1. Сигналы и данные. 2. Данные и методы. 3. Понятие об информации. 4. Кодирование данных двоичным кодом. 5. Единицы представления данных. 6. Понятия о файловой структуре. 7. Свойства информации. 8. Память персонального компьютера: оперативная память, постоянная память, дисковая память. 9. Устройства ввода/вывода: клавиатура, дисплей, манипулятор «мышь», принтер, сканер, модем, сетевой контролер, устройства мультимедиа. 10. Классификация и назначение программного обеспечения компьютера. 11. Понятие операционной системы. Назначение и основные функции операционной системы. 12. Вычисление в программе MS EXCEL. 13. MS EXCEL. Создание формул с использованием мастера функций. 14. MS EXCEL. Работа с диаграммой и ее форматирование. 15. Интерфейс прикладной программы MS Word. Создание текстовых документов в программе MS Word. 16. Форматирование текстового документа. 17. MS Access. Основные этапы проектирования базы данных. 18. Формирование запросов и отчетов. Запрос-выборка. Запрос с параметром. 19. Создание структуры таблицы. Заполнение и редактирование таблицы. 20. Интерфейс стандартного окна MS PowerPoint. Правила создания презентаций. 21. MS PowerPoint. Область задач «Эффекты анимации». Область задач «Смена слайдов». 22. Поисковые системы в сети Интернет. 23. Компьютерные вирусы. Антивирусные программы. 24. АРМ психолога. 25. Локальные и глобальные сети ЭВМ. Основные понятия.
|
Теоретический раздел → Курс лекций → Раздел 1. Информация и информатика. → Тема 1. Понятие информации → Тема 1. Лекция |
Тема 1. Лекция
Информатика – молодая наука. Эта новая область - одно из величайших достижений 20-го века. Возникшая в середине века, она развивалась с необычайной скоростью и к концу века дала людям такие могучие средства обработки и передачи информации, которые позволяют с полным основанием говорить о новой научно-технической революции, в том числе и в сфере образования.
Прежде всего, что касается самого названия, то термин "Informatique" был введен французами в конце 60-х годов и получил распространение в большинстве европейских стран. Однако еще раньше в англоязычных странах был введен эквивалентный по смыслу термин "Computer science" – "Компьютерная наука".
Термин "Информатика" понимается как название фундаментальной естественной науки, изучающей процессы передачи и обработки информации. Здесь имеется в виду представление о единстве законов обработки информации в искусственных, биологических и общественных системах, а сама информация рассматривается как один из трех атрибутов материи, наряду с веществом и энергией. В то же время основу текущего "рабочего" понимания информатики составляют компьютеры и машинная обработка информации. Поэтому "Computer science" следует понимать как науку о преобразовании информации, в самом своем существе базирующуюся на вычислительной технике.
Прародительницей информатики является кибернетика, возникшая с началом разработки первых ЭВМ. Ее предмет – общие закономерности строения управляющих систем и течения процессов управления. Изучение таких закономерностей привело к изучению теории способов хранения, передачи и обработки информации в машинах и живых организмах – а это и есть предмет информатики.
Информатика существенно опирается на достижения математики. Одним из наиболее фундаментальных понятий, объединяющих математику и информатику, является понятие алгоритма. Вместе с математической логикой теория алгоритмов образует теоретическую основу современной компьютерной науки.
Состав информатики – это три неразрывно и существенно связанные части: технические средства (hardware), программные средства (software) и алгоритмические разработки (brainware). Кстати, термин "brainware" был впервые предложен в 1985 г. академиком А.А. Дородницыным, который тем самым подчеркнул ведущую роль алгоритмической компоненты информатики. Поэтому следует иметь в виду различие между историей информатики как фундаментальной науки о преобразовании информации, информационных моделях и алгоритмах, и историей собственно компьютера.
Современная информатика, как и ее "старшая сестра" кибернетика, является результатом бурного развития науки и техники во второй половине 20-го века. Но многие ее корни уходят далеко в историю. По существу, история информатики началась почти одновременно с историей математики и искусства вычислений, то есть с древнего Египта (около 3000 лет до н.э.), Греции (800 лет до н.э.) и Римской Империи. Точнее, следует считать, что информатика началась тогда, когда впервые попытались механизировать так называемую умственную деятельность. Ни римский абак, ни русские счеты, еще не знаменуют собой начала механизации умственной деятельности. Правда, каталанский философ и богослов Раймунд Луллий, с своей идеей "Великого искусства" ("Ars Magna", 1274 г.) стремился получить универсальный логический метод (по существу, алгоритм) нахождения "всех истин на свете", и даже придумал некую "мыслительную машину" – "вертушку Луллия" для моделирования логических операций. Но возможность механизации вычислений появилась лишь после того как возникшие в Индии и пришедшие в Европу от арабов цифры и позиционная система счисления позволили заменить счетные косточки зубчиками шестеренок.
Основными идеями и принципами, на которых базируется гениальное изобретение уходящего столетия – компьютер и новая наука – информатика, были: цифровой принцип вычислений, двоичная система счисления и булева алгебра, идея программного управления и принцип хранимой программы, электронная элементная база, информационные модели и алгоритмы.
В истории информатики содержатся замечательные факты истинной человеческой культуры. Это – личные и творческие биографии выдающихся ученых, которые создавали и развивали кибернетику и информатику: Готфрид Лейбниц, Чарльз Бэббидж, Норберт Винер, Джон фон Нейман, Алексей Ляпунов и другие. Здесь уместно вспомнить, что основные труды В.М. Брадиса посвящены повышению вычислительной культуры учащихся. Этой же цели послужили и популярные таблицы Брадиса. И не знаменательно ли, что идея создания вычислительной машины пришла к одному из основоположников современной информатики Чарльзу Бэббиджу именно в связи с желанием автоматизировать вычисление и печать логарифмических таблиц.
Без сомнения, становление информатики не было делом рук одного-единственного человека. Но если назвать кого-то одного, то основателем информатики несомненно является универсальный гений Готфрида Вильгельма Лейбница (1646-1716), создавшего одну из первых вычислительных машин, а главное – первым понявшим значение и роль двоичной системы счисления. Основатель кибернетики Норберт Винер заявил: "Если бы мне пришлось выбирать в анналах истории наук святого – покровителя кибернетики, то я выбрал бы Лейбница".
Всего лишь пара цитат. В 1672 г., посетив в Париже голландского математика и астронома Христиана Гюйгенса, который многочисленные вычисления производил вручную, Лейбниц написал: "… это недостойно таких замечательных людей, подобно рабам, терять время на вычислительную работу, которую можно было бы доверить кому угодно при использовании машин". Лейбниц думал и о машинах, которые будут пригодны не только для работы с группами цифр, изображающими числа, но и с группами символов, изображающими формулы, тексты и т.д. Эти машины представлялись Лейбницу способными правильно выполнять действия логического характера. Лейбниц прямо указывал на связь своих идей с замыслом Луллия. Схоластические идеи Луллия приобрели в изложении Лейбница конкретную математическую интерпретацию. Он писал: "Свести понятия к символам, символы к числам, и, наконец, посредством цифр и символов подвергнуть понятия механическим вычислениям". И далее - "Тогда при возникновении спорных вопросов между двумя философами не будет больше надобности в научных дискуссиях, как нет ее для двух специалистов–вычислителей. Достаточно будет сесть за вычислительное устройство и сказать друг другу (желательно, дружеским тоном): давайте посчитаем".
