Інформація та інформатика

МІНІСТЕРСТВО КУЛЬТУРИ І ТУРИЗМУ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ КЕРІВНИХ КАДРІВ КУЛЬТУРИ І МИСТЕЦТВ

ІНСТИТУТ  СОЦІАЛЬНО-КУЛЬТУРНИХ КОМУНІКАЦІЙ І  МЕНЕДЖМЕНТУ 

Кафедра менеджменту інформаційних  технологій і стандартизації  
 

на  тему:

«Інформація та інформатика» 
 

Роботу виконав:

студент 1-го курсу

групи МО 90/5

Олексюк Роман

роботу  перевірив:

ст. викладач  Стешенко А.М. 
 
 
 

Київ-2010 
 

СОДЕРЖАНИЕ 

1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА …………………………….. 3

1.1. Понятие информации ……………………………………………... 3

1.2. Свойства информации …………………………………………….. 4

1.3. Измерение информации …………………………………………... 5

1.4. Системы счисления ……………………………………………….. 8

1.5. Информатика как наука …………………………………………… 12

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………... 15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ИНФОРМАЦИЯ И ИНФОРМАТИКА

1.1. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИИ 

     Термин  «информация» происходит от латинского informatio, что в переводе означает изложение, разъяснение.

     В обыденной жизни под этим словом понимают сведения, передаваемые людьми устным, письменным или другим образом. В научных и официальных источниках этот термин трактуется по-разному. Информация – сведения (сообщения, данные) независимо от формы их представления.

     В наиболее общем виде понятие информации можно выразить следующим образом. Информация – это отражение предметного мира с помощью знаков и сигналов.

     В теории информации под этим термином понимается такое сообщение, которое  содержит факты, неизвестные ранее потребителю и дополняющие его представление об изучаемом или анализируемом объекте (процессе, явлении). Другими словами, информация – сведения, которые должны снять в той или иной степени существующую у потребителя до их получения неопределенность, расширить его понимание объекта полезными (для потребителя) сведениями. По Шеннону, информация – это снятая неопределенность.

     В процессе обработки информация может  менять структуру и форму. Признаками структуры являются элементы информации и их взаимосвязь. Различают содержательную и формальную структуры. Содержательная структура

естественно ориентирована на содержание информации, а формальная – на форму представления  информации. Формы представления информации также различны. Основные из них – символьная (основанная на использовании символов – букв,

цифр, знаков), текстовая (использует тексты – символы, расположенные в определенном порядке), графическая (различные виды изображений), звуковая.

     В зависимости от области знаний различают  научную, техническую, производственную, правовую и т.д. информацию. Каждый из видов информации имеет свои особые смысловые нагрузку и ценность, требования к точности и достоверности, преимущественные технологии обработки, формы представления и носители (бумажные, магнитные и др.).

     Информация  – это неубывающий ресурс жизнеобеспечения. Объем информации с течением времени  возрастает. Особенно ярко это стало проявляться с середины XX в. В 70-е гг. объем информации удваивался каждые 5 – 7 лет. В 80-е гг. удвоение происходило уже за 20 месяцев, а с 90-х – ежегодно. Такой хлынувший лавинообразный поток не дает человеку воспринять информацию в полной мере и требует информатизации всех сфер человеческой деятельности на основе использования современных информационных технологий (т.е. технологий, связанных с получением, обработкой и ее распространением (передачей)).

     В повседневной практике такие понятия, как информация, данные, знания, часто  рассматриваются как синонимы. Однако это не совсем верно. Данными называется информация, представленная в удобном для обработки виде (технология автоматизированной обработки информации предполагает манипулирование отдельными информационными элементами). Для автоматизации работы с данными, относящимися к разным типам, унифицируют форму их представления. Для этого используют кодирование данных. Примерами могут служить код Морзе, код ASCII, двоичное кодирование, которое используется в вычислительной технике. Знание – это проверенный практикой результат познания действительности, ее верное отражение в сознании человека. Знания рассматривают как констатацию фактов и их описание. Научное знание заключается в понимании действительности в ее прошлом, настоящем и будущем, в достоверном обобщении фактов, в том, что за случайным оно находит необходимое, закономерное, за единичным – общее, а на основе этого осуществляет предвидение. Научное знание может быть как эмпирическим, так и теоретическим.

     В области систем искусственного интеллекта знания связываются с логическим выводом: знания – это информация, на основании которой реализуется процесс логического вывода. Другими словами, на основании этой информации можно делать различные заключения по имеющимся в системе данным с помощью логического вывода.

     В системах обработки информации под  знаниями понимают сложноорганизованные данные, содержащие одновременно как фактографическую (регистрация некоторого факта), так и семантическую (смысловое описание зарегистрированного факта) информацию, которая может потребоваться пользователю при работе с данными. 

