Учебный курс «ИНФОРМАТИКА» Преподаватель: ст. преп. Зуева Екатерина Александровна
ИНФОРМАТИКА. ИНФОРМАЦИЯ. Лекция 1.
ИНФОРМАТИКА 1. Основные понятия, предмет изучения 2. Информация, измерение 3. Меры и единицы измерения информации. 4. Свойства информации. 5. Понятие информационных ресурсов и информационных технологий. 6. Информационное общество
Информатика изучает … информацию и ее свойства процессы хранения, обработки, и передачи информации с помощью компьютера. Французский язык: informatique = information + automatique информатика информация автоматика Английский язык: computer science компьютер + наука = наука о компьютерах 4
Информатика это наука и вид практической деятельности, связанные с процессами обработки информации с помощью вычислительной техники. Информатика представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации с помощью вычислительной техники и телекоммуникационных средств связи в различных сферах человеческой деятельности. 5
Информация – это … любые сведения об окружающем мире, которые человек получает с помощью органов чувств: глаза (зрение, 90 процентов информации) уши (слух) язык (вкус) нос (обоняние) кожа (осязание) 6
Информация – это совокупность сведений, расширяющая представление об объектах и явлениях окружающей среды, их свойствах, состоянии и взаимосвязях. Обмен информацией непрерывно происходит между людьми; между людьми и окружающим миром. Обмен информацией осуществляется посредством сообщений. Сообщение – это форма представления информации для ее последующей передачи в одном из следующих видов: - числовая форма, представленная цифрами; - текстовая форма, представленная текстами, составленными из символов того или иного языка; - кодовая форма, представленная кодами; например, кодами в двоичной системе счисления, кодами шифрования, кодами азбуки Морзе или азбуки для глухонемых и т. п. ; - графическая форма, представляющая изображения объектов; - акустическая форма, представленная звуковыми сигналами; - видео-форма, представляющая телепередачи, видео- и кинофильмы в специальном формате. 7
Виды информации Символ (знак, жест) Текст (состоит из символов, важен их порядок) КОТ ТОК Числовая информация Графическая информация (рисунки, картины, чертежи, фото, схемы, карты) Звуковые или световые сигналы Тактильная информация (осязание) Вкус, Запах, Жесты и Мимика Радиоволны Электрические и нервные импульсы Магнитные записи 8
Информация – это … Данные – это информация, представленная в некоторой форме (формализованном виде), что обеспечивает ее хранение, обработку и передачу. Информации обладает следующими свойствами: - запоминаемость, то есть способность воспринять информацию и хранить ее продолжительное время; - передаваемость, то есть способность информации к копированию – восприятием ее другой системой без искажения; - воспроизводимость характеризует неиссякаемость и неистощимость информации, то есть при копировании информация остается тождественной себе; свойство воспроизводимости не является базовым и тесно связано с передаваемостью; - преобразуемость – это способность информации 9 менять способ и форму своего существования.
Информация в неживой природе Информация порядок, организованность, неоднородность Замкнутые системы (нет обмена информацией и энергией с внешней средой): порядок (больше информации) хаос (меньше информации) Открытые системы (возможно увеличение информации): H H O атомы водорода и кислорода O H H молекула воды звездная пыль галактика 10
Информация в живой природе Живые организмы – открытые системы. Одноклеточные используют информацию о температуре и химическом составе. Усложнение увеличение информации. свет органическое вещество! углекислый газ CO 2 вода H 2 O глюкоза C 6 H 12 O 6 фотосинтез кислород O 2 Животные воспринимают информацию органами 11 чувств.
Информация в живой природе Информационные сигналы в жизни животных: звук, свет, запах, поза. 12
Информация в биологии Сигналы несут информацию от органов чувств к мозгу: Наследственная информация (молекула ДНК): 13
Информация в технике системы стабилизации: t° нагреватель контроллер датчик t° системы программного управления паровая баня токарный станок 14
Информация в технике роботы (имеют датчики, заменяющие органы чувств – зрение, слух, осязание) Луноход Asimo (Honda) компьютеры – специальные устройства для хранения, передачи и обработки информации автоматизированные системы продажи билетов Интернет – глобальная информационная система 15
Измерение информации Клод Шеннон - американский учёный, рассматривает информацию как снятую неопределенность наших знаний о чем-то. По его трактовке (1948 г), информация — это сведения, уменьшающие неопределенность (энтропию), существовавшую до их получения. Получение информации (ее увеличение) одновременно означает увеличение знания, что, в свою очередь, означает уменьшение незнания или информационной неопределенности. 16
Как передается информация Различают две формы представления информации: непрерывную (аналоговую) и прерывистую (цифровую, дискретную). Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и теоретически может изменяться в любой момент времени и на любую величину (например, речь человека, музыкальное произведение). 17
Аналоговый сигнал При аналоговой записи (например аудиозаписи) непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнитной головки наносится на движущуюся магнитную ленту. Недостатком аналогового способа обработки информации является то, что копия бывает всегда хуже 18 оригинала.