Математика и логика составляли лишь небольшую часть тех предметов, в которых Лейбниц достиг вершин познания и успеха. В 1670 г. Лейбниц сконструировал арифмометр, который мог производить все четыре арифметических действия. Интересно отметить, что в 1712 г. Лейбниц встретился с царем Петром Первым, для которого попытался построить еще один экземпляр своей вычислительной машины. Стоит добавить, что Лейбниц был незаурядным организатором и, в частности, Петр Первый неоднократно советовался с ним по вопросам образования и науки, обсуждал с ним план создания Санкт-Петербургской академии наук.
История информатики, как история любой науки, да и история вообще, полна драматических событий и трагических коллизий. Это относится как к отдельным этапам ее становления, так и к ее героям. Раймунда Луллия убили, побив камнями на рыночной площади. Готфрид Лейбниц остался не понятым своими современниками, его идеи не признавали Кант и Гегель, при дворе он тоже находил только непонимание и умер больным, одиноким, затравленным человеком. Чарльз Бэббидж и Ада Лавлейс разорились, так и не доведя до практического применения при жизни свою знаменитую программируемую аналитическую машину – прообраз современных компьютеров. Создатели первой в мире ЭВМ Дж. Атанасов и К. Берри вынуждены были судиться по вопросу о приоритете с разработчиками машины ENIAC Дж. Маучли и Дж.П. Эккертом. А авторские права самих Маучли и Эккерта, как изобретателей первого компьютера EDVAC с хранимой в памяти программой, были оспорены их администрацией. Да и в наши дни идет судебный процесс над компьютерной империей Microsoft Билла Гейтса…
Но наиболее драматичными коллизиями и резкими изменениями приоритетов насыщена история информатики в нашей стране (сначала СССР, а затем России). Кибернетика в СССР была признана "реакционной лженаукой" и это продолжалось до эпохи "оттепели" – до середины 50–х годов. А термин “информатика” для обозначения совокупности научных направлений, связанных с появлением компьютеров и их стремительным вхождением в ноосферу, определяемую жизнедеятельностью людей, получил у нас “права гражданства” лишь в начале 80-х годов. Однако наши ученые и инженеры еще с конца 30–х годов самоотверженно вели успешные разработки по вычислительной технике и программированию, хотя и под завесой секретности (это поддерживалось Советскими властями лишь в интересах сохранения высокого уровня военных разработок). Здесь следует вспомнить не только выдающийся вклад А.А. Ляпунова, но и известных советских математиков, формировавших базис отечественной информатики - А.Н. Колмогорова, Л.В. Канторовича, А.И. Берга, А.П. Ершова, В.М. Глушкова и многих других ученых, инженеров и конструкторов.
Структура информатики
Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человеческой деятельности.
Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех взаимосвязанных частей - технических, программных и алгоритмических средств. В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций : как отрасль народного хозяйства, как фундаментальную науку, как прикладную дисциплину.
Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современных технологий переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства.
Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем. Можно выделить следующие основные научные направления в области информатики : разработка сетевой структуры, компьютерно -интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы. Цель фундаментальных исследований - получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения.
Информатика как прикладная наука занимается :
* изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);
* созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
* разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла : для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.
Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.
Задачи информатики состоят в следующем:
* исследование информационных процессов любой природы;
* разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
* решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.
Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые техники и технологии для решения проблем в других областях. Она предоставляет методы и средства другим областям. Особенно следует выделить методы математического моделирования и методы распознавания образов, практическая реализация которых стала возможной только благодаря достижениям компьютерной техники. Тенденция ко все большей информированности общества в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.
Переход к информационному обществу
Информатизация общества
В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций - преобразований общественных отношений из-за кардинальных изменений в сфере обработки информации. Следствием подобных преобразований являлось приобретение человеческим обществом нового качества.
Первая революция связана с изобретением письменности. Появилась возможность передачи знаний от поколения к поколению.
Вторая (середина XVI в.) вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.
Третья (конец XIX в.) обусловлена изобретением электричества, благодаря которому появились телеграф, телефон, радио, позволяющие оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.
Четвертая (70-е гг. XX в.) связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. Этот период характеризуется тремя особенностями :
* переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
* миниатюризация всех узлов , устройств, приборов, машин;
* создание программно-управляемых устройств и процессов.
Последняя информационная революция выдвигает на первый план новую отрасль - информационную индустрию, связанную с производством технических средств, технологий для производства новых знаний. Важнейшими составляющими информационной индустрии становятся все виды информационных технологий, особенно телекоммуникации. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники и средств связи.
Деятельность отдельных людей, коллективов и организаций сейчас все в большей степени начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем предпринять какие-либо действия, необходимо провести большую работу по сбору, переработке информации, ее осмыслению и анализу. Возрастание объема информации особенно стало заметно в середине XX в. Лавинообразный поток информации хлынул на человека, не давая ему возможности воспринять эту информацию в полной мере. Все труднее стало ориентироваться во все возрастающем потоке информации. Подчас выгодно стало создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести розыск аналога, сделанного ранее. Образование больших объемов информации связано :
* с чрезвычайно быстрым ростом числа документов, в которых излагаются результаты научных исследований;
* постоянно увеличивающимся числом периодических изданий по разным областям человеческой деятельности;
* появлением разнообразных данных (метеорологических, геофизических, медицинских и др.) .
Как результат наступает информационный кризис (взрыв), который имеет следующие проявления :
* появляются противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации;
* существует большое количество избыточной информации, которая затрудняет восприятие полезной для потребителя информации;
* возникают определенные барьеры, которые препятствуют распространению информации, например, по причине соблюдения секретности.
Эти причины породили весьма парадоксальную ситуацию - в мире накоплен громадный информационный потенциал, но люди не могут им воспользоваться в полном объеме в силу своих ограниченных возможностей. Внедрение ЭВМ, современных средств переработки и передачи информации в различные сферы деятельности послужило началом нового эволюционного процесса, называемого информатизацией.
История развития информатизации началась в США с 60-х гг., а затем с 70-х гг. - в Японии и с конца 70-х - в Западной Европе.
Современное материальное производство и другие сферы деятельности все больше нуждаются в информационном обслуживании, переработке огромного количества информации. Универсальным техническим средством обработки любой информации является ЭВМ, которая играет роль усилителя интеллектуальных возможностей человека и общества в целом. Появление и развитие ЭВМ - это необходимая составляющая процесса информатизации общества.