1.2. СВОЙСТВА ИНФОРМАЦИИ 

     Как и всякий объект, информация обладает определенными свойствами.

     Наиболее  важными требованиями, предъявляемыми к информации, являются: корректность, полезность, оперативность, точность, достоверность, устойчивость, достаточность.

     Корректность  информации обеспечивает ее однозначное восприятие всеми потребителями.

     Ценность  (или полезность) информации проявляется в том случае, если она способствует достижению стоящей перед потребителем цели.

     Ценность  информации – это свойство относительное: одна и та же информация имеет разную ценность для разных потребителей. С течением времени ценность информации уменьшается – она стареет. Однако следует иметь в виду, что старит информацию не само время, а появление новой информации, которая отвергает полностью или частично имеющуюся информацию, уточняет ее, дополняет, дает новое сочетание сведений, приводящее к получению дополнительного эффекта.

     Оперативность отражает актуальность информации для необходимых расчетов и принятия решений в изменившихся условиях.

     Точность  определяет допустимый уровень искажения как исходной, так и результатной информации, при котором сохраняется эффективность функционирования системы.

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

     Устойчивость  информации отражает ее способность реагировать на изменения исходных данных без нарушения необходимой точности. Устойчивость информации определяется выбранной методикой ее отбора и формирования.

     Достаточность (полнота) информации означает, что она содержит минимально необходимый объем сведений для принятия правильного решения. Неполная информация (недостаточная для принятия правильного решения) снижает эффективность принимаемых пользователем решений. Избыточность обычно снижает оперативность и затрудняет принятие решения, но зато делает информацию более устойчивой.

     При передаче информации от источника к  получателю используется некоторый  носитель информации. Сообщение, передаваемое с помощью носителя, называют сигналом. Если при передаче сигнала одна из его характеристик (параметр сигнала) принимает конечное число значений, то такой сигнал (как и само сообщение) называют дискретным. Информация, передаваемая при этом, также будет дискретной. Если при передаче источник вырабатывает непрерывное сообщение, то в этом случае передаваемая информация будет непрерывной. Примером дискретного сообщения может быть процесс чтения книги, информация в котором представлена дискретной последовательностью букв. Примером непрерывного сообщения – человеческая речь, передаваемая звуковой волной.

     Непрерывное сообщение всегда можно преобразовать  в дискретное. Процесс такого преобразования называют дискретизацией. 

1.3. ИЗМЕРЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ 

Разработаны различные способы оценки количества информации. Чаще всего используется способ оценки, предложенный в 1948 г. основоположником теории информации Клодом Шенноном. Как было отмечено выше, информация – это снятая неопределенность.

Степень неопределенности принято характеризовать  с помощью понятия «вероятность».

     Вероятность – величина, которая может принимать  значения в диапазоне от 0 до 1. Она  есть мера возможности наступления какого-либо события, которое может иметь место в одних случаях и не иметь места в других. Если событие никогда не может произойти, его вероятность считается равной 0. Если событие происходит всегда, его вероятность равна 1.

     Чем больше вероятность события, тем  больше уверенность в том, что  оно произойдет, и тем меньше информации содержит сообщение об этом событии. Если вероятность события мала, то сообщение о том, что оно случилось, очень информативно.

     Количество  информации I, характеризующей состояние, в котором пребывает объект, можно определить, используя формулу Шеннона 

     I = –(p1log2p1 + p2log2p2 + ... + pnlog2pn), 

где n – число возможных состояний; p1, ..., pn – вероятности отдельных состояний; log2 – функция логарифма при основании 2.

     Знак  минус перед суммой позволяет  получить положительное значение для  I, поскольку значение log2 pi всегда не положительно.

     Единица информации называется битом. Термин «бит» предложен как аббревиатура от английского словосочетания «Binary digiT», которое переводится как «двоичная цифра».

     1 бит информации – количество информации, посредством которого выделяется одно из двух равновероятных состояний объекта.

     Формула Шеннона может быть использована и для оценки количества информации в непрерывных величинах. При оценке количества дискретной информации часто используется также формула Хартли 

I = log2(n), 

где n – число возможных равновероятных состояний; log2 – функция логарифма при основании 2.

     Формула Хартли применяется в случае, когда вероятности состояний, в которых может находиться объект, одинаковые.

     В общем случае справедливо утверждение, что количество информации в сообщении зависит от числа разнообразий, присущих источнику информации и их вероятностей.

     В качестве примера определим количество информации на один знак при двоичном кодировании (т.е. при использовании алфавита, состоящего из двух знаков 0 и 1). Если считать, что со знаками 0 и 1 в двоичном алфавите связаны одинаковые вероятности их появления, то 

     I = log2 2 = 1 бит. 

