Даниил Михайлович Платонов
Информационная феноменология жизни. Часть I: Внутриклеточные информационные отношения
Модуляция
Важным феноменологическим звеном при реализации свойств передачи информации является модуляция,[24]с помощью процедур которой производится формирование сигналов для непосредственной передачи информации на основе изменения параметров реальных процессов, осуществляющих функцию переноса информации. С феноменологической точки зрения именно за счет модуляции происходит отображение представления информации в материальные явления, т.е. обеспечивается материализация информации для ее передачи в пространстве или во времени.
Под сигналами в обиходе понимается огромная палитра явлений, связанных с изменениями состояния объектов или отдельных их атрибутов. При этом нередко сигналы отождествляются с некоторыми системами, в рамках которых эти сигналы формируются и интерпретируются. Вместе с тем, как бы не интерпретировался сигнал, на него именно по его имманентному содержанию могут оказываться воздействия, приводящие к его искажению.
Если отрешится от бытового и расширенного представления о сигнале, то он может быть охарактеризован как динамический объект, идентифицирующий изменчивость состояния некоторой материальной формы, воспринимаемый как явление, порождающее некоторое событие. Такое представление коррелируется с положениями теории информации, основанной на теории вероятностей, оперирующей описаниями ситуаций реализации и/или возникновения тех или иных событий.
В такой постановке модуляцию можно рассматривать как способы передачи сигналов, обеспечивающие возможность реализации этих процедур при воздействии мешающих факторов. Вопросы непосредственной передачи сигналов и обнаружения их на фоне мешающих помех являются предметом исследования разнообразных прикладных научных дисциплин, что связано с широким спектром форм и способов реализации сигналов. Наиболее общие результаты по обнаружению сигналов на фоне помех достигнуты, пожалуй, в теории проверки статистических гипотез, основы современного представления которой были заложены в 20-х годах ХХ столетия английскими учеными Р. А.Фишером и Э.Пирсоном,
Принципиальным при обнаружении сигналов на фоне мешающих шумов является возможность появления ошибки двух родов. Ошибка 1-ого рода – принятие ложного сигнала (сигнал не посылался, но воздействие шумов имитирует ситуацию, эквивалентную наличию сигнала), и ошибка 2-го рода – пропуск сигнала (сигнал был послан, но на приемном конце он не был обнаружен из-за воздействия шумов). Значимость (цена) этих ошибок в общем процессе передачи информации может быть не одинакова. В теории статистических решений рассматриваются различные критерии значимости этих ошибок при выборе правил обнаружения сигналов на фоне мешающих шумов.
Согласно феноменологической модели системы критерии принятия решения об обнаружении сигнала относятся к уровню SIT, в то время как процедуры расчета показателей для принятия решения является содержанием имманентной структуры системы уровня SII феноменологической стратификации системы. Напомним, что формирование сигналов для их непосредственной передачи происходит за счет модуляции некоторых параметров процессов (процессы передачи информации), протекающих в среде, в которой осуществляется непосредственный перенос информации с помощью сигналов.
Процессы передачи информации могут иметь различную природу. При передаче в пространстве это обычно обеспечивается волновыми процессами в среде, например, электромагнитное излучение. По кабельным линиям сигналы могут передаваться и с помощью высокочастотных колебаний, и с помощью «постоянного тока». В последнее время все большее распространения получают оптические линии связи. Естественно, остается актуальным перенос информации с помощью твердых носителей (книги, магнитные ленты, дискеты, перфокарты и т.п., а так же носители генетической информации на основе химических структур). Основная функция таких носителей – память, которая позволяет перемещать информацию не только в пространстве (при необходимости), но главным образом – во времени.
При реализации любых процессов передачи информации функция модуляции сводится к формированию таких сигналов, которые наиболее контрастно выделяют их на фоне мешающих помех. Волновая природа передачи сигналов в свободном пространстве, возможно, определила при исследованиях спектральную форму описания сигналов, основанную на разложении функций в ряд Фурье по гармоническим составляющим. Именно гармоническому анализу сигналов мы обязаны, по-видимому, музыкальному термину «модуляция», который в теории музыки связывается с правилами формирования модулирующих аккордов при переходе из одной тональности в другую. Обращаясь к феноменологической модели систем, можно отметить, что в отличие от сигнала, модуляция отражает в значительной степени внешние аспекты представления системы. Она глубоко связана с трансцендентными факторами, определяющими среду передачи сигналов, и на основании этого относится к «архитектурному» уровню STI феноменологической стратификации системы также как и процедуры кодирования информации.