Информатизация общества является одной из закономерностей современного социального прогресса. Понятие «информатизация общества » является более широким понятием, чем « компьютеризация общества », она направлена на скорейшее овладение информацией для удовлетворения свих потребностей. Компьютеры же являются базовой технической оставляющей процесса информатизации общества.
В настоящее время все страны мира в той или иной степени осуществляют процесс информатизации. Как известно, первая страна, которая начала информатизацию, - это США. Другие промышленно развитые страны мира (Япония, Германия и др.), поняв перспективность и неизбежность этого направления, достаточно быстро сориентировались и стали наращивать темпы внедрения компьютеров и средств телекоммуникаций, потеснив США с ее традиционных рынков сбыта в компьютерной, телекоммуникационной и микроэлектронной областях.
Этот опыт важно учесть при разработке государственной политики информатизации нашей страны, так как , производя информационные технологии, можно иметь все преимущества и условия для развития других высоких технологий и экономики. В большинстве развитых стран понимают, что без чрезвычайных усилий отставание в области информационных и коммуникационных технологий может стать необратимым для их развития в целом. Руководители некоторых стран « третьего мира » с нарастающей тревогой наблюдают за все большим отставанием их от промышленно развитых стран, осуществляющих информатизацию. Это может привести к тому, что страна будет восприниматься как сырьевой придаток сообщества информационно и промышленно развитых стран. Это в полной мере относится и к России.
Многие страны имеют национальные программы информатизации с учетом местных особенностей и условий. Однако при создании и внедрении таких программ следует опираться на опыт передовых стран, учесть их успехи и неудачи.
Результатом процесса информатизации является создание информационного общества , где манипулируют не материальными объектами, а символами, идеями, интеллектом, знаниями. Если рассмотреть человечество в целом, то оно в настоящее время переходит от индустриального общества к информационному.
Перспективы перехода к информационному обществу
Бурное развитие компьютерной техники и информационных технологий послужило толчком к развитию общества, построенного на использовании различной информации и получившего названиеинформационного общества.
Японские ученые считают, что в информационном обществе процесс компьютеризации даст людям доступ к надежным источникам информации, избавит их от рутинной работы, обеспечит высокий уровень автоматизации обработки информации в производственной и социальной сферах. Движущей силой должно стать производство информационного, а не материального продукта. Материальный же продукт станет более информационно емким, что означает увеличение доли инноваций, дизайна, маркетинга в его стоимости.
По сравнению с индустриальным обществом, где все направлено на производство и потребление товаров, в информационном обществе производится и потребляются интеллект, знания, что приводит к увеличению доли умственного труда. От человека потребуется способность к творчеству, возрастет спрос на знания. Материальной и технической базой информационного общества станут различного рода системы на базе компьютерной техники и компьютерных сетей, информационных технологий, телекоммуникационных связи.
Информационное общество - общество, в котором большинство работающих занято производством, хранением, переработкой и реализацией информации, особенно высшей ее формы - знаний.
В реальной жизни благодаря развитию науки и техники созданная теоретиками картина информационного общества постепенно приобретает зримые очертания. Прогнозируется превращение всего мирового пространства в единое компьютеризированное и информационное сообщество людей, проживающих в электронных квартирах. Деятельность людей будет сосредоточена главным образом на обработке информации, а материальное производство и производство энергии будет возложено на машины.
Ближе всех на пути к информационному обществу стоят страны с развитой информационной индустрией - США, Япония, Англия, Германия, страны Западной Европы. В этих странах давно уже одним из направлений государственной политики является направление , связанное с инвестициями и поддержкой инноваций в информационную индустрию, в развитие компьютерных систем и телекоммуникаций.
Кроме положительных моментов прогнозируются и опасные тенденции :
* все большее влияние на общество средств массовой информации;
* информационные технологии могут разрушить частную жизнь людей и организаций;
* существует проблема отбора качественной и достоверной информации;
* многим людям будет трудно адаптироваться к среде информационного общества. Существует опасность разрыва между «информационной элитой» - людьми, занимающимися разработкой информационных технологий, и потребителями.
Информационная культура
В период перехода к информационному обществу кроме решения описанных выше проблем необходимо подготовить человека к быстрому восприятию и обработке больших объемов информации, овладению им современными средствами, методами и технологией работы. Недостаточно уже уметь самостоятельно осваивать и накапливать информацию, а надо научиться такой технологии работы , когда подготавливаются и принимаются решения на основе коллективного знания. Это говорит о том, что человек должен иметь определенный уровень культуры по обращению с информацией. Был введен термин информационная культура - умение целенаправленно работать с информацией и использовать для ее получения, обработки и передачи компьютерную информационную технологию, современные технические средства и методы.
Для свободной ориентации в информационном потоке человек должен обладать информационной культурой, как одной из составляющих общей культуры. Информационная культура связана с социальной природой человека. Она является продуктом разнообразных творческих способностей человека и проявляется в следующих аспектах :
* в конкретных навыках по использованию технических устройств (от телефона до персонального компьютера и компьютерных сетей);
* в способности использовать в своей деятельности компьютерную информационную технологию, базовой составляющей которой являются многочисленные программные продукты;
* в умении извлекать информацию из различных источников: как из периодической печати, так и из электронных коммуникаций, представлять ее в понятном виде и уметь ее эффективно использовать;
* во владении основами аналитической переработки информации;
* в умении работать с различной информацией;
* в знании особенностей информационных потоков в своей области деятельности.
Информационная культура вбирает в себя знания из тех наук, которые способствуют ее развитию и приспособлению к конкретному виду деятельности (кибернетика, информатика, теория информации, математика, теория проектирования баз данных и др.). Неотъемлемой частью информационной культуры являются знание новой информационной технологии и умение ее применять как для автоматизации рутинных операций, так и в неординарных ситуациях, требующих нетрадиционного творческого подхода.
В информационном обществе необходимо начать овладевать информационной культурой с детства, сначала с помощью электронных игрушек, а затем привлекая персональный компьютер. В вузе в процессе привития информационной культуры студенту наряду с изучением теоретических дисциплин много времени необходимо уделить информационным технологиям, являющимся базовыми составляющими будущей сферы деятельности. Причем качество обучения должно определяться степенью закрепленных устойчивых навыков работы в среде информационных технологий при решении типовых задач сферы деятельности.
Увеличение роли и значения информационных ресурсов
Одним из ключевых понятий при информатизации общества стало понятие « информационные ресурсы » - отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других информационных системах). Такое определение дает Федеральный закон «Об информации, информатизации и защите информации ». Но документы и массивы информации, о которых говорится в законе, не существуют сами по себе. В них в разных формах представлены знания, которыми обладали люди, создавшие их. Таким образом, информационные ресурсы - это знания, подготовленные людьми для социального использования в обществе и зафиксированные на материальном носителе.
