Понятие об информации, ее свойства. Предмет и задачи информатики

Лекция №1

Понятие об информации, ее свойства. Предмет и задачи информатики.

Представление числовой и текстовой, графической и звуковой информации.

Несмотря на то что с понятием информации мы сталкиваемся ежедневно, строгого и общепризнанного ее определения до сих пор не существует, поэтому вместо определения используют понятие об информации, а понятия вводятся на примерах, причем каждая научная дисциплина делает это по-своему. Во-первых, нельзя рассматривать информацию как совокупность данных, которые могут быть усвоены и преобразованы в знания, т.к. средства вычислительной техники могут обрабатывать информацию без участия человека. Информация – это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов. Информация не является статическим объектом – она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса.

Следует отметить диалектический характер взаимодействия данных и методов. Информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов. Данные являются объективными, поскольку это результат регистрации сигналов, а методы являются субъективными, т.к. их составляют люди.

Свойства информации

Информация является динамическим объектом и как объект обладает свойствами: объективность, полнота, достоверность, адекватность, доступность, актуальность. Объективность информации является относительным, если учесть, что методы являются субъективными. В ходе информационного процесса степень объективности информации всегда понижается. Например, принято считать фотоснимок природного объекта более объективным, чем выполненный человеком рисунок. Полнота информации характеризует ее качество и определяет достаточность данных для принятия решений. Достоверность информации является более высокой, если полезные сигналы зарегистрированы более четко и меньше посторонних сигналов, «информационного шума». Адекватность информации – это степень соответствия реальному объективному состоянию дела. Неадекватная информация может возникнуть в случае применения к данным неадекватных методов. Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность адекватных методов. Актуальность информации – это степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации.

Предмет и задачи информатики

Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики составляют следующие понятия: аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; программное обеспечение средств вычислительной техники; средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами. В информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия (интерфейс). Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Существуют аппаратные, программные, аппаратно – программные интерфейсы. Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

В составе основных задач информатики сегодня можно выделить следующие направления: архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных); интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением); программирование (приемы и методы разработки компьютерных программ); преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных); защита информации; автоматизация (функционирование программно – аппаратных средств без участия человека); стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратным и программными средствами, а также меджу форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

Представление числовой и текстовой,

графической и звуковой информации

В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Данные – диалектическая составляющая часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы, физический метод регистрации может быть любым: механический, электрический, магнитный, оптический, химический. В структуре возможных операций с данными можно выделит: сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений, формализация данных – приведение данных, поступающих их различных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, фильтрация, сортировка, архивация, защита, транспортировка, преобразование. Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления – для этого используют кодирование. Система кодирования в вычислительной технике называется двоичным кодированием, представление двоичными цифрами 0 и 1 (бит). Целые числа кодируются двоичным кодом просто: разделить десятичное число с остатком на 2. Затем неполное частное, полученное от такого деления, нужно снова разделить с остатком на 2 и т.д., пока последнее полученное неполное частное не станет равным 0. Представлением числа в двоичном коде будет последовательность остатков деления «(0 и 1)», записанных в обратном порядке их получения. (Пример). Для перевода правильной десятичной дроби в двоичную систему необходимо десятичную дробь умножать на 2, затем дробную часть полученного произведения снова умножить на 2 и т.д., до тех пор, пока дробная часть очередного произведения не станет равной 0 либо не будет достигнута требуемая точность изображения. Представление дроби в двоичном коде будет последовательность целых частей полученных произведений, записанных в порядке их получения. Как правило, правильная десятичная дробь в двоичном коде будет бесконечным двоичным числом, т.е. десятичные дроби в памяти ЭВМ представляются приближенно. (Пример)

Кодирование текстовых данных происходит следующим образом: Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (порядковый номер), то с помощью двоичного кода можно кодировать и текстовую информацию. Восьми двоичных разрядов достаточно для кодирования 256 различных символов. Этого хватит, чтобы выразить различными комбинациями восьми битов все символы английского и русского языков, знаки препинания, специальные символы. Существуют системы кодирования ASCII – стандартный код информационного обмена. В этой системе закреплены две таблицы кодирования – базовая и расширенная. Базовая закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная от 128 до 255. Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств. Это управляющие коды, не выводятся ни на экран, ни на печать. Начиная с кода 32 по код 127 размещаются коды символов английского алфавита, цифры, знаки препинания, со 128 по 255 национальные коды. Существует 16 – разрядное кодирование символов – UNICODE, универсальная. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов.

