантовыми образованиями.

Квантами информационных систем можно назвать их первичные элементы, которые в свою очередь созданы из элементов старших информационных систем. Квант одной информационной системы обычно не может быть создан из других квантов своей же информационной системы или ее объектов. Взаимодействие разных квантов одной ИС друг с другом может дать только иной информационный объект этой же ИС.

Квантами информационных систем в нашем примере являются:

элементарной ИС - три фундаментальных поля: электрическое, магнитное и гравитационное;

химической ИС - элементарные частицы;

генетической ИС - атомы химических веществ;

компьютерной ИС - биты информации ("0" и "1");

письменной ИС - буквы (от 16 букв до нескольких тысяч иероглифов в разных алфавитах);

звуковой ИС - звуки, как частотно-модулированные фрагменты - звуковые образы букв.

3. Из квантов информационных систем образуются объекты информационных систем.

Из квантов информационных систем образуются объекты:

элементарной ИС - элементарные частицы;

химической ИС - атомы химических веществ, макрообъекты, планеты, звезды, галактики и т.п.;

генетической ИС - биологические вещества, белки, биологические объекты, биокомпьютеры и биороботы, разумные существа и т.п.;

компьютерной ИС - программы, языки, операционные системы, оболочки, документы, мультимедийные структуры, базы данных и т.д.;

письменной - слова, языки, документы, произведения науки и культуры, базы данных и т.п.;

звуковой - слова, языки, звуковые документы и произведения.

Свойства квантов ИС полностью определяют свойства объектов ИС. А свойства объектов ИС полностью определяют свойства самих ИС.

4. Все виды информационных объектов всех форм информации могут быть при определенных условиях:

размножены (клонированы);

уничтожены путем разложения на кванты;

изменены в результате взаимодействия с другими информационными объектами или структурами.

5. Ассоциативная и прямая взаимосвязи информационных систем.

Между всеми видами информации существует определенная взаимосвязь, носящая либо прямой, либо ассоциативный характер.

Прямая взаимосвязь ИС имеет место в случае, когда кванты ИС одного типа (дочерней ИС) состоят или построены из объектов другого типа (родительской ИС) и при этом принципы кодирования информации двух ИС либо одинаковы, либо критично не отличаются.

В этих случаях объекты одной ИС могут функционировать и взаимодействовать с объектами другой ИС. Например, человек, как объект генетической ИС взаимодействует с объектами элементарной, химической и компьютерной природы и при этом создает новые объекты этих ИС и взаимодействует с ними.

Ассоциативная взаимосвязь имеет место тогда, когда кванты двух различных информационных систем построены на критично отличающихся принципах кодирования информации. Например, разные языки, различные носители (магнитные и волновые), разные операционные системы.

При ассоциативной взаимосвязи объекты одной ИС не могут взаимодействовать с объектами другой ИС без прямых и обратных преобразований, осуществляемых с помощью дополнительной (третьей) ИС. Для информационных систем как бы не существуют не взаимодействующие с ними объекты других (и даже родственных) информационных систем. Объект а1 системы А, не взаимодействующий с объектом а2 этой же системы, может рассматриваться как объект, находящийся в неактивном (или пассивном) состоянии по отношению к объекту а2, даже если в это время объекты взаимодействуют с другими объектами этой системы. В большинстве случаев верно и обратное утверждение. Следовательно, не взаимодействующие объекты существуют друг для друга в формальной (пассивной) форме.

6. О преобразовании информации в виде объектов одной ИС в объекты другой ИС.

Свойства информации в большинстве случаев позволяют преобразовывать один вид информации в другой (или отображать объекты одной ИС с помощью объектов другой ИС). Для такого преобразования необходимо иметь информацию о принципах кодирования (построения) преобразовываемых информационных систем.

Объекты информационных систем могут быть отображены с помощью объектов других ИС только с определенной степенью точности, т.е. с деформацией и искажением.

Если объекты отображающей ИС имеют размерность меньше размерности отображаемых объектов, то возможна безвозвратная потеря информации. При этом, как правило, теряется часть информации. Отображения объектов ИС с помощью объектов других ИС равной размерности также возможно, как правило, с определенной неполнотой, зависящей от различий свойств квантов обеих ИС. Отображения-преобразования объектов информационных систем возможны в любом направлении.

