Лекция 2. Основные понятия и определения информатики •

Лекция 2. Основные понятия и определения информатики • Информация. Термин данные. Общая схема передачи информации. Сообщение. Компьютер. Классификация вычислительных машин. АВМ и ЦВМ. • Виды и свойства информации. • Объемный способ измерения информации.

Термин «информация» • Термин информация имеет множество определений. В «Энциклопедии кибернетики» чиаем: «информация ( лат. informatio — разъяснение, изложение, осведомленность ) — одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения, совокупность каких-либо данных, знаний» . • «Информация» в широком смысле— отражение реального мира; в узком смысле «информация» — это любые сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования.

Используемое определение • Информация – это сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. • С практической точки зрения информация всегда представляется в виде сообщения.

Термин «данные» • Очень широко используется еще один термин: данные (лат. data). Этот термин применяется к информации, представленной в виде, позволяющем хранить, передавать или обрабатывать ее с помощью технических средств. • Поэтому наряду с терминами ввод информации, обработка информации, хранение информации, поиск информации используются термины ввод данных, обработка данных, хранение данных и т. п.

Общая схема передачи информации Источник сообщений Кодирующее устройство Канал связи Декодирующее устройство Получатель сообщений

Сообщение от источника к получателю (приемнику) • передается в материально-энергетической форме (электрический, световой, звуковой сигналы и т. д. ). Человек воспринимает сообщения посредством органов чувств. • Приемники информации в технике воспринимают сообщения с помощью различной измерительной и регистрирующей аппаратуры. В обоих случаях с приемом информации связано изменение во времени какой-либо величины, характеризующей состояние приемника.

Информационное сообщение представим функцией х(t) • Функция х(t), характеризует изменение во времени материальноэнергетических параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы. • Функция х(t) принимает любые вещественные значения в диапазоне изменения времени (t).

Аналоговая информация • Если функция х(t) непрерывна, то имеет место непрерывная или аналоговая информация, источником которой обычно являются различные природные объекты (например, температура, давление и влажность воздуха), объекты технологических производственных процессов (например, нейтронный поток в активной зоне, давление и температура теплоносителя в контурах ядерного реактора) и др.

Дискретная информация • Если функция х(t) дискретна, то информационные сообщения, используемые человеком, имеют характер дискретных сообщений (например, сигналы тревоги, передаваемые посредством световых и звуковых сообщений, языковые сообщения, передаваемые в письменном виде или с помощью звуковых сигналов; сообщения, передаваемые с помощью жестов, и др. ).

x(t) t

Вычислительная машина • В современном мире информация обрабатывается на вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с инструментарием — вычислительной машиной (ВМ). • Сотрuter — устройство преобразования информации посредством выполнения управляемой программой последовательности операций. • Синоним компьютера — вычислительная машина, чаще электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Классы вычислительных машин Вычислительные машины По виду обрабатываемой информации Аналоговые Цифровые По принципу действия Механические Электронные Смешанные

Два основных класса ВМ: аналоговые и цифровые • Аналоговая вычислительная машина (АВМ) — это машина, оперирующая информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин. • При этом в качестве физических переменных используются сила тока электрической цепи, угол поворота вала, скорость и ускорение движения тела и т. п. • Используя тот факт, что многие явления в природе математически описываются одними и теми же уравнениями, АВМ позволяют с помощью одного физического процесса моделировать различные процессы.

Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) • Цифровая вычислительная машина (ЦВМ) — машина, оперирующая информацией, представленной в дискретном виде. • В настоящее время разработаны методы численного решения многих видов уравнений, что дало возможность решать на ЦВМ различные уравнения и задачи с помощью набора простых арифметических и логических операций. • Поэтому, если АВМ обычно предназначаются для решения определенного класса задач, т. е. являются специализированными, то ЦВМ, как правило, являются универсальным вычислительным средством.

Для представления в ЭВМ дискретной информации используется алфавитный способ • Алфавитный способ основан на использовании фиксированного конечного набора символов любой природы, называемого алфавитом. • Примерами алфавитов могут служить алфавиты естественных человеческих языков, совокупность десятичных цифр, любая другая упорядоченность знаков, предназначенная для образования и передачи сообщений. • Символы из набора алфавита называются буквами, а любая конечная последовательность букв — словом в этом алфавите. При этом не требуется, чтобы слово обязательно имело языковое смысловое значение.

Кодирование и декодирование • Все процессы, происходящие в вычислительной системе, связаны непосредственно с различными физическими носителями информационных сообщений, а все узлы и блоки этой системы являются физической сферой, в которой осуществляются информационные процессы. • Процесс преобразования информации часто требует представлять буквы одного алфавита средствами (буквами, словами) другого алфавита. Такое представление называется кодированием. • Процесс обратного преобразования информации относительно ранее выполненного кодирования называется декодированием.

