1.3 Понятие информации. Классификация и виды информационных технологий

Емкое понятие информационных технологий формируется двумя не менее емкими понятиями технология и информация. Термин технология(отдр.-греч.λόγος — способ производства) — совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности, а также научное описание способовтехническогопроизводствас применением современных методов и средств. Понятиеинформация(отлат.informatio— «разъяснение, осведомлённость») — сведения о чём-либо, независимо от формы их представления.

В настоящее время не существует единого определения информации как научного термина. С точки зрения различных областей знания данное понятие описывается своим специфическим набором признаков. Понятие «информация» является базовым в курсе информатики, где невозможно дать его определение через другие, более «простые» понятия. В научном подходе выявлении наиболее характерных определений понятия информации привело к двум принципиальным изменениям в трактовке понятия информации.

Во-первых, оно было расширено и включило обмен сведениями не только между человеком и человеком, но и между человеком и автоматом, автоматом и автоматом; обмен сигналами в животном и растительном мире. Передачу признаков от клетки к клетке и от организма к организму тоже стали рассматривать как передачу информации.

Во-вторых, была предложена количественная мера информации в работах К. Шеннона и А.Н. Колмогорова, что привело к созданию теории информации.

Согласно концепции К. Шеннона, информация — это снятая неопределенность, т. е. сообщения, которые должны снять в той или иной степени существующую у потребителя до их получения неопределенность, расширить его понимание объекта полезными сведениями. В противном случае эти сообщения не представляет никакой ценности.

Американский инженер Р. Хартли в 1928 году предложил формулу для определения количества информации I, содержащейся в сообщении, выбранном из множества N равновероятных сообщений:

I = log₂N (1.1)

Клод Шеннон развил идею Хартли для оценки количества информации при неодинаковой вероятности сообщений в наборе. Формула Шеннона имеет вид:

I = , (1.2)

где p_i – вероятность появления i-го события.

Понятие информации обязательно объединяет двух участников — ее

источник и приёмник. Для существования информации необходим также канал приёма-передачи информации. При взаимодействии этих трех компонентов появляется и проявляется информация.

По способу передачи и приема различают информацию, передаваемую:

• визуально;

• звуками — аудиальную;

• ощущениями - тактильную;

• запахами и вкусами - органолептическую;

• информацию, передаваемую и воспринимаемую средствами вычислительной техники, — машинную.

Информацию, создаваемую и используемую человеком, по общественному назначению делят на три вида: личную, массовую, специальную.

В зависимости от области знаний различают научную, техническую производственную, правовую, патентную и иную информацию. Каждый вид информации имеет свои особые смысловые нагрузки и ценности, свои требования к ее точности и достоверности, преимущественные технологии обработки, формы представления и носители.

В роли источников и приемников информациимогут выступать самые разнообразные объекты науки и техники, общества и природы. Разнообразие источников и потребителей информации привело к существованию различных форм ее представления.

Основные формы представления информации

• символьная (основанная на использовании символов: букв, цифр, знаков);

• текстовая (использует тексты, т.е. символы, расположенные в определенном порядке);

• графическая (различные виды изображений);

• звуковая.

Символьная форма- является наиболее простой, но практически она применяется только для передачи несложных сигналов о различных событиях. Примером может служить разный свет светофора, сообщающий о возможности начала или прекращения движения пешеходам или водителям автотранспорта.

Текстовая форматакже использует различные символы: буквы, цифры, математические, но информация заложена не только в этих символах, но и в их сочетании, в порядке следования.

Графическая формапредставления информации является наиболее сложной. Сюда относятся фотографии, схемы, рисунки, чертежи, имеющие большое значение в деятельности человека.

Звуковая — устная или в виде записи и передачи лексем языка аудиальным путём

Качество информации— совокупность свойств, отражающих степень пригодности конкретной информации об объектах и их взаимосвязях для достижения ее пользователями целей деятельности.

Возможность и эффективность использования информации обусловливаются такими ее потребительскими показателями качества, как репрезентативность, содержательность, достаточность, доступность, актуальность, своевременность, точность, достоверность, устойчивость.

