Понятие об информации

Информация и  информатика

Понятие об информации

С понятием информации мы сталкиваемся ежедневно. Информация происходит от латинского informatio – разъяснение, осведомление, изложение – совокупность каких-либо сведений, передаваемых людьми устно (в форме речи), письменно (в виде текста, таблицы, рисунков, чертежей), либо другим способом (например с помощью звуковых и световых сигналов, электрических и нервных импульсов, перепадов давления и температуры), с середины 20 века – понятие, включающее обмен сведениями между людьми, человеком и автоматом, автоматом и автоматом, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу наследственных признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

Информационные  процессы реализуются с помощью  сигналов, сообщений и данных.

Сигнал представляет собой любой процесс, несущий информацию.

Сообщение – это  информация, представленная в определенном виде и предназначенная для передачи.

Данные – это  информация, представленная в формализованном  виде и предназначенная для обработки ее техническими средствами, например ЭВМ.

Все виды энергообмена сопровождаются появлением сигналов, то есть все сигналы имеют в своей основе материальную энергетическую природу. При взаимодействии сигналов с физическими телами в последних возникают определенные изменения свойств – это явление называется регистрацией сигналов. Такие явления можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами – при этом возникают и регистрируются новые сигналы, т. е. образуются данные. Данные – это зарегистрированные сигналы. Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях, происходящих в материальном мире, однако они не тождественны информации, поскольку необходимо наличие метода преобразования данных в доступную нам форму. Пример: передача по радио на незнакомом языке. Исходя из этого, можно дать еще одно определение информации: информация это продукт взаимодействия данных и адекватных им методов.

Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации  объективно существующих сигналов. В то же время методы являются субъективными. В основе методов лежат алгоритмы, составленные и подготовленные людьми. Таким образом информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов.

Поскольку информация является динамическим процессом, то как  и всякий объект она обладает свойствами. Характерной особенностью информации можно отметить двойственность: на ее свойства влияют как свойства данных, так и свойства методов, взаимодействующих с данными в ходе информационного процесса. По окончании процесса свойства информации переносятся на свойства новых данных, то есть свойства методов могут переходить на свойства данных.

С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие свойства: точность, полнота, достоверность, актуальность и доступность информации.

Информация достоверна, если она отражает истинное положение  дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.

Достоверная информация со временем может стать недостоверной, так как она обладает свойством устаревать, то есть перестаёт отражать истинное положение дел.

Информация полна, если её достаточно для понимания  и принятия решений. Как неполная, так и избыточная информация сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т.п.

Ценность информации зависит от того, насколько она  важна для решения задачи, а также от того, насколько в дальнейшем она найдёт применение в каких-либо видах деятельности человека.

Только своевременно полученная информация может принести ожидаемую пользу. Одинаково нежелательны как преждевременная подача информации (когда она ещё не может быть усвоена), так и её задержка.

Если ценная и  своевременная информация выражена непонятным образом, она может стать бесполезной.

Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.

Информация должна преподноситься в доступной (по уровню восприятия) форме. Поэтому одни и те же вопросы по разному излагаются в школьных учебниках и научных изданиях.

В ходе информационного  процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. Среди них можно выделить следующие основные:

1. сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
2. формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой;
3. фильтрация данных – отсеивание лишних данных, в которых нет необходимости, при этом уменьшается уровень шума, а достоверность и адекватность данных должна возрастать;
4. сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства пользования;
5. архивация данных – организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме, служит для снижения затрат по хранению данных;
6. защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизводства и модификации данных;
7. транспортировка данных – прием и передача данных между удаленными участниками информационного процесса, при этом источник данных называют сервером, а потребителя – клиентом;
8. преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, либо при транспортировке.

Работа с информацией  имеет огромную трудоемкость и требует автоматизации.

Предмет и задачи информатики

Информатика –  это техническая наука, систематизирующая  приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами ВТ, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. Из определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационной технологией.

Предмет информатики  составляют:

1. аппаратное обеспечение средств ВТ;
2. программное обеспечение средств ВТ;
3. средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
4. средства взаимодействия человека с аппаратным и программным обеспечением.

Как видно, особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. В информатике для этого есть специальное понятие – интерфейс.

Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом. Соответственно различают аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей  информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами ВТ.

В составе основной задачи можно выделить:

1. архитектура вычислительных систем;
2. интерфейсы вычислительных систем;
3. программирование;
4. преобразование данных;
5. защита информации;
6. автоматизация;
7. стандартизация.

