Информатика Lec_1_1

Тема № 1

Сообщения, данные, сигнал, атрибутивные свойства информации, показатели качества информации, формы представления информации. Системы передачи информации. Меры и единицы количества и объема информации. Позиционные системы счисления. Логические основы ЭВМ.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНФОРМАТИКИ

1.1.Понятие информатики и информатизации

Вшироком смысле под информатикой можно понимать науку о вычислениях,

хранении и обработки информации.

Как наука информатика сформировалась в результате целенаправленного изучения

информационных процессов. Впервые термин «информатика» возник во Франции в 60-х годах ХХ столетия путем слияния двух слов information (информация) и automatique

(автоматика) для обозначения деятельности по автоматизированной обработке информации с помощью ЭВМ. В англоязычных странах аналогичный круг проблем обозначили термином «computer science», т.е. компьютерные науки [1].

В1983 г. термин «информатика» был утвержден в бывшем СССР при создании

отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации в Академии

наук.

Стремительное развитие информатики приводит к тому, что она становится неотъемлемой частью общечеловеческой культуры. Вместе с тем развитие

компьютерной техники и информационных технологий послужило резким толчком к

развитию общества, построенного на всемирном использовании различной информации

иполучившего название информационного общества [1].

Информационное общество – концепция постиндустриального общества; новая историческая фаза развития цивилизации, в которой главными продуктами производства

являются информация и знания.

Отличительными чертами информационного общества являются:

–увеличение роли информации и знаний в жизни общества;

–возрастание доли информационных коммуникаций, продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте;

–создание глобального информационного пространства, обеспечивающего: o эффективное информационное взаимодействие людей

o их доступ к мировым информационным ресурсам

o удовлетворение их потребностей в информационных продуктах и услугах.

Процесс проникновения информационных технологий во все сферы жизни и

деятельности общества называется процессом информатизации общества [2].

Информатизация общества является одной из закономерностей современного

социального прогресса. Следует различать два понятия: компьютеризация и информатизация.

При компьютеризации объекта или общества основное внимание уделяется развитию и внедрению технической базы в виде компьютеров для оперативной обработки информации.

При информатизации упор делается на комплекс мер по обеспечению доступа каждого человека к накопленному и имеющемуся в системе информационному ресурсу

[1].

То есть под информатизацией можно понимать организованный социально-

экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей.

Термин «информатика» (комбинация из слов «информация» и «автоматика») был введен в 1970-х годах прошлого века в связи с началом массового производства и широкого внедрения электронных вычислительных машин (ЭВМ).

Информатика – это наука, предметом изучения которой являются процессы сбора,

получения, передачи, хранения, накопления, отображения, использования, защиты, преобразования и обработки информации

Основные направления развития информатики можно подразделить на теоретическую и прикладную информатику.

Теоретическая информатика включает теорию информации, информационное

моделирование, методы измерения информации, алгебра логики, теория алгоритмов, искусственный интеллект (ИИ), теорию автоматов, теорию БД, представление знаний

Прикладная информатика включает вычислительные и информационные технологии, техническое и программное обеспечение информационных процессов.

1.2.Понятие информации, общая характеристика процессов сбора, передачи, обработки и накопления информации

Одним из фундаментальных понятий информатики является информация.

Под информацией понимают отражение реального мира с помощью некоторых знаков или сигналов, совокупность знаний о нем.

Информация – от латинского informatio – сведения, разъяснения, изложение.

Под информацией в технике принято понимать любую последовательность символов, знаков, сигналов, не учитывая их смысл.

Информация – это совокупность сведений, передаваемых в определенной форме между различными объектами.

Для человека же информация – это его знания, ощущения и накопленный опыт.