Характерный узор из мельчайших точек называется растром. Линейные координаты и яркость точки выражаются целыми числами. Представление черно – белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета образует растровую графику. Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основных цвета: красный, зеленый, синий. Любой цвет можно получить путем механического смешения. Такая система кодирования называется RGB. Кодирование звуковой информации – метод FM. Основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот (правильную синусоиду), следовательно, может быть описан кодом. Разложение в гармонические ряды выполняют с помощью устройства АЦП (аналогово-цифрового преобразователя). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП).

Также используется метод таблично-волнового синтеза. В заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов. Такие образцы называются сэмплами.

Основные структуры данных

Работа с большими наборами данных автоматизируется проще, когда данные упорядочены, т.е. образуют структуру. Существуют три основных типа структур данных: линейная, иерархическая, табличная. Их можно рассмотреть на примере обычной книги. Линейные структуры – это хорошо знакомые списки. Список – простейшая структура данных, отличается тем, что каждый элемент данных однозначно определяется своим номером в массиве. Проставляя номера на отдельных страницах рассыпанной книги, мы создаем структуру списка. Табличные структуры отличаются от списочных тем, что элементы данных определяются адресом ячейки, который состоит не из одного параметра, как в списках, а из нескольких. Нерегулярные данные, которые трудно представить в виде списка или таблицы, часто представляют в виде иерархической структуры. Иерархическую структуру имеет система почтовых адресов. В иерархической структуре адрес каждого элемента определяется путем доступа (маршрутом), ведущим от вершины структуры к данному элементу. Иерархическая структура используется для быстрого поиска данных. Например, книги разбиваются на части, разделы, главы, параграфы и т.д. В книгах с простой иерархической структурой применяется оглавление, а в книгах со сложной структурой содержание.

Центральное место в информатике занимает компьютер – электронное устройство для автоматической обработки информации. Выделим три основные области применения ЭВМ: 1) математические расчеты, математическое моделирование объектов и процессов; 2) автоматизация различных видов человеческой деятельности и управления ими (АСУП – автоматизированная система управления производством, САПР – система автоматизации проектных работ, АРМ – автоматизированные рабочие места и т.д.); 3) информационные системы и средства коммуникации (создание банков данных, расширение доступа к образованию, облегчение быта).

Принципы фон Неймана, структура компьютера

В 1945 г. Джон фон Нейман описал общие принципы функционирования универсальных вычислительных устройств. По мнению фон Неймана ЭВМ состоит из: 1) арифметико – логического устройства (АЛУ), предназначенного для выполнения арифметических и логических операций; 2) устройства управления (УУ), организующего процесс выполнения программы; 3) оперативно запоминающего устройства (ОЗУ), для хранения исходных данных и программ; 4) внешнего устройства для ввода и вывода информации. ОЗу состоит из пронумерованных ячеек, в каждой из которых могут находиться или обрабатываться данные либо команды программ. Номер ячейки называется адресом ячейки. Ячейка состоит из разрядов, 8 разрядная ячейка памяти – байт, более крупные ячейки: 2-байтовые – полуслово, 4-байтовые – слово.

Первый принцип фон Неймана гласит, что все ячейки памяти (ОЗУ) должны быть одинаково доступны для всех других устройств компьютера, время доступа для чтения или записи информации должно быть одинаково для всех ячеек памяти и не зависеть от момента доступа. Этот принцип называется принципом произвольного доступа к основной памяти.

Второй принцип фон Неймана – принцип хранимой программы. Он гласит: программа, предназначенная для решения поставленной задачи, вводится в ОЗУ с внешнего устройства и хранится в ней наряду с обрабатываемыми данными. Программа выполняется автоматически по сигналу из устройства управления. Этот принцип делает ЭВМ универсальным средством обработки информации. Теперь АЛУ объединено с УУ, такой объединенный блок называется центральным процессором. Существуют компьютеры с несколькими параллельно работающими процессорами.

Понятие об информации, ее свойства. Предмет и задачи информатики