11339

Основные понятия информатики. Информатика, ее предмет и задачи

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Тема 1: Основные понятия информатики 1. Информатика ее предмет и задачи Информатика в настоящее время занимает одно из ключевых мест в науке и технике. Однако полного единства взглядов по поводу определения информатики еще не сложилось. Специалисты по вычислительно

Русский

2013-04-07

82 KB

189 чел.

Тема 1: «Основные понятия информатики»

1. Информатика, ее предмет и задачи

Информатика в настоящее время занимает одно из ключевых мест в науке и технике. Однако, полного единства взглядов по поводу определения информатики еще не сложилось. Специалисты по вычислительной технике определяют информатику как научную дисциплину, связанную с разработкой компьютеров и программного обеспечения. Специалисты по информации определяют информатику как дисциплину, связанную с изучением структуры и свойств научной информации, закономерностей научно- технической деятельности. Существуют предложения, которые обобщают эти взгляды. Они предлагают считать предметом информатики не саму информацию, а тот процесс, в результате которого информация переходит от источника к потребителю, а также систему, в рамках которой происходит этот процесс. Во всех странах информация обязана своим появлением информационной деятельности, связанной со сбором, хранением,  передачей и переработкой информации с использованием средств вычислительной техники.

Информатика – это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, воспроизведения, обработки и передачи данных средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

  •  аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;
  •  программное обеспечение средств вычислительной техники;
  •  средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;
  •  средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

Как видно из этого списка большое внимание в информатике уделяется вопросам взаимодействия. Методы и средства взаимодействия человека с программными и аппаратными средствами называются пользовательским интерфейсом. Соответственно существуют: аппаратные, программные и аппаратно-программные интерфейсы.

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники. Цель систематизации состоит в выделении наиболее передовых и эффективных технологий,  автоматизации обработки информации.

Информатика -  практическая наука. На сегодня можно выделить следующие направления практических приложений информатики:

  •  архитектура вычислительных систем (приемы и методы построения систем, предназначенных для автоматической обработки данных);
  •  интерфейсы вычислительных систем (приемы и методы управления аппаратным и программным обеспечением );
  •  программирование (приемы,  методы и средства разработки компьютерных программ);
  •  преобразование данных (приемы и методы преобразования структур данных);
  •  защита информации (обобщение приемов , разработка методов и средств защиты данных);
  •  автоматизация (функционирование программно-аппаратных средств без участия человека);
  •  стандартизация (обеспечение совместимости между аппаратными и программными средствами, а также между форматами представления данных, относящихся к различным типам вычислительных систем).

2. Информация и формы ее представления

Любая деятельность человека представляет собой процесс сбора и переработки информации, принятии на ее основе решений и их выполнение. С появлением вычислительной техники информация стала выступать в качестве одного из важнейших ресурсов человеческого общества.

Понятие информации – одно из наиболее емких понятий науки. В первоначальном смысле термин «информация» означает сведения вообще. В рамках науки информация является первичным, неопределяемым понятием, таким же, как понятие вещества или энергии. Оно предполагает наличие материального носителя информации, источника, передатчика, приемника и канала связи между источником и  приемником информации.

Источниками информации являются различные природные объекты: люди, планеты, растения, животные и по мере развития науки и техники – научные эксперименты, машины, механизмы.

Потребителями информации являются люди, животные, растения, различные приборы и аппараты.

Разнообразие источников и приемников информации привело к существованию различных видов информации. Каждый из видов информации имеет свои особенные технологии обработки, формы представления и отображения на физическом носителе, смысловую ценность.

Информацию о системе можно рассматривать с различных точек зрения. Чаще всего выделяют три аспекта изучения проблем информации:

  •  Семантический – с точки зрения смыслового содержания и правильного истолкования информации (отбор тех данных, которые могут быть поняты получателем).
  •  Прагматический -  с точки зрения полезности для достижения поставленной цели (отбор среди понятых получателем целей тех, которые полезны для решения данной задачи).  При этом необходимо учитывать, что одна и та же информация в разное время может быть полезной и бесполезной.
  •  Синтаксический – с точки зрения способа представления информации, независимо от содержания данных (устанавливает важнейшие параметры информационных потоков для выбора комплекса технических средств сбора, регистрации передачи, обработки, накопления и хранения информации).

Наиболее общим является прагматическое рассмотрение информации.

Рассматривается много способов классификации информации. Они строятся по различным признакам.