Например, с помощью компьютерной и письменной информационной систем можно отобразить любые физические законы природы в виде математических моделей различной адекватности. При этом, чем больше кванты ИС будут схожи с квантами отображаемой ИС, тем меньше информации будет утрачено в результате отображения и тем точнее изображение будет похоже на оригинал.

Следует признать, что объекты одной информационной системы могут отображаться в виде объектов другой информационной системы, причем должны существовать одно- или многозначные зависимости (механизмы, средства) для осуществления прямых или обратных преобразований (отображений) - системы кодирования информации.

Раз так, то любой объект одной информационной системы можно отобразить в виде объекта любой другой информационной системы с помощью особых процедур преобразования (отображения, кодирования).

Если между двумя ИС имеется только ассоциативная связь, то информационные отображения объектов первичной ИС, создаваемые в другой вторичной ИС, теряют свои свойства воздействовать на объекты первичной информационной системы. Так математические модели объектов элементарной ИС, реализованные в компьютерной среде, не могут взаимодействовать с объектами элементарной системы (с элементарными частицами и полями) без обратного преобразования с помощью исполнительных устройств, управляемых компьютером.

Если между двумя ИС имеется прямая связь, то информационные отображения объектов первичной ИС, создаваемые в другой вторичной ИС, могут воздействовать как на объекты первичной ИС, так и на объекты вторичной ИС.

Так генетические объекты являются генетическим отображением некоторых физических объектов и их свойств. Например, взаимодействие клеток или клеточных мембран с молекулами веществ можно считать генетическим отображением взаимодействия элементарных объектов, к примеру, электронов с квантами электромагнитного излучения, полями или некоторыми элементарными частицами.

Это свойство информационных систем определяет высокоэффективный метод исследования природы путем наблюдения и логического анализа аналогичных явлений природы. Как правило, в природе всегда можно найти наблюдаемое отображение любого исследуемого процесса.

7. Виды информации

Информацию, которая отражается любой ИС можно условно разделить на три вида:

Кодовая (программная) информация - методы изменения состояния квантов отображающей ИС и построения её объектов.

База понятий - набор объектов одной ИС ассоциативно связанных с объектами другой ИС (для ассоциативно связанных ИС). База понятий содержится в памяти ассоциата, использующего две ассоциативно связанные ИС.

Объектная информация - набор данных о конкретных объектах различных ИС, выраженный с помощью объектов отображающей ИС.

Понятия отличаются от данных большей общностью определений и минимальной степенью конкретизации. Вообще деление информации на 3 вида весьма условно, т.к. все эти виды взаимопересекаются.

8. Энергетические процессы при отображении и взаимодействии информационных систем.

При отображении или взаимодействии информационных систем затрачивается или выделяется "энергия" в виде критерия "ценности" вновь образованной информации для данного вида информационного пространства. Например, произведение науки или культуры может иметь большую ценность, чем случайный набор слов такого же объема. Комбинация молекул в виде аденозинтрифосфорной кислоты при определенных условиях и в определенные моменты времени может обладать большей "ценностью" для клеток (объектов этого пространства), чем совокупность тех же молекул в том же количестве, но соединенных друг с другом в пространстве другим образом, или совокупность тех же молекул АТФ в том же виде, но в другой момент времени (дорога ложка к обеду).

Следовательно, объекты информационных систем могут взаимодействовать между собой, образуя новую информацию с новым значением критерия внутренней ценности - "энергией".

9. О возможной замкнутости иерархической структуры информационных систем.

Информационные системы неравноправны, так как обладают различной "силой" и приоритетом, т.е. они иерархичны. Например, могут быть родительские и дочерние ИС, возникшие из элементов родительских ИС. Так генетическая ИС является дочерней по отношению к химической и элементарной и т.д.

Все множество информационных систем отображает объекты, созданные другими ИС, с помощью образов-изображений, создаваемых из собственных объектов. Кроме того, информационные системы способны создавать и отображать собственные объекты, т.е. объекты, созданные из квантов данной ИС.

Так объекты письменной и компьютерной ИС созданы с помощью объектов биологической ИС - людей. А объекты биологического пространства в свою очередь созданы за счет взаимодействия объектов химической и элементарной ИС.

Следуя принципам аналогии и цикличности (замкнутости) всех временных процессов, которые имеют место в нашей Вселенной, можно предположить, что объекты нашей элементарной информационной системы созданы объектами какой-то предшествующей праинформационной системы, созданной в свою очередь объектами прабиологической или пракомпьютерной ИС - нашими разумными предшественниками. Таким образом, идея Бога вполне логична и первые слова Библии "Вначале было слово" имеют глубочайший смысл. Идея того, что наш мир создан для нас по нашему образу и подобию - стара как мир и, очень возможно, верна.