Организация и управление передачей информации
В развитии современных телекоммуникационных систем и создаваемых на их основе сетях ЭВМ (например, сеть INTERNET) наряду с непосредственной передачей информации большое внимание уделяется вопросам управления и администрирования передач информации. Это связано со сложной топологией современных систем связи и большим количеством в них независимых пользователей. Для унификации и стандартизации подходов к созданию гетерогенных (неоднородных) телекоммуникационных систем с включением в их состав информационно-вычислительных систем Международной организацией стандартов (МОС) – ISO (International Standardization Organization), была предложена эталонная семиуровневая модель взаимодействия открытых информационных (вычислительных) систем.
Идея этой модели заключается в представлении совокупности процедур информационного обмена в виде их упорядоченной последовательности, разделенной на ряд уровней, каждый из которых характеризуется определенной спецификацией, называемой уровневым протоколом. При стратификации уровневых протоколов предполагается их определенная внутренняя замкнутость: на каждом уровне регламентируются процедуры, связанные с определенными показателями информационного обмена, и эти показатели индифферентны для других уровней. Такой подход обеспечивает возможность стандартизации унифицированной спецификации декомпозиции любых телекоммуникационных систем по уровням протоколов. Взаимодействие протоколов описывается межуровневыми интерфейсами, которые в значительной степени также стандартизируются. Все это, вместе взятое, позволяет проводить в рамках зафиксированных стандартов достаточно независимые разработки и создание средств любого уровня стратификации эталонной модели.
Важным феноменологическим аспектом эталонной модели является её стратификация на транспортно-коммуникационные и процессорные уровни. Первые из них ориентированы на физическую сторону передачи информации, а вторые (процессорные уровни) тесно связаны с семантикой передаваемой информации.
Если рассматривать феноменологическое представление информационных систем, имманентным содержанием которых является то – что, мы называем информацией, то рассмотренные аспекты, связанные со свойствами передачи информации представляют, в определенном смысле, архитектуру системы (STI). Действительно, это спецификация интерфейсов взаимодействия внешних (трансцендентных в системно феноменологическом представлении) субъектов, на основе которой и формируется представление этих субъектов об информационной системе. Тогда, развивая феноменологический подход, противоположная феноменологическая системная категория (представление внешней среды изнутри системы – SIT) определяет содержательный (семантический) аспект информации.
Одним из подходов семантической интерпретации информации является её стратификация, основанная на тернарных отношениях в структуре, так называемого, семантического треугольника Черча. Семантическая стратификация включает: имя – знаковое представление предмета, объекта, явления, события (морфология); денотат ( или номинат) – определяющий обозначаемый именем предмет (синтаксис); концепт – представляющий выражаемый именем смысл (семантика). Такой подход полностью согласуется с феноменологической моделью системы.[25]«Имена» составляют категорию STI; «денотаты» – SII; «концепты» – SIT феноменологического представления информационной системы.
Отношения этих элементов определяются интерпретацией (прагматика) (категория STT феноменологической модели), которая естественным образом сопоставляется с субъектом, воспринимающим и использующим конкретную информационную конструкцию (ее “интерпретатором”). Семантический подход на основе треугольника Черча переводит «интерпретацию» в надсистемное прагматическое представление, что в значительной степени коррелируется с представлением системы в структуре метасистемы классического системного анализа, порождая связанные с этим неопределенности. В тоже время, прагматизация этого отношения фактически пытается регламентировать представление внешней среды относительно информационной системы, что уже непосредственно заложено в феноменологической модели систем.