Взаконе РФ «Об информации, информационных технологиях и о защите информации» № 149-ФЗ от 27 июля 2006 г. [4] прописаны следующие определения:

•информация – сведения (сообщения, данные) независимо от формы их

представления;

•информационные технологии – процессы, методы поиска, сбора, хранения, обработки, предоставления, распространения информации и способы осуществления таких процессов и методов;

•информационная система – совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств;

Всоответствии с [4]:

1.Информация может являться объектом публичных, гражданских и иных правовых

отношений.

2.Информация может свободно использоваться любым лицом и передаваться одним лицом другому лицу, если федеральными законами не установлены ограничения доступа к информации, либо иные требования к порядку ее предоставления или

распространения.

3.Информация в зависимости от категории доступа к ней подразделяется на:

1)общедоступную информацию,

2)информацию, доступ к которой ограничен федеральными законами (информация ограниченного доступа).

4.Информация в зависимости от порядка ее предоставления или распространения

подразделяется на:

1)информацию, свободно распространяемую;

2)информацию, предоставляемую по соглашению лиц, участвующих в соответствующих отношениях;

3)информацию, которая в соответствии с федеральными законами подлежит

предоставлению или распространению;

4)информацию, распространение которой в Российской Федерации

ограничивается или запрещается.

Кроме того, информация классифицируется:

1.По способам восприятия:

–Зрительная (визуальная)

–Слуховая (аудиальная)

–Осязательная (тактильная)

–Обонятельная

–вкусовая

2.По форме представления:

–Текстовая

–Числовая

–Графическая

–Звуковая

–Комбинированная

Вбытовом понимании термин «информация» ассоциируется с другими: сведения, сообщения, данные, знания и т.п. Чтобы в дальнейшем не путать смысл данных

терминов, важно рассмотреть их различие.

Информация – мера устранения неопределенности в отношении исхода

интересующего события. То есть под информацией «…чаще всего понимают содержательный аспект данных,…» [2].

Окружающий мир является источником разнообразных сигналов, которые

воспринимает субъект, фиксирует их, превращая в объективно существующие данные. Они используются в процессе решении конкретных задач, проявляясь в виде информации. То есть данные служат «сырьем» для получения информации. Важно

понимать: одни и те же данные могут нести различную информацию для разных

потребителей. Решая задачи на основе получаемой информации, у субъекта формируется новое личное знание. Результаты решаемой задачи, обобщения в виде теорий, совокупности представлений, полученных отдельными субъектами становятся истинной, проверенной информацией, которая в дальнейшем образует обобществленные

знания, и представляются обычно виде документов и сообщений. Последние

существуют объективно и в свою очередь могут рассматриваться как данные для последующих исследований (рис.1).

Источник

информации

Сообщение

Канал связи

Приемник информации

Рис.1. Схема передачи информации

Процессы, связанные с поиском, передачей, обработкой, хранением и

использованием информации называются информационные процессами.

Эти процессы происходят и в живых организмах, и в обществе, и в технических

устройствах. Причем подчиняются они одним и тем же законам, изучением которых

занимается кибернетика.

В процессе информационного обмена (рис. 1.1) устанавливается связь между двумя

объектами: источником (генератором) информации и приемником (получателем). В

качестве объектом могут выступать любые объекты материального мира. В информатике

изучаются схемы информационного обмена между человеком и автоматом. Сообщения – это совокупность знаков или сигналов, отображающих ту или иную

информацию.

Сигнал – физический процесс, несущий передаваемое сообщение в пространстве и времени.

Линия связи – физическая среда, используемая для передачи сигналов.

Данные – это зарегистрированные сигналы, представленные в форме, пригодной для

хранения, передачи и обработки информации.

Система передачи информации – состоит из источника, передатчика, канала связи, приемника и получателя информации.

Информационный процесс – это последовательность действий, производимых с информацией, наиболее значимыми процессами являются процессы:

–Сбора;

–Передачи;

–Преобразования;

–Обработки;

–Накопления;

–Хранения

–и использования информации

Передача информации

Впроцессе передачи информации участвуют источник и приемник информации: первый передает информацию, второй ее получает (рис.1).