10.Информационные системы имеют собственное время.

Объекты информационных систем (ОИС) могут находиться в активном и пассивном состоянии.

В активном состоянии объекты ИС взаимодействуют между собой, например, объекты элементарной ИС, генетической ИС, компьютерной ИС (программы).

Взаимодействие объектов ИС приводит к их изменению. Последовательность изменений информационных систем порождает собственное время каждой ИС.

Минимальный наблюдаемый промежуток времени между двумя любыми реальными изменениями системы взаимодействий (информационной системы) можно считать ее собственным квантом времени (или реальным квантом времени системы). Определить продолжительность кванта времени одной ИС можно только наблюдая её из другой ИС, при этом продолжительность кванта времени наблюдаемой ИС будет выражена в единицах измерения времени, принятых в информационной системе наблюдателя.

В пассивном состоянии объекты ИС не могут взаимодействовать и остаются неизменными с ходом времени другой системы (например, письменные или печатные произведения не изменяются, несмотря на то, что стареют их читатели и разлагается бумага, на которой они напечатаны).

11. Информационные системы образуют собственное пространство.

Любая информационная система может быть охарактеризована количеством объектов этой ИС. Совокупность объектов одной информационной системы образует пространство этой ИС. Часть пространства информационной системы, занимаемого каким либо объектом этой ИС, можно определить как объем этого объекта.

Если количество объектов ИС конечно, то и пространство этой ИС будет конечным.

За счет тиражирования (клонирования) объектов ИС объем ИС может увеличиваться, тогда ИС расширяется.

Если объем ИС уменьшается в результате уничтожения (аннигиляции, смерти) объектов ИС, тогда объем ИС уменьшается.

Если объем ИС, выраженный, например, в суммарном количестве квантов данной ИС принять за объем ее пространства, то можно говорить об определении "размеров" информационного пространства данной ИС. Размерность одной ИС может быть выражена только при наблюдении её из другой ИС, которая может взаимодействовать с ней (иначе наблюдение будет невозможно) и сравнении её объектов с объектами ИС наблюдателя.

12. Информационный механизм взаимодействия и преобразования ИС.

Если информационная система активна - то она осуществляет активное взаимодействие с окружающей ее первичной информационной системой путем отображения ее. При этом все компоненты этой информационной системы отображаются на соответствующие (или близкие) компоненты родительской информационной системы.

Информационное взаимодействие систем при их взаимном отображении осуществляется по законам информационного взаимодействия, которые будут рассмотрены в следующих разделах.

13. Иерархичность отображения ИС.

Если множество информационных систем иерархично, то младшие информационные системы должны быть не только построены из объектов старших информационных систем, но и в своем устройстве они должны отображать устройство квантов и объектов старших ИС. Следовательно, изучая свойства более доступных ИС, и понимая тот факт, что эти свойства должны иметь оригинал в ИС старших иерархий, можно получить хороший инструмент исследования природы.

14. Свойства квантов ИС определяют все свойства ИС.

В свойствах квантов ИС заложены все свойства ИС. Рассмотрим, например, квант компьютерной ИС в виде бита, который может изменяться так, чтобы его значение было равно логической "1" или логическому нулю.

Это фундаментальное свойство квантов компьютерной ИС полностью формирует все остальные правила построения её объектов. Свойства объектов ИС, созданных из этих квантов - программ, операционных систем, языков, полностью определяют свойства макрообъектов и фактически все свойства каждой конкретной ИС.

Точно так же происходит и в генетической ИС. Свойства ее квантов - химических молекул - определяют свойства ее объектов белковых соединений и их способы взаимодействия с объектами окружающей среды.

15. При возникновении сложных объектов недостающая информация может получаться при их взаимодействии с объектами других ИС (Принцип "снежного шара")

Из комбинации генетических объектов в виде геномов при их взаимодействии с объектами других информационных систем развиваются макрообъекты колоссальной сложности - живые существа и даже разумные "homo sapiens".

