Основные понятия теории информации

ЭВМ можно рассматривать как преобразователь информации: на вход поступает исходная информация (данные), компьютер выполняет различные преобразования этой информации, после чего на выходе получают результат.

Информацией называют всякие сведения о тех или иных явлениях природы, событиях в общественной жизни и процессах в технических устройствах. Имеется множество определений понятия информации, мы используем то, которое можно применить к ЭВМ – информация – есть все сведения, являющиеся объектом хранения, передачи и преобразования. В данном контексте под информацией нужно понимать не сами предметы и процессы, а их представительные характеристики, отражения или отображения в виде формул, чисел, описаний, чертежей, символов и т.д.

Основными понятиями теории информации являются: сообщение, знак, сигнал, слово. Информация, воплощенная и зафиксированная в материальной форме, называется сообщением. Элемент сообщения условно обозначается знаком. Совокупность знаков, имеющая смысловое значение, представляет слово. Пример: ЭВМ; 10, 354; 1101100…

Информация всегда поступает от какого-либо объекта, который называют источником информации или источником сообщения.

Источники информации могут быть непрерывными или дискретными.

Дискретный источник в конечное время создает конечное количество информации. Дискретные сообщения слагаются из фиксированного набора отдельных элементов (знаков). Набор элементов конечен и называется алфавитом источника информации. С дискретными сообщениями работают цифровые ЭВМ.

Непрерывное сообщение создается непрерывным источником информации и представляется какой-либо физической величиной (электрическим напряжением, током и т.д.), изменения которой отображают протекание рассматриваемого процесса. Физическая величина, передающая непрерывное сообщение, может в определенном интервале принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Поэтому непрерывное сообщение конечной длины, созданное непрерывным источником в конечное время содержит бесконечное количество информации. С непрерывными сообщениями работают аналоговые ЭВМ.

Для представления информации в материально-энергетической форме используют сигналы (электрические, световые, звуковые и т.д.).

В современных вычислительных машинах для кодирования информации используется два состояния «1» и «0». Эта единица информации получила название бит, является наименьшей единицей измерения, используемой для оценки информационной емкости памяти ЭВМ. Как правило, команды компьютеров работают не с отдельными битами, а с восемью битами сразу. Восемь последовательных битов составляют байт. В одном байте можно закодировать значение одного символа из 256 возможных (2 в 8 степени = 256). Более крупными единицами информации являются килобайт (сокращенно Кбайт), равный 1024 байтам (2 в 10 степени = 1024), мегабайт (Мбайт), равный 1024 Кбайтам, гигабайт (Гбайт), равный 1024 Мбайт, и терабайт (Тбайт), равный 1024 Мбайт.

Передача информации

При реализации информационного процесса существует источник и приемник (потребитель) информации. При информационном взаимодействии источника и потребителя информации сообщения, представленные в виде сигналов передаются от источника к приемнику по некоторому каналу связи. В качестве каналов связи могут использоваться непосредственная связь, телефонные и телеграфные каналы, радиоканалы, телеканалы и другие виды связи. При передаче информации по каналам связи возможны потери информации, что приводит к искажениям сообщений и получению недостоверной информации. Вид канала определяет характер и величину помех, которые приводят к искажениям сообщений.

Для решения вопроса передачи информации по каналам связи без искажений необходимо учитывать пропускную способность канала. Эта характеристика канала не зависит от скорости передачи сообщений и равна максимальному количеству единиц информации, которое данный канал связи может передать за одну секунду.

Если принятое сообщение недостоверно, то количество получаемой приемником информации уменьшается на величину неопределенности, вносимой помехами. Если неопределенность источника информации не превышает пропускной способности канала, то существует код, обеспечивающий передачу информации через канал с помехами со сколь угодно малой частотой ошибок. Такие коды можно получить, вводя избыточность в передаваемую информацию, что потребует дополнительных разрядов в коде сообщения. В вычислительной технике для передачи информации широко применяются посылочные корректирующие коды, имеющие дополнительные контрольные разряды. Эти коды имеют различную степень избыточности, от которой и зависит их корректирующая способность. Чтобы можно было не только обнаружить ошибку, возникшую при передаче данных, но и исправить ее, необходимо использовать коды с большей избыточностью (с большим количеством дополнительных разрядов). Примером может служить метод Р.Хэмминга, пользуясь которым можно построить коды различной длины. Эти коды позволяют исправлять все одиночные ошибки, а также исправлять все одиночные ошибки и обнаруживать все двойные ошибки, но не исправлять их.

Код Хэмминга строится таким образом, что к имеющимся информационным разрядам слова добавляется определенное число контрольных разрядов, которые формируются перед передачей информации путем подсчета четности суммы единиц для определенных групп информационных разрядов.

Контрольная аппаратура на приемном конце образует из принятых сигналов путем аналогичных подсчетов четности корректирующее число, которое равно 0 при отсутствии ошибки либо указывает место ошибки, например, двоичный номер ошибочного разряда в слове. Ошибочный разряд автоматически корректируется путем изменения его состояния на противоположное.

