Понятие информации Общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации
Информатика Кибернетика (1948 г. ) «Computer Science» Informatique Информатика – техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими. 2
Структура современной информатики Теоретическая информатика – использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации. Вычислительная техника – раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Информационные системы– раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Программирование – деятельность, связанная с разработкой систем программного обеспечения. Искусственный интеллект – область информатики, в которой решаются проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. 3
Предмет и задачи информатики Основные задачи информатики Исследование информационных процессов любой природы. Разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации. Решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни. Предмет информатики Аппаратное обеспечение средств вычислительной техники; программное обеспечение средств вычислительной техники; средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения; средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами – пользовательский интерфейс. 4
Предмет и задачи информатики Объектом приложений информатики являются самые различные науки и области практической деятельности, для которых она стала источником самых современных технологий - «новых информационных технологий» (НИТ): АСУ; АСУТП; АСНИ; АОС; САПР; диагностические системы в медицине; системы организации продажи билетов; системы ведения бухгалтерско-финансовой деятельности; системы обеспечения редакционно-издательской деятельности. 5
Сигналы, данные, информация Сигнал – изменяющийся во времени физический процесс. Сигналы могут быть дискретными (состоящими из множества значений, которые можно пересчитать) и непрерывными (параметр сигнала – непрерывная функция времени). Данные – материальные объекты произвольной формы, выступающие как средство предоставления информации, признаки или записанные наблюдения, которые по каким-то причинам не используются, а только хранятся. Если появляется возможность использовать эти данные, они превращаются в информацию. Информация – сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии, которые уменьшают имеющуюся о них степень неопределенности, неполноты знаний. Информация не существует без потребителя. 6
Основные операции с данными Сбор данных – накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений. Накопление и систематизация – организация размещения данных, которая обеспечивала бы быстрый поиск сведений, методическое обновление данных, защиту от искажений и т. д. Формализация данных – приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой – т. е. повысить уровень их доступности. Фильтрация данных – отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений. Сортировка данных – упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования. Сортировка повышает доступность информации. Архивация данных – организация данных в удобной и легкодоступной форме. Служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом. 7
Основные операции с данными Защита данных – комплекс мер, направленных на предотвращение утраты, воспроизведения и модификации данных. Транспортировка данных – прием и передача (доставка и поставка) данных между удаленными участниками информационного процесса. При этом источник данных в информатике принято называть сервером, а потребителя – клиентом. Преобразование данных – перевод данных из одной формы в другую, из одной структуры в другую. Отображение данных – представление данных в форме, пригодной для восприятия человеком. 8
Единицы представления и хранения данных Компьютер работает с цифровой информацией. Цифровая информация хранится в виде кода, который называют двоичным. Наименьшая единица представления информации – бит (bit – binary digit). Он может иметь только два значения (да/нет или 0/1). Байт – это группа из восьми битов (23). Биты в байте могут быть включены (равны 1) или выключены (равны 0). Для значения байта важно не только количество битов, но и их местоположение, т. е. позиция. Бит в правой крайней позиции называется младшим, в крайней левой – старшим. Одним байтом можно выразить 256 (28) разных значений. Байт является наименьшей единицей обработки и передачи информации. Байты числовой информации сохраняют (записывают) в виде файлов. Файл – это последовательность произвольного числа байтов, обладающая уникальным собственным именем. Файл – наименьшая единица хранения информации. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла. 9
Файловая структура Хранение файлов организуется в иерархической структуре, называемой файловой структурой. В качестве вершины структуры используется имя носителя, на котором сохраняются файлы. Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит. В качестве разделителя используется символ «» . Полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. В этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами. Пример записи полного имени файла: <имя носителя><имя каталога_1>…<имя каталога_N><собственное имя файла> 10
Информационные процессы – процессы сбора, обработки, накопления, хранения, поиска и распределения информации в различных сферах человеческой деятельности. Сигнал, как носитель информации проходит последовательно фазы, составляющие информационный процесс. На этапе восприятия или сбора определяются качественные и количественные характеристики источника, существенные для решения задач потребителя информации. Совокупность этих характеристик фиксируется в виде сигнала на носителе той или иной природы (бумажном, электронном и т. п. ). Носитель информации – среда для записи и хранения информации. Передача информации – перенос информации в виде сигнала в пространстве посредством физических сред любой природы. Обработка – преобразование информации с целью решения определенных задач. Данная фаза может включать хранение информации как перенос ее во времени. На этапе представления выполняется подготовка информации к виду, удобному для потребителя (графики, тексты, диаграммы, таблицы и т. д. ). 11