Развитие рыночных отношений в информационной деятельности поставило вопрос о защите информации как объекта интеллектуальной собственности и имущественных прав на нее.
В Российской Федерации принят ряд указов, постановлений, законов:
« Об информации, информатизации и защите информации»;
« Об авторском праве и смежных правах »;
« О правовой охране программ для ЭВМ и баз данных »;
« О правовой охране топологии интегральных схем».
Свойства информации
Как и всякий объект, информация обладает свойствами. Характерной отличительной особенностью информации от других объектов природы и общества, является дуализм: на свойства информации влияют как свойства исходных данных, составляющих ее содержательную часть, так и свойства методов, фиксирующих эту информацию. С точки зрения информатики наиболее важными представляются следующие общие качественные свойства: объективность, достоверность, полнота, точность, актуальность, полезность, ценность, своевременность, понятность, доступность, краткость и пр.
Объективность информации. Объективный – существующий вне и независимо от человеческого сознания. Информация – это отражение внешнего объективного мира. Информация объективна, если она не зависит от методов ее фиксации, чьего-либо мнения, суждения. Пример. Сообщение «На улице тепло» несет субъективную информацию, а сообщение «На улице 22°С» – объективную, но с точностью, зависящей от погрешности средства измерения. Объективную информацию можно получить с помощью исправных датчиков, измерительных приборов. Отражаясь в сознании человека, информация может искажаться (в большей или меньшей степени) в зависимости от мнения, суждения, опыта, знаний конкретного субъекта, и, таким образом, перестать быть объективной.
Достоверность информации. Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Объективная информация всегда достоверна, но достоверная информация может быть как объективной, так и субъективной. Достоверная информация помогает принять нам правильное решение. Недостоверной информация может быть по следующим причинам:
преднамеренное искажение (дезинформация) или непреднамеренное искажение субъективного свойства;
искажение в результате воздействия помех («испорченный телефон») и недостаточно точных средств ее фиксации.
Полнота информации. Информацию можно назвать полной, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполная информация может привести к ошибочному выводу или решению.
Точность информации определяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.
Актуальность информации – важность для настоящего времени, злободневность, насущность. Только вовремя полученная информация может быть полезна.
Полезность (ценность) информации. Полезность может быть оценена применительно к нуждам конкретных ее потребителей и оценивается по тем задачам, которые можно решить с ее помощью.
Самая ценная информация – объективная, достоверная, полная, и актуальная. При этом следует учитывать, что и необъективная, недостоверная информация (например, художественная литература), имеет большую значимость для человека. Социальная (общественная) информация обладает еще и дополнительными свойствами:
имеет семантический (смысловой) характер, т. е. понятийный, так как именно в понятиях обобщаются наиболее существенные признаки предметов, процессов и явлений окружающего мира.
имеет языковую природу (кроме некоторых видов эстетической информации, например изобразительного искусства). Одно и то же содержание может быть выражено на разных естественных (разговорных) языках, записано в виде математических формул и т. д.
С течением времени количество информации растет, информация накапливается, происходит ее систематизация, оценка и обобщение. Это свойство назвали ростом и кумулированием информации. (Кумуляция – от лат. cumulatio – увеличение, скопление).
Сигналы и данные
Мы живем в материальном мире. Все, что нас окружает и с чем мы сталкиваемся ежедневно, относится либо к физическим телам, либо к физическим полям. Из курса физики мы знаем, что состояния абсолютного покоя не существует и физические объекты находятся в состоянии непрерывного движении и изменения, которое сопровождается обменом энергией и ее переходом из одной формы в другую.
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 изменения можно наблюдать, измерять или фиксировать иными способами — при этом возникают и регистрируются новые сигналы, то есть, образуются данные.
Данные — это зарегистрированные сигналы.
Данные и методы
Обратим внимание на то, что данные несут в себе информацию о событиях, произошедших в материальном мире, поскольку они являются регистрацией сигналов, возникших в результате этих событий. Однако данные не тождественны информации. Наблюдая излучения далеких звезд, человек получает определенный поток данных, но станут ли эти данные информацией, зависит еще от очень многих обстоятельств. Рассмотрим ряд примеров.
Наблюдая за состязаниями бегунов, мы с помощью механического секундомера регистрируем начальное и конечное положение стрелки прибора. В итоге мы замеряем величину ее перемещения за время забега — это регистрация данных. Однако информацию о времени преодоления дистанции мы пока не получаем. Для того, чтобы данные о перемещении стрелки дали информацию о времени забега, необходимо наличие метода пересчета одной физической величины в другую. Надо знать цену деления шкалы секундомера (или знать метод ее определения) и надо также знать, как умножается цена деления прибора на величину перемещения, то есть надо еще обладать математическим методом умножения.
Если вместо механического секундомера используется электронный, суть дела не меняется. Вместо регистрации перемещения стрелки происходит регистрация количества тактов колебаний, произошедших в электронной системе за время измерения. Даже если секундомер непосредственно отображает время в секундах и нам не нужен метод пересчета, то метод преобразования данных все равно присутствует — он реализован специальными электронными компонентами и работает автоматически, без нашего участия.
Прослушивая передачу радиостанции на незнакомом языке, мы получаем данные, но не получаем информацию в связи с тем, что не владеем методом преобразования данных в известные нам понятия. Если эти данные записать на лист бумаги или на магнитную ленту, изменится форма их представления, произойдет новая регистрация и, соответственно, образуются новые данные. Такое преобразование можно использовать, чтобы все-таки извлечь информацию из данных путем подбора метода, адекватного их новой форме. Для обработки данных, записанных на листе бумаги, адекватным может быть метод перевода со словарем, а для обработки данных, записанных на магнитной ленте, можно пригласить переводчика, обладающего своими методами перевода, основанными на знаниях, полученных в результате обучения или предшествующего опыта.
Если в нашем примере заменить радиопередачу телевизионной трансляцией, ведущейся на незнакомом языке, то мы увидим, что наряду с данными мы все-таки получаем определенную (хотя и не полную) информацию. Это связано с тем, что люди, не имеющие дефектов зрения, априорно владеют адекватным методом восприятия данных, передаваемых электромагнитным сигналом в полосе частот видимого спектра с интенсивностью, превышающей порог чувствительности глаза. В таких случаях говорят, что метод известен по контексту, то есть данные, составляющие информацию, имеют свойства, однозначно определяющие адекватный метод получения этой информации. (Для сравнения скажем, что слепому «телезрителю» контекстный метод неизвестен, и он оказывается в положении радиослушателя, пример с которым был рассмотрен выше.)
Диалектическое единство данных и методов в информационном процессе
Рассмотрим данное выше определение информации и обратим внимание на следующие обстоятельства.
Динамический характер информации. Информация не является статичным объектом — она динамически меняется и существует только в момент взаимодействия данных и методов. Все прочее время она пребывает в состоянии данных. Таким образом, информация существует только в момент протекания информационного процесса. Все остальное время она содержится в виде данных.