Представленная семантическая модель А. Черча отражает лишь лексическую составляющую семантического уровня информационных структур. Для содержательной, смысловой их интерпретации обязательным атрибутом семантического уровня является язык. Языки создают более сложную структурную организацию информации, обеспечивая возможности представления неограниченного количества образов (ситуаций, явлений) в существенно ограниченных объемах информации и используемого лексикона.
Память
Передача информации во времени порождает класс качественно своеобразных объектов, обеспечивающих хранение информации – память. Проблемы реализации памяти для организации хранения информации охватывают, по крайней мере, два качественных аспекта:
– технология воплощения и функционирования элементов памяти и их структурная организация;
– информационная структурная организация хранения информационных объектов и их массивов.
В настоящее время известно большое количество способов организации хранения информации. Они основаны на различных технологиях. Например, в живой природе – на основе многообразия структур молекул органических соединений; в электронных вычислительных системах – на основе стабилизации многообразия устойчивых состояний различных физических объектов и/или процессов и т.п.
Человечество издавна занимается вопросами организации хранения информации. Переход от биологической формы хранения (человеческая память) к внешним носителям (начиная от наскальных рисунков первобытного человека до современной полиграфии) отражает, в определенной степени, эволюцию не только и не столько как развитие технологических возможностей человечества, а как совершенствование его интеллектуальной деятельности.
Информационно содержательная организация памяти для хранения информации, как в природе, так и в человеческой среде, преследует в основном две цели. Это быстрота и качество получения информации из памяти. Конечно, в реальных условиях обычно существует вопрос некоторой минимизации затрачиваемых ресурсов, используемых для организации хранения информации, вследствие их естественной ограниченности. Но, на наш взгляд, этот фактор феноменологически менее значим, т.к. реализация его непосредственно не создает принципиально новых качественных отношений. Хотя сами по себе технологии экономии ресурсов вполне могут создавать условия для формирования предпосылок в направлении организации каких-либо качественных изменений.
Информационная структуризация памяти может осуществляться различными способами. Например, естественная последовательность упорядочения элементов информации. Так устроены книги и большинство других письменных документов на естественных языках. Наверное, такая форма организации информации для письменного общения людей связана с одноканальностью восприятия зрительных образов человеком. Да и речь мы строим по таким же принципам. Исследования генетиков после открытия ДНК как носителя генетической информации позволяют судить, что генетический «текст», по крайней мере, в пределах отдельных генов также соответствует естественной последовательности.
Подобная форма присуща и большинству искусственных языков программирования. Однако выполнение и чтение программы обычно осуществляется несколько в ином порядке. Отдельные части программы действительно выполняются в строгой естественной последовательности, но это до поры, до времени, пока в тексте программы не встретятся, так называемые «команды перехода». Они меняют порядок чтения информации. Для этого в них указывается адрес, с которого необходимо продолжить чтение информации.
Вообще, адресная структуризация информации представляет собой отдельный самостоятельный способ. В этом случае каждая отдельная порция информации дополняется некоторыми вспомогательными сведениями (служебная информация) – адресом, с помощью которого регламентируется положение информационных элементов (соответственно, порядок их записи и/или чтения) в общей информационной структуре. Например, адреса на письмах позволяют распределять информацию между пользователями.
Однако, для сложных информационных объектов адресная структуризация информации не всегда удобна. Действительно, адрес письма, если это не оговорено особо, не несет в себе семантической нагрузки: был ли в письме призыв о помощи, или поручение к действию – из адреса это неизвестно. Поэтому разрабатываются различные способы семантической структуризации информации. Одним из распространенных способов лексической структуризации информации являются словари и энциклопедии. Более сложная семантическая структуризация используется в справочниках и, от части, при создании архивов. Она также присуща обычно нормативным и законодательным документам.
С развитием информационно вычислительных систем на основе электронно-вычислительных машин (компьютеров) человечество в сфере искусственных приемов организации семантической структуризации информации широко использует, так называемые, базы данных. В них структуризация информации происходит на основе семантических отношений между различными информационными объектами.