При этом всю недостающую информацию для своего развития этот объект получает от других взаимодействующих с ним информационных систем в процессе своего развития. В геноме нет и не может содержаться всей информации о строении организма, так же, как и в любых, самых полных чертежах любого, даже самого простого объекта, нет полной информации о его устройстве и способах изготовления. Всегда часть информации известна изготовителю по умолчанию, либо не нужна ему при изготовлении. Но это не означает, что эта информация отсутствует или не работает в данном объекте.

Следовательно, в информационных системах при возникновении и развитии объектов (необязательно сложных) работает принцип "снежного кома", когда при движении снежного шара по покрытой снегом поверхности к шару налипает снег и увеличивает его размеры.

При возникновении и развитии объектов ИС их информационный объем увеличивается за счет взаимодействия с объектами собственной ИС и объектами других окружающих ИС. Это взаимодействие часто наблюдается в виде поглощения меньших по размерам и более простых по строению объектов, более крупными и более сложными.

16. Информационные системы пересекаются.

Множество ИС может существовать в одном объекте - этот объект можно называть ассоциатом.

Не требует доказательств очевидное. Вполне понятно, что все наблюдаемые нами ИС существуют и взаимодействуют в одном объеме физического пространства, которое можно назвать ассоциатом.

В качестве ассоциата может выступать не только реальное физическое пространство, но и мозг человека и мультимедийный компьютер и т.п., т.е. достаточно сложный объект, в котором может содержаться и взаимодействовать информация нескольких информационных систем.

Ассоциат, являясь объектом какой либо ИС, осуществляет взаимодействие разных информационных систем и является для них носителем. Внутри ассоциата информационные системы существуют в виде множества объектов-образов внутренних информационных систем ассоциата, ассоциативно связанных с объектами внешних информационных систем.

Информационные системы по отношению к ассоциату могут быть внутренними и внешними.

Ассоциат может осуществлять прямое взаимодействие внутренних ИС.

На объекты внешних ИС он может воздействовать только опосредованно через преобразование объектов своих ИС в объекты внешних ИС.

Мозг человека, как ассоциат, может воздействовать на объекты внешних ИС с помощью конечностей тела, органов речи и орудий труда, которые являются преобразователями объектов внутренних ИС в объекты внешних ИС или, образно выражаясь, являются средствами материализации мыслей.

17. Связи и взаимодействие ассоциатов.

Ассоциаты могут быть по отношению друг к другу старшими и младшими, подчиненными и неподчиненными.

Старшим ассоциатом для людей является физическое пространство, так как мы существуем внутри него и состоим из его объектов.

Мы являемся младшими и подчиненными ассоциатами по отношению к этому ассоциату. Если в старшем ассоциате происходит какое-то изменение, то оно может влиять на любой младший ассоциат. С другой стороны любое изменение младшего ассоциата с одной стороны есть изменение и старшего ассоциата.

Не подчиненными по отношению друг к другу ассоциатами могут быть, например, две программы, работающие в разных полностью автономных компьютерах. Если они никак не связаны в данный момент, то не могут взаимодействовать друг с другом. У них разное собственное время и они не могут наблюдать друг друга, если не будет третьей компоненты, связывающей их в единое целое. Необходимость третьего компонента для образования единого целого из двух разных ассоциатов дает нам ключ к разгадке многих природных явлений. Возможно, именно это свойство вызывало у древних поклонение числу "3".

Без третьего компонента невозможно образование единого целого из двух раздельных объектов. Целое может возникнуть минимум из трех компонентов. Третий компонент связывает два компонента в единое целое, из трех разных объектов образуется один, который может быть совершенно не похожим на любой из трех своих компонентов.

Вы можете возразить, взяв две части какого либо предмета и соединив их в единое целое. Но не забывайте, что третьим объектом в это время будете вы сами, как система, взаимодействия, соединившая две половины в единое целое.

Двое родителей и ребенок образуют семью, которая есть совершенно иное образование, чем любой из ее членов.

Приемник и передатчик образуют систему однонаправленной передачи информации (одностороннего взаимодействия), если они будут соединены проводником, третьим элементом. Причем сама система передачи информации (как новое целое) внешне может сильно отличаться от своих компонентов. Кстати, для двухсторонней передачи данных, те для осуществления полноценного обмена информации и полноценного взаимодействия необходимо иметь две однонаправленные системы или всего шесть элементов, объединенных в единое целое.

Могут существовать системы, где третий компонент является совершенно равноправным элементом, а функции соединения в одно целое могут поочередно выполнять каждый из трех объектов.