Предметное содержание информации позволяет уяснить ее основные свойства -достоверность и полноту, ценность н актуальность, ясность и понятность.     Информация достоверна, если она отражает истинное положение дел. Недостоверная информация может привести к неправильному пониманию или принятию неправильных решений.   Информация полная, если ее достаточно для понимания и принятия решений. Неполнота информации сдерживает принятие решений или может повлечь ошибки.

Ценность информации зависит от того, какие задачи мы можем решить с ее помощью. Актуальную информацию важно иметь при работе в изменившихся условиях.     Если ценная и актуальная информация выражена непонятными словами, она может стать бесполезной. Информация становится понятной, если она выражена языком, на котором говорят те, кому предназначена эта информация.     Виды информации: тексты, рисунки, фотографии, звуковые сигналы, электрические сигналы, магнитные записи и т.д. В процессе развития человеческого общества люди выработали большое число языков. Среди них - язык жестов и мимики, язык рисунков и чертежей, язык музыки и разговорные языки, и т.д.     Основой большинства языков является алфавит. Алфавит -это набор символов, из которых можно составлять слова и фразы данного языка.

Примеры алфавитов:     1. Латинский алфавит: А, В, С, D, E, F, G, Н, I, J, К, Е, М, X, О, Р, R, Q, S, T, U, V, W, X, Y, Z.     2. Русский алфавит:  А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, Й, К, Л, М, Н, O, П, Р, С, Т, У, Ф, Х, Ц, Ч, Щ, Ш, Ъ, Ь, Ь, Э, Ю, Я.     3. Алфавит натуральных чисел: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.     4. Алфавит двоичных чисел: 0, 1.

Классификация информации по разным признакам

Любая классификация всегда относительна. Один и тот же объект может быть классифицирован по разным признакам или критериям. Часто встречаются ситуации, когда в зависимости от условий внешней среды объект может быть отнесен к разным классификационным группировкам. Эти рассуждения особенно актуальны при классификации видов информации без учета ее предметной ориентации, так как она часто может быть использована в разных условиях, разными потребителями, для разных целей.

На рис. 2.8 приведена одна из схем классификации циркулирующей в организации (фирме) информации. В основу классификации положено пять наиболее общих признаков:

место возникновения, стадия обработки, способ отображения, стабильность, функция управления.

Рис. 2.8. Классификация информации, циркулирующей в организации

Место возникновения. По этому признаку информацию можно разделить на входную выходную, внутреннюю, внешнюю.

Входная информация — это информация, поступающая в фирму или ее подразделения.

Выходная информация — это информация, поступающая из фирмы в другую фирму, организацию (подразделение).

Одна и та же информация может являться входной для одной фирмы, а для другой, ее вырабатывающей, выходной. По отношению к объекту управления (фирма или ее подразделение: цех, отдел, лаборатория) информация может быть определена как внутренняя, так и внешняя.

Внутренняя информация возникает внутри объекта, внешняя информация — за пределами объекта.

Пример 2.18. Содержание указа правительства об изменении уровня взимаемых налогов для фирмы является, с одной стороны, внешней информацией, с другой стороны — входной. Сведения фирмы в налоговую инспекцию о размере отчислений в госбюджет являются, с одной стороны, выходной информацией, с другой стороны — внешней по отношению к налоговой инспекции.

Стадия обработки. По стадии обработки информация может быть первичной, вторичной, промежуточной, результатной.

Первичная информация — это информация, которая возникает непосредственно в процессе деятельности объекта и регистрируется на начальной стадии.

Вторичная информация — это информация, которая получается в результате обработки первичной информации и может быть промежуточной и результатной.

Промежуточная информация используется в качестве исходных данных для последующих расчетов.

Результатная информация получается в процессе обработки первичной и промежуточной информации и используется для выработки управленческих решений.

Пример 2.19. В художественном цехе, где производится роспись чашек, в конце каждой смены регистрируется общее количество произведенной продукции и количество расписанных чашек каждым работником. Это первичная информация. В конце каждого месяца мастер подводит итоги первичной информации. Это будет, с одной стороны, вторичная промежуточная информация, а с другой стороны — результатная. Итоговые данные поступают в бухгалтерию, где производится расчет заработной платы каждого работника в зависимости от его выработки. Полученные расчетные данные — результатная информация.

Способ отображения. По способу отображения информация подразделяется на текстовую и графическую.

Текстовая информация — это совокупность алфавитных, цифровых и специальных символов, с помощью которых представляется информация на физическом носителе (бумага, изображение на экране дисплея).

Графическая информация — это различного рода графики, диаграммы, схемы, рисунки и т.д.

Стабильность. По стабильности информация может быть переменной (текущей) и постоянной (условно-постоянной).

Переменная информация отражает фактические количественные и качественные характеристики производственно-хозяйственной деятельности фирмы. Она может меняться для каждого случая как по назначению, так и по количеству. Например, количество произведенной продукции за смену, еженедельные затраты на доставку сырья, количество исправных станков и т.п.