По определению академика Академии криптографии (Россия) профессора В. В.Корнеева «базой данных называется отображение предметной области в форме хранимой в памяти компьютера структурированной совокупности данных, которые характеризуют состав объектов предметной области, их свойства и взаимосвязи… Предметная область рассматривается как некоторая совокупность реальных объектов (сущностей) и связей между ними. Каждый объект обладает определенным набором свойств – атрибутов. Предметная область может включать не только физические объекты, но и сведения о процессах и абстракциях… Способ отображения сущностей, атрибутов и связей на структуры данных определяется моделью данных».
Принято выделять иерархическую, сетевую и реляционную модели данных. В иерархических и сетевых моделях структуризация информации осуществляется соответственно в виде древовидных и сетевых структур отношений между объектами предметной области. Обычно эти отношения обладают некоторыми групповыми свойствами. Это, в определенной степени, обеспечивает простоту моделей, но, вместе с тем, ограничивает возможности представления индивидуальных отношений.
В 70-х годах ХХ века Е.Коддом была разработана реляционная модель данных, которая, несмотря на некоторые недостатки, стала доминирующей при создании компьютерных баз данных. Реляционная модель опирается на систему понятий реляционной алгебры, в основе которых лежит понятие отношений между данными, понятие, которое, как правило, задается в виде таблицы. Отношения (таблицы) могут носить семантический и прагматический характер. Каждая таблица имеет уникальное имя и отображает в виде форматного представления данных отношения определенных для этой таблицы типов объектов
Все операции над реляционной базой данных сводятся к манипуляциям с таблицами. Предполагается, что создание базы данных, поддержание ее в актуальном состоянии и обеспечение доступа пользователей и их приложений к содержащейся в ней информации осуществляется с помощью специального программного инструментария – системы управления базами данных (СУБД, DBMS – Data Base Management Systems). Совокупность таблиц форматного представления данных совместно с СУБД принято называть Базой данных (БД).
Для получения информации из БД пользователи направляют запросы. Запросы формулируются на специальном «языке запросов». Фактическим стандартом такого языка для современных реляционных баз данных является SQL (Structured Query Language). Этот язык имеет официальный стандарт, версии которого приняты ANSI[26] и ISO[27].
Отличительной особенностью реляционных баз данных является то, что в основе ее модели представления данных лежит феноменологическая парадигма последовательности абстракций представления предметной области (STT) на основе теории типов и перехода на основе концептуальной модели к физической модели и генерации схемы БД (SII) с учетом языка запросов (STI) и СУБД (SIT). Структуризация информации в реляционных базах данных производится не на основе отношений файловых структур, а за счет дифференциации типов объектов и форматного представления данных об атрибутах объектов предметной области.
Тиражируемость
Одним из базовых уникальных феноменологических свойств информации является возможность ее бездефектного тиражирования. Пожалуй, таким свойством (и в объеме, и в качестве) не обладает ни одна другая категория объектов мироздания. В то же время, в живой природе и в истории развития человечества широко используется это свойство информации. Репликация ДНК именно как информационное копирование генетического кода – основа жизни на Земле. Книгопечатание и современные средства массовой информации. Вот примеры диапазона реализации этого информационного свойства в естественной природе и в сознательной деятельности человечества. Действительно, на всем протяжении своего существования люди настойчиво овладевают методами, приемами и технологиями тиражирования информации. Эта сфера деятельности в значительной степени определяет интеллектуальный уровень общества.
Отметим попутно, по крайней мере, на наш взгляд, высокую степень корреляции расцвета цивилизаций и динамики развития информационных технологий в обществе. Мы убеждены, что эта корреляция обусловлена не просто значимостью информационного обеспечения в процессах преобразования и эволюции общественных отношений, но именно общественный уровень информационного обеспечения является задающей интенцией[28] расцвета и гибели цивилизаций. Мы не хотим здесь употреблять термин «основа», так как при этом обычно предполагается значимость именно некоторой материальной части.
Вместе с тем, проблематика тиражирования информации в основном прорабатывается лишь с технологических позиций, а не как фундаментальное феноменологическое свойство информации. Хотя, последние исследования генетиков придают все большую значимость этим вопросам, как непосредственно с позиций репликаций и рекомбинаций ДНК, так и с более общих представлений онто– и филогенеза, а также при изучении процессов эволюции живого мира.