Адекватность информации Сообщение от источника к получателю передается посредством какой-нибудь среды, материального носителя, являющихся в таком случае каналом связи. Носителем информации может быть: любой материальный объект (бумага, камень, дерево, стол и т. д. ); волны различной природы: акустические (звук), электромагнитные (свет, радиоволна), гравитационные (давление, притяжение); вещество в различном состоянии: концентрация молекул в жидком растворе, температура и давление газа и т. д. ; машинные носители: перфоленты, перфокарты, магнитные ленты, диски, оптические диски и т. д. Пути и процессы, обеспечивающие передачу сообщений от источника к потребителю, называют информационными коммуникациями. Для потребителя важной характеристикой является ее адекватность – это определенный уровень соответствия создаваемого с помощью полученной информации образа реальному объекту, процессу, явлению. В реальной жизни всегда присутствует некоторая степень неопределенности. От степени адекватности информации реальному состоянию зависит правильность принятия решения. 12
Свойства информации Информация нужна для того, чтобы принимать правильное решение. Человеку свойственно субъективное восприятие информации через некоторый набор ее свойств. Объективность информации – отражение внешнего мира независимо от нашего сознания. Достоверность информации – отражение истинного положения дел. Данные возникают в момент регистрации сигналов, но не все сигналы являются полезными – всегда присутствуют посторонние сигналы, в результате чего полезные данные сопровождаются определенным уровнем «информационного шума» . Если полезный сигнал зарегистрирован более четко, чем посторонние сигналы, достоверность информации может быть более высокой. При увеличении уровня шумов достоверность информации снижается. 13
Свойства информации Полнота информации – характеризует качество информации и определяет достаточность данных для принятия решений или для создания новых данных на основе имеющихся. Чем полнее данные, тем шире диапазон методов, которые можно использовать и тем проще подобрать метод, вносящий минимум погрешностей в ход информационного процесса. Доступность информации – мера возможности получить ту или иную информацию. На степень доступности информации влияют одновременно как доступность данных, так и доступность соответствующих методов для их интерпретации. Актуальность информации – степень соответствия информации текущему моменту времени. Нередко с актуальностью, как и с полнотой, связывают коммерческую ценность информации. 14
Свойства информации Полезность или бесполезность (ценность) оценивается по тем задачам, которые мы можем решить с ее помощью. Понятность – на языке, доступном получателю. Кроме того, есть еще такие свойства как запоминаемость, передаваемость, воспроизводимость, преобразуемость, стираемость. При анализе информации социального происхождения могут выступить такие свойства как истинность, ценность, практическая значимость и т. д. 15
Кодирование информации Информация передается в виде сообщений. Дискретная информация записывается с помощью некоторого конечного набора знаков - букв. Будем называть буквой элемент некоторого конечного множества отличных друг от друга знаков. Множество знаков, в котором определен их порядок, назовем алфавитом. В канале связи сообщение, составленное из символов (букв) одного алфавита, может преобразовываться в сообщение из символов (букв) другого алфавита. Правило, описывающее однозначное соответствие букв алфавитов при таком преобразовании, называют кодом. Процедуру преобразования сообщения называют перекодировкой. Преобразование сообщения осуществляется в момент поступления сообщения от источника в канал связи (кодирование) и в момент приема сообщения получателем (декодирование). Устройства, обеспечивающие кодирование и декодирование будем называть соответственно кодировщиком и декодировщиком. Источник Кодировщик Сообщение Помехи Декодировщик Приемник 16
Системы счисления Любое число изображается группой символов (словом) некоторого алфавита. Такие символы называют цифрами, символические изображения чисел – кодами, правила получения кодов – системами счисления, которые делятся на непозиционные и позиционные. Непозиционные – значение каждой цифры не зависит от ее положения (унарная - длина записи числа при таком кодировании связана с его величиной, римская – пример: I (1), V (5), X (10), L (50), C (100), D (500), M (1000), III (3), IV (4), VI (6), XL (40), LX (60), XC (90), CIX (109) MCMLXXXVI = 1986). Позиционные – значение цифры зависит от ее места в коде числа (десятичная, двоичная). Для записи чисел в различных системах счисления используется некоторое количество отличных друг от друга знаков. Число таких знаков в позиционной системе счисления называется основанием системы счисления. В позиционной системе счисления число может быть представлено в виде суммы произведений коэффициентов на степени основания системы счисления: 17
Двоичная арифметика С двоичными числами, как и с десятичными можно производить арифметические действия. Сложение. Правила сложения: 0+0=0 0+1=1 1 + 0 =1 1 + 1 = 10 – результат сложения двух единиц: ноль и единица переноса в старший разряд – 1 основное правило двоичной системы счисления. Пример. Сложить два двоичных числа 1101112 и 10112 (двойка, записанная справа от числа указывает на двоичную систему счисления). Далее будем пользоваться аналогичным обозначением и для других систем счисления. Складывать будем столбиком: 110111 2 + 1011 2 -------1000010 2 18