Таким образом, количество информации (в битах), заключенное в двоичном слове, равно  числу двоичных знаков в нем.

   В вычислительной технике при определении  количества информации чаще используется объемный подход, суть которого в следующем.

     Как уже было отмечено, в двоичной системе  счисления знаки 0 и 1 называют битами (от английского выражения Binary digiTs – двоичные цифры). Создатели компьютеров отдают предпочтение именно двоичной системе счисления потому, что в техническом устройстве наиболее просто реализовать два противоположных физических состояния (некоторый физический элемент, имеющий два различных состояния: намагниченность в двух противоположных направлениях; прибор, пропускающий или нет электрический ток; конденсатор, заряженный или незаряженный и т.п.). В компьютере бит является наименьшей возможной единицей информации. Объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера или на внешнем носителе информации подсчитывается просто по количеству требуемых для такой записи двоичных символов. При этом, в частности, невозможно нецелое число битов (в отличие от вероятностного подхода).

     Итак, если у нас есть один бит, то с  его помощью мы можем закодировать один из двух символов – либо 0, либо 1.

     Если  же есть 2 бита, то из них можно составить  один из четырех вариантов кодов: 00, 01, 10, 11 .

Если  есть 3 бита – один из восьми: 000, 001, 010, 100, 110, 101, 011, 111.

   Закономерность  очевидна: 1 бит – 2 варианта, 2 бита – 4 варианта, 3 бита – 8 вариантов, 4 бита – 16 вариантов. Продолжая дальше, получим: N бит – 2N (т.е. 2 в степени N вариантов).

     В обычной жизни нам достаточно 150 – 160 стандартных символов (больших и маленьких русских и латинских букв, цифр, знаков препинания, арифметических действий и т.п.). Если каждому из них будет соответствовать свой код из нулей и единиц, то 7 бит для этого будет недостаточно (7 бит позволят закодировать только 128 различных символов), поэтому используют 8 бит.

     Для кодирования одного привычного человеку символа в ЭВМ используется 8 бит, что позволяет закодировать 256 различных символов.

     Стандартный набор из 256 символов называется ASCII (означает «Американский Стандартный Код для Обмена Информацией» – англ. American Standart Code for Information Interchange). Он включает в себя большие и маленькие русские и латинские буквы, цифры, знаки препинания и арифметические действия и т.п.

     Каждому символу ASCII соответствует 8-битовый двоичный код.

     Для удобства использования введены  и более крупные, чем бит, единицы 84€количества информации. Так, двоичное слово из восьми знаков содержит один байт информации, 1024 байта образуют килобайт (кбайт), 1024 килобайта – мегабайт (Мбайт), а 1024 мегабайта – гигабайт (Гбайт). В информатике смысл приставок кило-, мега- и других в общепринятом смысле выполняется не точно, а приближенно, поскольку соответствует увеличению не в 1000, а в 1024 раза.

     Скорость  передачи информации по линиям связи измеряется в бодах (1 бод = 1 бит/с). В частности, если говорят, что пропускная способность какого-то устройства составляет 28 Килобод, то это значит, что с его помощью можно передать по линии связи около 28 тыс. нулей и единиц за одну секунду.

     Между вероятностным и объемным количеством  информации соотношение неоднозначное. Далеко не всякий текст, записанный двоичными символами, допускает измерение объема информации в кибернетическом смысле, но заведомо допускает его в объемном. Если некоторое сообщение допускает измеримость количества информации в обоих смыслах, то они не обязательно совпадают, при этом кибернетическое количество информации не может быть больше объемного. 

1.4. СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ 

     Система счисления – совокупность приемов и правил для записи чисел цифровыми знаками или символами.

     Все системы счисления можно разделить  на два класса: позиционные и непозиционные. В классе позиционных систем для записи чисел в различных системах счисления используется некоторое количество отличных друг от друга знаков. Число таких знаков в позиционной системе счисления называется основанием системы счисления. Ниже приведена табл. 1.1, содержащая наименования некоторых позиционных систем счисления и перечень знаков (цифр), из которых образуются в них числа. 

1. Некоторые системы счисления

Основание   Система счисления     Знаки

     2   Двоичная         0, 1

     3  Троичная       0, 1, 2

     4   Четверичная        0, 1, 2, 3

     5   Пятеричная        0, 1, 2, 3, 4

     8   Восьмеричная        0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,7

     10   Десятичная        0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

     12   Двенадцатеричная       0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В

16   Шестнадцатеричная     0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, А, В, С, D, E, F

     В позиционной системе счисления  относительной позиции цифры  в числе ставится в соответствие весовой множитель, и число может быть представлено в виде суммы произведений коэффициентов на соответствующую степень основания системы счисления (весовой множитель): 

     AnАn–1An–2...A1A0,A–1 A–2 ... =

= AnBn + An-1Bn-1 + ... + A1B1 + A0B0 + A–lB–1 + A–2B–2+ ... 