Репрезентативностьинформации связана с правильностью ее отбора и формирования в целях адекватного отражения свойств объекта.

Содержательность информацииотражает семантическую емкость, равную отношению количества семантической информации в сообщении к объему обрабатываемых данных.

Достаточность (полнота) информацииозначает, что она содержит минимальный, но достаточный для принятия правильного решения.

Доступность информациивосприятию пользователя обеспечивается

выполнением соответствующих процедур ее получения и преобразования.

Актуальность информацииопределяется степенью сохранения ее ценности для управления в момент использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего с момента возникновения данной информации.

Своевременность информацииозначает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи.

Точность информацииопределяется степенью ее близости к реальному состоянию объекта, процесса, явления.

Достоверность информацииопределяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью. Измеряется достоверность информации доверительной вероятностью необходимой точности, т. е. вероятностью того, что отображаемое информацией значение параметра отличается от истинного значения этого параметра в пределах необходимой точности.

Устойчивость информацииотражает ее способность реагировать на

изменения исходных данных без нарушения необходимой точности.

Основные свойства информациирассматривают в трех аспектах:

• техническом — когда важны точность, надежность, скорость передачи сигналов;

• семантическом — на первом плане передача смысла текста с помощью кодов;

• прагматическом — оценивается эффективность влияния информации на поведение объекта.

В одном терминологическом ряду с понятием «информация» в информационных технологиях применяются понятия «данные» и «знания».

Данные с точки зрения информационных технологий это документированная ? информацию ?, циркулирующуюая в процессе ее обработки на электронно-вычислительных машинах. Данные хранятся в базах данных.

База данных – совокупность структурированной и взаимосвязанной информации, организованной по определенным правилам на материальных носителях. Базы данных могут объединяться в банки данных.

Банк данных – организационно-техническая система, включающая одну или несколько баз данных и систему управления ими.

Знания – это информация, на основании которой путем логических рассуждений могут быть получены определенные выводы.

Для обобщения накопленных знаний и обеспечения возможности использования их в практической деятельности, они так же, как и данные, организуются в базы знаний.

База знаний – совокупность формализованных знаний об определенной предметной области, представленных в виде фактов и правил.

Информация передается от источника информации к приемнику информации в материально-энергетической форме (электрической, звуковой, световой и др. формах). В зависимости от физической природы, а также способа измерения и преобразования, информация может быть представлена в непрерывной – аналоговой форме или в виде дискретных сообщений. В настоящее время для управления технологическими процессами и техническими системами применяются преимущественно цифровые электронные вычислительные машины, воспринимающие и обрабатывающие информацию, представленную в форме дискретных сообщений.

Поэтому возникает объективная необходимость преобразования непрерывных параметров, характеризующих состояние моделируемого процесса (температуры, давления, влажности, процентного содержания отдельных компонентов, экономических показателей и т. д.), в дискретную форму. Устройства, осуществляющие такие преобразования, называются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП). Цифровые ЭВМ выдают информацию также в дискретной форме, однако для управления некоторыми процессами необходимы непрерывные сигналы. Обратное преобразование сигнала из дискретной формы в цифровую форму осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).

Для представления информации используется алфавитный способ, основой которого является использование фиксированного конечного набора символов любой природы, называемого алфавитом. Символы из набора алфавита называются буквами, а любая конечная последовательность букв этого алфавита – словом. Примеры слов: ААD, 10110110. Символы алфавита при вводе в ЭВМ должны быть преобразованы в код.

В цифровых ЭВМ преимущественное распространение получило двоичное кодирование, при котором символы вводимой в ЭВМ информации представляются средствами двоичного алфавита, состоящего из двух символов 0 и 1, которые моделируются двумя фиксированными состояниями среды: есть напряжение, нет напряжения; включено устройство или выключено и т.д.. Каждой букве ставится в соответствие последовательность нескольких двоичных знаков или двоичное слово. Такие последовательности называются кодовыми комбинациями.