Аналоговый сигнал Передача информации осуществляется путем изменения какого-либо параметра сигнала в соответствии с передаваемым сообщением, например, путем изменения амплитуды, частоты, фазы гармонических колебаний или длительности прямоугольных импульсов. Процесс изменения параметров сигнала на передающей стороне, происходящий в соответствии с содержанием передаваемого сообщения, называется модуляцией. Благодаря модуляции сигнал получает возможность распространяться на большие расстояния с помощью системы связи. Процесс восстановления сообщения из принятого сигнала называется демодуляцией (или детектированием). 19
Виды модуляций 20
Дискретный сигнал Часто Аналоговый сигнал преобразовывается в Цифровой сигнал. Этот процесс называется Дискретизацией. Дискретизация — замена непрерывного (аналогового) сигнала последовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распространена равномерная дискретизация, в основе которой лежит теорема Котельникова (частота квантования аналогового сигнала должна производиться с частотой не ниже, чем самая высокочастотная составляющая аналогового сигнала). 21
Дискретный сигнал Цифровой сигнал может изменяться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь определенные значения (например, только значения напряжений 0 и 3, 5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства. Для преобразования аналогового сигнала в цифровой требуется провести дискретизацию непрерывного сигнала во времени, квантование по уровню, а затем кодирование отобранных значений. 22
Как передается сигнал Цифровой сигнал 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 На рисунке схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал в данном случае может принимать лишь пять различных уровней. Естественно, что качество такого преобразования невысокое. Из рисунка видно, что изменение цифрового сигнала возможно лишь в некоторые моменты времени (в 23 данном случае этих моментов одиннадцать).
Цифровой лучше аналогового При передача цифрового сигнала можно получить копию практически такого же качества, как и оригинал. Имеется тенденция перехода к единому цифровому представлению всех видов информации. Глобальная сеть Интернет претендует на то, чтобы объединить все средства вещания и коммуникации, компьютерные, телефонные, радио-, и видеосети, связав их в единое «киберпространство» . Будет IP-телефон (!), IP-телевидение (HDTV) (!) и т. д. 24
Информация • Свойства информации • Информационные процессы • Кодирование информации 25
Свойства информации Информация должна быть объективной (не зависящей от чьего-либо мнения) «На улице тепло» , «На улице 28°С» . понятной (монгольский язык? ) полезной (получатель решает свои задачи) достоверной (правильной) дезинформация, помехи, слухи, байки актуальной – должна быть важна в данный момент (погода, землетрясение) устаревшая, ненужная полной (достаточной для принятия правильного решения) «Концерт будет вечером» , история 26
Информационные процессы Хранение мозг, бумага, камень, береста, … память ПК, дискеты, винчестеры, CD, DVD, магнитная лента Обработка создание новой информации кодирование – изменение формы, запись в некоторой знаковой системе (в виде кода) поиск сортировка – расстановка элементов в заданном порядке Передача источник информации помехи канал связи приемник информации 27
Кодирование информации Кодирование – это запись информации с помощью некоторой знаковой системы (языка). ? Зачем кодируют информацию? кодирование данные (код) Информация передается, обрабатывается и хранится в виде кодов. 101010 передача борьба с помехами (специальные способы кодирования) данные (код) 11111100010 передача обработка хранение 28
Языки Язык – знаковая система, используемая для хранения и передачи информации. естественные (русский, английский, …) есть правила и исключения формальные (строгие правила) program qq; begin writeln("Привет!"); end. Грамматика – правила по которым из символов алфавита строятся слова. Синтаксис – правила, по которым из слов строятся предложения. 29
Кодирование Задача 1. Закодируйте свое имя с помощью азбуки Морзе. ВАСЯ ! Код неравномерный, нужен разделитель! 30
Кодирование Задача 2. Закодируйте свое имя с помощью кодовой таблицы (Windows-1251): 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F C А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П D Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я ВАСЯ В А С Я С 2 С 0 D 1 DF ! Код равномерный, разделитель НЕ нужен! 31