Поиск информации – это извлечение хранимой информации.

Существуют следующие методы поиска:

–ручной – непосредственное наблюдение; чтение соответствующей литературы; работа со словарями, каталогами; работа в библиотеках, архивах; просмотр видео, телепрограмм; прослушивание радиопередач и аудиокассет;

общение со специалистами;

–автоматизированный – использование автоматизированных информационно-поисковых систем; запрос базам и банкам компьютерных данных.

Обработка информации – это процесс преобразования информации из одного вида

в другой (рис.2).

Рис.2. Схема обработки информации

Обработка информации может происходить:

а) по строгим формальным правилам; б) по принципу «черного ящика».

Хранение информации – это способ распространения информации в пространстве и

времени.

Человек хранит информацию всю жизнь – либо в собственной памяти, либо на внешних носителях (например, на бумаге).

Носитель информации – это среда для записи и хранения информации. Пример носителей информации: бумага, камень, дерево, классная доска; звук, свет, радиоволна, давление, притяжение; вода, жидкий раствор, температура.

Машинными носителями являются перфоленты, перфокарты, магнитные ленты,

магнитные диски, лазерные диски и т.п.

Осуществлять различные действия с информацией (вводить, искать, сортировать,

выдавать, удалять и др) позволяет информационная система называемая хранилищем информации. Например – библиотеки, видеотеки, фонотеки, архивы, патентные бюро, музе, базы и банки данных, информационно-поисковые системы, электронные

энциклопедии, медиатеки.

Человек обменивается информацией – принимает и передает ее – непосредственно,

или с помощью тех или иных технических средств.

При этом из-за дефектов канала связи, шумов, помех и т.п. возможны искажения или потеря информации.

Нужно искать способы обнаружения ошибок передачи и их исправления. Человеку непрерывно приходится обрабатывать информацию:

–получать новую информацию на основании имеющейся,

–изменять представление информации (например, переводить, сортировать, искать нужную в информационном массиве).

Это тоже может делаться как с помощью вспомогательных средств, так и без них.

Информация может существовать:

–в образной форме (это запахи, вкус, звуковые или зрительные образы),

–в символьной (знаковой).

Язык – система знаков и правил их использования для представления информации.

–естественными языки – разговорные языки, возникшие и развивающиеся

вместе с народом-носителем этого языка;

–искусственные (формальные) языки – специально созданные для представления какого-либо особого вида информации в определенной области человеческой деятельности.

Компьютер – универсальный инструмент для работы с информацией.

С технической точки зрения наиболее рациональным оказалось использование в нем

языка двоичных кодов.

1.3.Атрибутивные свойства информации

Формы представления информации

Существует множество форм и видов представления информации.

По способу восприятия информации через органы чувств различают: визуальную, звуковую, тактильную, ароматическую и вкусовую информацию. форма восприятия

информации тесно связана с понятием пользовательского интерфейса. Особое значение

имеет визуальная и звуковая информация.

Визуальная информация может быть представлена в знаковой, графической и табличной форме, а звуковая – в виде устной словесной (вербальной) и музыкальной

формы.

Для хранения информации используются различные материальные носители (книги,

пластинки, оптические диски и т.д.).

При компьютерном хранении и обработке информации все формы информации кодируются, т.е. каждому значению некоторой физической величины присваивается

числовое значение. Этот процесс имеет еще одно название - оцифровка.

Показатели качества информации

Качественные характеристики информации определяет получатель информации. Одна и та же информация с точки зрения одного получателя может быть очень важной и ценной, а с точки зрения другого нет.

Основными свойствами информации являются структурированность, смысл и ценность.

Структурированность, или синтаксические характеристики информации

позволяют выделять информацию из получаемых сигналов.

Смысл, или семантические характеристики информации, позволяют определить

цель, назначение и практическую значимость информации (прагматические характеристики).