Процесс получения кодовых комбинаций для представления букв одного алфавита средствами другого алфавита называется кодированием. Процесс обратного преобразования информации относительно ранее выполненного кодирования называется декодированием. Например, представление буквы А русского алфавита с помощью двоичных символов 11100001 есть процесс кодирования, обратный процесс получения буквы А из двоичного кода 11100001 есть декодирование. Полный набор кодовых комбинаций, соответствующий представлению всех букв одного алфавита средствами другого алфавита, называется кодом. Число символов, составляющих кодовую комбинацию, называется длиной кода или разрядностью кода. Максимальное число кодовых комбинаций N при заданной разрядности n определяется выражением: N = 2ⁿ.

В вычислительной технике обычно используется ASCII код (американский стандарт кодов для обмена информацией), позволяющий закодировать 256 символов. В настоящее время в приложениях операционной системы Windows применяется UNICOD, который позволяет закодировать 65 536 символов.

Для измерения объема передаваемой или хранимой информации используются следующие единицы измерения:

бит – один двоичный символ. Он позволяет представить в двоичной форме одно из двух различимых состояний объекта – «0» или «1»;

байт – восемь двоичных символов;

слово – два байта для 16-разрядных ЭВМ или 4 байта для 32 разрядных ЭВМ, 8 байт для 64-разрядных ЭВМ;

килобайт – 1024 бита (2¹⁰);

мегабайт – 1 048 576 байт (2²⁰),

гигабайт – 2³⁰ байт, терабайт – 2⁴⁰ байт, петабайт – 2⁵⁰ байт.

Функционирование информационных технологий связано с различными формами представления информации: числовой, буквенной, графической, звуковой. Для этого разработаны определенные форматы. Форматы представления информации определяются разрядной сеткой ЭВМ. Под разрядной сеткой понимают совокупность двоичных разрядов, используемых для хранения и обработки машинных слов. В ЭВМ число этих разрядов фиксировано и кратно восьми: 8, 16, 32, 64, 128 и т. д.

Управление вычислительным процессом в ЭВМ осуществляется с помощью команд, хранящихся в памяти. Команда состоит из двух частей: кода операции (КОП) и адреса. Код операции определяет действие, которое должна выполнить ЭВМ, а адресная часть команды содержит адреса операндов (чисел, знаков, функций), участвующих в операции. Иначе говоря, адресная часть команды определяет, откуда необходимо выбрать информацию или куда следует поместить информацию. Различают одноадресные, двухадресные и трехадресные команды (рис. 1.2). Могут быть и безадресные команды. В этом случае команда содержит только код операции, а адреса заранее записываются в определенные регистры процессора.

Рассмотрим, как может быть записана операция выполнения сложения с помощью трехадресной команды. В этом случае код операции содержит указание процессору выполнить операцию сложения. Адрес первого слагаемого (операнда) содержится в ячейке с адресом А1, адрес второго слагаемого (операнда) хранится в ячейке с адресом А2, а в ячейке с адресом А3 хранится адрес, куда следует поместить результат вычисления. Для выполнения операции сложения с помощью одноадресной команды потребуется последовательность трех команд. То есть, чем больше адресов содержится в адресной части команды, тем быстрее будут выполняться вычислительные операции.

Рис. 1.3. Представление команд в ЭВМ

При обработке информации применяются различные системы счисления. Под системой счисления понимают совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками. Различают позиционные и непозиционные системы счисления. Примером непозиционной системы счисления является римская система, использующая набор символов

I, V, X, C, L, D. В этой системе значение символов не меняется в зависимости от положения их в числе. Так, в числах VI и IV символ V имеет одно и то же значение – 5.

В позиционной системе счисления значение цифры определяется положением в числе: один и тот же знак принимает различные значения. Например, в вещественном числе 132,28 цифра 2 определяет различные значения в зависимости от расположения:

132,28 = 100 + 30 + 2 + 0,2 + 0,08 = 1 * 10² + 3 * 10¹ + 2 * 10⁰ + 2 * 10^–1 + 8 * 10^–2.