(знак  «,» отделяет целую часть числа от дробной. Таким образом, значение каждого знака в числе зависит от позиции, которую занимает знак в записи числа. Именно поэтому такие системы счисления называют позиционными).

     Позиционная система счисления – система, в которой величина числа определяется значениями входящих в него цифр и их относительным положением в числе.

     Примеры: 

     23,4310 = 2 ⋅ 101 + 3 ⋅ 100 + 4 ⋅ 10–1 + 3 ⋅ 10–2. 

     В данном примере цифра 3 в одном  случае означает число единиц, а  в другом – число сотых долей  единицы. Десятичный индекс внизу указывает основание системы счисления.

     69210 = 6 ⋅ 102 + 9 ⋅ 101 + 2 ⋅ 100;

     11012 = 1 ⋅ 23+ 1 ⋅ 22+ 0 ⋅ 21+ 1 ⋅ 20 = 1310;

     1123 = 1 ⋅ 32 + 1 ⋅ 31 + 2 ⋅ 30 = 1410;

     341,58 = 3 ⋅ 82 + 4 ⋅ 81 + 1 ⋅ 80 + 5 ⋅ 8–1 = 225,12510;

     A1F,416 = А ⋅ 162 + 1 ⋅ 161 + F ⋅ 160 + 4 ⋅ 16–1 = 2591,62510.

     При работе с компьютерами приходится параллельно  использовать несколько позиционных  систем счисления (чаще всего двоичную, десятичную, восьмеричную и шестнадцатеричную), поэтому большое практическое значение имеют процедуры перевода чисел из одной системы счисления в другую. Заметим, что во всех приведенных выше примерах результат является десятичным числом, и, таким образом, способ перевода чисел из любой позиционной системы счисления в десятичную уже продемонстрирован.

     В общем случае, чтобы перевести целую часть числа из десятичной системы в систему с основанием В, необходимо разделить ее на В. Остаток даст младший разряд числа. Полученное при этом частное необходимо вновь разделить на В –

остаток даст следующий разряд числа и  т.д. Деления продолжают до тех пор, пока частное не станет равным 0. Значения получившихся остатков, взятые в обратной последовательности, образуют искомое двоичное число.

     Целая и дробная части переводятся  порознь. Для перевода дробной части  ее необходимо умножить на В. Целая часть полученного произведения будет первым (после запятой, отделяющей целую часть от дробной) знаком. Дробную же часть

произведения  необходимо вновь умножить на В. Целая  часть полученного числа будет  следующим знаком и т.д.

     Пример  перевода целой части:

     Остаток

25/2 = 12 (1),

     12/2 = 6 (0),

     6/2 = 3 (0),

     3/2 = 1 (1),

     1/2 = 0 (1).

     Таким образом: 2510 = 110012.

     Для перевода дробной части (или числа, у которого «0» целых) надо умножить ее на 2. Целая часть произведения будет первой цифрой числа в двоичной системе. Затем, отбрасывая у результата целую часть, вновь умножаем на 2 и т.д. Заметим, что конечная десятичная дробь при этом вполне может стать бесконечной (периодической) двоичной.

     Пример  перевода дробной  части:

     0,73 ⋅ 2 = 1,46 (целая часть 1),

     0,46 ⋅ 2 = 0,92 (целая часть 0),

     0,92 ⋅ 2 = 1,84 (целая часть 1),

     0,84 ⋅ 2 = 1,68 (целая часть 1) и т.д.

     Таким образом: 0,7310 = 0,10112.

     Над числами, записанными в любой  системе счисления, можно производить  различные арифметические операции.

     Так, для сложения и умножения двоичных чисел необходимо использовать следующие правила:

0 + 0 = 0;     0 ⋅ 0 = 0;

0 + 1 = 1;      0 ⋅ 1 = 0;

1 + 1 = 10;      1 ⋅ 1 = 1. 

     Необходимо  отметить, что при двоичном сложении 1 + 1 возникает перенос единицы  в старший разряд – как и  в десятичной арифметике:

     1001

     +1101

     10110

     С точки зрения изучения принципов  представления и обработки информации в компьютере, обсуждаемые в этом пункте системы представляют большой интерес. Хотя компьютер «знает» только двоичную систему счисления, часто с целью уменьшения количества записываемых на бумаге или вводимых с клавиатуры компьютера знаков бывает удобнее пользоваться восьмеричными или шестнадцатеричными числами, тем более что, как будет показано далее, процедура взаимного перевода чисел из каждой из этих систем в двоичную очень проста – гораздо проще переводов между любой из этих трех систем и десятичной.