Классификация информации • Рассмотрим следующий перечень: генетическая информация; геологическая информация; синоптическая информация; ложная информация (дезинформация); полная информация; экономическая информация; техническая информация и т. д. • Действительно, что в этом перечне приведены не все виды информации, кроме того, от этого перечня мало проку. • Этот перечень не систематизирован. Для того чтобы классификация по видам была полезной, она должна быть основана на некоторой системе. Обычно в качестве базы для классификации используется то или иное свойство (может быть Набор свойств) объектов.

Свойства: внутренние и внешние • Как правило, свойства объектов можно разделить на два больших класса: внешние и внутренние свойства. • Внешние свойства — это свойства, характеризующие поведение объекта при взаимодействии с другими объектами. • Внутренние свойства — это свойства, органически присущие объекту. Они обычно «скрыты» от изучающего объект и проявляют себя косвенным образом при взаимодействии данного объекта с другими.

Объекты взаимодействия информации • Для любой информации можно указать три объекта взаимодействия: источник информации, приемник информации (ее потребитель) и объект или явление, которые данная информация отражает. Поэтому можно выделить три группы внешних свойств, важнейшими из которых являются свойства информации с точки зрения потребителя.

Качество информации • Качество информации — обобщенная положительная характеристика информации, отражающая степень ее полезности для пользователя. • Показатель качества — одно из важных положительных свойств информации (с позиции потребителя). • Чаще всего рассматривают показатели качества, которые можно выразить числом, и такие показатели являются количественными характеристиками положительных свойств информации. • При этом, любое отрицательное свойство может быть заменено обратным ему, положительным.

Набор важнейших показателей качества 1. Релевантность — способность информации соответствовать нуждам (запросам) потребителя. 2. Полнота — свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект или процесс. 3. Своевременность — способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени. 4. Достоверность — свойство информации не иметь скрытых ошибок.

5. Доступность — свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем. 6. Защищенность — свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения. 7. Эргономичность — свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя. 8. Конфиденциальность – свойство информации быть известной только допущенным и прошедшим проверку (авторизацию) субъектам (пользователям, процессам, программам)

Адекватность информации • Адекватность – это свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению. • Это вторая группа внешних свойств информации с точки зрения: информация – отображаемый объект. • Адекватность также является для потребителя внутренним свойством информации, проявляющим себя через релевантность и достоверность.

Свойства информации, связанные с процессом ее хранения • Здесь важнейшим свойством является живучесть — способность информации сохранять свое качество с течением времени. • К этому еще можно добавить свойство уникальности. Уникальной называют информацию, хранящуюся в единственном экземпляре.

Внутренние свойства информации • Среди внутренних свойств информации важнейшими являются два: • объем (количество) информации и ее внутренняя организация – структура. • Об объеме и количестве информации речь пойдет позднее, а по способу ее внутренней организации информацию делят на две группы: • 1. Данные или простой, логически неупорядоченный набор сведений. • 2. Логически упорядоченные, организованные наборы данных. • Упорядоченность достигается наложением на данные некоторой структуры (отсюда часто используемый термин — структура данных).

Знания • Во второй группе выделяют особым образом организованную информацию — знания. • Знания (в отличие от данных) представляют информацию не о каком-то единичном и конкретном факте, а о том, как устроены все факты определенного типа.

Знания обладают свойствами • • Внутренняя интерпретируемость Структурированность Связанность Активность Все эти свойства знаний в конечном итоге обеспечивают возможность моделировать рассуждения человека в системах искусственного интеллекта.

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ 1. Рассмотрим методы и модели количественной оценки информации 2. Проведем краткое знакомство с теорией алгоритмов 3. Вспомним основные на сегодня системы счисления 4. Рассмотрим формы представления и преобразования информации 5. Раскроем числовую систему ЭВМ.

Методы и модели оценки количества информации • Как и для характеристик вещества (вспомним массу, заряд, объем и т. д. ), так и для характеристик информации имеются единицы измерения, что позволяет некоторой порции информации приписывать числа — количественные характеристики информации.

Способы измерения информации На сегодняшний день наиболее известны следующие способы измерения информации: • Объемный (самый простой и грубый), • Энтропийный (принят в теории информации и кодировании), • Алгоритмический (оценка сложности и размера соответствующей программы).

Объемный способ измерения информации • Объем информации в сообщении — это количество символов в сообщении. • Поскольку, например, одно и то же число может быть записано многими разными способами (с использованием разных алфавитов), то этот способ чувствителен к форме представления (записи) сообщения.

Единицы измерения объема • В вычислительной технике вся обрабатываемая и хранимая информация представлена в двоичной форме (с использованием алфавита, состоящего всего из двух символов 0 и 1). • Такая стандартизация позволила ввести две стандартные единицы измерения: бит и байт. • Бит — количество информации, которое может помещаться в один элемент памяти. • Байт — это восемь бит.