Требование адекватности методов. Одни и те же данные могут в момент потребления поставлять разную информацию в зависимости от степени адекватности взаимодействующих с ними методов. Например, для человека, не владеющего китайским языком, письмо, полученное из Пекина, дает только ту информацию, которую можно получить методом наблюдения (количество страниц, цвет и сорт бумаги, наличие незнакомых символов и т. п.). Все это информация, но это не вся информация, заключенная в письме. Использование более адекватных методов даст иную информацию.
Диалектический характер взаимодействия данных и методов. Обратим внимание на то, что данные являются объективными, поскольку это результат регистрации объективно существовавших сигналов, вызванных изменениями в материальных телах или полях. В то же время, методы являются субъективными. В основе искусственных методов лежат алгоритмы (упорядоченные последовательности команд), составленные и подготовленные людьми (субъектами). В основе естественных методов лежат биологические свойства субъектов информационного процесса. Таким образом, информация возникает и существует в момент диалектического взаимодействия объективных данных и субъективных методов
Такой дуализм известен своими проявлениями во многих науках. Так, например, в основе важнейшего вопроса философии о первичности материалистического и идеалистического подходов к теории познания лежит не что иное, как двойственный характер информационного процесса. В обоснованиях обоих подходов нетрудно обнаружить упор либо на объективность данных, либо на субъективность методов. Подход к информации как к объекту особой природы, возникающему в результате диалектического взаимодействия объективных данных с субъективными методами, позволяет во многих случаях снять противоречия, возникающие в философских обоснованиях ряда научных теорий и гипотез.
Данные
Носители данных
Данные — диалектическая составная часть информации. Они представляют собой зарегистрированные сигналы. При этом физический метод регистрации может быть любым: механическое перемещение физических тел, изменение их формы или параметров качества поверхности, изменение электрических, магнитных, оптических характеристик, химического состава и (или) характера химических связей, изменение состояния электронной системы и многое другое. В соответствии с методом регистрации данные могут храниться и транспортироваться на носителях различных видов.
Самым распространенным носителем данных, хотя и не самым экономичным, по-видимому, является бумага. На бумаге данные регистрируются путем изменения оптических характеристик ее поверхности. Изменение оптических свойств (изменение коэффициента отражения поверхности в определенном диапазоне длин волн) используется также в устройствах, осуществляющих запись лазерным лучом на пластмассовых носителях с отражающим покрытием ( CDROM ). В качестве носителей, использующих изменение магнитных свойств, можно назвать магнитные ленты и диски. Регистрация данных путем изменения химического состава поверхностных веществ носителя широко используется в фотографии. На биохимическом уровне происходит накопление и передача данных в живой природе.
Носители данных интересуют нас не сами по себе, а постольку, поскольку свойства информации весьма тесно связаны со свойствами ее носителей. Любой носитель можно характеризовать параметромразрешающей способности (количеством данных, записанных в принятой для носителя единице измерения) и динамическим диапазоном (логарифмическим отношением интенсивности амплитуд максимального и минимального регистрируемого сигналов). От этих свойств носителя нередко зависят такие свойства информации, как полнота, доступность и достоверность. Так, например, мы можем рассчитывать на то, что в базе данных, размещаемой на компакт-диске, проще обеспечить полноту информации, чем в аналогичной по назначению базе данных, размещенной на гибком магнитном диске, поскольку в первом случае плотность записи данных на единице длины дорожки намного выше. Для обычного потребителя доступность информации в книге заметно выше, чем той же информации на компакт-диске, поскольку не все потребители обладают необходимым оборудованием. И, наконец, известно, что визуальный эффект от просмотра слайдов проекторе намного больше, чем от просмотра аналогичной иллюстрации, напечатанной на бумаге, поскольку диапазон яркостных сигналов в проходящем свете на два три порядка больше, чем в отраженном.
Задача преобразования данных с целью смены носителя относится к одной из важнейших задач информатики. В структуре стоимости вычислительных систем устройства для ввода и вывода данных, работающие с носителями информации, составляют до половины стоимости аппаратных средств.
Операции с данными
В ходе информационного процесса данные преобразуются из одного вида в другой с помощью методов. Обработка данных включает в себя множество различных операций. По мере развития научно-технического прогресса и общего усложнения связей в человеческом обществе трудозатраты на обработку данных неуклонно возрастают. Прежде всего, это связано с постоянным усложнением условий управления производством и обществом. Второй фактор, также вызывающий общее увеличение объемов обрабатываемых данных, тоже связан с научно-техническим прогрессом, а именно с быстрыми темпами появления и внедрения новых носителей данных, средств их хранения и доставки.
В структуре возможных операций с данными можно выделить следующие основные:
• сбор данных — накопление информации с целью обеспечения достаточной полноты для принятия решений;
• формализация данных — приведение данных, поступающих из разных источников, к одинаковой форме, чтобы сделать их сопоставимыми между собой, то есть повысить их уровень доступности;
• фильтрация данных — отсеивание «лишних» данных, в которых нет необходимости для принятия решений; при этом должен уменьшаться уровень «шума»,а достоверность и адекватность данных должны возрастать;
• сортировка данных — упорядочение данных по заданному признаку с целью удобства использования; повышает доступность информации;
• архивация данных — организация хранения данных в удобной и легкодоступной форме; служит для снижения экономических затрат по хранению данных и повышает общую надежность информационного процесса в целом;
• 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 называтьсервером, а потребителя — клиентом;
• преобразование данных — перевод данных из одной формы в другую или из одной структуры в другую. Преобразование данных часто связано с изменением типа носителя, например книги можно хранить в обычной бумажной форме, но можно использовать для этого и электронную форму, и микрофотопленку. Необходимость в многократном преобразовании данных возникает также при их транспортировке, особенно если она осуществляется средствами, не предназначенными для транспортировки данного вида данных. В качестве примера можно упомянуть, что для транспортировки цифровых потоков данных по каналам телефонных сетей (которые изначально были ориентированы только на передачу аналоговых сигналов в узком диапазоне частот) необходимо преобразование цифровых данных в некое подобие звуковых сигналов, чем и занимаются специальные устройства — телефонные модемы.
Приведенный здесь список типовых операций с данными далеко не полон. Миллионы людей во всем мире занимаются созданием, обработкой, преобразованием и транспортировкой данных, и на каждом рабочем месте выполняются свои специфические операции, необходимые для управления социальными, экономическими, промышленными, научными и культурными процессами. Полный список возможных операций составить невозможно, да и не нужно. Сейчас нам важен другой вывод: работа с информацией может иметь огромную трудоемкость, и ее надо автоматизировать.