Постоянная (условно-постоянная) информация — это неизменная и многократно используемая в течение длительного периода времени информация. Постоянная информация может быть справочной, нормативной, плановой:

• постоянная справочная информация включает описание постоянных свойств объекта в виде устойчивых длительное время признаков. Например, табельный номер служащего, профессия работника, номер цеха и т.п.;

• постоянная нормативная информация содержит местные, отраслевые и общегосударственные нормативы. Например, размер налога на прибыль, стандарт на качество продуктов определенного вида, размер минимальной оплаты труда, тарифная сетка оплаты государственным служащим;

• постоянная плановая информация содержит многократно используемые в фирме плановые показатели. Например, план выпуска телевизоров, план подготовки специалистов определенной квалификации.

Функция управления. По функциям управления обычно классифицируют экономическую информацию. При этом выделяют следующие группы: плановую, нормативно-справочную, учетную и оперативную (текущую).

Плановая информация — информация о параметрах объекта управления на будущий период. На эту информацию идет ориентация всей деятельности фирмы.

Пример 2.20. Плановой информацией фирмы могут быть такие показатели, как план выпуска продукции, планируемая прибыль от реализации, ожидаемый спрос на продукцию и т.д.

Нормативно-справочная информация содержит различные нормативные и справочные данные. Ее обновление происходит достаточно редко.

Пример 2.21. Нормативно-справочной информацией на предприятии являются:

• время, предназначенное для изготовления типовой детали (нормы трудоемкости);

• среднедневная оплата рабочего по разряду;

• оклад служащего;

• адрес поставщика или покупателя и т.д.

Учетная информация — это информация, которая характеризует деятельность фирмы за определенный прошлый период времени. На основании этой информации могут быть проведены следующие действия: скорректирована плановая информация, сделан анализ хозяйственной деятельности фирмы, приняты решения по более эффективному управлению работами и пр. На практике в качестве учетной информации может выступать информация бухгалтерского учета, статистическая информация и информация оперативного учета.

Пример 2.22. Учетной информацией являются: количество проданной продукции за определенный период времени; среднесуточная загрузка или простой станков и т.п.

Оперативная (текущая) информация — это информация, используемая в оперативном управлении и характеризующая производственные процессы в текущий (данный) период времени. К оперативной информации предъявляются серьезные требования по скорости поступления и обработки, а также по степени ее достоверности. От того, насколько быстро и качественно проводится ее обработка, во многом зависит успех фирмы на рынке.

Пример 2.23. Оперативной информацией являются:

• количество изготовленных деталей за час, смену, день;

• количество проданной продукции за день или определенный час;

• объем сырья от поставщика на начало рабочего дня и т. л.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определение информатики. Что изучает информатика? 3. Объясните, почему информатика постоянно развивается. 4. Что такое информация? 5. Какие виды информации Вам известны? 6. Что такое информационные технологии? Литература

1. Фигурнов В.Э. IBM PC для пользователей. 7-е издание, перераб. и доп. – М.: - ИНФРА-М,

2. Microsoft Word. Версия 2002. Шаг за шагом. Практическое пособие. /Пер.с англ. – М.:

3. Борисов А.П. Основы информатики и компьютерной техники. – М.: Лига, 1999

4. Прохоров И.П. Microsoft Word.- М.: КиТ, 2002

5. Захаров О.Д. Текстовые процессоры. – Мн.: Свет, 2000.

Тема: Логические основы компьютеров 

Лекция №2-3 Логические основы компьютеров (2 час)

Алгебра логики — это математический аппарат, с помощью которого записывают, вычисляют, упрощают и преобразовывают логические высказывания.

Логическими элементами компьютеров являются электронные схемы И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и другие (называемые также вентилями), а также триггер.

С помощью этих схем можно реализовать любую логическую функцию, описывающую работу устройств компьютера. Обычно у вентилей бывает от двух до восьми входов и один или два выхода.

Чтобы представить два логических состояния — “1” и “0” в вентилях, соответствующие им входные и выходные сигналы имеют один из двух установленных уровней напряжения. Например, +5 вольт и 0 вольт.

Высокий уровень обычно соответствует значению “истина” (“1”), а низкий — значению “ложь” (“0”).

Каждый логический элемент имеет свое условное обозначение, которое выражает его логическую функцию, но не указывает на то, какая именно электронная схема в нем реализована. Это упрощает запись и понимание сложных логических схем.

Работу логических элементов описывают с помощью таблиц истинности.

Таблица истинности это табличное представление логической схемы (операции), в котором перечислены все возможные сочетания значений истинности входных сигналов (операндов) вместе со значением истинности выходного сигнала (результата операции) для каждого из этих сочетаний.

Разнообразие логических задач очень велико. Способов их решения тоже немало. Но наибольшее распространение получили следующие три способа решения логических задач:

• средствами алгебры логики;

• табличный;

• с помощью рассуждений.

Познакомимся с ними поочередно.