Можно отметить два вида тиражирования информации: без изменения формы структуризации и организации информационных объектов и с изменением этих форм. В первом случае мы имеем дело с традиционным представлением размножения информационных объектов, в результате которого создаются абсолютно идентичные, и по форме, и по содержанию, копии. Примеров здесь масса. Это и полиграфическое тиражирование, и перепись от руки различных текстов, запись и тиражирование информации на современных носителях информации: дискеты, магнитные ленты, оптические диски и т.д. и т.п. В природе этот вид тиражирования обуславливает в том или ином виде существование всего живого. Репликация молекул ДНК при бесчисленном количестве клеточных делений, поколение за поколением, скрупулезно сохраняет генетическое наследство живых организмов.
Инвариантами при этом виде тиражирования могут выступать некоторые составляющие формы представления минимальных информационных элементов (знаков алфавита). Это может быть, например, шрифт, для печатных и рукописных текстовых документов, или способ кодирования для тиражирования информации на различных, уже упоминавшихся, носителях. Основной информационной проблемой в этом виде тиражирования является, также как и при передаче информации, безошибочность воспроизведения копий. Ясно, что эта проблема в большей степени связана с технологией копирования. На протяжении развития человечества эти технологии как форма общественных отношений прошли путь от устных сказаний, письменности, книгопечатания до современных способов и систем массовой информации (СМИ), включая такие системы распространения информации как INTERNET.
Другим видом тиражирования информации является создание копий информационных объектов идентичных по содержанию (смыслу), но различающихся лингвистическим оформлением, либо изменением правил структуризации информации на некотором «высоком» уровне ее организации. В жизни эукариотных организмов это связано с генетической рекомбинацией при размножении двуполых организмов. Считается, что эти аспекты обусловили вектор ароморфоза эукариотного надцарства живой природы, которое мы наблюдаем. Для современных информационных систем такой вид тиражирования регламентирует организацию, например, распределенных баз данных.
При поступлении в такие системы новой информации во всех локальных базах данных производятся по определенным, согласованным для всей системы правилам, так называемые, процедуры актуализации. Эти процедуры обеспечивают смысловую идентичность тиражирования информации в многообразии действующих в информационной системе распределенных локальных баз данных.
Для нас стало вполне привычным, когда, приобретая какую-либо продукцию, мы вместе с ней получаем сопровождающую документацию (описание, инструкцию по применению и т.п.) «протиражированную» на разных языках. С этим сходны ситуации в странах с многоязычным населением, где законодательно обусловлено тиражирование нормативных и законодательных государственных документов на нескольких языках, а также при тиражировании различных международных договоров, соглашений и других документов. Во всех этих случаях лингвистическое оформление информации не должно изменять ее смысла. Документы должны быть аутентичны, что является основной целью и проблемой этого вида тиражирования. Для информации, представленной на естественных языках общения людей, эта проблема до настоящего времени не имеет четкого однозначного решения. Впечатление, что она и не может иметь полного решения для всего многообразия человеческого творчества.
В одной из своих монографий С. П.Расторгуев связывает возможность точного копирования при сохранении оригинала с определением границы между тем, что вечно, и тем, что временно. Обосновываются достаточно категоричные теоремы: «О невозможности получения абсолютно точной информационной копии с биологического существа» и «О необходимых условиях для невозможности получения абсолютно точной копии любого субъекта». Последний тезис связывается с изменчивостью оригинала на интервале тиражирования.
Одним из путей, по которому люди одинаковых профессий пытаются пусть не преодолеть, но все же сгладить, проблему аутентичности текстов является развитие профессиональных «жаргонов», инвариантных к многоязычному многообразию. Это и запись химических формул, и медико-биологическая терминология на «мертвых» (древнегреческом и латинском) языках, и запись математических выражений и высказываний с помощью формул на основе специализированных математических знаков.
