Определение информации.

Введение в информатику. Понятие информации.

Информатика состоит из двух пересекающихся частей.

Первая часть курса — основы вычислительной техники (ВТ). Здесь мы изучим основные вопросы построения ЭВМ и научимся пользоваться общеизвестными программами.

Вторая часть — информатика изучает методы представления, накопления, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ. Информация тесно связана с применением ЭВМ, так как ЭВМ позволяет быстро обрабатывать большие объемы информации. Поскольку ЭВМ работает по программе мы научимся составлять алгоритмы и программы.

Информатика - наука о законах и методах измерения (оценки), хранения, переработки и передачи информации с применением математических и технических средств.

Определение информации.

Слово "информация" от informatio — сведение, разъяснение, ознакомление.

Информация— это совокупность каких-либо сведений, данных, пе­редаваемых устно (в форме речи), письменно (в виде текста, таблиц, рисун­ков, чертежей, схем, условных обозначений) либо другим способом (напри­мер, с помощью звуковых или световых сигналов, электрических и нервных импульсов, перепадов давления или температуры и т. д.).

В середине XX века термин «информация» стал общенаучным поня­тием, включающим обмен сведениями между людьми, человеком и автома­том (электронной вычислительной машиной — ЭВМ), автоматом и автома­том, обмен сигналами в животном и растительном мире, передачу признаков от клетки к клетке, от организма к организму.

Теоретические и практические вопросы, относящиеся к информации, изучает информатика.

Информатика— наука, изучающая структуру и свойства информа­ции, а также вопросы, связанные с ее сбором, хранением, поиском, переда­чей, преобразованием, распространением и использованием в различных сферах человеческой деятельности.

Еще одно определение информатики.

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров.

Дать однозначное определение информации трудно. Существует 4 подхода к определению информации:

• обыденный (в смысле осведомление о положении дел, это информация, сообщаемая по телефону, передаваемая по радио и телевидению),
• философский (информацию получает субъект об объекте в процессе познания; считается, что объект отражается в сознании субъекта),
• кибернетический (информация --- это управляющий сигнал, передаваемый по линии связи, однако это скорее носитель информации, чем сама информация),
• вероятностный (информация --- это мера уменьшения неопределенности состояния объекта исследования).

Поговорим подробнее о вероятностном подходе, так как он позволяет ввести количественную меру информации. Этот подход и принят за основу в современной науке.

Каждому объекту присуща какая либо неопределенность. Например, он может находиться в одном из нескольких фиксированных состояний. Упавшая монета находится в одном из двух состояний, игральный кубик — в одном из шести и т.д. В процессе испытания (бросание монеты, кубика) объект приобретает одно из возможных состояний. Следовательно, неопределенность состояния объекта при этом уменьшается. Тем самым испытатель получает какую-то информацию. Степень уменьшения неопределенности при испытании может быть разной. Она зависит от количества возможных состояний, и от их вероятностей.

Вероятность — это величина в диапазоне от 0 до 1, характеризующая частоту появления того или иного состояния объекта при испытаниях.

Понятно, что при выпадении наименее вероятного состояния получаем наибольшее количество информации. Если объект имеет n равновероятных состояний, то вероятность каждого из них равна 1/n. Например, вероятность выпадения одной из граней кубика при бросании равна 1/6, а вероятности выпадения орла (решки) при бросании монеты равна 0,5. Это означает, что из 1000 бросаний монеты реализуется примерно 500 выпадений орла (решки).

Пристальное внимание к информатике связано с бурным ростом объема человеческих знаний, который порой называют «информационным взрывом».Общая сумма человеческих знаний изменялась раньше очень медленно. Затем процесс получения новых знаний получил заметное ускорение. Так, общая сумма человеческих знаний к 1800 г. удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. — каждые 10 лет, а к 1970 г. — каждые 5 лет, к 1990 г. —ежегодно

Колоссальный объем информации передается по глобальной сети Ин­тернет, которая связывает страны, расположенные на разных континентах.

Согласно отчету ComputerAlmanacIndustryInc., в 1998 г. во всем ми­ре свыше 147 млн человек имели доступ к Интернету, по сравнению с 61 млн. в 1996 г. В отчете названы 15 наиболее «сетевых» стран мира.

Список возглавили США, где насчитывается 76,5 млн пользователей, затем следовали Япония и Великобритания с 9,75 млн и 8,1 млн пользовате­лей соответственно. В десятке «сильнейших» оказались Германия — 7,14 млн пользователей, Канада— 6,49 млн, Австралия— 4,36 млн, Фран­ция— 2,79 млн, Швеция— 2,58 млн, Италия 2,14 млн и Испания — 1,98 млн.