Ценность информации выражается в таких понятиях, как содержательность,

актуальность, своевременность, адекватность, полнота и достоверность.

Критерии качестваэкономической информации

Качество информации влияет на эффективность и качество функционирования

системы.

Входная информация определяет качество информационной системы в целом. Неверно подобранные данные могут исказить результат любой обработки и принести не

пользу в решении каких-либо вопросов, а, напротив, навредить и привести к ошибочным выводам. В соответствии с [7], важно выделить понятие и свойства качества

информации.

Качество информации – те ее свойства, определяющие возможность использования данных в информационной технологии для удовлетворения

определенных потребностей в соответствии с ее назначением. На рис.__ представлены показатели качества информации, определяющие ее возможность и эффективность

использования.

Если экономическая информация не соответствует требуемым нормам, то

последствия всегда будут нести негативный характер.

Нарушение адекватности и устойчивости информации приводит нередко к существенным погрешностям в работе с информационной системой. Несвоевременная информация приводит к экономическим потерям и в сфере управления, и в сфере

производства. Достоверность и точность информации играют решающую роль в процессе

управления. Любые существенные искажения исходной информации могут повлечь за собой ошибочные выводы при принятии решения [7].

Случайные причины искажения информации:

•неверная методика сбора данных,

•ошибочные действия пользователей,

•выход из строя аппаратных средств во время ввода или передачи информации.

Для устранения случайных причин обычно предпринимается ряд мер, сводящих

искажения информации к минимуму:

•совершенствование методик сбора информации на основе научно обоснованных разработок,

•дополнительные средства логического и арифметического контроля данных,

•использование специальных кодов обнаружения ошибок и т.д.

Неслучайные причины нарушения достоверности - преднамеренные действия физических лиц, сознательно предоставляющих неверные данные или разрушающих сети, компьютеры, базы данных при непосредственном воздействии или с

использованием программных вирусов.

Для устранения неслучайных причин разрабатываются средства информационной

безопасности, которыми являются меры по защите информации от несанкционированного доступа, модификации, искажения, разрушения в процессе создания данных, их ввода, обработки и вывода. Информационная безопасность включает в себя правовые, организационные и технические меры по защите

достоверности информации. К ним можно отнести разработку норм, устанавливающих ответственность за компьютерные преступления в уголовном и гражданском

законодательстве, охрану сетей и компьютерных центров, создание универсальных

средств защиты от несанкционированного доступа к системе, резервирование особо

важных компьютерных подсистем, организацию вычислительных сетей с возможностью

перераспределения ресурсов в случае нарушения работоспособности отдельных звеньев и многое другое. Целью информационной безопасности является охрана ценности

системы, защита данных, гарантия достоверности и целостности информации. Данная

тема будет подробно представлена во второй части данной работы.

Рис. 13. Три формы выражения адекватности информации

В заключении следует отметить, что на основе эффективно осуществляемого

экономического управления определяется ценность экономической информации.

Хранение и обработка информации реализованы в двоичных кодах с применением двоичной системы счисления. Это связано с использованием в ЭВМ многоразрядных электронных схем памяти, каждый разряд которых – бит, может принимать одно из двух

различных состояний – 0 и 1.

Определить понятие «количество информации» довольно сложно. В решении этой проблемы существуют два основных подхода.

Исторически они возникли почти одновременно:

–в конце 40-х годов XX века один из основоположников кибернетики,

американский математик Клод Шеннон, развил вероятностный подход к измерению количества информации

–работы по созданию ЭВМ привели к «объемному» подходу.

Вероятностный подход

Данный подход основан на использовании численной величины, измеряющей неопределенность – энтропии (Н). Любое событие может иметь несколько исходов, или

результатов (например, N). При этом любой из этих исходов имеет определенную долю

вероятности, в сумме все они дают единицу.

3) Неопределенность этой процедуры после его осуществления H2.