Развитие информационных систем на основе компьютерных технологий в новом ракурсе высветило проблему тиражирования информации в различном лингвистическом оформлении. Это связано с возможностями размножения программной продукции для использования ее на различных по типу организации вычислительного процесса компьютерах (в частности, различающихся по системе команд). Некоторым практическим подходом в этом направлении является создание иерархии языков программирования. Языки нижнего уровня (ассемблер) в своей лексике непосредственно отражают систему команд, используемую в конкретной вычислительной машине (машинно-ориентированные языки). В настоящее время на этих языках обычно пишутся программы служебного и утилитарного для конкретной вычислительной системы назначения. Тиражирование таких программ происходит в пределах одного типа машин. Правда, развитие современных компьютерных систем на базе микропроцессоров существенно расширило ареал их тиражирования.
В отличие от этого, языки программирования высокого уровня абстрагируются от сведений по устройству вычислительной машины. Их специализация ориентируется на прикладную проблемную область задач, решаемых на вычислительной машине. Это позволяет им распространяться в любой среде пользователей. Если отстраниться от проблем авторского права, то любой пользователь компьютера (в техническом плане) не ограничен в возможностях применения всего арсенала кем-либо созданной программной продукции, представленной на языках высокого уровня. Этот процесс великолепно иллюстрируется в современных условиях распространением программных продуктов по сети INTERNET. Необходимым условием реализации программы, оформленной на языке высокого уровня, является наличие в собственном программном обеспечении конкретной вычислительной установки средств (трансляторы и компиляторы), обеспечивающих перевод текста программ с языка высокого уровня в последовательность команд этой вычислительной установки. Непременным условием при создании современных компьютеров является наличие в их системном программном обеспечении широкого набора средств работы с языками высокого уровня.
Развитием языков программирования высокого уровня явилось создание современных языков представления данных (не только текстовых документов, но и аудио– и видеоинформации). Это позволило замкнуть в единый информационный процесс на основе компьютерных технологий все информационные компоненты: и программное обеспечение, и данные. По всей видимости, произошел качественный переход во всей сфере информационного обеспечения человечества. И феноменологической основой этого перехода является, пожалуй, именно резкое снятие ограничений в возможностях тиражирования информации. Созданы условия для безграничного эксперимента. При этом изменились акценты феноменологии системных отношений.
До сих пор императивом существования информационных систем человеческого общения была «воля» людей. Сейчас ситуация уже практически изменилась. Имманентные возможности таких, например, информационных «монстров» как компьютерные ресурсы, объединенные сетью INTERNET, заставляют, хотим мы этого, или не хотим, признать то, что управляемость им невысока. Более того, созданные и активно функционирующие практически глобальные информационно-поисковые системы становятся в значительной степени отрешенными в своей непосредственной деятельности по назначению от конкретной воли их создателей и операторов. Конечно, эти люди могут создать условия прекращения функционирования этих систем (правда, кто им это позволит!), но такая ситуация скорее катастрофа общественного плана – той части общества, уже достаточно представительной, которая пользуется услугами этих систем и, вряд ли, представляет, как без них обойтись. Для информационного же обеспечения человечества это всего лишь гибель одной информационной особи, которая при существующих развитых средствах тиражирования непременно будет заменена другой.
Свобода эксперимента – основа эволюции. Условия качественно новых экспериментов созданы. Так что нас ждет? Это предмет футурологов. Здесь же мы должны подчеркнуть, что эволюция информационных отношений и основанных на них информационных систем на практике всегда взаимосвязана с эволюцией материальных средств, обеспечивающих передачу и тиражирование информационных объектов. Обсуждая феноменологию системного подхода для открытых систем, мы коснулись представления о «жизненном цикле», что, возможно, и создает определенную метрику процесса эволюции. Одной из иллюстраций этого могут, по-видимому, служить процессы становления и развития компьютерных технологий, которые протекают на наших глазах в необычайно сжатых, но эмпирически предсказуемых, временных масштабах. В середине ХХ века был создан первый электронный компьютер. Менее чем за 50 лет было создано более пяти поколений вычислительных машин. Но ведь это новые виды! Вот это темпы эволюции! В живой природе таких не сыщешь. Да и в технике тоже. Эра «персональных» компьютеров в новом ракурсе высветила феноменологический императив коэволюции hardware и software как трансцендентного обрамления имманентных факторов процессов эволюции информационных систем.