Кодирование: цели и способы Текст: в Росии: Привет, Вася! Windows-1251: CFF 0 E 8 E 2 E 52 C 20 C 2 E 0 F 1 FF 21 передача за рубеж (транслит): Privet, Vasya! стенография: шифрование: Рсйгжу-!Гбта” ? Числа: Как зашифровано? для вычислений: 25 прописью: двадцать пять римская система: XXV ! Информация (смысл сообщения) может быть закодирована разными способами! 32
ИНФОРМАЦИЯ Измерение количества информации
Единицы измерения Информация нуждается в измерении. На практике количество информации измеряется с точки зрения синтаксической адекватности. Исторически сложились два подхода к измерению информации: вероятностный и объемный. В 1940 -х гг. К. Шеннон предложил вероятностный подход, а работы по созданию ЭВМ способствовали развитию объемного подхода. 34
Единицы измерения Отличие объема данных от количества информации заключается в следующем. Объем данных выражается только целыми значениями, а количество информации – вещественными. Формулу Хартли можно использовать для определения объема данных. При этом результат округляется в большую сторону, так как минимальной ячейкой памяти в ЭВМ является байт. Поэтому, заняв только часть байта (его несколько бит), оставшаяся часть байта не используется. 35
Единицы измерения 1 бит (binary digit, двоичная цифра) – это количество информации, которое мы получаем при выборе одного из двух возможных вариантов (вопрос: «Да» или «Нет» ? ) Примеры: Эта стена – зеленая? Да. Дверь открыта? Нет. Сегодня выходной? Нет. Это новый автомобиль? Да. Ты будешь чай или кофе? Кофе. 36
Если вариантов больше… «Да» или «Нет» ? 2 варианта – 1 бит 4 варианта – 2 бита 8 вариантов – 3 бита ? Изменится ли количество информации, если сразу указать на нужный самолет? 37
Если вариантов больше… Количество вариантов 2 4 8 16 Количество бит информации 1 2 3 4 32 64 5 6 128 256 512 1024 7 8 9 10 6 вариантов – между 4 (2 бита) и 8 (3 бита) Ответ: количество информации между 2 и 3 битами 38
Единицы измерения 1 байт (bytе) = 8 бит 1 Кб (килобайт) = 1024 байта 1 Мб (мегабайт) = 1024 Кб 1 Гб (гигабайт) = 1024 Мб 1 Тб (терабайт) = 1024 Гб 1 Пб (петабайт) = 1024 Тб 210 39
ИНФОРМАЦИЯ Задачи для самостоятельного разбора
Перевод в другие единицы 25 Кб = =25· 1024 байт =25· 1024· 8 бит =25: 1024 Мб =25: 1024=25: 10242 Гб =25: 1024: 1024= 25: 10243 Тб умножение крупные единицы деление мелкие единицы 59
Перевод в другие единицы Сравните (поставьте знак <, > или =): 3 байта 24 бита 1000 байт 1 Кб 220 байт 0, 25 Кб 1 Мб 1500 Кб 8192 бита 1 Кб 60
Задачи: текст Сколько места в памяти надо выделить для хранение предложения Привет, Вася! считаем все символы, включая знаки препинания (здесь 13 символов) если нет дополнительной информации, то считаем, что 1 символ занимает 1 байт в кодировке UNICODE 1 символ занимает 2 байта Ответ: 13 байт или 104 бита (в UNICODE: 26 байт или 208 бит) 61
Задачи: текст Сколько места надо выделить для хранения 10 страниц книги, если на каждой странице помещаются 32 строки по 64 символа в каждой? Решение: на 1 странице 32· 64=2048 символов на 10 страницах 10· 2048=20480 символов каждый символ занимает 1 байт Ответ: 20480 байт или … 20480· 8 бит или … 20480: 1024 Кб = 20 Кб 62
Задачи: рисунок Сколько места в памяти надо выделить для хранения 16 -цветного рисунка размером 32 на 64 пикселя? Решение: общее число пикселей: 32· 64=2048 при использовании 16 цветов на 1 пиксель отводится 4 бита (выбор 1 из 16 вариантов) Ответ: 2048· 4 бита = 8192 бита или … 2048· 4: 8 байта = 1024 байта или … 1024: 1024 Кб = 1 Кб 63
Задачи: рисунок Для хранения растрового рисунка размером 32 на 64 пикселя выделили 2 Кб памяти. Каково максимально возможное количество цветов в палитре? Решение: общее число пикселей: 32· 64=25 · 26=211 память 2 Кб =2 · 210 байта = 211 байта= 214 бита на 1 пиксель приходится 214: 211 = 23 = 8 бит выбор 1 из 256 вариантов Ответ: не более 256 цветов 64
Задачи: кодирование Сколько бит нужно выделить для хранения текста МУНСА УРЕ КАМУКА при использовании алфавита племени МУМУКА: буквы МУКАЕНРС и пробел? Решение: в алфавите 9 символов (8 букв и пробел) 23 < 9 < 24, поэтому на 1 символ нужно выделить 4 бита в тексте 16 символов (считая пробелы) Ответ: 4· 16 бит = 64 бита = 8 байт ? Если в алфавите 25 символов? 65
Задачи: кодирование Объем сообщения, содержащего 1024 символов, составил 1/512 часть мегабайта. Какова мощность алфавита, с помощью которого записано сообщение? Решение: объем сообщения в битах: 1024· 8 бит / 512 =16348 бит на 1 символ приходится 16384 / 1024 = 16 бит мощность алфавита 216 = 65536 символов Ответ: 65536 символов (кодировка UNICODE) 66