Правила вычитания: Вычитание 0– 0=0 1 – 0 =1 1 – 1 =0 – второе основное правило двоичной системы 10 – 1 = 1 счисления. При вычитании многоразрядных чисел может возникнуть необходимость «занять» единицу в старшем разряде, что дает две единицы в младшем разряде. Если в десятичном числе выделяются разряды единиц, сотен и т. д. , то в двоичном числе выделяются разряды единиц, двоек, … Пример: 1002 - 112. В числе 1002 выделим следующие разряды: 1 - разряд четверок; 0 – разряд двоек; 0 – разряд единиц. Вычесть единицу из младшего разряда (единиц) нельзя, перейдем к следующему разряду (двоек), но и здесь тоже ноль, поэтому перейдем к следующему разряду (четверок). Находящуюся в этом разряде единицу представим как сумму двух единиц из разряда двоек, т. е. Теперь одну из полученных единиц также представим как сумму единиц младшего разряда (в разряде двоек останется одна единица). В результате вычитания получаем: 19
Умножение Правила умножения: 0 • 0=0 0 • 1=0 1 • 0=0 1 • 1=1 умножение двоичных чисел сводится к умножению множимого на каждый разряд множителя с последующим сдвигом и суммированию полученных произведений аналогично умножению в десятичной системе счисления. Пример. 11012 • 1012 Умножение производим в столбик: . 1101 1101__ 1000001 20
Системы счисления, используемые в компьютере Кроме двоичной системы в компьютере также применяются и восьмеричная и шестнадцатиричная системы. Обмен информацией между устройствами большинства ЭВМ осуществляется путем передачи двоичных чисел. Пользоваться такими числами из-за большой их длины и зрительной однородности человеку неудобно. Поэтому специалисты (программисты и инженеры) на этапах составления программ, их отладки часто заменяют двоичные коды на восьмеричные или шестнадцатиричные. В результате длина исходного слова сокращается в три, четыре раза соответственно. Это делает информацию более удобной для рассмотрения и анализа. 21
Перевод чисел из одной системы счисления в другую Пример 1. Перевести десятичное число в двоичную систему: Собирая остатки от деления в направлении, указанном стрелкой, получим 1910 = 100112 Пример 2. Перевести десятичное число 173 в восьмеричную систему счисления. Снова собираем остатки от деления в направлении стрелки, получаем 17310 = 2558 Пример 3. Перевести десятичное число 173 в шестнадцатеричную систему счисления: (используются цифры от 0 до 9, а затем алфавит 10 – А, 11 – B, 12 – C, 13 – D, 14 – E, 15 – F) 22
Общее правило перевода целых чисел из системы счисления с основанием р в систему с основанием q: последовательно выполнять деление данного числа и получаемых неполных частных на основание новой системы счисления до тех пор, пока не получим неполное частное, меньшее делителя, полученные остатки, являющиеся цифрами числа в новой системе счисления, привести в соответствие с алфавитом новой системы счисления, составить число в новой системе счисления, записывая его начиная с последнего остатка. Перевод числа из двоичной, восьмеричной, шестнадцатеричной системы: 23
Кодирование текстовой информации Системы кодирования: ASCII (стандартный код информационного обмена) КОИ-7 (устаревшая) КОИ-8 Windows-1251 ISO (International Standard Organization) Unicode 25
Кодирование аудио-видео информации Метод FM (частотная модуляция) основан на том, что любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых представляет собой правильную синусоиду, а, следовательно, может быть описан числовыми параметрами. Представление сигналов в дискретной форме выполняют аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения закодированного звука выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Метод таблично-волнового синтеза (Wave-Table). Состоит в том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков. 26
Основные этапы развития информатики и вычислительной техники В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций – преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Первая – изобретение письменности, появилась возможность передачи знаний от поколения к поколению. Вторая – (середина XVI в. ) - изобретение книгопечатания, радикально изменилось индустриальное общество, культура, организация деятельности. Третья (конец XIX в. ) – изобретение электричества (телеграф, радио, телефон), появилась возможность оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме. Четвертая (70 -е гг. ХХ в. ) – изобретение микропроцессорной технологии, появление персонального компьютера, характеризуется тремя инновациями: переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным; миниатюризация всех узлов, устройств, приборов и машин; создание программно-управляемых устройств и процессов. Поколения ЭВМ: Деление ЭВМ на поколения условно и в основе деления лежит элементная база. 1 -е (начало 50 -х гг. ). Элементная база – электронные лампы. Большие габариты, большое потребление энергии, малое быстродействие, низкая надежность, программирование в двоичной системе счисления (в кодах). 2 -е (с конца 50 -х гг. ). Элементная база полупроводниковые элементы – улучшение всех характеристик, алгоритмические языки. Режим пакетной обработки и телеобработки информации. 3 -е (начало 60 -х гг. ). Элементная база – интегральные схемы, многослойный печатный монтаж – резкое снижение габаритов, повышение надежности, увеличение производительности, доступ с удаленных терминалов. 4 -е (с середины 70 -х гг. ). Элементная база – микропроцессоры, большие интегральные схемы – улучшение технических характеристик, массовый выпуск персональных компьютеров, мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью. 5 -е (с середины 80 -х гг. ). Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование параллельной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий. 6 -е (перспектива). Электронные и оптоэлектронные компьютеры с массовым параллелизмом, нейронной структурой, с распределенной сетью большого числа (десятки тысяч) микропроцессоров, моделирующих архитектуру нейронных биологических систем. Появление нейрокомпьютеров. 27
Скачать презентацию Понятие информации Общая характеристика процессов сбора передачи обработки
Презентация по информатике, 1 лекция.pptx