Системы счисления
Система счисления (С.С.) - это способ наименования и изображения чисел с помощью символов, имеющих определенные количественные значения. В зависимости от способа изображения чиселС.С. бывают позиционные и непозиционные. В непозиционной С.С. символы, обозначающие то или иное количество , не меняют своего значения в зависимости от места в изображении количество. Примером непозиционной С.С. может служить римская, в которой для каждого числа используется специфическое сочетание символов (XIV, CXXVII и т.п.). В позиционной С.С. количественное значение каждой цифры зависит от ее места (позиции) в числе. Количество (Р) различных цифр, используемых для изображения числа в позиционной С.С., называется основанием С.С. Значения цифр лежат в пределах от 0 до Р-1. В общем случае запись любого смешанного числа в С.С. с основанием Р будет представлять собой ряд вида:
a 
Р
+
a 
Р
+...+a 
Р
+a 
Р
+a 
Р
+a 
Р
+a 
Р
+
.... +
+a 
Р
, (1)
где нижние индексы определяют местоположение цифры в числе (разряд):
положительные значения индексов - для целой части числа (m разрядов),
отрицательны значения - для дробной (s разрядов).
Так , например, в общепринятой десятичной сс в последовательности цифр 777,77 одна и та же цифра 7 представляет сотни, десятки, единицы, десятые и сотые доли единицы:
777,77 = 7
* 100 + 7 * 10 + 7 *1 + 7 * 
+
7 *
=
= 7
* 10 
+7
*10
+ + 7
*10
+
7 * 10
+
7 *10
.
Максимальное число, которое может быть представлено в m разрядах:
N 
=
Р
-
1.
Минимальное значащее число (не равное 0), которое может быть представлено в s разрядах дробной части:
N 
=
Р 
.
Имея
в целой части m числа , а в дробной S
разрядов, можно записать всего
Р 
разрядных
чисел.
Двоичная С.С. имеет основание Р=2 и использует для представления информации всего две цифры : 0 и 1. Существуют правила перевода чисел из одной С.С. в другую, основанные в том числе и на соотношении (1). Например:
101110,101 
=1*2
+0*2
+1*2
+1*2
+1*2
+0*2
+1*2
+0*2
+1*2
= 46,625
.
Восьмеричная С.с. имеет основание Р=8 и имеет алфавит, состоящий из цифр 0...7.
257 
=
2*8
+
2*8
+
2*8
=
175
.
В шестнадцатеричной С.с. (Р=16) используются цифры 0...9 и латинские буквы А...F (A- соответствует 10, B-11, C-12,D-13, E-14,F-15).
AF 
=10*16
+
F*16
=
175
.
Вопросы перевода из одной С.С. в другую играют весьма важную роль для программистов, использующих языки программирования низкого уровня (микропрограммные, машинные, ассемблеры и др.). Рассмотрим некоторые приемы перевода чисел из одной С.С. в другую. Пусть имеются две С.С. с основаниями р и d. Любое целое число в этих С.С. можно представить соответственно в виде:
N 
=
и N
=
, где
n = 1, 2, 3 ... .
Алгоритм перевода целого
числа из
одной С.С. в
другую состоит в следующем. На
первом шаге делим в С.С. с
р - основанием число N 
на
d - основание: N
/
d = N
+
a
; на втором
шаге делим число N
на
d - основание : N
/
d = N
+
a
и
т.д. Последний результат деления
будет : N
/
d = N
+
a
. Тогда нетрудно заметить
, что число N
должно
иметь вид :
N 
=
N
d
+
a
d
+
... + a
d
+
a
d
.
Рассмотрим
теперь перевод чисел, меньших 1. В этом
случае числа N 
и
N
имеют
следующий вид :
N
=
и N
=
, где
n = -1,-2,-3 .... .
Алгоритм перевода
дробного числа из
одной С.С. в
другую состоит в следующем. Hа
первом шаге умножаем в С.С. с
р - основанием число N 
на
d - основание :
N 
*d
= b
.N 
; на втором
шаге умножаем число N
на
d - основание : N
*d
= b
.N 
и
т.д. Следует отметить, что результатом такого
умножения будет последовательность цифр b
.
Тогда нетрудно заметить ,
что число N
должно
иметь вид : N
=
0. b 
d
+
b
d
+
b
d
+
... .
Для перевода смешанных чисел следует отдельно переводить их целые и дробные части согласно алгоритмам . Рассмотрим пример: 10 8
1942 8
16 242 8
34 240 30 8
32 2 24 3
22 6
16
6
|
0.55 |
0.40 |
0.20 |
0.60 |
0.80 |
0.40 |
|
* 8 |
* 8 |
* 8 |
* 8 |
* 8 |
* 8 |
|
4.40 |
3.20 |
1.60 |
4.80 |
6.40 |
3.20 |
В
процессе умножения обнаружен
период, равный (3146) 
.
Таким образом, результат
перевода равен: 1942,55
=
3626,4 (3146)
.
Переход от записи чисел в двоичной С.С. к восьмеричной или шестнадцатеричной и обратно осуществляется по еще более простым правилам.
Для перехода 2 8 (или 16) необходимо, двигаясь справа налево, разбить двоичное число на группы по три (четыре) разряда соответственно, дополняя при необходимости левую крайнюю группу нулями. Затем каждую группу из трех (четырех) разрядов заменить соответствующей восьмеричной (шестнадцатеричной) цифрой.
Для перевода восьмеричного (шестнадцатеричного) числа в двоичное достаточно заменить каждую цифру указанного числа соответствующим трехразрядным (четырехразрядным) двоичным числом. При этом ненужные слева нули отбрасываются.
В
общем случае верно утверждение
: если имеются две С.С. с
Р 
и
Р
-
основаниями (n = md ; где m,
d - целые числа), то для перевода любого
числа, заданного в Р
-С.С., в
Р 
-С.С.достаточно каждую его
цифру заменить Р 
Р 
кодом.
В
качестве примеров докажем,
что 010101111 
=
257
,
10101111
=AF
.
0
1 0 1 0 1 1 1 1 
1
0 1 0 1 1 1 1
2 5 7 
А F
Верны
и обратные переводы : 257 
=
0 1 0 1 0 1 1 1 1
,
AF 
=1010
1111
. 2 5 7
А F
Важность 8- и 16- С.С. в качестве промежуточных между двоичной и десятичной заключается в том, что каждый байт вмещает две шестнадцатеричные цифры, а ЭВМ работает с числами в двоичной С.С., кроме десятичной арифметики. Переводы же 162 и 216 можно делать посредством кодирования. Аналогично обстоит дело и с восьмеричной С.С.. Современная вычислительная техника использует , в основном, двоичную С.С. для хранения команд и информации, при выполнении арифметических и логических операций ; С.С. с основаниями 8 и 16 используются для более компактной записи команд и содержимого памяти, а также при некоторых специфических форматах представления чисел.