  1.  В зависимости от способа возникновения:
  •  элементарная – информация, которая отражает явления и процессы неодушевленной природы;
  •  биологическая – информация, которая отражает явления и процессы животного и растительного мира;
  •  социальная – информация, которая отражает явления и процессы человеческого общества.
  1.  По способу передачи и восприятия:
  •  Визуальная (зрительная);
  •  Аудиальная (звуковая);
  •  Тактильная (ощущения);
  •  Органолептическая (запах и вкус).

В технике под информацией понимают сведения, которые являются объектом хранения, передачи и преобразования. С понятием преобразования тесно связаны понятия сигнал, сообщение, данные.

  •  Сигнал – любой процесс, несущий в себе информацию.
  •  Сообщение – информация, представленная в определенной форме и предназначенная для передачи.
  •  Данные – информация, представленная в формализованном виде и предназначенная для обработки техническими средствами.

Сообщение от источника к приемнику передается в материально-энергетической форме (электрические, световые, звуковые сигналы). Человек воспринимает сообщение с помощью органов чувств. В технике приемники информации регистрируют сообщения с помощью специальной аппаратуры. Информационное сообщение можно представить как функцию x(t), которая характеризует изменение во времени параметров физической среды, в которой осуществляются информационные процессы.

Функция x(t) может быть непрерывной во времени и тогда имеет место непрерывная (аналоговая) информация, источником которой являются обычно природные объекты (например, температура, давление), объекты технологических или производственных процессов.

 

Если функция x(t) – дискретна, то информация имеет дискретный характер (например, языковые сообщения – дискретны).

а) сигналы непрерывны во времени  б) сигналы дискретны во времени

Информация в настоящее время, как правило, обрабатывается с помощью вычислительной техники. В зависимости от вида обрабатываемой информации существует два класса вычислительной техники:

  •  аналоговая: оперирует информацией, представленной в виде непрерывных изменений некоторых физических величин, например, силы тока. АВМ используются для решения определенного класса задач.
  •  цифровая: оперирует информацией, представленной в дискретном виде.

Дискретный сигнал может иметь два уровня, которые обозначают 0 и 1.

3. Информационный процесс. Фазы информационного процесса

Процесс, возникающий в результате установления связи между объектами реального мира, один из которых является источником, а другой потребителем информации, называется информационным. В информационных процессах можно выделить отдельные части – фазы. Фазы информационного процесса образуют полный (замкнутый) цикл.

 

  1.  Сбор информации - деятельность субъекта, в ходе которой он получает сведения об интересующем его объекте. Сбор информации может проводиться или человеком или с помощью технических средств (аппаратно). Например, пользователь может получить информацию о движении поездов несколькими способами:
    •  самостоятельно изучив расписание движения поездов;
    •  спросить у другого человека;
    •  через документы, составленные другим человеком;
    •  с помощью технических средств (автоматическая справка).
  2.  Обмен информацией – процесс, в ходе которого источник информации ее передает, а получатель – принимает. Если в передаваемых сообщениях обнаружены ошибки, то организуется повторная передача информации. Передача может осуществляться различными способами: с помощью курьера, по почте, с помощью транспортных средств, передача по каналам данных. В результате обмена между источником и получателем устанавливается «информационный баланс», при котором в идеальном случае получатель будет располагать той же информацией, что и источник.
  3.  Принятую информацию получатель может использовать неоднократно. С этой целью он должен зафиксировать ее на материальном носителе (бумажном, магнитном, фото, видео и др.). Процесс формирования исходного несистематизированного массива информации называется накоплением информации. Среди записанных сигналов могут быть такие, которые отражают ценную или часто используемую информацию, а могут быть и такие, которые не представляют ценности в настоящее время, но потребуются в дальнейшем.
  4.  Хранение информации – это процесс поддержания исходной информации в виде обеспечивающем выдачу данных по запросам в установленные сроки.
  5.  Обработка информации – упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задач.
  6.  После обработки информации результат должен быть выдан конечному пользователю в требуемом виде. Эта операция реализуется в ходе решения задачи выдачи информации. Информация может выдаваться в виде текстов, таблиц, рисунков, диаграмм, графиков.

4. Информационные технологии

Информационная технология – совокупность знаний о способах и приемах труда по переработке информации.

Информационные технологии характеризуются следующими свойствами:

  1.  Предметом обработки являются данные.
  2.  Целью применения  ИТ является получение информации.
  3.  Средствами осуществления обработки является вычислительная техника .
  4.  Процессы обработки данных подразделяются на операции в соответствии с данной предметной областью.
  5.  Выбор управляющих воздействий осуществляется специалистами, т. е. людьми.