Оставшиеся пять стран в списке пятнадцати были: Нидерланды •— 1,96 млн пользователей Интернетом, Тайвань— 1,65 млн., Китай — 1,58 млн., Финляндия — 1,57 млн и Норвегия — 1,34 млн. Взятые вместе, эти 15 стран составляют 89% мирового «населения» Интернета.

Таким образом, в настоящее время накоплен большой объем инфор­мации, обработать который вручную людям невозможно (в силу своих психофизических особенностей).

Эффективным инструментом обработки большого объема информации является электронная вычислительная машина (ЭВМ).

Одним из основных факторов ускорения научно-технического прогресса является широкое использование новых информационных технологий,под которыми понимается совокупность методов и средствсбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления на базе вычислительной и коммуникационной техники и широкого применения математических методов.

Различают две формы представления информации — непрерывную (аналоговую) и прерывистую (цифровую, дискретную).Непрерывная форма характеризует процесс, который не имеет перерывов и теоретически может изменяться в любой момент времени и на любую величину (например, речь человека, музыкальное произведение). Цифровой сигнал может изме­няться лишь в определенные моменты времени и принимать лишь заранее обусловленные значения (например, только значения напряжений 0 и 3,5 В). Моменты возможного изменения уровня цифрового сигнала задает тактовый генератор конкретного цифрового устройства.

Для преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал требуется провести дискретизацию непрерывного сигнала во времени, квантование по уровню, а затем кодирование отобранных значений.

Дискретизация— замена непрерывного (аналогового) сигнала по­следовательностью отдельных во времени отсчетов этого сигнала. Наиболее распространена равномерная дискретизация, в основе которой лежит теоре­ма Котельникова.

На рисунке схематично показан процесс преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. Цифровой сигнал в данном случае может при­нимать лишь пять различных уровней. Естественно, что качество такого пре­образования невысокое. Из рисунка видно, что изменение цифрового сигнала возможно лишь в некоторые моменты времени (в данном случае этих момен­тов одиннадцать).

После такого преобразования непрерывный сигнал представляют по­следовательностью чисел. Показанный на рисунке непрерывный сигнал за­меняется числами 2-3-4-4-4-3-2-2-3-4-4. Затем перечисленные десятичные числа преобразуют (кодируют) в последовательность единиц и нулей. Ре­зультаты данного преобразования можно представить таблицей:

После такого преобразования непрерывный сигнал представляют по­следовательностью чисел. Показанный на рисунке непрерывный сигнал за­меняется числами 2-3-4-4-4-3-2-2-3-4-4. Затем перечисленные десятичные числа преобразуют (кодируют) в последовательность единиц и нулей.

Первое представление об аналоговом и цифровом способах хранения и распространения информации можно получить, рассматривая два способа записи звуковых сигналов: аналоговую и цифровую аудиозаписи.

При аналоговой аудиозаписи непрерывный электрический сигнал, формируемый источником звука на выходе микрофона, с помощью магнит­ной головки наносится на движущуюся магнитную ленту. Недостатком аналогового способа обработки информации является то, что копия бывает все­гда хуже оригинала.

При цифровой аудиозаписи используется процесс выборки, заключающийся в периодическом измерении уровня (громкости) аналогового зву­кового сигнала (например, поступающего с выхода микрофона) и превраще­нии полученного значения в последовательность двоичных чисел. Для пре­образования аналогового сигнала в цифровой используется специальный конвертор, называемый аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Сигнал на выходе АЦП представляет собой последовательность двоичных чисел, которая может быть записана на лазерный диск или обработана ком­пьютером. Обратная конверсия цифрового сигнала в непрерывный сигнал осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Качество аналогово-цифрового преобразования характеризует пара­метр, называемый разрешением. Разрешение— это количество уровней квантования, используемых для замены непрерывного аналогового сигнала цифровым сигналом. Восьмиразрядная выборка позволяет получить только 256 различных уровней квантования цифрового сигнала, а шестнадцатираз­рядная выборка — 65 536 уровней.

Еще один показатель качества трансформации непрерывного сигнала в цифровой сигнал — это частота дискретизации — количество преобразо­ваний аналог-цифра (выборок), производимое устройством в одну секунду.

Этот показатель измеряют килогер­цами (килогерц — тысяча выборок в секунду). Типичное значение час­тоты дискретизации современных лазерных аудиодисков — 44,1 кГц.

Имеется тенденция перехода к единому цифровому представлению всех видов информации. Глобальная сеть Интернет претендует на то, чтобы объединить все средства вещания и коммуникации, компьютерные, телефон­ные, радио- и видеосети, связав их в единое «киберпространство».