Прямой, обратный и дополнительный коды
Специфика цифровой вычислительной техники и предъявляемые к ней требования накладывают ограничения на использование привычной нам десятичной С.С., используемой в основном для ввода/вывода информации и десятичной арифметики. Тогда как обработка информации производится, главным образом, в двоичной С.С.. Рассмотрим простейшие операции двоичной арифметики. Сложение (вычитание) двоичных чисел производится поразрядно с переносом (заниманием) единицы в старший (старшем) разряд (е):
|
1001110100111. 0110 |
11011001. 011 |
|
+ 10001011. 1001 |
100110. 100 |
|
1010000110010. 1111 |
10110010. 111 |
Как и в случае десятичных чисел умножение бинарных (двоичных) чисел производится путем поразрядного умножения с последующим суммированием; положение десятичной точки определяется также аналогично. Сказанное с очевидными изменениями относится и к случаю деления бинарных (двоичных) чисел. Проиллюстрируем сказанное:
|
1011. 1 |
1000100110 |
11001 |
|
* 101. 01 |
11001 |
10110 |
|
10111 |
0100101 |
|
|
00000 |
11001 |
|
|
10111 |
11001 |
|
|
00000 |
11001 |
|
|
10111 |
0 |
|
|
111100. 011 |
|
|
Нетрудно заметить, что операция умножения бинарных чисел сводится к операциям сдвига и сложения; деление использует последовательное вычитание. Простота правил двоичного сложения, вычитания и умножения позволяет упрощать схемы арифметических устройств ЭВМ.
С целью упрощения выполнения арифметических операций для представления числовой информации применяются специальные коды, позволяющие упрощать определение знака результата и заменять вычитание сложением.
Прямой код любого двоичного N- числа определяется следующим образом: признаком знака является наличие нуля (+) или единицы (-) в старшем разряде регистра, называемом знаковым, значащая часть числа не меняется. Например числа Х = -11011001 ; Y = 110111001 в прямом коде имеют вид :
Х 
=
111011001 Y
=
0110111001.
Нетрудно убедиться, что сложение в прямом коде чисел с одинаковыми знаками весьма просто - числа складываются, а содержимое знакового разряда не меняется. В случае чисел с разными знаками операция сложения в прямом коде значительно сложнее, поэтому для представления чисел со знаком используются обратный и дополнительный коды.
При использовании двух последних кодов операция сложения чисел с различными знаками сводится к операции сложения при помощи обратного и дополнительного кодов, например, числа X=1996 и Y= 54, представленные в выше изложенных кодах согласно определению принимают соответственно следующий вид:
|
X |
X |
X |
|
Y |
Y |
Y |
|
|
0 11110010110 |
0 11110010110 |
=0
11111001100
=0
11111001100
=0
11111001100
=1
00000110110
=1
11111001001
=1
11111001010Из примера хорошо видно, что для положительного двоичного числа значения всех трех кодов совпадают; тогда как обратный код отрицательного числа получается из прямого кода путем инверсии всех его цифровых разрядов, а дополнительный - из обратного путем добавления к младшему разряду единицы. При сложении бинарных чисел, представленных в обратном (дополнительном) коде, производится сложение всех n разрядов регистра, включая знаковый; при этом в случае возникновения переноса в знаковом разряде 1 добавляется (не добавляется) к младшему разряду обратного (дополнительного) кода. Используя обратный (дополнительный) коды легко перейти от операции вычитания к сложению:
Z = X
- Y = X 
+
(- Y)
.
Кодирование текстовых данных
Если каждому символу алфавита сопоставить определенное целое число (например, 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, а также знаки препинания, символы основных арифметических действий и некоторые общепринятые специальные символы, например символ «§».
Технически это выглядит очень просто, однако всегда существовали достаточно веские организационные сложности. В первые годы развития вычислительной техники они были связаны с отсутствием необходимых стандартов, а в настоящее время вызваны, наоборот, изобилием одновременно действующих и противоречивых стандартов. Для того чтобы весь мир одинаково кодировал текстовые данные, нужны единые таблицы кодирования, а это пока невозможно из-за противоречий между символами национальных алфавитов, а также противоречий корпоративного характера. Для английского языка, захватившего де-факто нишу международного средства общения, противоречия уже сняты. Институт стандартизации США (ANSI — American National Standard Institute) ввел в действие систему кодирования ASCII (American Standard Code for Information Interchange — стандартный код информационного обмена США). В системе ASCII закреплены две таблицы кодирования — базовая и расширенная. Базовая таблица закрепляет значения кодов от 0 до 127, а расширенная относится к символам с номерами от 128 до 255. Первые 32 кода базовой таблицы, начиная с нулевого, отданы производителям аппаратных средств (в первую очередь производителям компьютеров и печатающих устройств). В этой области размещаются так называемые управляющие коды, которым не соответствуют никакие символы языков, и, соответственно, эти коды не выводятся ни на экран, ни на устройства печати, но ими можно управлять тем, как производится вывод прочих данных. Начиная с кода 32 по код 127 размещены коды символов английского алфавита, знаков препинания, цифр, арифметических действий и некоторых вспомогательных символов. Аналогичные системы кодирования текстовых данных были разработаны и в других странах. Так, например, в СССР в этой области действовала система кодирования КОИ-7 (код обмена информацией, семизначный). Однако поддержка производителей оборудования и программ вывела американский код ASCII на уровень международного стандарта, и национальным системам кодирования пришлось «отступить» во вторую, расширенную часть системы кодирования, определяющую значения кодов со 128 по 255. Отсутствие единого стандарта в этой области привело к множественности одновременно действующих кодировок. Только в России можно указать три действующих стандарта кодировки и еще два устаревших.Так, например, кодировка символов русского языка, известная как кодировка Windows-1251, была введена «извне» — компанией Microsoft, но, учитывая широкое распространение операционных систем и других продуктов этой компании в России, она глубоко закрепилась и нашла широкое распространение (таблица 1.2). Эта кодировка используется на большинстве локальных компьютеров, работающих на платформе Windows. Другая распространенная кодировка носит название КОИ-8 (код обмена информацией, восьмизначный) — ее происхождение относится ко временам действия Совета Экономической Взаимопомощи государств Восточной Европы. Сегодня кодировка КОИ-8 имеет широкое распространение в компьютерных сетях на территории России и в российском секторе Интернета. Международный стандарт, в котором предусмотрена кодировка символов русского алфавита, носит название кодировки ISO (International Standard Organization — Международный институт стандартизации). На практике данная кодировка используется редко (таблица 1.4). На компьютерах, работающих в операционных системах MS-DOS, могут действовать еще две кодировки (кодировка ГОСТ и кодировка ГОСТ-альтернативная). Первая из них считалась устаревшей даже в первые годы появления персональной вычислительной техники, но вторая используется и по сей день (см. таблицу 1.5). В связи с изобилием систем кодирования текстовых данных, действующих в России, возникает задача межсистемного преобразования данных — это одна из распространенных задач информатики. Универсальная система кодирования текстовых данных
Если проанализировать организационные трудности, связанные с созданием единой системы кодирования текстовых данных, то можно прийти к выводу, что они вызваны ограниченным набором кодов (256). В то же время очевидно, что если, например, кодировать символы не восьмиразрядными двоичными числами, а числами с большим количеством разрядов, то и диапазон возможных значений кодов станет намного больше. Такая система, основанная на 16-разрядном кодировании символов, получила название универсальной — UNICODE. Шестнадцать разрядов позволяют обеспечить уникальные коды для 65536 различных символов — этого поля достаточно для размещения в одной таблице символов большинства языков планеты. Несмотря на тривиальную очевидность такого подхода, простой механический переход на данную систему долгое время сдерживался из-за недостаточных ресурсов средств вычислительной техники (в системе кодирования UNICODE все текстовые документы автоматически становятся вдвое длиннее). Во второй половине 90-х годов технические средства достигли необходимого уровня обеспеченности ресурсами, и сегодня мы наблюдаем постепенный перевод документов и программных средств на универсальную систему кодирования. Для индивидуальных пользователей это еще больше добавило забот по согласованию документов, выполненных в разных системах кодирования, с программными средствами, но это надо понимать как трудности переходного периода. Кодирование графических данных
Если рассмотреть с помощью увеличительного стекла черно-белое графическое изображение, напечатанное в газете или книге, то можно увидеть, что оно состоит из мельчайших точек, образующих характерный узор, называемый растром издавна принятый в полиграфии.