5. Количество информации

Существуют следующие способы измерения информации:

  •  энтропийный (вероятностный);
  •  объемный;
  •  алгоритмический.

5.1. Энтропийный способ

 В теории информации и кодирования принят энтропийный или вероятностный подход к измерению информации. Количество информации – это числовая характеристика сигнала, которая отражает ту степень неопределенности (неполноту) знаний, которая исчезает после получения сообщения в виде данного сигнала. Меру неопределенности в теории информации называют энтропией, следовательно, метод называется энтропийным.

Неопределенность можно охарактеризовать количеством возможных выборов действий в конкретной ситуации, а полученную информацию величиной, на которую уменьшилась степень неопределенности. При полной информации выбора нет.

Пример 1. Необходимо найти дом, в котором на какой-то известной улице живет нужный человек. Информация о том, что номер дома четный уменьшит неопределенность в два раза.

Пример 2. Человек бросает монету и наблюдает какой стороной она упадет. Обе стороны монеты равноценны, поэтому вероятности того, что она упадет орлом или решкой одинаковы. Такой ситуации приписывается начальная неопределенность, характеризуемая двумя возможностями. Когда монета упадет, неопределенность равна 0.

Этот пример относится к группе событий,  применительно к которым можно поставить вопрос типа «Да – Нет». Количество информации, которое можно получить при ответе на такой вопрос называется битом (binary digit).

Бит - это минимальная единица количества информации, т. к. получить информацию меньше одного бита нельзя. При получении информации в один бит неопределенность уменьшается в два раза. Таким образом, бросание монеты дает информацию 1 бит.

Пример 3. Рассмотрим систему из 2 электрических лампочек, которые независимо друг от друга могут быть включены или выключены. Такая система может иметь следующие состояния:

 

Лампа А

0

0

1

1

Лампа В

0

1

0

1

Чтобы получить информацию об этой системе, надо задать два вопроса: о лампочке А и о лампочке В., т. е. количество информации, содержащейся в этой системе I=2бита, а количество возможных состояний системы N=4.

Если взять 3 лампочки , то количество информации Iбудет равно 3бита, а количество возможных состояний системы N=8.

Связь между количеством информации и числом состояний системы устанавливается формулой Хартли

,

где N- количество возможных состояний системы (или количество равновероятных событий),

I – количество бит в сообщении о том,  что такое событие произошло.

Ту же формулу можно записать

.

Если события не равновероятны, то количество бит в сообщении о том, что произошло данное событие  будет равно

,

где  - вероятность того, что произойдет j –е событие.

5.2. Объемный способ измерения информации

В вычислительной технике используется более простой способ измерения информации, который называется объемным. Объем информации в сообщении – это количество символов в сообщении

21

Одно число в разной форме

XXI

Двадцать один

При использовании объемного метода все три сообщения имеют разный объем информации. Т. е. этот способ зависит от формы представления информации. В вычислительной технике вся обрабатываемая информация вне зависимости от ее природы (число, текст, символ) представляется в двоичной форме (с использованием алфавита, состоящего из 2 символов –0 и 1). Тогда бит – это минимальная единица информации, соответствующая одному двоичному разряду.

8 бит=1байт, с помощью 1 байта можно закодировать 1 символ. Восьмиразрядная последовательность двоичных цифр дает 28=256 различных перестановок, этого достаточно для того, чтобы закодировать русские, латинские буквы, цифры и знаки.

Единицы измерения информации:

210 байт=

1024байт=

210 К=

1024К=

1Мб

210 Мб=

1024Мб=

1Гб

5.3. Алгоритмический способ измерения информации

Алгоритмический способ измерения информации характеризуется следующими рассуждениями:

Слово 000. . . . . .0 – простое, слово 010101. . . .01 – более сложное, а слово, в котором 0 и 1 выбираются экспериментально при бросании монеты ( 1 – орел, 0 – решка) – еще сложнее.

Компьютерная программа, печатающая первое слово – совсем простая, для получения второго слова нужна более сложная программа, которая будет печатать символ, противоположный предыдущему.  Случайная последовательность, не обладающая никакими закономерностями, может быть напечатана программой, в которой каждый очередной символ будет печататься отдельным оператором. Т. е. длина программы, печатающей хаотичную последовательность близка к длине самой последовательности. Следовательно, любому сообщению можно приписать количественную характеристику, отражающую размер программы, которая позволяет ее воспроизвести.

6. Качество информации

Качество информации – это характеристика информации, которая отражает степень ее полезности для пользователя.

Показатель качества – это одно из важнейших положительных свойств информации с точки зрения пользователя. Показатели качества являются количественными характеристиками положительных свойств информации.