Представление информации в компьютере

При использовании  в качестве носителя информации напряжений постоянного тока возможны две формы представления численного значения какой-либо переменной, например, X:

• в виде одного сигнала— напряжения постоянного тока, которое сравнимо с величиной X (аналогично ей),

Например, при  Х=1845 единиц на вход вычислительного  устройства можно подать напряжение 1,845 В, (масштаб представления 0,001 В/ед.) или 9.225 В (масштаб представления 0,005 В/ед.);

• в виде нескольких сигналов — нескольких напряжений постоянного тока, которые, например, сравнимы с числом единиц в X, числом десятков в X, числом сотен в X и т. д. 

Первая форма  представления информации называется аналоговой или непрерывной (с помощью сходной величины — аналога). Величины, представленные в такой форме, могут принимать принципиально любые значения в каком-то диапазоне. Они могут быть сколь угодно близки друг к другу, малоразличимы, но все-таки, хотя бы в принципе, различимы. Количество значений, которые может принимать такая величина, бесконечно велико. Их бесконечно много даже в случае, когда величина изменяется в ограниченном диапазоне, например 0—2000 или 0—0,0001. Отсюда названия — непрерывная величина и непрерывная информация. Слово непрерывность отчетливо выделяет основное свойство таких величин — отсутствие разрывов промежутков между значениями, которые может принимать данная аналоговая величина.

Вторая форма  представления информации называется цифровой или дискретной (с помощью набора напряжений, каждое из которых соответствует одной из цифр представляемой величины) - Такие величины, принимающие не все возможные, а лишь вполне определенные значения, называются дискретными (прерывистыми). В отличие от непрерывной величины количество значений дискретной величины всегда будет конечным.

Сравнивая непрерывную  и дискретную формы представления  информации, нетрудно заметить, что при использовании непрерывной формы создателю вычислительной машины потребуется меньшее число устройств (каждая величина представляется одним, а не несколькими сигналами), но эти устройства будут сложнее (они должны различать значительно большее число состояний сигнала). Кроме того, устройства для обработки непрерывных сигналов обладают более высокой «квалификацией» (они могут интегрировать сигнал, выполнять любое его функциональное преобразование и т. п.) и за счет этого, а также ряда других особенностей имеют высокое быстродействие (некоторые виды задач решаются во много раз быстрее, чем с помощью устройств с дискретным представлением информации).  

Для автоматизации работы с данными, относящимися к различным типам, очень важно унифицировать их форму представления. Для этого используется кодирование, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.

Система кодирования в ВТ называется двоичным кодированием и основана на представлении данных последовательностью всего двух знаков 0 и 1. Эти знаки называются двоичными цифрами (binary digit) или сокращенно bit (бит). Одним битом могут быть выражены два понятия: 0 или 1, черное или белое, истина или ложь и т. д.. Если количество битов увеличить до двух, то уже можно выразить четыре различных понятия:

00, 01, 10, 11

Тремя битами можно  закодировать уже восемь различных  значений:

000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111

Увеличивая на единицу количество разрядов в системе  двоичного кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может быть выражено в данной системе (формула Хартли):

i=log₂N;

N=2ⁱ,

где N – количество независимых кодируемых значений;

i – разрядность двоичного кодирования.

Целые числа кодируются достаточно просто – нужно взять  число и делить его пополам  до тех пор, пока в остатке не останется ноль или единица. Совокупность остатков от каждого деления, записанная справ налево вместе с последним остатком и образуют двоичный аналог десятичного числа.

19:2=9(1)

9:2=4(1)

4:2=2(0)

2:2=1(0)

1

19₁₀=10011₂

Для кодирования  целых чисел от 0 до 255 достаточно иметь 8 разрядов двоичного кода (8 бит). 16 бит позволяют закодировать целые числа от 0 до 65535.

Для кодирования  действительных чисел их предварительно преобразуют в нормализованную форму:

3.1415926=0,31415926*10¹

123456789=0,123456789*10¹⁰

Первая часть  числа называется мантиссой, а вторая характеристикой.

Кодирование текстовых данных

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, как строчные, так и прописные, символы основных арифметических действий, знаки препинания и некоторые общепринятые специальные символы. Технически это выглядит просто, однако существуют определенные организационные сложности.

Проблема решена для английского языка. Институт стандартизации США (ANSI) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange) – стандартный код информационного обмена. В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования – базовая и расширенная. Базовая закрепляет значения кодов от 0 до 127, расширенная – 128 – 255.

Первые 32 кода базовой  таблицы отданы производителям аппаратных средств. В этой области размещаются  управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков Начиная с 32 по 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, операторов арифметических действий и некоторые вспомогательные символы. Поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта и национальным системам кодирования пришлось отступить в расширенную часть системы со 128 по 255 номер. Отсутствие единого стандарта привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России до сих пор действуют три стандарта.