Поскольку линейные координаты и индивидуальные свойства каждой точки (яркость) можно выразить с помощью целых чисел, то можно сказать, что растровое кодирование позволяет использовать двоичный код для представления графических данных. Общепринятым на сегодняшний день считается представление черно-белых иллюстраций в виде комбинации точек с 256 градациями серого цвета, и, таким образом, для кодирования яркости любой точки обычно достаточно восьмиразрядного двоичного числа. Для кодирования цветных графических изображений применяется принцип декомпозиции произвольного цвета на основные составляющие. В качестве таких составляющих используют три основные цвета: красный (Red, R), зеленый (Green, G) и синий (Blue, B). На практике считается (хотя теоретически это не совсем так), что любой цвет, видимый человеческим глазом, можно получить путем механического смешения этих трех основных цветов. Такая система кодирования называется системой RGB по первым буквам названий основных цветов. Если для кодирования яркости каждой из основных составляющих использовать по 256 значений (восемь двоичных разрядов), как это принято для полутоновых черно-белых изображений, то на кодирование цвета одной точки надо затратить 24 разряда. При этом система кодирования обеспечивает однозначное определение 16,5 млн различных цветов, что на самом деле близко к чувствительности человеческого глаза. Режим представления цветной графики с использованием 24 двоичных разрядов называется полноцветным (TrueColor). Каждому из основных цветов можно поставить в соответствие дополнительный цвет, то есть цвет, дополняющий основной цвет до белого. Нетрудно заметить, что для любого из основных цветов дополнительным будет цвет, образованный суммой пары остальных основных цветов. Соответственно, дополнительными цветами являются: голубой (Cyan, C), пурпурный (Magenta, M) и желтый (Yellow, Y). Принцип декомпозиции произвольного цвета на составляющие компоненты можно применять не только для основных цветов, но и для дополнительных, то есть любой цвет можно представить в виде суммы голубой, пурпурной и желтой составляющей. Такой метод кодирования цвета принят в полиграфии, но в полиграфии используется еще и четвертая краска — черная (Black, K). Поэтому данная система кодирования обозначается четырьмя буквами CMYK (черный цвет обозначается буквой К, потому, что буква В уже занята синим цветом), и для представления цветной графики в этой системе надо иметь 32 двоичных разряда. Такой режим тоже называется полноцветным (TrueColor). Если уменьшить количество двоичных разрядов, используемых для кодирования цвета каждой точки, то можно сократить объем данных, но при этом диапазон кодируемых цветов заметно сокращается. Кодирование цветной графики 16-разрядными двоичными числами называется режимом HighColor. При кодировании информации о цвете с помощью восьми бит данных можно передать только 256 цветовых оттенков. Такой метод кодирования цвета называется индексным. Смысл названия в том, что, поскольку 256 значений совершенно недостаточно, чтобы передать весь диапазон цветов, доступный человеческому глазу, код каждой точки растра выражает не цвет сам по себе, а только его номер (индекс) в некоей справочной таблице, называемой палитрой. Разумеется, эта палитра должна прикладываться к графическим данным — без нее нельзя воспользоваться методами воспроизведения информации на экране или бумаге (то есть, воспользоваться, конечно, можно, но из-за неполноты данных полученная информация не будет адекватной: листва на деревьях может оказаться красной, а небо — зеленым). Кодирование звуковой информации
Приемы и методы работы со звуковой информацией пришли в вычислительную технику наиболее поздно. К тому же, в отличие от числовых, текстовых и графических данных, у звукозаписей не было столь же длительной и проверенной истории кодирования. В итоге методы кодирования звуковой информации двоичным кодом далеки от стандартизации. Множество отдельных компаний разработали свои корпоративные стандарты, но если говорить обобщенно, то можно выделить два основных направления. Метод FM (Frequency Modulation) основан на том, что теоретически 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, то есть кодом. В природе звуковые сигналы имеют непрерывный спектр, то есть являются аналоговыми. Их разложение в гармонические ряды и представление в виде дискретных цифровых сигналов выполняют специальные устройства — аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). Обратное преобразование для воспроизведения звука, закодированного числовым кодом, выполняют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). При таких преобразованиях неизбежны потери информации, связанные с методом кодирования, поэтому качество звукозаписи обычно получается не вполне удовлетворительным и соответствует качеству звучания простейших электромузыкальных инструментов с окрасом, характерным для электронной музыки. В то же время, данный метод кодирования обеспечивает весьма компактный код, и потому он нашел применение еще в те годы, когда ресурсы средств вычислительной техники были явно недостаточны. Метод таблично-волнового (Wave-Table) синтеза лучше соответствует современному уровню развития техники. Если говорить упрощенно, то можно сказать, что где-то в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков для множества различных музыкальных инструментов (хотя не только для них). В технике такие образцы называют сэмплами. Числовые коды выражают тип инструмента, номер его модели, высоту тона, продолжительность и интенсивность звука, динамику его изменения, некоторые параметры среды, в которой происходит звучание, а также прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, то качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.
|
|
|
|
|
|
Оглавление
Режим
«»
Закладки
Здесь вы можете хранить свои закладки, но не более 10-ти
Справка
|
|
Оглавление |
|
|
Выбрать режим обучения |
|
| |
|
|
Напечатать раздел |
|
|
Поиск |
|
Перейти к... | |
|
|
предыдущему материалу |
|
|
следующему материалу |
|
Теоретический раздел → Курс лекций → Раздел 1. Информация и информатика. → Тема 2. Файлы и файловая структура → Тема 2. Лекция |