Свойства информации

№ п/п

Ситуация, с которой сталкивается потребитель

Свойство

1

Часть информации соответствует запросу потребителя (релевантная), а часть нет (не релевантная).

Релевантность – способность информации соответствовать запросам пользователя

2

Информация релевантная, но ее недостаточно.

Полнота- свойство информации исчерпывающе для данного потребителя характеризовать отображаемый объект или процесс

3

Полученная информация может быть устаревшей, т. е. несвоевременной.

Своевременность – способность информации соответствовать нуждам потребителя в нужный момент времени.

4

Часть информации может содержать ошибки, т. е. недостоверна. Если пользователь обнаружил ошибки, то он будет считать эту информацию нерелевантной, т. е. ошибки должны быть скрытые.

Достоверность – свойство информации не иметь скрытых ошибок

5

Информация недоступна

Доступность – свойство информации, характеризующее ее возможность ее получения данным потребителем.

6

Информация подвержена нежелательному использованию и изменению со стороны других потребителей

Защищенность – свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения

7

Информация имеет неудобную форму или объем

Эргономичность - свойство, характеризующее удобство формы или объема информации с точки зрения данного потребителя

Перечисленные свойства информации являются внешними, т. е. они характеризуют поведение информации при взаимодействии с другими объектами (пользователями). Кроме внешних, существуют внутренние свойства, которые органически присущи объекту и проявляют себя косвенным образом при взаимодействии данного объекта с другими. К таким свойствам относятся:

  1.  количество (объем);
  2.  структура, т. е. внутренняя организация информации.

По способу внутренней организации информацию делят на :

  •  Данные – простой логически неупорядоченный набор сведений;
  •  Логически упорядоченные структуры данных.

Упорядоченность достигается наложением на данные некоторой структуры, в результате чего получается структура данных.

 

PAGE  1


x(t)

t

x(t)

t

x(t)

Сбор

Передача

Накопление

Хранение

Выдача

Обработка


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18579. Системы распределенных вычислений 42.5 KB
  Системы распределенных вычислений При выполнении проектных процедур с использованием более чем одного узла сети различают режимы удаленного узла и дистанционного управления рис. 5.1. В режиме удаленного узла основные процедуры приложения исполняются на терминальн...
18580. Информационная безопасность. Симметричную и асимметричную схемы шифрования 38 KB
  Информационная безопасность При обмене информацией между участниками проектирования возможны как утечка конфиденциальных данных так и нарушение целостности данных. Поскольку в САПР зачастую используются связи со смежными предприятиями через сети общего пользовани
18581. Основные функции и проектные процедуры, реализуемые в ПО САПР 40 KB
  Основные функции и проектные процедуры реализуемые в ПО САПР В состав развитых машиностроительных САПР входят в качестве составляющих системы CAD САМ и CAE. Функции CADсистем в машиностроении подразделяют на функции двумерного и трехмерного проектирования. К функциям 2D...
18582. Автоматизированные системы управления Автоматизация управления предприятиями 42 KB
  Автоматизированные системы управления Автоматизация управления предприятиями Системы управления в промышленности как и любые сложные системы имеют иерархическую многомодульную структуру. Если предприятие является концерном научнопроизводственным объединение
18583. Логистические системы 36 KB
  Логистические системы Сложность задач управления которые приходится решать в современных производственных системах обусловливает интерес к логистике и развитию логистических систем. Традиционно логистику связывали с управлением процедурами движения сырья от исто
18584. Автоматизация управления технологическими процессами 45.5 KB
  Автоматизация управления технологическими процессами В автоматизированных системах управления технологическими процессами часто называемых системами промышленной автоматизации можно выделить свои иерархические уровни. На верхнем диспетчерском уровне АСУТП ос...
18585. Автоматизированные системы делопроизводства 37 KB
  Автоматизированные системы делопроизводства Информационные технологии и АСУ документами и документооборотом пользуются все возрастающим вниманием среди предприятий и фирм различного профиля поскольку организация работы с документами существенно влияет на эффекти...
18586. Инструментальные средства концептуального проектирования автоматизированных систем 41.5 KB
  Инструментальные средства концептуального проектирования автоматизированных систем В современных информационных технологиях важное место отводится инструментальным средствам и средам разработки АС в частности системам разработки и сопровождения их ПО. Эти технол
18587. Функции в языке ANSI C 2.74 MB
  Задача лабораторной работы состоит в практическом освоении основ создания собственных функций, написание приложения по индивидуальному варианту.