Приведенный пример записи вещественного числа в десятичной системе счисления позволяет продемонстрировать общую форму записи чисел в позиционной системе счисления. Произвольное число А можно представить в виде полинома:

A(q)= a_n–1 q^n–1 + a_n–2 q^n–2 + … + a_i qⁱ + ... + a₁ q¹ + a₀ q⁰ + a_–1 q^–1 + … + a_–m q^–m, (1.3)

где a_i – символы алфавита системы счисления;

q – основание системы счисления;

n, m – число целых и дробных разрядов соответственно.

Пример 1.1. Определите значение числа, представленного двоичным кодом 101101.011₂.

Решение. Число содержит целую и дробную части n = 6, m = 3:

A(2) = 1 * 2⁵ + 0 * 2⁴ + 1 * 2³ + 1 * 2² + 0 * 2¹ + 1 * 2⁰ + 0 * 2^–1 + 1 * 2^–2 + 1 * 2^–3 = 1 * 3 2 + 0 * 16 + 1 * 8 + 1 *4 + 0 * 2 + 1 * 1 + 0 * 1/2 + 1 * 1/4 + 1 * 1/8 = 32 + 8 + 4 + 1 + 1/4 + 1/8 = 45,375₁₀.

Любая позиционная система счисления характеризуется основанием (базисом). Основание позиционной системы счисления – это число знаков или символов для изображения цифр в данной системе. В настоящее время в вычислительной технике нашли наибольшее применение позиционные системы счисления, приведенные в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Позиционные системы счисления

Если задано число А_maх(q), то можно определить требуемое число разрядов для его представления – n:

n = log_a(A_max(q) + 1). (1.3)

И наоборот, если известна длина разрядной сетки n, то можно определить максимальное число А_max(q), которое можно представить с использованием данной разрядной сетки:

A_max(q) = qⁿ – 1. (1.4)

Например, с помощью одного байта (восьми разрядов) можно представить число 255:

2⁸ – 1 = 256 – 1 = 255.

То есть числа, которые можно представить с использованием данной разрядной сетки, заключены между некоторым минимальным зна-

чением и некоторым максимальным значением. Интервал числовой

оси, заключенный между максимальным и минимальным числами,

называют динамическим диапазоном.

Чтобы перевести число x из десятичной системы счисления в систему счисления с осно­ванием q, необходимо делить число x на q до тех пор, пока частное не окажется меньше q. В результате получается число в виде последнего частного и всех остатков от деления на q, записанных с конца.

Переведем число 132 из десятичной в восьмеричную систему счисления. В результате вычислений получим число 205₈ .

Для записи целого число в системе счисления с основанием 2ⁿ (n=3, 5), нужно выполнить следующие действия:

• данное двоичное число разбить справа налево на группы по n цифр в каждой;

• если в самой левой группе окажется менее n разрядов, то дополнить её слева нулями до нужного числа разрядов;

• рассматривая каждую из групп как n-разрядное двоичное число, заменить её соответ­ствующей цифрой в системе счисления с основанием 2ⁿ.

Для записи дробной части число в системе счисления с основанием 2ⁿ , нужно выполнить следующие действия:

• умножить число на основание системы счисления;

• целая часть полученного числа образует код двоичного числа, а остаток используется для последующего умножения. Вверху – старший разряд, внизу – младший;

• умножение продолжается до достижения требуемой точности.

Арифметические действия, выполняемые в двоичной системе, подчиняются тем же пра­вилам, что и в десятичной. Перенос единиц в старший разряд возникает также как в десятичной системе счисления (таб. 1.1).

Таблица 1.1

Таблицы сложения и умножения

Информационное общество – это теоретическая концепция постиндустриального общества. Отличительными чертами этого общества: увеличение роли информации, знаний и информационных технологий в жизни общества; возрастание числа людей, занятых информационными технологиями, коммуникациями и производством информационных продуктов и услуг в валовом внутреннем продукте; нарастающая информатизация общества с использованием телефонии, радио, телевидения, сети Интернет, а также традиционных и электронных средств массовой информации; создание глобального информационного пространства, обеспечивающего эффективное информационное взаимодействие людей, их доступ к мировым информационным ресурсам и удовлетворение их потребностей в информационных продуктах и услугах.