Количество информации, которое получено в ходе сдачи зачета, принимается как

Естественно, когда студент получил оценку, имевшаяся неопределенность (Н2 = 0)

была снята, таким образом, первоначальная энтропия соответствует количеству полученной информации. То есть неопределенность события совпадает с информацией

об исходе этого события.

В случае, когда вероятности Рi, результатов (N) события неодинаковы, имеет место

Учитывая, что в ЭВМ используются многоразрядные электронные схемы памяти, каждый разряд которых – может принимать одно из двух различных состояний – 0 и 1 (N =

2), энтропия (Н) будет равна единице при N = 2 и одинаковых вероятностях этих двух исходах.

В качестве единицы принимается количество информации, связанное с проведением

опыта, состоящего в получении одного из двух равновероятных исходов:

Н = log22= 1 бит.

Количество информации (в битах), заключенное в двоичном слове, равно числу двоичных знаков в нем.

Существуют таблицы вероятностей частоты употребления различных знаков, полученные на основе анализа очень больших по объему текстов (табл.1.1).

Для определения количества информации, связанного с появлением каждого символа

в сообщениях, записанных на русском языке (русский алфавит состоит из 33 букв и знака «пробел» для разделения слов) подставим количество знаков 34 в формулу Хартли: Н = log234 ≈ 5,09 бит.

Таблица 1.1

Частотность букв русского языка

Объемный подход

Объемный подход определения количества информации основан на следующем положении. Объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера

или на внешнем носителе информации, подсчитывается просто по числу требуемых для такой записи двоичных символов.

Вдвоичной системе счисления знаки 0 и 1 называют битами (bit — от английского

выражения Binary digiTs — двоичные цифры).

Вкомпьютере бит является наименьшей возможной единицей информации.

При этом в частности, невозможно нецелое число битов (в отличие от вероятностного подхода).

Для удобства использования введены и более крупные, чем бит, единицы количества

информации [2].

Двоичное слово из восьми знаков содержит один байт информации.

1.4.Единицы измерения информации

Минимальной единицей информации является бит.

Бит – это количество информации, которое можно записать в одном двоичном разряде. Двоичный разряд может принимать значение 1 или 0.

Байт равняется 8 битам. Один байт может принимать 256 различных значений, (т.е.

можно закодировать 256 различных символов).

Более крупными единицами информации являются килобайты (К), мегабайты (М), гигабайты (Г) и терабайты (Т). По определению: 1 килобайт = 1024 байт.

1 Кбайт = 210 байт = 1024 байт.

1 Мбайт = 220 байт = 1024 Кбайт. 1 Гбайт = 230 байт = 1024 Мбайт. 1 Тбайт = 240 байт = 1024 Гбайт.

Между вероятностным и объемным количеством информации соотношение

неоднозначное.

В прикладной информатике практически всегда количество информации понимается в объемном смысле.

1.5.Меры и единицы количества и объема информации

Имеется несколько подходов, которые устанавливают количество информации в сообщении, при этом учитываются синтаксические и семантические характеристики информации.

Комбинаторный подход

Количество информации в комбинаторной мере – это число возможных комбинаций информационных элементов.

Размещениями из n элементов по m называются такие их соединения, которые

различаются друг от друга самими элементами и их порядком. Например, размещения их трех элементов А, В, С по 2: АВ, АС, ВС, ВА, СА, АС. Число всех размещений из n

Перестановками из n элементов называются их соединения, отличающиеся друг от

друга только порядком входящих в них элементов. Например, перестановки из трех элементов А, В, С: АВС, АСВ, ВСА, ВАС, САВ, СВА. Число перестановок из n элементов

равняется n!.

Сочетаниями из n элементов по m называются их соединения, отличающиеся друг от друга только самими элементами. Например, сочетания из трех элементов А, В, с по 2: АВ, АС, ВС. Число всех сочетаний из n различных элементов по m равняется

.