Задачи: обмен информацией Скорость передачи данных через ADSLсоединение равна 256000 бит/c. Передача файла через это соединение заняла 2 минуты. Определите размер файла в килобайтах. Решение: время передачи: 2· 60 сек=120 сек передано информации 256 · 1000· 120 бит 13 = 28· 23· 125 · 22· 30 бит= 2 · 125· 30 Кб 213 Ответ: объем файла 3750 Кб 67
Информационные процессы Операции над информацией называются информационными процессами. Люди обмениваются устными сообщениями, записками, посланиями. Они передают другу просьбы, приказы, отчеты о проделанной работе, описи имущества, публикуют рекламные объявления и научные статьи, хранят старые письма и документы или долго размышляют над полученными известиями. Все это примеры информационных процессов. Все информационные процессы можно отнести к одному из следующих классов. Сбор данных Передача данных Хранение данных Обработка данных
Информационные процессы Информационные системы – это организованные человеком системы сбора, хранения, обработки и выдачи информации, необходимой для принятия эффективных решений. Задачей информационных систем является удовлетворение потребностей потребителя в информации. Потребитель должен своевременно получать информацию в требуемой форме, после ее систематизации и необходимой обработки. Информационная система включает составные части: - информацию, хранящуюся в информационной системе; - технические средства хранения и обработки данных; - методы и процедуры сбора и обработки информации.
Информация и управление Управление – это целенаправленное взаимодействие двух объектов, один из которых – управляющий (регулятор), а второй – управляемый (объект управления). среда цель регулятор объект Кибернетика – наука об общих закономерностях управления и передачи информации в природе, технике и обществе. Н. Винер (1894 -1964) «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине» «Кибернетика и общество» Информация – это содержание сигналов, передаваемых по каналам связи. 71
Системы управления Система – группа объектов и связей между ними, выделенных из среды и рассматриваемых как одно целое. среда А Б В Г Примеры: • семья • экологическая система • компьютер • техническая система • общество Система обладает особыми свойствами, которыми не обладает ни один объект в отдельности. 72
Системы управления Разомкнутые – регулятор не получает информации о состоянии объекта (программное управление). среда цель управление регулятор объект Примеры: • водитель с завязанными глазами • начальник, не проверяющий рабочих • информационное табло на вокзале • светофор простота – не нужно датчиков • нужна точная модель объекта • нельзя учесть влияние среды Неизвестно, достигнута ли цель. 73
Системы управления Замкнутые – регулятор получает информации о состоянии объекта по каналу обратной связи. среда цель управление сравнение регулятор с целью! объект датчики обратная связь Отрицательная обратная связь – регулятор стремится уменьшить разницу между целью и фактическим состоянием объекта. • модель объекта может быть неточной • можно учесть влияние среды усложнение системы 74
Системы управления Автоматические – работают полностью без участия человека. Автоматизированные – некоторые процессы выполняются автоматически, но при участии человека-оператора. Адаптивные – автоматически изменяют алгоритмы своей работы при изменении внешних условий: • живые существа • технические системы управления • роботы 75
ИНФОРМАЦИЯ Информационное общество
Информационное общество Информационное (постиндустриальное) общество – главными продуктами производства являются информация и знания. Этапы развития: • письменность (Египет, Междуречье, Китай, 3000 лет до н. э. ) • книгопечатание (XV век, И. Гутенберг) • средства связи – телеграф, телефон, радио, TV (конец XIX века) • компьютерная техника (XX век) Информатизация – процесс перехода к информационному обществу. 77
Информационное общество Критерии: • число компьютеров • уровень развития компьютерных сетей • доля населения, занятого в сфере ИТ ближе всего США, Япония, Германия Характерные черты: • изменение структуры экономики • развитие телекоммуникаций • свобода доступа к информации • рост информационной культуры (потребность и умение человека использовать ИТ) • доступность образования 78 • изменение уклада жизни
Информационное общество Что плохо: • усиление влияния средств массовой информации; • разрушение частной жизни личности и организаций; • проблема отбора качественной и достоверной информации; • многим людям будет сложно приспособиться к новым условиям. 79
Информационные ресурсы Ресурс – средство, «обработав» которое можно получить желаемый результат. Ресурсы общества • материальные • природные (сырьевые) • энергетические • трудовые • финансовые • информационные – документы, в том числе в библиотеках, архивах, фондах, банках данных и др. информационных системах. 80
Информационные ресурсы • библиотечные • архивные • научно-техническая информация • правовая информация • финансовая и экономическая информация • информация о природных ресурсах • информация государственных органов • отраслевая информация • информация предприятий и учреждений ! Информационные ресурсы становятся товаром, стоимость которого сопоставима со стоимостью других ресурсов. 81
Информационные услуги • связь, Интернет • рекламные агентства • подбор персонала (кадровые агентства) • обучение • консалтинг (услуги по оптимизации бизнеса) • поиск и подбор информации • создание программного обеспечения • создание Web-сайтов 82
Информационные технологии Технология – способ сделать «продукт» из исходных материалов (с гарантированным результатом!). Новые (компьютерные) ИТ – технологии, связанные с использованием компьютеров и программного обеспечения для хранения, защиты, обработки и передачи информации. 83
Информационные технологии • подготовка документов • поиск информации • телекоммуникации (сети, Интернет, электронная почта) • автоматизированные системы управления (АСУ) • системы автоматизированного проектирования (САПР) • геоинформационные системы (на основе карт, снимков со спутника) • обучение электронные учебники компьютерные тренажеры дистанционное обучение (через Интернет) 84
Информационные технологии • автоматизированные системы управления (АСУ) сервер, база данных Ресторан+ администратор рабочие места официантов, барменов, кассиров менеджер производство (кухня) 85
Информационные технологии датчики • автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) локальная сеть блок сбора информации GSM модем блок управления блок сбора информации блок управления рабочее место оператора GSM модем 86
Информационные технологии • системы автоматизированного проектирования (САПР) 87
Информационные технологии объекты дороги рельеф местность ра ст р сл ов ои ые ве к то сл рн ои ые • геоинформационные системы (привязка объектов к местности) реальный мир 88
Информационные технологии • дистанционное обучение самостоятельная работа письменные задания выездные школы, работа с тьютором (наставником) консультации по Интернету, видеоконференции серверы базы данных тьютор www. intuit. ru Интернет 89
Информационная культура общества – это способность общества: • эффективно использовать информационные ресурсы и средства обмена информацией; • применять передовые достижения в области информационных технологий. 90
Информационная культура человека – это умение использовать современные технические средства и информационные технологии для получения, обработки и передачи информации: • формулировать свою потребность в информации; • находить нужную информацию, используя различные источники; • отбирать и анализировать информацию; • обрабатывать информацию и создавать новую информацию; • использовать компьютерную технику. 91
Меры измерения информации Повтор первой части лекции
Меры информации 1) Формула Хартли. I = log 2 N или 2 I = N, где N - количество равновероятных событий (число возможных выборов), I - количество информации 2) Модифицированная формула Хартли: I = log 2 (1/p) = - log 2 p где p - вероятность наступления каждого из N возможных равновероятных событий. 3) Формула Шеннона. H = S pi hi = - S pi log 2 pi где pi - вероятность появления в сообщении i-го символа алфавита; hi = log 2 1/pi = - log 2 pi -количество собственной информации, переносимой одним символом; 93 Н - среднее значением количества информации.
Качество информации Показатели качества Репрезентативность Содержательность Достаточность (полнота) Доступность Актуальность Своевременность Точность Достоверность Устойчивость АИЭС 94
Упражнения ЗАДАНИЕ 1 Измерьте информационный объем сообщения “Ура! Я – студент!!” (с точки зрения технического подхода, то есть не учитывая смысл сообщения). Выразите этот объем в битах, байтах, килобайтах. ЗАДАНИЕ 2 Измерьте примерную информационную емкость 1 страницы любого учебника, всего учебника. (Подсказка. Подсчитайте, сколько символов в одной строке и сколько строк на странице, и перемножьте полученные числа). Сколько таких учебников может поместиться на флэш-памяти объемом 1 Гбайт? 95
Скачать презентацию Учебный курс ИНФОРМАТИКА Преподаватель ст преп Зуева Екатерина
Lektsia_1_Inf-ka_Inf-tsia.ppt